Càmera plenòptica: diferència entre les revisions

El 1992, Adelson i Wang van proposar el disseny d’una càmera plenòptica que podia ser utilitzada per reduir considerablement el problema de correspondència en l’alineació d’imatges estèreo.<ref name=":0">{{Ref-publicació|article=Single lens stereo with a plenoptic camera|url=http://ieeexplore.ieee.org/document/121783/|publicació=IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence|data=Feb./1992|pàgines=99–106|volum=14|exemplar=2|doi=10.1109/34.121783|nom=E.H.|cognom=Adelson|nom2=J.Y.A.|cognom2=Wang}}</ref>. Per aconseguir-ho, un grup de micro-lents és col·locat al pla focal de la lent principal de la càmera. El [[Sensor d'imatge|sensor d’imatge]] és posicionat lleugerament darrere de les micro-lents. Utilitzat aquestes imatges, el desplaçament de les parts de la imatge que no estan enfocades pot ser analitzat i es pot extreure informació sobre la profunditat.

La “càmera plenòptica estàndard” és un model matemàtic estandarditzat utilitzat per investigadors per comparar diferents tipus de càmeres de camp de llum. Per definició, la “càmera plenòptica estàndard” té micro-lents col·locades a una longitud focal de distància del pla d’imatge d’un sensor.<ref name=":1">{{Ref-web|títol=Light Field Photography with a Hand-Held Plenoptic Camera|url=http://graphics.stanford.edu/papers/lfcamera/|consulta=2020-11-05}}</ref><ref>{{Ref-web|títol=Todor Georgiev - Adobe|url=http://www.tgeorgiev.net/|consulta=2020-11-05}}</ref><ref>{{Ref-publicació|article=Refocusing distance of a standard plenoptic camera|cognom=Hahne|nom5=Matthias|cognom4=Fiebig|nom4=Susanne|cognom3=Velisavljevic|nom3=Vladan|cognom2=Aggoun|nom2=Amar|nom=Christopher|url=https://www.osapublishing.org/abstract.cfm?URI=oe-24-19-21521|llengua=en|doi=10.1364/OE.24.021521|exemplar=19|volum=24|pàgines=21521|issn=1094-4087|data=2016-09-19|publicació=Optics Express|cognom5=Pesch}}</ref>. Les investigacions han mostrat que la seva línia base màxima està limitada al tamany de la pupil·la de la principal lent d’entrada, cosa que resulta petita al comparar-la amb instal·lacions estereoscòpiques.<ref name=":0" /><ref>Hahne, C.; Aggoun, A.; Velisavljevic, V.; Fiebig, S.; Pesch, M. (2017). "Baseline and Triangulation Geometry in a Standard Plenoptic Camera" (PDF). ''Int. J. Comput. Vis''.</ref>. Això vol dir que la “càmera plenòptica estàndard” podria estar ideada per aplicacions a curta distància, ja que mostra una resolució de profunditat més gran a distàncies molt properes que es poden prediure mètricament a partir dels paràmetres de la càmera.<ref>{{Ref-web|títol=The Plenoptic Camera aka Light Field Camera|url=http://www.plenoptic.info/pages/coding.html|consulta=2020-11-05|cognom=Christopher Hahne}}</ref>.

El 2004, un equip al Laboratori de Gràfics per Ordinador de la [[Universitat de Stanford]] va utilitzar una càmera de 16 megapixels amb una alineació de 90.000 micro-lents (cada micro-lent pot captar 175 píxels, pel que la resolució final és de 90 kilopixels) per demostrar que les imatges es poden tornar a enfocar després de ser capturades.<ref name=":1" />.

El 2007, investigadors al MERL van proposar un tipus de càmera plenòptica que feia servir una màscara de pel·lícula de baix cost en comptes d’una alineació de micro-lents.<ref name=":2">Ashok Veeraraghavan, Ramesh Raskar, Amit Agrawal, Ankit Mohan and Jack Tumblin. Dappled Photography: Mask Enhanced Cameras for Heterodyned Light Fields and Coded Aperture Refocusing. ''ACM Transactions on Graphics'', Vol. 26, Issue 3, July 2007.</ref>. Aquest disseny supera diverses limitacions de les alineacions de micro-lents en quant a [[Aberració cromàtica|aberracions cromàtiques]] i la pèrdua de píxels, i permet capturar fotografies de major resolució espacial. En canvi, el disseny de màscara redueix la quantitat de llum que arriba al sensor d’imatge en comparació amb les càmeres basades en alineacions de micro-lents.

