Laskennallinen valokuvaus - Computational photography
Laskennallinen valokuvaus viittaa digitaaliseen kuvan sieppaus- ja käsittelytekniikkaan, jossa käytetään digitaalista laskentaa optisten prosessien sijasta. Laskennallinen valokuvaus voi parantaa kameran ominaisuuksia tai ottaa käyttöön ominaisuuksia, jotka eivät olleet lainkaan mahdollisia elokuvapohjaisella valokuvauksella, tai vähentää kameran elementtien kustannuksia tai kokoa. Esimerkkejä laskennallisesta valokuvauksesta ovat kameran sisäiset digitaalisten panoraamojen laskeminen , suuren dynaamisen alueen kuvat ja valokenttäkamerat . Valokenttäkamerat käyttävät uusia optisia elementtejä kaappaamaan kolmiulotteisia kohtaustietoja, joita voidaan sitten käyttää 3D-kuvien tuottamiseen, parannettuun syväterävyyteen ja valikoivaan epätarkennukseen (tai "jälkitarkennukseen"). Parannettu syväterävyys vähentää mekaanisten tarkennusjärjestelmien tarvetta . Kaikki nämä ominaisuudet käyttävät laskennallisia kuvantamistekniikoita.
Laskennallisen valokuvauksen määritelmä on kehittynyt kattamaan useita tietokonegrafiikan , tietokonenäön ja sovelletun optiikan aihealueita . Nämä alueet on esitetty alla, järjestetty Shree K. Nayarin ehdottaman taksonomian mukaisesti . Jokaisella alueella on luettelo tekniikoista, ja jokaiselle tekniikalle viitataan yhdestä tai kahdesta edustavasta paperista tai kirjasta. Taksonomiasta on tarkoituksella jätetty pois kuvankäsittelytekniikat (katso myös digitaalinen kuvankäsittely ), joita sovelletaan perinteisesti otettuihin kuviin parempien kuvien tuottamiseksi. Esimerkkejä tällaisista tekniikoista ovat kuvan skaalaus , dynaamisen alueen pakkaus (eli sävykartoitus ), värinhallinta , kuvan viimeistely (aka maalaus tai reikien täyttö), kuvan pakkaus , digitaalinen vesileimaus ja taiteelliset kuvatehosteet. Myös menetelmät, jotka tuottavat etäisyysdatan , tilavuusdatan , 3D-mallit , 4D-valokentät , 4D-, 6D- tai 8D- BRDF-muodot tai muut korkean ulottuvuuden kuvapohjaiset esitykset , jätetään pois . Epsilon-valokuvaus on laskennallisen valokuvauksen osa-alue.
Vaikutus valokuvaukseen
Laskennallisen valokuvauksen avulla otetut valokuvat voivat antaa harrastajille mahdollisuuden tuottaa valokuvia, jotka vastaavat ammattivalokuvaajien laatua, mutta eivät tällä hetkellä ole ammattitason laitteiden käyttöä parempia.
Laskennallinen valaistus
Tämä ohjaa valokuvallista valaistusta jäsennellyllä tavalla ja käsittelee sitten otetut kuvat uusien kuvien luomiseksi. Sovellukset sisältävät kuvapohjaisen uudelleenvalon, kuvanparannuksen, kuvien epäterävyyden , geometrian/materiaalin talteenoton ja niin edelleen.
Suuren dynaamisen alueen kuvantamisessa käytetään eri kohtauksesta valotettuja kuvia samasta kohtauksesta dynaamisen alueen laajentamiseksi. Muita esimerkkejä ovat saman aiheen eri tavalla valaistujen kuvien käsittely ja yhdistäminen ("valotila").
Laskennallinen optiikka
Tämä on optisesti koodattujen kuvien sieppaus, jota seuraa laskennallinen dekoodaus uusien kuvien tuottamiseksi. Koodattua aukon kuvantamista käytettiin pääasiassa tähtitieteessä tai röntgenkuvauksessa kuvanlaadun parantamiseksi. Yksittäisen nastareiän sijasta kuvantamisessa käytetään neulareikiä ja dekonvoluutio suoritetaan kuvan palauttamiseksi. In koodattu säteilytyskuvauksen , on / off-tilan suljin on koodattu muuttaa ytimen liikkeen sumeus . Tällä tavoin liikkeenpoisto tulee hyvin hoidetuksi ongelmaksi . Samoin objektiivipohjaisessa koodatussa aukossa aukkoa voidaan muuttaa lisäämällä laajakaistamaski . Näin epätarkkuuden epätarkkuudesta tulee hyvin ilmastoitu ongelma. Koodattu aukko voi myös parantaa valokentän hankinnan laatua käyttämällä Hadamard -muunnosoptiikkaa.
Koodatut aukkokuviot voidaan myös suunnitella käyttämällä värisuodattimia, jotta voidaan käyttää erilaisia koodeja eri aallonpituuksilla. Näin voit lisätä kameran kennoon saapuvan valon määrää binäärimaskeihin verrattuna.
