Fotografía de campo de luz: ¿qué es y cómo funciona?

La fotografía de campo de luz existe desde hace mucho tiempo. El primer dispositivo de campo de luz analógico fue inventado en 1908 por Gabriel Lippmann, quien finalmente ganó un Premio Nobel por su trabajo en fotografía en color.

La fotografía de campo de luz es fascinante, ya que le permite mover el plano de enfoque de una imagen después de que ya se ha tomado una imagen, lo que es imposible en la fotografía normal.

Entonces, ¿cómo funciona la fotografía de campo de luz? Este artículo le enseñará todo lo que necesita saber.

¿Qué es la fotografía de campo de luz?

La fotografía normal funciona de manera muy similar al ojo humano. Enfocas con la cámara y el sensor captura una imagen bidimensional de un espacio tridimensional, con un "corte" de ese espacio enfocado. Todo lo que está delante o detrás del área enfocada está borroso y desenfocado. Esto se debe a que un sensor normal captura información solo con respecto a la intensidad de la luz.

El campo de luz se refiere a la totalidad de todos los rayos de luz (cada fotón) en una escena. Los rayos de luz que componen el campo de luz están definidos por la función plenóptica (es por eso que las cámaras de campo de luz también se denominan cámaras plenópticas). La función plenóptica describe un rayo de luz en cinco dimensiones: sus coordenadas en el espacio 3D (X, Y, `) y su dirección en el espacio 2D (dos ángulos).

La fotografía de campo de luz captura información del campo de luz en una escena en particular, incluyendo tanto la intensidad de la luz como la dirección de los rayos de luz (según el plenoptic función).

La fotografía de campo de luz es muy diferente a la fotografía convencional. Le permite capturar una imagen tridimensional y elegir dónde estará el enfoque después del hecho. Mediante el uso de múltiples sensores, se puede capturar tanto la luz entrante como la dirección de los rayos de luz.

¿Cómo funciona la fotografía de campo de luz?

Como se mencionó, una cámara de campo de luz captura toda la información sobre el campo de luz frente a la cámara. Esta información incluye la intensidad, el color y la dirección de la luz. Debido a esto, es posible determinar matemáticamente de dónde emanó cada rayo de luz antes de llegar al sensor. Esto significa que se puede construir un modelo tridimensional de la escena.

Existen varias técnicas para capturar un campo de luz, por ejemplo:

• Usar una sola cámara para capturar información sobre una escena desde múltiples ángulos. Este método produce una selección de muchas imágenes.
• Matrices de varias cámaras. Por lo general, cuentan con docenas de sensores en una amplia gama que capturan información sobre una escena desde un ángulo ligeramente diferente. Este método también produce muchas imágenes a la vez.
• Matrices de microlentes. Tener una variedad de cientos de microlentes frente a un solo sensor de cámara digital permite capturar la información del campo de luz. Esto produce una imagen que se compone de cientos de subimágenes.

Cada imagen o subimagen difiere al capturar los rayos de luz que se originaron en ubicaciones ligeramente diferentes en el espacio. Debido a que cada píxel mostrará, por lo tanto, una escena ligeramente diferente, se registra información sobre el ángulo del rayo de luz. Esto hace posible calcular la distancia de cada objeto desde la cámara y su posición en la escena y finalmente desarrollar un modelo 3D de la escena.

Aplicaciones de la fotografía de campo de luz

Hay varios usos para la fotografía de campo de luz que podrían ser increíblemente útiles. Debido a que se registra toda la información sobre el campo de luz de una escena, es posible procesar imágenes de campo de luz de muchas formas que no son posibles en la fotografía normal.

Punto focal personalizado

La característica más conocida de la fotografía de campo de luz es poder cambiar el punto de enfoque después de que se ha tomado la imagen. Esto se debe a que la información capturada por la cámara incluye el enfoque en todas las distancias, lo que significa que con un software sofisticado es posible elegir cualquier distancia para ser el punto focal en el escena.

Profundidad de campo variable

De manera similar al enfoque, debido a la naturaleza de la información registrada, es posible procesar imágenes con "apertura sintética". La apertura es el diámetro de la apertura en una lente y determina la profundidad de campo (qué tan desenfocados están el primer plano y el fondo) en una imagen.

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Debido a que una imagen de campo de luz incluye información en todas las distancias de enfoque posibles, es posible Cree imágenes que tengan la profundidad de campo más pequeña posible (solo una sección muy pequeña está enfocada). También es posible crear una imagen con una profundidad de campo infinita donde todo en la imagen está enfocado.

Efecto de paralaje

Dependiendo de la forma en que se capture el campo de luz, es posible producir ángulos de visión ligeramente diferentes de la escena. Esto depende del diámetro o ancho del sistema utilizado para tomar la imagen. Cuanto más ancho es el sistema de lentes, más luz se captura desde ángulos más amplios.

Una vez que se toma la imagen, es posible cambiar la perspectiva de la imagen en una pequeña cantidad como si estuviera moviendo la cabeza en la escena real. Esto se conoce como efecto de paralaje. Usando el efecto de paralaje, también es posible reconstruir una imagen en 3D.

Calcular distancias

Dependiendo de la sensibilidad del sistema de fotografía de campo de luz y de cuán conocidas sean sus propiedades ópticas, es posible calcular la distancia desde la lente a los objetos en una escena. Una aplicación importante de esto sería la microscopía, donde es útil medir con precisión el tamaño de muestras sintéticas o biológicas.

Cambiar las condiciones de iluminación

Debido a que se registra tanta información sobre la profundidad de la escena en la fotografía de campo de luz, es posible con el software de posprocesamiento reconstruir con precisión la iluminación en una escena. Dado que el software conoce las posiciones relativas de todos los objetos en una imagen, puede calcular de manera convincente dónde caerían las sombras.

Realidad virtual

La fotografía de campo de luz puede cambiar el cine y la realidad virtual para siempre. Esto se debe a que la fotografía de campo de luz se puede utilizar para crear realidad virtual en la vida real. Google ha desarrollado ejemplos sobre esto que se pueden ver en Vapor.

Usando una matriz de cámara giratoria de 16 GoPros, capturaron miles de imágenes que registraron toda la información del campo de luz en un espacio 3D. Luego pudieron crear una experiencia de realidad virtual tridimensional con seis grados de libertad.

¿Son las cámaras de campo de luz el futuro de la fotografía?

En 2012, la primera cámara de campo de luz del mercado de consumo fue lanzado por la empresa Lytro. Esta cámara tenía una resolución de un megapíxel con una apertura constante de F / 2 y se vendía por entre $ 400 y $ 500. Desde entonces, muy pocas cámaras de campo de luz dirigidas al consumidor han llegado al mercado.

La falta de resolución y calidad de imagen significó que las cámaras de campo de luz simplemente no despegaron en el mercado de consumo como lo hicieron las DSLR. De hecho, muchos de los usos de la tecnología de campo de luz siguen en desarrollo.

Pero hay una razón por la que Google (y ahora Apple) están invirtiendo en esta tecnología, y su uso para crear experiencias de usuario en 3D para la realidad virtual es solo un ejemplo.

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