Lytro и камеры светового поля

Lytro — крутая компания, мы писали об этом в нашем Telegram-канале. Я расскажу, чем она занимается, и почему она крутая.



Камеры светового поля

Камеры светового поля, или пленоптические камеры, отличаются от «обычных» — они сохраняют информацию не об одной выбранной плоскости фотографируемого изображения, а сразу об огромном их множестве.

Преимущества

Неотъемлемое свойство всех «обычных» камер — фокусировка: фотограф выбирает, на каком расстоянии объекты будут четкими. Остальные объекты, которые находятся ближе или дальше, получаются менее резкими. После нажатия на спуск затвора фотограф уже не может изменить объект фокусировки.

Приложения вроде «Lumia Фокусировки» позволяют перефокусировать уже готовый снимок. Это иллюзия — камера делает несколько снимков с разными настройками фокусного расстояния, а вы выбираете подходящую фотографию.

Пленоптическим камерам чуждо понятие фокусировки: из-за информации о световом поле вы можете менять объект фокусировки в любой момент.

Еще одно отличие — обычные снимки получаются «плоскими», а снимки светового поля выходят объемными. Снимок с пленоптической камеры хранит информацию об удаленности каждого объекта на нем, благодаря чему ее можно легко превратить в трехмерное изображение для дальнешей работы в 3D-редакторе.

Недостатки

Разрешение снимка пленоптических камер в 10 раз ниже разрешения их матрицы. Высоки и требования к мощности процессоров для дешифровки изображения в реальном времени и отображении на экране устройства.

Еще одна проблема — невозможно регулировать экспозицию, из-за чего возрастают требования к окружающему освещению.

Разница в устройстве камер

Если говорить очень упрощенно, «обычная» камера представляет собой систему из объектива, линзы и светочувствительной матрицы. Чтобы представить, что «видит» эта матрица, посмотрите одним глазом сквозь дырку в стене. Такое изображение она и сохраняет.

Устройство «обычной» камеры. Световой поток проходит через линзу и попадает на матрицу.

Пленоптические камеры устроены иначе: перед матрицей установлен массив из множества микролинз.

Движение отдельного луча через один микрообъектив.

Представьте, что в той же стене просверлили еще сотню дыр. Через разные отверстия вы увидите изображение под разными углами — матрица пленоптической камеры сохраняет «картинку», видимую из каждой «дыры» в стене.

Lytro

В 2006 году Рен Нг получил приз Стэнфордского университета за диссертацию на тему исследования светового поля.

Потом он основал компанию Refocus Imaging, ныне известную как Lytro — она разрабатывает оборудование и программное обеспечение для съемки светового поля. Мировая известность пришла к компании в 2011 году, после того, как она анонсировала первую потребительскую камеру светового поля: Lytro Camera.

Люди не оценили новинку в 2012 году (когда она поступила в продажу), ни в 2014 году (после выхода второй модели Lytro Illum).

Высокая цена, низкое разрешение готовых снимков, плохая работа в условиях недостатка света и строгие требования к построению композиции поставили крест на будущем камер. А как делиться снимками с друзьями? Социальные сети Facebook, Вконтакте, Twitter, и даже фотосервисы вроде Instagram и 500px, не отображают объемные снимки.

В итоге преимущества таких фотографии затерялись за прорвой неурядиц.

Потребительские камеры

Первое поколение камеры Lytro

Это была первая пленоптическая камера на рынке. Из-за необычного корпуса она больше похожа на калейдоскоп или подзорную трубу, чем на фотоаппарат.

Lytro Camera не требовала фокусировки — навел и сфотографировал. Дисплей отображал готовые снимки, остаток заряда аккумулятора и количество свободной памяти.

На корпусе камеры минимум элементов управления: выключатель, клавиша затвора, ползунок для управления величиной приближения, сенсорный экран.

Вот несколько снимков, сделанных первым поколением Lytro. Вы можете сами оценить их качество, поиграть с «движением» и сменой фокусировки.

Минусы перевесили все плюсы камеры: неудобный корпус, плохие и «тяжелые» фотографии, блеклый экран с низким разрешением. И это — за 399 долларов.

Сейчас первое поколение камер Lytro уже снято с производства, магазины распродают ее за $79. В России цена новой камеры начинается от 10 тысяч рублей, а средняя цена на Avito колеблется в районе 7.5 тысяч.

Lytro Illum

Второе поколение камеры вышло в 2014 году. Lytro провела работу над ошибками: подняла разрешение матрицы, изменила форм-фактор, установила качественный экран и мощный процессор. Но главное, Lytro Illum начала подсвечивать синим цветом ближние объекты съемки, оранжевым — дальние.

Сбоку экрана расположился индикатор, помогающий правильно «сфокусировать» камеру и распределить объекты по разным планам.

В камере появились ручные настройки, сценарный режим и выбор приоритета ISO — последнее особенно важно, ведь у аппарата фиксированная диафрагма, а значит, «поиграть» с экспозицией не получится.

Увы, недостатки снова не обошли камеру стороной — она по-прежнему отвратительно снимала при недостатке света и не имела модуля оптической стабилизации изображения. Еще и разрешение готового снимка было всего лишь 4 мегапикселя.

