Computerfotografie - Computational photography

Eine umfassendere Abdeckung dieses Themas finden Sie unter Computational Imaging .
Computerfotografie bietet viele neue Möglichkeiten. Dieses Beispiel kombiniert HDR (High Dynamic Range) Imaging mit Panoramaaufnahmen ( Image-Stitching ), indem Informationen aus mehreren unterschiedlich belichteten Bildern überlappender Motive optimal kombiniert werden

Computerfotografie bezieht sich auf digitale Bilderfassungs- und -verarbeitungstechniken, die anstelle optischer Verfahren digitale Berechnungen verwenden. Computergestützte Fotografie kann die Fähigkeiten einer Kamera verbessern oder Funktionen einführen, die bei der filmbasierten Fotografie überhaupt nicht möglich waren, oder die Kosten oder Größe von Kameraelementen reduzieren. Beispiele für Computerfotografie sind die kamerainterne Berechnung digitaler Panoramen , Bilder mit hohem Dynamikbereich und Lichtfeldkameras . Lichtfeldkameras verwenden neuartige optische Elemente, um dreidimensionale Szeneninformationen zu erfassen, die dann verwendet werden können, um 3D-Bilder, verbesserte Schärfentiefe und selektive Defokussierung (oder "Nachfokussierung") zu erzeugen . Die verbesserte Schärfentiefe reduziert den Bedarf an mechanischen Fokussiersystemen . Alle diese Funktionen verwenden computergestützte Bildgebungsverfahren.

Die Definition der Computerfotografie hat sich so entwickelt, dass sie eine Reihe von Themenbereichen in Computergrafik , Computer Vision und angewandter Optik abdeckt . Diese Bereiche sind unten aufgeführt, geordnet nach einer von Shree K. Nayar vorgeschlagenen Taxonomie . Innerhalb jedes Bereichs gibt es eine Liste von Techniken, und für jede Technik werden ein oder zwei repräsentative Artikel oder Bücher zitiert. Bewusst aus der Taxonomie weggelassen werden Bildverarbeitungstechniken (siehe auch digitale Bildverarbeitung ), die auf traditionell erfasste Bilder angewendet werden, um bessere Bilder zu erzeugen. Beispiele für solche Techniken sind Bildskalierung , Dynamikbereichskompression (dh Tonwertzuordnung ), Farbmanagement , Bildvervollständigung (auch bekannt als Inpainting oder Lochfüllung), Bildkompression , digitale Wasserzeichen und künstlerische Bildeffekte. Ebenfalls weggelassen werden Techniken, die Entfernungsdaten , Volumendaten , 3D-Modelle , 4D-Lichtfelder , 4D-, 6D- oder 8D- BRDFs oder andere hochdimensionale bildbasierte Darstellungen erzeugen . Die Epsilon-Fotografie ist ein Teilgebiet der Computerfotografie.

Auswirkung auf die Fotografie

Fotos, die mit Computerfotografie aufgenommen wurden, können es Amateuren ermöglichen, Fotos zu erstellen, die mit der Qualität professioneller Fotografen konkurrieren, aber derzeit die Verwendung von professioneller Ausrüstung nicht übertreffen.

Computerbeleuchtung

Dabei wird die fotografische Beleuchtung strukturiert gesteuert und anschließend die aufgenommenen Bilder verarbeitet, um neue Bilder zu erstellen. Die Anwendungen umfassen bildbasiertes Relighting, Bildverbesserung, Bildentschärfen , Geometrie-/Materialwiederherstellung und so weiter.

Bei der High-Dynamic-Range-Bildgebung werden unterschiedlich belichtete Bilder derselben Szene verwendet, um den Dynamikbereich zu erweitern. Andere Beispiele umfassen das Verarbeiten und Zusammenführen unterschiedlich beleuchteter Bilder desselben Gegenstands ("Lichtraum").

Computeroptik

Dies ist die Erfassung optisch codierter Bilder, gefolgt von einer computergestützten Dekodierung, um neue Bilder zu erzeugen. Die Bildgebung mit codierter Apertur wurde hauptsächlich in der Astronomie oder in der Röntgenbildgebung verwendet, um die Bildqualität zu verbessern. Anstelle eines einzelnen Pinholes wird bei der Bildgebung ein Pinholemuster angewendet und eine Entfaltung durchgeführt, um das Bild wiederherzustellen. Bei der Bildgebung mit kodierter Belichtung wird der Ein/Aus-Zustand des Verschlusses kodiert, um den Kern der Bewegungsunschärfe zu modifizieren . Auf diese Weise wird Bewegungsentschärfen zu einem wohlkonditionierten Problem . In ähnlicher Weise kann bei einer codierten Blende auf Linsenbasis die Blende durch Einfügen einer Breitbandmaske modifiziert werden . Somit wird unscharfes Entschärfen zu einem gut konditionierten Problem. Die codierte Apertur kann auch die Qualität bei der Lichtfelderfassung unter Verwendung von Hadamard-Transformationsoptiken verbessern.

