الأمامي والخلفي من أ ليترو، أول كاميرا مجال ضوئي للمستهلك ، تظهر العدسة الأمامية وشاشة لمس LCD.
يوضح هذا القدرة على تغيير المسافة البؤرية و عمق الميدان بعد التقاط الصورة – التركيز القريب (أعلى) ، التركيز البعيد (الوسط) ، العمق الكامل للمجال (أسفل) – باستخدام برنامج الكاميرا مجال الضوء Lytro Illum.
Lytro Illum الجيل الثاني من كاميرا مجال الضوء.
كاميرا مجال الضوء – Light-field camera
من ويكيبيديا
كاميرا مجال الضوء، المعروف أيضًا باسم كاميرا plenoptic، يلتقط معلومات حول مجال الضوء المنبثقة من مشهد ؛ أي شدة الضوء في المشهد ، وكذلك اتجاه انتقال أشعة الضوء في الفضاء. هذا يتناقض مع التقليدية الة تصوير، الذي يسجل شدة الضوء فقط.
يستخدم أحد أنواع كاميرات مجال الضوء مجموعة من العدسات الدقيقة الموضوعة أمام مستشعر الصورة التقليدي لاستشعار الكثافة واللون ومعلومات الاتجاه. تعد المصفوفات متعددة الكاميرات نوعًا آخر من كاميرات مجال الضوء. الهولوغرام هي نوع من صور مجال الضوء المستندة إلى الفيلم.
البحث المبكر:
تم اقتراح أول كاميرا مجال ضوئي بواسطة غابرييل ليبمان في عام 1908. أطلق على مفهومه “تصوير متكامل”. تضمنت النتائج التجريبية التي أجراها ليبمان صورًا بدائية متكاملة تم إجراؤها باستخدام صفيحة بلاستيكية منقوشة بمصفوفة منتظمة من العدسات الدقيقة ، أو بدمج حبيبات زجاجية صغيرة جدًا ، ومعبأة بشكل وثيق في نمط عشوائي ، في سطح مستحلب فوتوغرافي.
في عام 1992 ، اقترح Adelson و Wang تصميم كاميرا plenoptic يمكن استخدامها لتقليل مشكلة المراسلات في مطابقة ستيريو.[1] لتحقيق ذلك ، يتم وضع مجموعة من العدسات الدقيقة في طائرة الوصل عدسة الكاميرا الرئيسية. ال مستشعر الصورة يتم وضعه خلف العدسات الدقيقة قليلاً. باستخدام مثل هذه الصور ، يمكن تحليل إزاحة أجزاء الصورة غير موضع التركيز ويمكن استخراج معلومات العمق.
كاميرا عادية:
الكاميرا القياسية العادية” هي نموذج رياضي موحد يستخدمه الباحثون لمقارنة أنواع مختلفة من الكاميرات ذات المجال الضوئي (أو مجال الضوء). حسب التعريف ، تحتوي “الكاميرا القياسية العادية” على عدسات دقيقة موضوعة على بُعد بؤري واحد بعيدًا عن مستوى الصورة لجهاز الاستشعار.[2][3][4] أظهرت الأبحاث أن الحد الأقصى لخط الأساس يقتصر على حجم بؤبؤ مدخل العدسة الرئيسي والذي يثبت أنه صغير مقارنة بالإعدادات المجسمة.[1][5] وهذا يعني أن “الكاميرا القياسية العادية” قد تكون مخصصة لتطبيقات المدى القريب لأنها تعرض دقة عمق متزايدة على مسافات قريبة جدًا يمكن توقعها قياسًا بناءً على معلمات الكاميرا.[6]
في عام 2004 ، قام فريق في جامعة ستانفورد استخدم معمل رسومات الكمبيوتر كاميرا بدقة 16 ميجابكسل مع مصفوفة عدسات تبلغ 90.000 ميكروليز (مما يعني أن كل عدسة ميكروية تغطي حوالي 175 بكسل ، والدقة النهائية 90 كيلو بكسل) لإثبات أنه يمكن إعادة تركيز الصور بعد التقاطها.[2]
كاميرا بلينوبتيك مركزة:
وصف Lumsdaine و Georgiev تصميم نوع من الكاميرات ذات العدسة المزدوجة التي يمكن فيها وضع مصفوفة العدسات الدقيقة قبل أو خلف المستوى البؤري للعدسة الرئيسية. هذا التعديل يختبر مجال الضوء بطريقة يتم تداولها القرار الزاوي لأعلى الدقة المكاني. باستخدام هذا التصميم ، يمكن للصور التركيز على النشر بدقة مكانية أعلى بكثير من الصور من الكاميرا القياسية العادية. ومع ذلك ، يمكن للدقة الزاويّة السفلية أن تُدخل بعض عيوب التعرج غير المرغوب فيها.
