Fotografia in campo luminoso: cos’è e come funziona?
La fotografia in campo luminoso esiste da molto tempo. Il primo dispositivo analogico a campo luminoso fu inventato nel 1908 da Gabriel Lippmann che alla fine vinse un premio Nobel per il suo lavoro sulla fotografia a colori.
La fotografia in campo luminoso è affascinante in quanto consente di spostare il piano di messa a fuoco di un’immagine dopo che un’immagine è già stata scattata, il che è impossibile nella fotografia normale.
Quindi, come funziona la fotografia in campo luminoso? Questo articolo ti insegnerà tutto ciò che devi sapere.
Che cos’è la fotografia in campo luminoso?
La fotografia normale funziona in modo molto simile all’occhio umano. Metti a fuoco con la fotocamera e il sensore cattura un’immagine bidimensionale dello spazio tridimensionale, con una “fetta” di quello spazio a fuoco. Tutto davanti o dietro l’area a fuoco è sfocato e non a fuoco. Questo perché un normale sensore acquisisce informazioni solo riguardanti l’intensità della luce.
Il campo di luce si riferisce alla totalità di tutti i raggi di luce (ogni fotone) in una scena. I raggi luminosi che compongono il campo luminoso sono definiti dalla funzione plenottica (ecco perché le camere a campo luminoso sono anche chiamate camere plenottiche). La funzione plenottica descrive un raggio di luce in cinque dimensioni: le sue coordinate nello spazio 3D (X, Y, `) e la sua direzione nello spazio 2D (due angoli).
La fotografia in campo luminoso cattura informazioni dal campo luminoso in una scena particolare, inclusa sia l’intensità della luce che la direzione dei raggi luminosi (secondo la funzione plenottica).
La fotografia in campo luminoso è molto diversa dalla fotografia convenzionale. Ti consente di catturare un’immagine tridimensionale e scegliere dove sarà la messa a fuoco dopo il fatto. Utilizzando più sensori, è possibile catturare sia la luce in entrata che la direzione dei raggi luminosi.
Come funziona la fotografia in campo luminoso?
Come accennato, una telecamera a campo luminoso acquisisce tutte le informazioni sul campo luminoso davanti alla telecamera. Queste informazioni includono l’intensità, il colore e la direzione della luce. Per questo motivo, è possibile determinare matematicamente da dove proveniva ciascun raggio di luce prima che raggiungesse il sensore. Ciò significa che è possibile costruire un modello tridimensionale della scena.
Esistono diverse tecniche per catturare un campo luminoso, ad esempio:
- Utilizzo di una singola fotocamera per acquisire informazioni su una scena da più angolazioni. Questo metodo produce una selezione di molte immagini.
- Array di telecamere multiple. Questi di solito dispongono di dozzine di sensori in un’ampia gamma che acquisiscono informazioni su una scena da un’angolazione leggermente diversa. Questo metodo produce anche molte immagini contemporaneamente.
- Matrici di microlenti. Avere una serie di centinaia di microlenti davanti a un singolo sensore per fotocamera digitale consente di acquisire informazioni sul campo luminoso. Questo produce un’immagine composta da centinaia di immagini secondarie.
Ogni immagine o sottoimmagine differisce catturando i raggi di luce che hanno avuto origine in posizioni leggermente diverse nello spazio. Poiché ogni pixel mostrerà quindi una scena leggermente diversa, vengono registrate le informazioni sull’angolo del raggio di luce. Ciò rende possibile calcolare la distanza di ciascun oggetto dalla telecamera e la posizione nella scena e infine sviluppare un modello 3D della scena.
Applicazioni della fotografia in campo luminoso
Ci sono vari usi per la fotografia in campo chiaro che potrebbero essere incredibilmente utili. Poiché vengono registrate tutte le informazioni sul campo luminoso di una scena, è possibile elaborare le immagini del campo luminoso in molti modi che non sono possibili nella fotografia normale.