Mit Farbfiltern können auch codierte Blendenmuster entworfen werden, um unterschiedliche Codes bei unterschiedlichen Wellenlängen aufzubringen. Dadurch kann die Lichtmenge, die den Kamerasensor erreicht, im Vergleich zu binären Masken erhöht werden.

Computergestützte Bildgebung

Computergestützte Bildgebung ist eine Reihe von Bildgebungsverfahren, die Datenerfassung und Datenverarbeitung kombinieren, um das Bild eines Objekts auf indirekte Weise zu erstellen, um eine verbesserte Auflösung und zusätzliche Informationen wie optische Phase oder 3D-Rekonstruktion zu erhalten . Die Informationen werden oft ohne Verwendung einer herkömmlichen optischen Mikroskopkonfiguration oder mit begrenzten Datensätzen aufgezeichnet .

Computergestützte Bildgebung ermöglicht es, physikalische Beschränkungen optischer Systeme, wie die numerische Apertur , zu überwinden oder sogar den Bedarf an optischen Elementen zu beseitigen .

Für Teile des optischen Spektrums, in denen Abbildungselemente wie Objektive schwer herzustellen sind oder Bildsensoren nicht miniaturisiert werden können, bietet die computergestützte Abbildung nützliche Alternativen in Bereichen wie Röntgen- und THz-Strahlung .

Gängige Techniken

Zu den gebräuchlichen computergestützten Abbildungstechniken gehören die linsenlose Abbildung , die computergestützte Speckle-Abbildung, die Ptychographie und die Fourier-Ptychographie .

Die computergestützte Bildgebungstechnik stützt sich häufig auf Kompressionserfassungs- oder Phasenwiedergewinnungstechniken , bei denen das Winkelspektrum des Objekts rekonstruiert wird. Andere Techniken beziehen sich auf das Gebiet der computergestützten Bildgebung, wie digitale Holographie , Computer Vision und inverse Probleme wie Tomographie .

Computergestützte Verarbeitung

Dies ist die Verarbeitung von nicht optisch codierten Bildern, um neue Bilder zu erzeugen.

Computersensoren

Dies sind Detektoren, die Erfassung und Verarbeitung kombinieren, typischerweise in Hardware, wie der überabgetastete binäre Bildsensor .

Frühe Arbeit in Computer Vision

Obwohl Computerfotografie ein derzeit beliebtes Schlagwort in der Computergrafik ist, erschienen viele ihrer Techniken zuerst in der Computer Vision Literatur, entweder unter anderen Namen oder in Artikeln, die auf die 3D-Formanalyse abzielen.

Ein tragbares Computerfotografie-Gerät aus dem Jahr 1981.

Kunstgeschichte

Wearable Computational Photography entstand in den 1970er und frühen 1980er Jahren und hat sich zu einer neueren Kunstform entwickelt. Dieses Bild wurde auf dem Cover des Lehrbuchs von John Wiley and Sons zu diesem Thema verwendet.

Computerfotografie als Kunstform wurde praktiziert, indem unterschiedlich belichtete Bilder desselben Themas aufgenommen und miteinander kombiniert wurden. Dies war die Inspiration für die Entwicklung des tragbaren Computers in den 1970er und frühen 1980er Jahren. Die Computerfotografie wurde von der Arbeit von Charles Wyckoff inspiriert , und daher werden Computerfotografie-Datensätze (z.

Frühe Arbeiten auf diesem Gebiet (gemeinsame Abschätzung von Bildprojektion und Belichtungswert) wurden von Mann und Candoccia durchgeführt.

Charles Wyckoff widmete einen Großteil seines Lebens der Herstellung besonderer Arten von 3-Schicht-Fotofilmen, die verschiedene Belichtungen desselben Motivs einfangen. Ein Bild einer Atomexplosion, aufgenommen in Wyckoffs Film, erschien auf dem Cover des Life Magazine und zeigte den dynamischen Bereich von dunklen äußeren Bereichen bis zum inneren Kern.

Siehe auch

Verweise

Externe Links