Laskennallinen kuvantaminen
Laskennallinen kuvantaminen on joukko kuvantamistekniikoita, jotka yhdistävät tiedonkeruun ja tietojenkäsittelyn ja luovat kohteen kuvan epäsuorasti, jotta saadaan parannettu tarkkuus , lisätiedot, kuten optinen vaihe tai 3D -rekonstruktio . Tiedot tallennetaan usein ilman tavanomaista optista mikroskooppia tai rajoitettuja tietojoukkoja.
Laskennallinen kuvantaminen mahdollistaa optisten järjestelmien, kuten numeerisen aukon , fyysisten rajoitusten ylittämisen tai jopa poistaa optisten elementtien tarpeen .
Optisen spektrin osille, joissa kuvantamisen elementtejä, kuten tavoitteita, on vaikea valmistaa tai kuva-antureita ei voida pienentää, laskennallinen kuvantaminen tarjoaa hyödyllisiä vaihtoehtoja esimerkiksi röntgen- ja THz-säteilyn aloilla .
Yleisiä tekniikoita
Yleisimpiä laskennallisia kuvantamistekniikoita ovat linssitön kuvantaminen , laskennallinen pilkkukuvaus , ptykografia ja Fourier -psykografia .
Laskennallinen kuvantamistekniikka perustuu usein puristusanturiin tai vaiheenhakutekniikkaan , jossa kohteen kulmaspektri rekonstruoidaan. Muut tekniikat liittyvät laskennalliseen kuvantamiseen, kuten digitaalinen holografia , tietokonenäkö ja käänteisongelmat, kuten tomografia .
Laskennallinen käsittely
Tämä on ei-optisesti koodattujen kuvien käsittely uusien kuvien tuottamiseksi.
Laskennalliset anturit
Nämä ovat ilmaisimia, jotka yhdistävät tunnistuksen ja käsittelyn, tyypillisesti laitteistossa, kuten ylinäytteistetty binäärinen kuvakenno .
Varhainen työ tietokonenäkössä
Vaikka laskennallinen valokuvaus on tällä hetkellä suosittu sana tietokonegrafiikassa, monet sen tekniikoista ilmestyivät ensin tietokonenäkökirjallisuuteen, joko muilla nimillä tai 3D -muotoanalyysiin tähtäävissä papereissa.
Taidehistoria
Laskennallista valokuvausta taidemuotona on harjoitettu kaappaamalla eri aiheista valotettuja kuvia samasta aiheesta ja yhdistämällä ne yhteen. Tämä oli inspiraatio kehitettävän tietokoneen kehittämiselle 1970 -luvulla ja 1980 -luvun alussa. Laskennallinen valokuvaus on saanut inspiraationsa Charles Wyckoffin työstä , ja siksi laskennallisen valokuvauksen aineistoja (esim. Eri aiheista kuvatut eri aiheen kuvat, jotka on otettu yhden yhdistelmäkuvan tekemiseksi) kutsutaan joskus hänen kunniakseen Wyckoff Setsiksi.
Mann ja Candoccia tekivät varhaisen työn tällä alalla (yhteinen arvio kuvan projisoinnista ja valotusarvosta).
Charles Wyckoff omisti suuren osan elämästään erityisten 3-kerroksisten valokuvaelokuvien luomiseen, jotka ottivat eri valotuksia samasta aiheesta. Wyckoffin elokuvasta otettu kuva ydinräjähdyksestä ilmestyi Life Magazine -kannessa ja näytti dynaamisen alueen tummista ulkoalueista sisemmään ytimeen.
Katso myös
- Mukautuva optiikka
- Monispektrinen kuvantaminen
- Samanaikainen lokalisointi ja kartoitus
- Supertarkkuusmikroskopia
- Lentoajan kamera
Viitteet
Ulkoiset linkit
- Nayar, Shree K. (2007). "Laskennalliset kamerat" , konenäkösovelluksia käsittelevä konferenssi .
- Laskennallinen valokuvaus (Raskar, R., Tumblin, J.,) , AK Peters. Lehdistössä.
- Erityisnumero laskennallisesta valokuvauksesta , IEEE Computer, elokuu 2006.
- Kamerakulttuuri ja laskennallinen journalismi: visuaalisten kokemusten kaappaus ja jakaminen , IEEE CG&A Special Issue, helmikuu 2011.
- Rick Szeliski (2010), Tietokonenäkö: Algoritmit ja sovellukset , Springer.
- Laskennallinen valokuvaus: menetelmät ja sovellukset (toim. Rastislav Lukac), CRC Press, 2010.
- Älykäs kuvankäsittely (John Wiley and Sons -kirjatiedot).
- Vertailumaiset yhtälöt .
- GJB-1: Digitaalikameran dynaamisen alueen lisääminen Wyckoffin periaatteen avulla
- Esimerkkejä puettavasta laskennallisesta valokuvauksesta taidemuotona
- Siggraph -kurssi laskennallisessa valokuvauksessa