كاميرا بفتحة مشفرة:
نوع من الكاميرات ذات العدسة المكبرة تستخدم فيلمًا مطبوعًا بتكلفة منخفضة قناع بدلاً من مصفوفة العدسات الدقيقة التي اقترحها الباحثون في MERL في عام 2007.[7] يتغلب هذا التصميم على العديد من قيود مصفوفات العدسات الدقيقة من حيث الانحرافات اللونية وفقدان وحدات البكسل الحدودية ، ويسمح بالتقاط صور ذات دقة مكانية أعلى. ومع ذلك ، فإن التصميم المستند إلى القناع يقلل من كمية الضوء التي تصل إلى مستشعر الصورة مقارنة بالكاميرات القائمة على مصفوفات العدسات الدقيقة.
استريو بكاميرات ثنائية العدسة
تعد كاميرات Plenoptic جيدة لتصوير الكائنات سريعة الحركة حيث قد لا يعمل التركيز التلقائي بشكل جيد ، وللتصوير الأشياء حيث لا يكون التركيز التلقائي ميسور التكلفة أو غير قابل للاستخدام مثل الكاميرات الأمنية.[8] تسجيل من أ كاميرا الأمن على أساس تقنية plenoptic يمكن استخدامها ل إنتاج نموذج ثلاثي الأبعاد دقيق من الموضوع.[9]
المصنعين
الكاميرات متاحة للشراء
ليترو تأسست من قبل خريجي مختبر رسومات الحاسوب بجامعة ستانفورد رن نج لتسويق كاميرا مجال الضوء التي طورها كطالب دراسات عليا هناك. طورت Lytro كاميرات رقمية ذات مجال ضوئي للمستهلك قادرة على التقاط الصور باستخدام تقنية plenoptic.[10]بعد ليترو توقفت عن العمل في مارس 2018 ، توجد خيارات قليلة لشراء كاميرات مجال الضوء.
رايتريكس باعت عدة طرز من الكاميرات plenoptic للتطبيقات الصناعية والعلمية منذ عام 2010 ، مع مجال رؤية يبدأ من 1 ميجا بكسل.[11][12]
تبيع d’Optron و Rebellion Photonics العديد من كاميرات plenoptic ، المتخصصة في الفحص المجهري واكتشاف تسرب الغاز ، على التوالي.