Каждый кадр требовал тщательного построения до съемки, потому что обработка была сложной и требовала больших вычислительных мощностей. В дополнение ко всему, камера регулярно зависала.

Финальный удар по продажам нанесла цена в 1500 долларов: за эти деньги можно купить фотоаппарат иного класса и уровня.

Но посмотрите, насколько улучшились снимки!

Сайт StackSocial продает Lytro Illum за $370. В России она стоит около 40 тысяч рублей. Купить «с рук» камеру сложно — я нашел на Avito всего 7 объявлений на всю Россию.

Приложение

Камеры сохраняют снимки в проприетарном формате LFR (Light Field RAW), и их надо где-то обрабатывать.

Для этого Lytro выпустила приложение Lytro Desktop (Windows и OS X). Скачать его стоит хотя бы ради того, чтобы поменять фокусное расстояние и положение камеры на образцах снимков.

Есть приложение и для iOS — оно импортирует снимки с камеры Illum через Wi-Fi и отправляет их в галерею Lytro. В нем же можно посмотреть и чужие снимки.

Галерея Lytro — лучшее место для хранения и демонстрации фотографий с камер светового поля. Если экспортировать снимок в стандартный JPEG, или какой-то видеоформат, зритель уже не сможет «поиграть» с фотографией и оценить ее преимущества.

Профессиональные продукты

В 2016 году Lytro покинула рынок потребительских камер. Джейсон Розенталь (генеральный директор компании) говорит, что это произошло из-за улучшения камер смартфонов, и что требования к фотоаппаратам уже прочно укрепились в головах потребителей.

Однако когда речь идет о профессиональном оборудовании, цена перестает играть решающую роль — и Lytro открывает в этой сфере невиданные прежде возможности.

Lytro Cinema

Это видеокамера светового поля: разрешение матрицы 755 мегапикселей (!), скорость съёмки — до 300 кадров в секунду!!

Она изначально снимает трехмерное изображение, поэтому в сценах с компьютерной графикой проще встраивать искусственные объекты в видеоряд — при использовании обычных видеокамер приходилось точно рассчитывать положение трехмерных объектов на двухмерном фоне.

Это пленоптическая камера, а значит, после съемки видео можно изменить глубину резкости, точку фокусировки, выдержку или динамический диапазон. Можно даже слегка изменить угол съемки или «пододвинуть» камеру — прощайте, испорченные дубли!

«Зелёный экран» теперь не нужен: Lytro Cinema захватывает изображение на определённом расстоянии — все, что расположено дальше, можно убрать.

Комплект камеры, сервера и программного обеспечения стоит 125 тысяч долларов. Lytro предоставляет комплект в аренду для тех, кто не может его купить.

Lytro Immerge

Это ещё более футуристичное устройство, чем Cinema: массив из 400 пленоптических камер. В результате получается объемное 360-градусное видео.

Где его применять? В устройствах виртуальной реальности! На данный момент подобного контента, который снимает Immerge, просто нет: приходится выбирать между трехмерным или 360-градусным форматом. А тут — всё и сразу.

Эта камера значительно облегчит моделирование виртуального пространства, на основе снимков светового поля можно легко создавать трехмерные модели.

На данный момент камера ещё проходит тестирование и не продается.

Server

Lytro Cinema и Lytro Immerge продаются в комплекте со специальными серверами. Они хранят отснятые данные, ведь видеопоток светового поля занимает много места — Lytro Cinema снимает 400 ГБ данных в секунду. Сложно представить, сколько информации генерирует Immerge.

Эти сервера используются для:

  • обработки видеоряда локальными средствами или при помощи «облачных» вычислений,
  • рендеринга 2D/3D-картинки с любой частотой кадров в секунду и под любые форматы экрана.

Другие производители

У Mitsubishi есть MERL. Ее основа — растровая маска, расположенная перед фотоматрицей. Установка такой маски перед штатным сенсором трансформирует цифровой «задник» в пленоптический.

Из-за отличий растровой маски от линзового массива MERL не снижает разрешающую способность сенсора.

Adobe Systems разработала камеру, которая снимает 100-мегапиксельное изображение через 19 объективов, сфокусированных на разной дистанции. В результате получается 19 снимков разрешением по 5.2 мегапикселя с разной длиной фокусировки — при постобработке можно выбрать снимок с нужной дистанцией, или совместить сразу несколько снимков.

Эта камера создает и трёхмерные фотографии, комбинируя разные участки «слоёв» снимка. Таким образом, все объекты на разных расстояниях оказываются в зоне фокусировки.

Будущее

Нам остается ждать, когда подобные устройства подешевеют и станут массовыми. Сейчас они занимают много места, требуют мощный процессор и большой объем хранилища данных.

Возможно, когда технология получат широкое распространение, люди уже будут готовы ее принять, социальные сети – отображать снимки; шлемы виртуальной реальности получат широкое распространение, а их владельцы смогут перенестись из своей квартиры на красивое и почти настоящее побережье, где солнце медленно скрывается за океаном.

1
Автор: Владимир Плотников