Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Для более широкого освещения этой темы см. Вычислительная визуализация .
Вычислительная фотография предоставляет много новых возможностей. В этом примере объединяется формирование изображений HDR (расширенный динамический диапазон) с панорамой ( сшивание изображений ) путем оптимального комбинирования информации из нескольких по-разному экспонированных изображений перекрывающегося объекта [1] [2] [3] [4] [5]

Вычислительная фотография относится к методам захвата и обработки цифровых изображений, в которых вместо оптических процессов используются цифровые вычисления. Вычислительная фотография может улучшить возможности камеры или ввести функции, которые вообще были невозможны при съемке на пленку, или снизить стоимость или размер элементов камеры. Примеры включают в себя вычислительную фотографии в камере вычисление цифровых панорам , [6] с высоким динамическим диапазоном изображений , и световое поле камеру . В камерах светового поля используются новые оптические элементы для захвата трехмерной информации о сцене, которую затем можно использовать для создания трехмерных изображений с увеличенной глубиной резкости., и выборочная расфокусировка (или «пост-фокус»). Увеличенная глубина резкости снижает потребность в механических системах фокусировки . Все эти функции используют методы компьютерной визуализации.

Определение компьютерной фотографии развилось, чтобы охватить ряд предметных областей в компьютерной графике , компьютерном зрении и прикладной оптике . Эти области приведены ниже и организованы в соответствии с таксономией, предложенной Шри К. Наяром [ ссылка ] . В каждой области есть список техник, и для каждой техники цитируются одна или две репрезентативные статьи или книги. Из таксономии намеренно исключены методы обработки изображений (см. Также обработка цифровых изображений ), применяемые к традиционно захваченным изображениям для получения более качественных изображений. Примеры таких методов - масштабирование изображения., сжатие динамического диапазона (т. е. отображение тонов ), управление цветом , завершение изображения (также известное как рисование или заполнение отверстий), сжатие изображения , нанесение цифровых водяных знаков и художественные эффекты изображения. Также опущены методы, которые создают данные о дальности , объемные данные , 3D-модели , 4D световые поля , 4D, 6D или 8D BRDF или другие представления на основе изображений большой размерности. Epsilon Photography - это подраздел компьютерной фотографии.

Влияние на фотографию [ править ]

Фотографии, сделанные с помощью компьютерной фотографии, могут позволить любителям создавать фотографии, не уступающие по качеству профессиональным фотографам, но в настоящее время они не превосходят возможности использования оборудования профессионального уровня. [7]

Вычислительное освещение [ править ]

Это структурированное управление фотографическим освещением с последующей обработкой захваченных изображений для создания новых изображений. Эти приложения включают повторное освещение на основе изображений, улучшение изображения, устранение размытости изображения , восстановление геометрии / материала и т. Д.

Для создания изображений с расширенным динамическим диапазоном используются разные экспонированные изображения одной и той же сцены для расширения динамического диапазона. [8] Другие примеры включают обработку и объединение по-разному освещенных изображений одного и того же объекта («световое пространство»).

Вычислительная оптика [ править ]

Это захват оптически кодированных изображений с последующим вычислительным декодированием для создания новых изображений. Получение изображений с кодированной апертурой в основном применялось в астрономии или рентгеновских изображениях для повышения качества изображения. Вместо одного точечного отверстия при формировании изображения применяется точечный рисунок, и выполняется деконволюция для восстановления изображения. [9] При формировании изображений с кодированной экспозицией состояние включения / выключения затвора кодируется, чтобы изменить ядро размытия при движении . [10] Таким образом, удаление заусенцев при движении становится хорошо обусловленной проблемой . Точно так же в кодированной апертуре на основе линзы апертуру можно изменить, вставив широкополосную маску . [11]Таким образом, удаление размытия вне фокуса становится хорошо обусловленной проблемой. Кодированная апертура также может улучшить качество получения светового поля с использованием оптики с преобразованием Адамара.

Закодированные шаблоны диафрагмы также могут быть разработаны с использованием цветных фильтров, чтобы применять разные коды на разных длинах волн. [12] [13] Это позволяет увеличить количество света, попадающего на датчик камеры, по сравнению с двоичными масками.

