एक नियमित कैमरे के लिए एक असामान्य लेंस या फ़ोकस के बारे में सोचना कैसे बंद करें

कैमरे के अस्तित्व के लगभग दो सदियों से इंजीनियरों को "कुछ और" जोड़ने का मौका नहीं छोड़ना चाहिए था। आधुनिक कैमरे उच्च गुणवत्ता वाले वीडियो शूट करते हैं, क्लाउड पर तस्वीरें अपलोड करते हैं और भू-टैग को स्नैप करते हैं। हम पैनोरमा और 360 ° ले सकते हैं, तारों को देख सकते हैं और समय को धीमा कर सकते हैं। लेकिन प्रगति अभी भी खड़ी नहीं है, लेकिन भविष्य में दौड़ती है, मन की पूछताछ द्वारा ईंधन।


आज जिस तकनीक की चर्चा की जाएगी, वह नई नहीं है। लेकिन इसे लागू करने का तरीका निश्चित रूप से विचार करने योग्य है। यह एक दिलचस्प लाइट-फील्ड लेंस होगा जो किसी भी DSLR कैमरे के साथ इस्तेमाल किया जा सकता है।

Ligh-Field क्या है और यह किसके साथ खाता है?

प्रकाश के क्षेत्र को स्वयं सोवियत भौतिक विज्ञानी गेरशुन ने 1936 में प्रकाश के रेडियोमेट्रिक गुणों पर अपने काम में प्रस्तावित किया था।

एक प्रकाश क्षेत्र एक वेक्टर फ़ंक्शन है जो अंतरिक्ष में एक बिंदु के माध्यम से किसी भी दिशा में प्रकाश गुजरने का वर्णन करता है। अंतरिक्ष में किसी दिए गए बिंदु के लिए प्रकाश की एक किरण (या इसकी दिशा) पांच मापदंडों (तथाकथित 5D-plenoptic फ़ंक्शन) द्वारा वर्णित की जा सकती है: x , y , z निर्देशांक और दो कोण or और ϕ । विभिन्न दृष्टिकोणों से प्राप्त फील्ड वैक्टर को एकीकृत करके, हम कुल रोशनी मूल्य प्राप्त करते हैं। और अंतरिक्ष में प्रकाश किरणों का पूरा विवरण होने से, हम सटीक रूप से निर्धारित कर सकते हैं, उदाहरण के लिए, किसी भी दृष्टिकोण से कोई वस्तु कैसी दिखती है।

प्रकाश क्षेत्र के सिद्धांत का व्यावहारिक अनुप्रयोग क्या है? सबसे दिलचस्प क्षेत्रों में से एक प्रकाश-क्षेत्र के कैमरे हैं। शास्त्रीय कैमरों के विपरीत, किसी वस्तु के बिंदुओं पर प्रकाश की तीव्रता को रिकॉर्ड करते हुए, प्रकाश क्षेत्र का कैमरा किरणों की दिशा, आउटगोइंग और इन बिंदुओं को भी ध्यान में रखता है। दूसरे शब्दों में, हम ऑब्जेक्ट से निकलने वाली प्रकाश की "व्यक्तिगत" किरणों को पकड़ते हैं। और यह, बदले में, आपको अंतरिक्ष में वस्तुओं के भौतिक निर्देशांक और गहराई से नक्शा प्राप्त करने की अनुमति देता है।

प्रकाश क्षेत्र के कैमरे कैसे व्यवस्थित होते हैं?