Les càmeres plenòptiques són útils per capturar imatges en moviment ràpid quan l’auto enfocament podria no funcionar o quan aquest implica un preu molt alt, com amb les càmeres de seguretat. Una gravació d’una [[càmera de seguretat]]<ref>{{Ref-web|títol=Polydioptric Camera Design - VideoGeometry :: Home Page of Jan Neumann|url=https://sites.google.com/site/videogeometry/research/polydioptric-camera-design|consulta=2020-11-05}}</ref> basada en tecnologia plenòptica podria fer-se servir per produir un model 3D precís d’un subjecte.<ref>{{Ref-web|títol=Computer scientists create a 'light field camera' that banishes fuzzy photos|url=http://news.stanford.edu/news/2005/november9/camera-110205.html|data=2005-11-03|consulta=2020-11-05|llengua=en|nom=Anne|cognom=Strehlow}}</ref>.

La companyia ''[[Lytro]]'' va ser fundada per Ren Ng, alumne del Laboratori de Gràfics per Ordinador de la Universitat de Stanford, per comercialitzar la càmera de camp de llum que va desenvolupar com a estudiant de Grau. Lytro ha desenvolupat càmeres de camp de llum digitals a l’abast del consumidor amb la capacitat de capturar imatges fent servir una tècnica plenòptica.<ref>{{Ref-web|títol=Lytro|url=https://web.archive.org/web/20111104052005/https://www.lytro.com/camera|data=2011-11-04|consulta=2020-11-05}}</ref>. Després de l’abandonament del mercat de [[Lytro]] el març de 2018, hi existeixen poques opcions per comprar càmeres de camp de llum.

''Raytrix'' va venut diversos models de càmeres plenòptiques per a usos científics i industrials des de 2010, amb caps de visió d’a partir d’un megapíxel.<ref>{{Ref-web|títol=One Camera With 40,000 Lenses Helps Prevent Blurry Images|url=https://www.popsci.com/gadgets/article/2011-05/cameras-40000-lenses-help-salvage-blurry-images/|consulta=2020-11-05|llengua=en}}</ref><ref>{{Ref-web|títol=The First Plenoptic Camera on the Market|url=https://petapixel.com/2010/09/23/the-first-plenoptic-camera-on-the-market/|consulta=2020-11-05}}</ref>.

''Pelican Imaging'' té sistemes fins de càmeres múltiples dirigits a productes electrònics per al consumidor. Els sistemes de Pelican fan servir entre 4 i 16 micro-càmeres properes entre elles en comptes d’un sensor d’imatge de micro-lents.<ref>{{Ref-web|títol=Pelicanimaging.com|url=http://www77.pelicanimaging.com/|consulta=2020-11-05}}</ref>. [[Nokia]] va invertir en Pelican Imaging per produir un sistema de càmera plenòptica amb una càmera d’alineació de 16 lents per implementar als ''[[Telèfon intel·ligent|smartphones]]'' Nokia el 2014.<ref>{{Ref-web|títol=Pelican Imaging's 16-lens array camera coming to smartphones next year|url=https://www.engadget.com/2013-05-02-pelican-imaging-array-camera-coming-2014.html|consulta=2020-11-05|llengua=en}}</ref>. Més recentment, Pelican ha passat a dissenyar càmeres addicionals que afegeixen capacitats de detecció de profunditat a la càmera principal d’un dispositiu, en comptes d’alineacions de càmeres independents.<ref>{{Ref-web|títol=Pelican Imaging Layoffs?|url=http://image-sensors-world.blogspot.com/2015/07/pelican-imaging-layoffs.html|data=2015-07-25|consulta=2020-11-05|nom=Vladimir|cognom=Koifman}}</ref>.

La càmera de camp de llum d’''[[Adobe]]'' és un prototip de càmera de 100 [[megapíxels]] que captura una imatge tridimensional de la escena enfocada utilitzant 19 lents configurades individualment. Cada lent prendrà una fotografia de 5,2 megapíxels de l’entorn complet de la càmera i cada imatge podrà ser enfocada a voluntat més endavant.<ref>{{Ref-web|títol=PopSci's How It Works - 100 Megapixel Camera|url=https://web.archive.org/web/20080117075834/http://www.time4.com/time4/microsites/popsci/howitworks/lightfield_camera.html|data=2008-01-17|consulta=2020-11-05}}</ref>.

La càmera ''CAFADIS'' és una càmera plenòptica desenvolupada per la [[Universitat de La Laguna]] (Espanya).<ref>{{Ref-web|títol=CAFADIS - University of La Laguna|url=http://www.cafadis.ull.es/|consulta=2020-11-05}}</ref>. L’acrònim CAFADIS és una abreviació de “Càmera de Fase-Distància”, ja que pot utilitzar-se per estimar distàncies i [[Front d'ona|fronts d’ona]] òptics. A partir d’una sola captura pot produir diverses imatges re-enfocades a diferents distàncies, mapes de profunditat, imatges completament enfocades i parelles estèreo. Un disseny òptic similar també es pot fer servir a l’[[òptica adaptativa]] al camp de l’[[astrofísica]], per corregir les [[Aberració (òptica)|aberracions]] causades per la turbulència atmosfèrica en imatges de [[telescopi]]. Per realitzar aquests processos, diferents [[Algorisme|algorismes]] que funcionen a través de [[Unitat de procés gràfic|GPUs]] i [[Matriu de portes programable in situ|FPGAs]], operen en la imatge [[RAW]] captada per la càmera.