Punto focale personalizzato
La caratteristica più nota della fotografia in campo luminoso è la possibilità di cambiare il punto di messa a fuoco dopo che l’immagine è stata scattata. Questo perché le informazioni catturate dalla fotocamera includono la messa a fuoco a ogni distanza, il che significa che con un software sofisticato è possibile scegliere qualsiasi distanza per essere il punto focale della scena.
Profondità di campo variabile
Analogamente alla messa a fuoco, data la natura delle informazioni registrate, è possibile elaborare immagini con “apertura sintetica”. L’apertura è il diametro dell’apertura in un obiettivo e determina la profondità di campo (quanto sono sfocati il primo piano e lo sfondo) in un’immagine.
Poiché un’immagine in campo chiaro include informazioni a ogni possibile distanza di messa a fuoco, è possibile creare immagini con la minore profondità di campo possibile (solo una sezione molto piccola è a fuoco). È anche possibile creare un’immagine con una profondità di campo infinita in cui tutto nell’immagine è a fuoco.
Effetto di parallasse
A seconda del modo in cui viene catturato il campo luminoso, è possibile produrre angoli di visualizzazione leggermente diversi della scena. Ciò dipende dal diametro o dalla larghezza del sistema utilizzato per acquisire l’immagine. Più ampio è il sistema di lenti, più luce viene catturata da angoli più ampi.
Una volta scattata l’immagine, è possibile modificare leggermente la prospettiva dell’immagine come se si stesse muovendo la testa nella scena reale. Questo è noto come effetto di parallasse. Utilizzando l’effetto di parallasse, è anche possibile ricostruire un’immagine 3D.
Calcola distanze
A seconda della sensibilità del sistema di fotografia in campo luminoso e di quanto siano note le sue proprietà ottiche, è possibile calcolare la distanza dall’obiettivo agli oggetti in una scena. Una delle principali applicazioni di questo sarebbe in microscopia, dove è utile misurare con precisione la dimensione di campioni sintetici o biologici.
Modifica le condizioni di illuminazione
Poiché nella fotografia in campo luminoso vengono registrate così tante informazioni sulla profondità della scena, è possibile con il software di post-elaborazione ricostruire con precisione l’illuminazione in una scena. Poiché il software conosce le posizioni relative di tutti gli oggetti in un’immagine, può calcolare in modo convincente dove cadrebbero le ombre.
Realta virtuale
La fotografia in campo luminoso può cambiare per sempre il cinema e la realtà virtuale . Questo perché la fotografia in campo luminoso può essere utilizzata per creare realtà VR nella vita reale. Google ha sviluppato esempi su questo che possono essere visualizzati su Steam .
Utilizzando una serie di telecamere rotanti di 16 GoPro, hanno catturato migliaia di immagini che hanno registrato tutte le informazioni sul campo luminoso in uno spazio 3D. Sono stati quindi in grado di creare un’esperienza di realtà virtuale tridimensionale, a sei gradi di libertà.
Le fotocamere Light Field sono il futuro della fotografia?
Nel 2012 la società Lytro ha rilasciato la prima telecamera a campo luminoso per il mercato consumer. Questa fotocamera aveva una risoluzione di un megapixel con un’apertura costante di F/2 e venduta tra $ 400 e $ 500. Da allora, sul mercato sono arrivate pochissime fotocamere a campo luminoso destinate ai consumatori.
La mancanza di risoluzione e qualità dell’immagine significava che le fotocamere a campo chiaro semplicemente non erano decollate nel mercato consumer come hanno fatto le reflex digitali. In effetti, molti degli usi della tecnologia del campo luminoso rimangono in fase di sviluppo.
Ma c’è un motivo per cui Google (e ora Apple) stanno investendo in questa tecnologia e il suo utilizzo nella creazione di esperienze utente 3D per la realtà virtuale è solo un esempio!