हम पहले से ही जानते हैं कि इस प्रकार के एक कैमरे को न केवल तीव्रता को रिकॉर्ड करना चाहिए, बल्कि वस्तु से निकलने वाली प्रकाश किरणों की दिशा भी होनी चाहिए। इसे लागू करने का एक तरीका ऑप्टिकल सेंसर के सामने लेंस की एक सरणी का उपयोग करना है। ये लेंस दृश्य की एक विशिष्ट भाग में स्थित वस्तु से प्रकाश की किरणों को एकत्रित करते हैं और उन्हें सेंसर पर केंद्रित करते हैं।

यह समझना महत्वपूर्ण है कि इस मामले में लेंस का मुख्य लेंस अब सेंसर पर छवि को केंद्रित नहीं करता है। इसके बजाय, लेंस को लेंस सरणी के तल पर प्रक्षेपित किया जाता है (शास्त्रीय कैमरों में, सेंसर बिल्कुल इसी विमान में स्थित होता है), लेंस का सरणी गुजरता है, और उसके बाद ही सेंसर पर गिरता है, जिससे दृश्य के विभिन्न हिस्सों की मोज़ेक छवि बनती है।


आंकड़ा ऐसे लेंस के संचालन का एक सरल आरेख दिखाता है। ऑप्टिकल सिस्टम के चालाक संगठन के लिए धन्यवाद, अंत में, हमें एक नहीं, बल्कि ऑब्जेक्ट की कई छवियां मिलती हैं, और ऐसी प्रत्येक छवि अपने अद्वितीय कोण से ऑब्जेक्ट का एक अनूठा प्रतिनिधित्व बनाती है।

हालांकि, इस योजना में कई नुकसान हैं, जैसे विनिर्माण की उच्च लागत, अंशांकन की जटिलता, एपर्चर नियंत्रण और अन्य सिस्टम पैरामीटर। ऐसे कैमरों के सबसे प्रसिद्ध उदाहरणों में से एक है लिटरो का उत्पाद - लिटरो इल्म कैमरा (परियोजना जमी हुई लगती है)

क्या आप इसे आसान बना सकते हैं?

आप कर सकते हैं। इस लेख में मैं जिस लेंस के बारे में बात करना चाहता हूं, उसमें माइक्रो-लेंस की एक सरणी नहीं है। इसके बजाय, एक प्रणाली का उपयोग किया जाता है, जो एक आयताकार खंड (दर्पण बॉक्स) के साथ एक दर्पण "चैनल" है, जहां, कई प्रतिबिंबों के लिए धन्यवाद, एक तथाकथित कैलीडोस्कोपिक छवि बनाई जाती है, जो सामान्य तरीके से कैमरा सेंसर द्वारा रिकॉर्ड की जाती है।



एक छोटी जर्मन कंपनी विकसित कर रही है। लेंस पूरी तरह से काम कर रहे प्रोटोटाइप के चरण में है, और इसके संचालन का सिद्धांत काफी सरल है।

सिस्टम द्वारा प्राप्त चित्र कुछ इस तरह दिखते हैं:


यहां तत्व मिरर किए गए हैं। इस तरह के एक असामान्य बहुरूपदर्शक चित्र "दर्पण चैनल" में किरणों के प्रतिबिंब का एक परिणाम है।

और यह है कि बरामद तत्वों की जोड़ी का पूर्ण अंतर कैसा दिखता है (उज्ज्वल पिक्सेल का मतलब मूल्यों में बड़ा अंतर है):



दूसरे शब्दों में, हमारे पास एक स्टीरियो जोड़ी के अलावा और कुछ नहीं है। या बल्कि, स्टीरियो नौ (3x3 तत्व)। चैनल के ज्यामितीय मापदंडों को बदलते हुए, हम 5x5 और यहां तक ​​कि बड़े आयाम प्राप्त कर सकते हैं, जो हालांकि, वास्तविक जीवन में कोई मतलब नहीं है और यहां तक ​​कि नुकसान भी पहुंचाता है।

तो, हमारे पास बहुरूपदर्शक छवि बनाने वाले चित्रों का एक समूह है। आगे क्या?