كاميرات أخرى:
تصوير البجع لديها أنظمة مصفوفة رقيقة متعددة الكاميرات مخصصة للإلكترونيات الاستهلاكية. تستخدم أنظمة Pelican من 4 إلى 16 كاميرا صغيرة متقاربة التباعد بدلاً من مستشعر صور مصفوفة العدسات الدقيقة.[13] نوكيا استثمرت في شركة Pelican Imaging لإنتاج نظام كاميرا متكامل مزود بكاميرا ذات مصفوفة 16 عدسة من المتوقع أن يتم تنفيذها في Nokia الهواتف الذكية في 2014.[14] في الآونة الأخيرة ، انتقلت Pelican إلى تصميم الكاميرات الإضافية التي تضيف قدرات استشعار العمق إلى الكاميرا الرئيسية للجهاز ، بدلاً من كاميرات المصفوفة المستقلة.[15]
ال أدوبي كاميرا مجال الضوء هو نموذج أولي 100-ميجابيكسل الكاميرا التي تأخذ ثلاثي الأبعاد صورة فوتوغرافية المشهد موضع التركيز باستخدام 19 عدسة تم تكوينها بشكل فريد. ستلتقط كل عدسة صورة بدقة 5.2 ميجابكسل للمشهد بأكمله حول الكاميرا ويمكن تركيز كل صورة لاحقًا بأي طريقة.[16]
ال كافاديس الكاميرا عبارة عن كاميرا رقمية طورتها شركة جامعة لا لاغونا (إسبانيا).[17] تقف CAFADIS (بالإسبانية) للكاميرا مسافة الطور ، حيث يمكن استخدامها للمسافة والبصرية واجهة الموجة تقدير. من لقطة واحدة يمكن أن تنتج عدة صور معاد تركيزها على مسافات مختلفة ، وخرائط عمق ، وصور شاملة البؤرة وأزواج استريو. يمكن أيضًا استخدام تصميم بصري مماثل في البصريات التكيفية في الفيزياء الفلكية، من أجل تصحيح الانحرافات حدث بسبب الاضطرابات الجوية في تلسكوب الصور. من أجل أداء هذه المهام ، مختلفة الخوارزميات، يعمل على GPU و FPGAتعمل على صورة خام التقطتها الكاميرا.
مختبرات أبحاث Mitsubishi Electricكاميرا مجال الضوء (MERL)[7] يقوم على مبدأ التغاير البصري ويستخدم فيلمًا مطبوعًا (قناع) موضوعًا بالقرب من المستشعر. يمكن تحويل أي كاميرا محمولة إلى كاميرا مجال ضوئي باستخدام هذه التقنية ببساطة عن طريق إدخال فيلم منخفض التكلفة أعلى المستشعر.[18] يتجنب التصميم القائم على القناع مشكلة فقدان الدقة ، حيث يمكن إنشاء صورة عالية الدقة للأجزاء المركزة من المشهد.
كاميرات مجال الضوء للهواة
يتطلب تعديل الكاميرات الرقمية القياسية أكثر قليلاً من القدرة على إنتاج صفائح مناسبة من مادة العدسات الدقيقة ، وبالتالي تمكن عدد من الهواة من إنتاج كاميرات يمكن معالجة صورها لإعطاء عمق انتقائي للمجال أو معلومات الاتجاه.[19]
استخدامها في التعليم
في دراسة نُشرت في عام 2017 ، لاحظ الباحثون أن دمج الصور المصورة في مجال الضوء في وحدة التشريح عبر الإنترنت لم ينتج عنه نتائج تعليمية أفضل مقارنة بوحدة مماثلة مع صور تقليدية للجثث التي تم تشريحها.[20]
مجهر مجال الضوء
طور مختبر رسومات الحاسوب بجامعة ستانفورد مجهرًا لمجال الضوء باستخدام مصفوفة عدسات ميكروية مماثلة لتلك المستخدمة في كاميرا مجال الضوء التي طورها المختبر. تم بناء النموذج الأولي حول ملف نيكون كسوف المجهر الضوئي المرسل/ مجال واسع مجهر مضان والمعيار كاميرات CCD. يتم الحصول على قدرة التقاط مجال الضوء من خلال وحدة تحتوي على مصفوفة العدسات الدقيقة والمكونات الضوئية الأخرى الموضوعة في مسار الضوء بين عدسة موضعيه او شيئيه والكاميرا ، مع تقديم الصورة النهائية متعددة التركيز باستخدام فك.[21][22][23] أضاف إصدار لاحق من النموذج الأولي نظام إضاءة مجال ضوئي يتكون من جهاز عرض فيديو (يسمح بالتحكم الحسابي في الإضاءة) ومجموعة عدسات متناهية الصغر ثانية في مسار ضوء الإضاءة الخاص بالمجهر. سمحت إضافة نظام إضاءة مجال الضوء بأنواع إضافية من الإضاءة (مثل الإضاءة المائلة وشبهحقل مظلم) وتصحيح الانحرافات البصرية.[22]