La càmera de camp de llum de [[Mitsubishi|Mitsubishi Electric]] Research Laboratories (MERL)<ref name=":2" /> està basada en el principi de l’heterodinació òptica, i fa servir una pel·lícula impresa (màscara) ubicada a prop del sensor. Qualsevol càmera portàtil es pot convertir en una càmera de camp de llum fent servir aquesta tecnologia, inserint una pel·lícula de baix cost sobre el sensor.<ref>{{Ref-web|títol=Amit Agrawal: Lytro vs Mask based Light Field Camera|url=https://web.archive.org/web/20131231125404/http://www.umiacs.umd.edu/~aagrawal/sig08/BuildingLightFieldCamera.html|data=2013-12-31|consulta=2020-11-05}}</ref>. Un disseny basat en una màscara evita el problema de la pèrdua de resolució, ja que es pot generar una imatge d’alta resolució per a les parts enfocades de l’escena.

Modificar càmeres digitals estàndard requereix poc més que la capacitat per produir pel·lícules apropiades de material de micro-lents, pel que alguns aficionats han pogut produir càmeres les imatges de les quals es poden processar per obtenir profunditat de camp selectiva o informació sobre la ubicació.<ref>{{Ref-web|títol=Lightfield Camera|url=http://cameramaker.se/Lightfield.htm|consulta=2020-11-05}}</ref>.

A un estudi publicat el 2017, investigadors van observar que la incorporació de fotografies de camp de llum a un mòdul virtual d’anatomia no va resultar en un millor aprenentatge comparat amb un mòdul idèntic amb fotografies tradicionals de cadàvers dissecats.<ref>{{Ref-publicació|article=Incorporation of Light Field Photography into an Online Anatomy Resource Does Not Influence Student Quiz Performance or Perceptions of Usability|url=http://link.springer.com/10.1007/s40670-017-0410-8|publicació=Medical Science Educator|data=2017-09|issn=2156-8650|pàgines=465–474|volum=27|exemplar=3|doi=10.1007/s40670-017-0410-8|llengua=en|nom=Michael A.|cognom=Pascoe|nom2=Lisa M.J.|cognom2=Lee}}</ref>.

El Laboratori de Gràfics per Ordinador de la Universitat de Stanford ha desenvolupat un microscopi de camp de llum fent servir una alineació de micro-lents similar a la que fa servir la càmera de camp de llum desenvolupada pel laboratori. El prototip s’ha construït al voltant d’un [[microscopi òptic]] [[Nikon]] Eclipse o un [[microscopi de fluorescència]] de camp ampli, i càmeres [[Sensor CCD|CCD]] estàndard. La capacitat de capturar el camp de llum s’obté mitjançant un mòdul que conté una alineació de micro-lents i altres components òptics col·locats al camí de la llum entre la lent de l’[[objectiu]] i la càmera, i la imatge final amb enfocament múltiple es renderitza fent servir un procés de desconvolució.<ref>{{Ref-publicació|article=Light field microscopy|cognom=Levoy|nom5=Mark|cognom4=Footer|nom4=Matthew|cognom3=Adams|nom3=Andrew|cognom2=Ng|nom2=Ren|nom=Marc|url=https://dl.acm.org/doi/10.1145/1141911.1141976|llengua=en|doi=10.1145/1141911.1141976|exemplar=3|volum=25|pàgines=924–934|issn=0730-0301|data=2006-07|publicació=ACM Transactions on Graphics|cognom5=Horowitz}}</ref><ref name=":3">{{Ref-publicació|article=Recording and controlling the 4D light field in a microscope using microlens arrays|url=http://doi.wiley.com/10.1111/j.1365-2818.2009.03195.x|publicació=Journal of Microscopy|data=2009-08|pàgines=144–162|volum=235|exemplar=2|doi=10.1111/j.1365-2818.2009.03195.x|llengua=en|nom=M.|cognom=Levoy|nom2=Z.|cognom2=Zhang|nom3=I.|cognom3=Mcdowall}}</ref><ref>{{Ref-web|títol=Stanford Light Field Microscope Project|url=http://www.graphics.stanford.edu/projects/lfmicroscope/|consulta=2020-11-05}}</ref>. Una versió posterior del prototip va afegir un sistema d’il·luminació del camp de llum que consistia en un projector de vídeo (per permetre un control per ordinador de la il·luminació) i una segona alineació de micro-lents en el camí de llum de la il·luminació del microscopi. L’adició d’un sistema d’il·luminació del camp de llum va permetre utilitzar altres tipus d’il·luminació (com la il·luminació obliqua i gairebé de [[Microscopi de camp fosc|camp fosc]]) i correccions per a [[Aberració (òptica)|aberracions òptiques]].<ref name=":3" />.