यह वह जगह है जहां गर्म एनालॉग ऑप्टिकल हार्डवेयर समाप्त होता है, और ठंडा डिजिटल सॉफ्ट शुरू होता है।

अंशांकन

आवेदन के बावजूद, छवियों को पुनर्स्थापित किया जाना चाहिए (आपको पूरे ऑप्टिकल सिस्टम को कैलिब्रेट करने की आवश्यकता है, और चित्रों को प्राप्त अंशांकन डेटा लागू करें)। यह प्रक्रिया बल्कि थकाऊ है, लेकिन महत्वपूर्ण है, क्योंकि केलिडोस्कोपिक छवि के विभिन्न तत्वों को आवश्यक रूप से एक दूसरे के साथ "समन्वित" होना चाहिए (यहां तक ​​कि तत्वों की नगण्य / कई पिक्सेल / विसंगतियां परिणाम और प्रभाव को बहुत खराब कर सकती हैं)। अंशांकन के विषय पर कई काम हैं, इसलिए यह विवरण प्रकट करने के लिए कोई मतलब नहीं है। आपको बस यह याद रखना है कि किसी भी स्टीरियो एप्लिकेशन के लिए कैलिब्रेशन बहुत महत्वपूर्ण है।

गहराई का नक्शा

"सम" चित्रों को प्राप्त करने के बाद, हम एक गहरा मानचित्र बना सकते हैं।
यह संभवतः पाइपलाइन में सबसे महत्वपूर्ण और कठिन हिस्सा है। अंतिम आवेदन की गुणवत्ता गहराई के नक्शे की गुणवत्ता पर निर्भर करती है। और गहराई के नक्शे की गुणवत्ता, बदले में, अंशांकन की गुणवत्ता, चयनित एल्गोरिथ्म और दृश्य की "जटिलता" पर निर्भर करती है।

लेकिन एल्गोरिथ्म की परवाह किए बिना, कार्य हमेशा समान होता है - वाम और दाएँ चित्रों के संबंधित बिंदुओं को खोजने के लिए (और हमारे मामले में + 7 और छवियां) और उनके बीच की दूरी (असमानता) की गणना करें। दूरी मूल्य किसी दिए गए पिक्सेल के लिए गहराई मूल्य का पारस्परिक होगा।

यदि आप दो के साथ मिल सकते हैं तो 9 छवियों का उपयोग क्यों करें? जाहिर है, अधिक छवियों का उपयोग करते हुए, हमारे पास दृश्य के बारे में अधिक जानकारी है और गहराई के नक्शे का अनुमान लगाने के लिए मौजूदा एल्गोरिदम की कुछ समस्याओं को आंशिक रूप से हल कर सकते हैं।

ऐसे एल्गोरिदम की शास्त्रीय समस्याओं के बीच:

• नीरस, बनावट के बिना एक रंग की सतहों - एल्गोरिथ्म में मैचों को खोजने की प्रक्रिया में "पकड़ने" के लिए कुछ भी नहीं है
• ओवरलैपिंग ऑब्जेक्ट्स (एक कोने से दिखाई देते हैं और दूसरे से अदृश्य)
• प्रतिबिंबित या चमकदार सतहों पर छाया और प्रतिबिंब
• नियमित संरचनाएं जैसे कि कोशिकाएं और धारियां समस्याएं पैदा करती हैं, क्योंकि यह हमेशा स्पष्ट नहीं होता है कि छवि A किस कोशिका की छवि B की कोशिका से मेल खाती है।
• छवियों की सीमाएं - अतिव्यापी वस्तुओं की समस्या के समान एक समस्या। छवियों की सीमाओं पर, सूचना अनिवार्य रूप से किसी भी कोण से खो जाती है।

गहराई का नक्शा बनाने के लिए कई गुणवत्ता और बहुत एल्गोरिदम नहीं हैं। सबसे आशाजनक घटनाक्रम अब शास्त्रीय तरीकों और विभिन्न मशीन लर्निंग तकनीक (सीएनएन, डीएनएन) का उपयोग करते हुए हाइब्रिड दृष्टिकोण के क्षेत्र में हैं। हमेशा की तरह, एल्गोरिथम की पसंद गति और गुणवत्ता के बीच एक समझौता है। सौभाग्य से, फोटोग्राफी में हम वास्तविक समय से वापस कदम रख सकते हैं और एक बेहतर गहराई का नक्शा प्राप्त कर सकते हैं।

हमारे उदाहरण के लिए, गहराई का नक्शा कुछ इस तरह दिखता है:

ध्यान केंद्रित करें

हमें गहराई का एक नक्शा मिला है, अब इसके साथ क्या करना है? वस्तुओं की दूरस्थता के बारे में जानकारी अक्सर उपयोगी होती है। एक लोकप्रिय अनुप्रयोग पोस्ट फोकस है।

फ़ोकस से बाहर निकलना फ़ोटोग्राफ़रों की समस्याओं में से एक है। क्या आपने देखा कि मूल छवि में पूरा दृश्य फोकस में था? यह इस प्रकार है कि गहराई के नक्शे के आधार पर पोस्ट-फोकस इस तरह दिखता है:



यह ध्यान दिया जाना चाहिए कि इस दृष्टिकोण के साथ, हमें वास्तव में ऑप्टिकल सिस्टम के भौतिक गुणों से छुटकारा मिलता है। यह, उदाहरण के लिए, एल्गोरिथ्म को कई तरकीबों से एक छवि बनाने की अनुमति देता है। या प्रोग्राम को तेजी से चित्रित स्थान (डेप्थ ऑफ फील्ड) की गहराई में बदल दें।

अन्य अनुप्रयोगों

पोस्ट-फ़ोकसिंग मुख्य है, लेकिन अभी भी एकमात्र आवेदन नहीं है। सामान्य तौर पर, इस लेंस को आभासी कैमरों (9 पीसी) की एक सरणी माना जा सकता है। तदनुसार, यह उन सभी अनुप्रयोगों पर लागू होता है, जिन्हें आप कैमरे की एक सरणी के लिए कल्पना कर सकते हैं, उदाहरण के लिए:

• ध्रुवीकरण फिल्टर - 9 छवि तत्वों में से प्रत्येक में एक दिए गए दिशा के साथ अपना स्वयं का ध्रुवीकरण फ़िल्टर होता है। यह आपको एक शॉट में विभिन्न ध्रुवीकरणों के साथ 9 छवियां प्राप्त करने की अनुमति देता है और यहां तक ​​कि ध्रुवीकरण की दिशा के एक सहज परिवर्तन की एक वीडियो श्रृंखला भी बनाता है
• एचडीआर (हाई-डायनामिक-रेंज) - एक ही सिद्धांत: चमक के इष्टतम "संयोजन" के लिए 9 विभिन्न फिल्टर + एल्गोरिदम
• परिप्रेक्ष्य में बदलाव
• गहराई-आधारित संपादन - आपको विभिन्न फिल्टर को विभिन्न गहराई में लागू करने की अनुमति देता है। उदाहरण के लिए, अग्रभूमि को उजागर करते हुए, पृष्ठभूमि को काले और सफेद बनाएं।
• विभाजन - एक निश्चित दूरी पर स्थित वस्तुओं का चयन
• दूरी माप - चित्रों के लिए एक शासक। यह "उथले" दृश्यों के लिए विशेष रूप से अच्छी तरह से काम करता है, जिसके लिए असमानता को गणना करना आसान है।
• उद्योग के लिए आवेदन - उत्पादन की गुणवत्ता और निगरानी का आकलन करने के विभिन्न तरीके

निष्कर्ष

इस लेंस की अंतिम लागत का सवाल अभी भी खुला है, लेकिन कुछ भौतिक मापदंडों का निर्धारण पहले ही किया जा चुका है। यह ज्ञात है कि लंबाई 20 सेमी से अधिक नहीं होनी चाहिए, और द्रव्यमान - 800 ग्राम। यह बताया गया है कि यह डिवाइस मुख्य रूप से सोनी, कैनन और निकॉन कैमरों के अनुकूल होगा।

लेख के बाहर ऐसे महत्वपूर्ण विषय बने रहे जैसे दृश्यदर्शी के साथ मानक कैमरों के व्यावहारिक उपयोग, संकल्प की बहाली (सुपर-रिज़ॉल्यूशन), एल्गोरिदम को संसाधित करना और ग्राफिक संपादकों के साथ एकीकरण। मैं अगली बार इस बारे में बात करूंगा।

आपका ध्यान के लिए धन्यवाद!