Вычислительная визуализация [ править ]

Вычислительная визуализация - это набор методов визуализации, которые объединяют сбор данных и обработку данных для создания изображения объекта с помощью косвенных средств для получения улучшенного разрешения , дополнительной информации, такой как оптическая фаза или трехмерная реконструкция . Информация часто записывается без использования обычной конфигурации оптического микроскопа или с ограниченными наборами данных.

Вычислительная визуализация позволяет выйти за рамки физических ограничений оптических систем, таких как числовая апертура , [14] или даже исключает необходимость в оптических элементах . [15]

Для частей оптического спектра, где элементы формирования изображения, такие как объективы, сложно изготовить или датчики изображения нельзя миниатюризировать, вычислительная визуализация обеспечивает полезные альтернативы в таких областях, как рентгеновское [16] и терагерцовое излучение .

Общие техники [ править ]

Среди распространенных методов компьютерной визуализации - безлинзовая визуализация , компьютерная спекл-визуализация, [17] птихография и фурье-птихография .

Техника компьютерной визуализации часто использует методы сжатия или восстановления фазы, при которых восстанавливается угловой спектр объекта. Другие методы относятся к области компьютерной визуализации, такой как цифровая голография , компьютерное зрение и обратные задачи, такие как томография .

Вычислительная обработка [ править ]

Это обработка изображений без оптического кодирования для создания новых изображений.

Вычислительные датчики [ править ]

Это детекторы, которые объединяют зондирование и обработку, как правило, аппаратно, например датчик двоичного изображения с избыточной дискретизацией .

Ранние работы в области компьютерного зрения [ править ]

Хотя вычислительная фотография в настоящее время является популярным модным словом в компьютерной графике, многие из ее методов впервые появились в литературе по компьютерному зрению либо под другими названиями, либо в статьях, направленных на анализ трехмерных форм.

История искусства [ править ]

Носимый аппарат вычислительной фотографии 1981 года.
Носимая компьютерная фотография возникла в 1970-х - начале 1980-х годов и превратилась в более поздний вид искусства. Это изображение было использовано на обложке учебника John Wiley and Sons по этой теме.

Вычислительная фотография, как вид искусства, практиковалась путем захвата разноэкспонированных изображений одного и того же объекта и их объединения. Это послужило источником вдохновения для разработки носимых компьютеров в 1970-х и начале 1980-х годов. Вычислительная фотография была вдохновлена ​​работой Чарльза Вайкоффа , и поэтому наборы данных вычислительной фотографии (например, разные экспонированные изображения одного и того же объекта, сделанные для создания единого составного изображения) иногда называют наборами Вайкоффа в его честь.

Ранние работы в этой области (совместная оценка проекции изображения и величины экспозиции) были предприняты Манном и Кандочча.

Чарльз Вайкофф посвятил большую часть своей жизни созданию специальных видов трехслойных фотопленок, которые снимали разные экспозиции одного и того же объекта. Фотография ядерного взрыва, сделанная в фильме Вайкоффа, появилась на обложке журнала Life Magazine и показала динамический диапазон от темных внешних областей до внутреннего ядра.

См. Также [ править ]

  • Адаптивная оптика
  • Мультиспектральная съемка
  • Одновременная локализация и картография
  • Микроскопия сверхвысокого разрешения
  • Времяпролетная камера

Ссылки [ править ]

