Che cos’è la fotografia in campo luminoso 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 chiaro consente di spostare il piano focale di un’immagine dopo che l’immagine è già stata scattata, cosa 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 acquisisce un’immagine bidimensionale dello spazio tridimensionale, con una “fetta” di quello spazio a fuoco. Tutto ciò che si trova davanti o dietro l’area messa a fuoco è sfocato e sfocato. Questo perché un normale sensore cattura informazioni solo sull’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 telecamere a campo luminoso sono chiamate anche telecamere 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 del campo luminoso acquisisce informazioni dal campo luminoso in una particolare scena, 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 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?

Le informazioni nelle telecamere a campo luminoso includono l’intensità, il colore e la direzione della luce. Per questo motivo, è possibile determinare matematicamente da dove proveniva ogni 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 telecamera per acquisire informazioni su una scena da più angolazioni. Questo metodo produce una selezione di molte immagini.
• Array di più telecamere. Questi di solito dispongono di dozzine di sensori in un’ampia gamma che catturano ciascuno informazioni su una scena da un’angolazione leggermente diversa. Questo metodo produce anche molte immagini contemporaneamente.
• Array di microlenti. Avere una serie di centinaia di microlenti davanti a un singolo sensore della fotocamera digitale consente di acquisire informazioni sul campo luminoso. Questo produce un’immagine composta da centinaia di immagini secondarie.

Ogni immagine o immagine secondaria 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 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 normale fotografia.

1. 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 acquisite dalla fotocamera includono la messa a fuoco a ogni distanza, il che significa che con un software sofisticato è possibile scegliere qualsiasi distanza come punto focale della scena.

2. Profondità di campo variabile

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 luminoso include informazioni a ogni possibile distanza di messa a fuoco, è possibile creare immagini con la minima profondità di campo possibile (solo una sezione molto piccola è a fuoco). È anche possibile creare un’immagine con una profondità di campo infinita dove tutto nell’immagine è a fuoco.

3. Effetto di parallasse

A seconda del modo in cui viene catturato il campo luminoso, è possibile produrre angoli di visualizzazione della scena leggermente diversi. 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.

4. Calcolare le distanze

A seconda della sensibilità del sistema di fotografia a 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 dei campioni sintetici o biologici.

5. Modificare 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 accuratamente 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.

6. Realtà virtuale

Durante i primi anni ’20, la realtà virtuale è diventata un punto di discussione più importante. Ciò è stato in parte alimentato dal desiderio di Meta di creare il Metaverso. La fotografia in campo luminoso può essere utilizzata per creare VR nella vita reale; Google ha sviluppato esempi di questo che possono essere visualizzati su Steam .

Utilizzando una serie di telecamere rotanti di 16 GoPro, Google ha 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 a campo luminoso sono il futuro della fotografia?

Nel 2012, la società Lytro ha rilasciato la prima fotocamera a campo luminoso per il mercato consumer. Questa fotocamera aveva una risoluzione di un megapixel con un’apertura costante di f/2 e veniva venduta tra i 400 e i 500 dollari. Da allora, pochissime fotocamere a campo luminoso destinate ai consumatori sono arrivate sul mercato.

La mancanza di risoluzione e qualità dell’immagine ha fatto sì che le fotocamere a campo luminoso semplicemente non decollassero nel mercato consumer come hanno fatto le DSLR. In effetti, molti degli usi della tecnologia del campo luminoso sono ancora in fase di sviluppo.

Ma c’è un motivo per cui Google (e Apple) stanno investendo in questa tecnologia e il suo utilizzo nella creazione di esperienze utente 3D per la realtà virtuale è solo un esempio!

Fotografia a campo luminoso: una tecnologia in via di sviluppo

Sebbene le telecamere a campo luminoso siano relativamente nuove, hanno un enorme potenziale. Puoi tracciare molti parallelismi con i primi giorni della fotografia, anche se è diverso, con aperture fisse e bassa risoluzione come due esempi. Nel tempo, tuttavia, è probabile che questa tecnologia cresca.

Vale la pena tenere d’occhio per vedere come la fotografia in campo luminoso verrà applicata in futuro.