  1. ^ Стив Манн . «Составление нескольких изображений одной и той же сцены», Труды 46-й Ежегодной конференции по науке и технологиям в области визуализации, 9–14 мая, Кембридж, Массачусетс, 1993 г.
  2. ^ С. Манн, К. Мандерс и Дж. Фунг, " Уравнение ограничения изменения пространства света (LCCE) с практическим применением для оценки проективности + преобразования усиления между несколькими изображениями одного и того же предмета ", Международная конференция IEEE по акустике, выступление , and Signal Processing, 6–10 апреля 2003 г., стр. III - 481-4, том 3.
  3. ^ совместная оценка параметров как в области, так и в диапазоне функций на одной орбите проективно-группы Вайкоффа "", Международная конференция IEEE по обработке изображений, том 3, 16-19, стр. 193-196, сентябрь 1996 г.
  4. ^ Фрэнк М. Кандосиа: Совместная регистрация изображений в домене и диапазоне с помощью кусочно-линейного компараметрического анализа . IEEE Transactions по обработке изображений 12 (4): 409-419 (2003)
  5. ^ Франк М. Candocia: Одновременное томографическое и comparametric выравнивание нескольких экспозиции скорректированных изображений одной и той же сцене . IEEE Transactions по обработке изображений 12 (12): 1485-1494 (2003)
  6. ^ Стив Манн и RW Пикард. « Виртуальные мехи: создание высококачественных кадров из видео », Материалы Первой международной конференции IEEE по обработке изображений, Остин, Техас, 13–16 ноября 1994 г.
  7. ^ «Край компьютерной фотографии» .
  8. ^ О БЫТЬ «НЕЦИФРОВЫМ» С ЦИФРОВЫМИ КАМЕРАМИ: РАСШИРЕНИЕ ДИНАМИЧЕСКОГО ДИАПАЗОНА ЗАСЛУЖИВАНИЕМ РАЗЛИЧНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ, 48-й ежегодной конференции IS&T (Общества визуализации и технологий), Кембридж, Массачусетс, май 1995 г., страницы 422-428
  9. ^ Мартинелло, Мануэль. «Кодированная апертурная визуализация» (PDF) .
  10. ^ Раскар, Рамеш; Агравал, Амит; Тамблин, Джек (2006). «Фотография с кодированной экспозицией: устранение размытости при движении с помощью затвора» . Проверено 29 ноября 2010 года .
  11. ^ Veeraraghavan, Ashok; Раскар, Рамеш; Агравал, Амит; Мохан, Анкит; Тамблин, Джек (2007). «Пятнистая фотография: камеры с улучшенными масками для гетеродинирования световых полей и перефокусировки с кодированной апертурой» . Проверено 29 ноября 2010 года .
  12. ^ Мартинелло, Мануэль; Вайс, Эндрю; Quan, Shuxue; Ли, Хэнк; Лим, Чиен; Ву, Тхэкун; Ли, Вонхо; Ким, Санг-Сик; Ли, Дэвид (2015). «Фотография с двойной апертурой: изображение и глубина с мобильной камеры» (PDF) . Международная конференция по компьютерной фотографии .
  13. ^ Чакрабарти, А .; Циклер, Т. (2012). «Глубина и устранение размытости из спектрально меняющейся глубины резкости» . Европейская конференция IEEE по компьютерному зрению . 7576 : 648–666.
  14. ^ . Оудр «высокая числовая апертура Фурье птихография: Принцип, внедрение и характеристика» Оптика Экспресс 23, 3 (2015)
  15. ^ Boominathanдр. «Безлинзовая обработка изображения: Вычислительная Ренессанс» [ постоянная мертвая ссылка ] (2016)
  16. ^ Миякава и др., "Детектор с кодированной апертурой: датчик изображения с разрешением пикселей менее 20 нм" , Optics Express 22, 16 (2014)
  17. ^ Кац и др., "Неинвазивная однократная визуализация через рассеивающие слои и вокруг углов с помощью спекл-корреляции" , Nature Photonics 8, 784–790 (2014)

Внешние ссылки [ править ]

  • Наяр, Шри К. (2007). «Вычислительные камеры» , конференция по приложениям машинного зрения .
  • Компьютерная фотография (Raskar, R., Tumblin, J.,) , AK Peters. В прессе.
  • Специальный выпуск компьютерной фотографии , IEEE Computer, август 2006 г.
  • Культура камеры и вычислительная журналистика: захват и обмен визуальным опытом , специальный выпуск IEEE CG&A, февраль 2011 г.
  • Рик Селиски (2010), Компьютерное зрение: алгоритмы и приложения , Springer.
  • Вычислительная фотография: методы и приложения (Под ред. Растислава Лукача), CRC Press, 2010.
  • Интеллектуальная обработка изображений (информация о книге John Wiley and Sons).
  • Сравнительные уравнения .
  • GJB-1: Увеличение динамического диапазона цифровой камеры с использованием принципа Вайкоффа.
  • Примеры носимой компьютерной фотографии как вида искусства
  • Курс Siggraph по компьютерной фотографии