Съёмка без объектива, настроек и даже фотоаппарата. Это возможно | Статьи | Фото, видео, оптика
Недавно я наткнулся на очень любопытный фотоаппарат-кубик. Без видоискателя, выбора режимов и даже без кольца фокусировки. А размер совсем скромный: при желании Lytro ILLum влезет даже в карман. Сенсор крохи способен считывать векторную информацию о свете в каждой точке. А значит, этот фотоаппарат позволяет выбирать или менять точку фокусировки уже после съёмки. Любопытно, что развитие технологий вернулось к изначальной точке — фотоаппарату без объектива.
Изначально был не нужен объектив, не было колеса настроек, да даже и самого фотоаппарата фактически тоже не было. А снимок все равно получался. Речь про камеру-обскуру.
Изображение: magisteria.ru
Что это вообще такое?
Камера-обскура — это простейшее оптическое приспособление для получения отпечатка света, а вместе с ним и всего вокруг, что этот свет обрисует.
Почти как съёмка на широкоугольный объектив, только без объектива.
Процесс получения изображения в камере-обскуре строится на физических свойствах света. В полностью тёмном пространстве (например, квадратной чёрной коробке) на одной из плоскостей создается отверстие небольшого диаметра. Как правило, оно не превышает пары миллиметров. Свет, а вместе с ним и вся экспозиция за этим отверстием проецируются на противоположную отверстию плоскость в перевернутом виде. Размер изображения напрямую зависит от расстояния между отверстием и противоположной плоскостью. А его резкость напрямую завязана с диаметром: чем он меньше, то изображение резче.
Изображение: multiurok.ru
Фото: photoplay.ru
Принцип действия схож с тем, как работает человеческий глаз. Изображение попадает в камеру, так же как окружающее нас считывается зрением: через небольшое отверстие (зрачок) и в перевернутом виде. Свет проникает в отверстие под углом, лучи, отраженные от верхних частей объектов направляются вниз, а те, что отражаются от объектов у самой земли устремляются вверх.
В тёмном пространстве камеры лучи пересекаются и, следовательно, картинка переворачивается. В нашем случае, картинку переворачивает мозг, а в современных камерах это происходит за счёт зеркала.
Фотография без линз
Свойство света проецировать предметы было открыто ещё в средние века. Анализ физики света и первую портативную камеру-обскуру можно найти на чертежах Да Винчи. Схожие оптические приборы описаны у многих европейских физиков и учёных того времени.
Изображение: infourok.ru
Фото: reddit.com
Портативная камера-обскура, своего рода ящик с отверстием, обрела широкое распространение к XVII-XVIII векам. Учёные использовали её для наблюдений, художники в качестве вспомогательного инструмента, а фотографы… фотографы с этого начинали! Умельцы из XIX века придумали, как ловить спроецированное на стенку изображение: нужно было всего то приладить покрытые фоточувствительным составом металлические пластины.
Так и родилась фотография.
Назад в настоящее
Камера-обскура существует и сегодня. Только зовётся она пинхол.
Фото: Lomography.com Пользователь: krusty1980
Фото: Stefan Killen
В момент своего рождения пинхол и был классической камерой-обскурой, только с налётом современности: зачем большие деревянные ящики с фотопластинами, когда есть 135мм пленка? Все гораздо компактнее и проще. Самый аскетичный вариант пинхола — фотоаппарат из спичечного коробка с приделанными катушкой плёнки и приёмной катушкой. А роль оптики выполняет крошечное отверстие, проделанное иглой на клейкой ленте.
Такой фотоаппарат можно изготовить из подручных материалов, главное — закрепить две катушки и рассчитать верное расстояние между кадрами и расстояние от плёнки до отверстия. Разумеется, выдержка также на глаз. Как правило, в таких случаях один кадр экспонируют от нескольких минут до нескольких часов в зависимости от уровня освещения, плёнки и времени суток.
Sony Alpha 7R с профессиональным пинхол-объективом
Фото на Sony A7RII с пинхол-объективом. Flickr.com Пользователь: Dierk
Фото на Fujifilm X-T1 с пинхол-объективом
Пинхол не ограничивается только аналоговой фотографией: на ваш Canon, Nikon, Sony и почти любую камеру также можно накрутить пинхол-объектив. И всегда остается вариант вооружиться нагретой иглой и сделать отверстие в пластмассовой заглушке на тушку фотоаппарата. Она и станет объективом. В кейсе цифровых фотоаппаратов это гораздо больший контроль за процессом, настройками и поле для экспериментов. Посмотреть на результат и удивиться физике света можно будет сразу!
Снимаем без объектива. — Teletype
Небольшое отступление:
Еженедельный раздел фотофокусы рассказывает и показывает, как с помощью обычного зеркального фотоаппарата творить чудеса. Я не претендую на оригинальность, все, о чем я буду писать, уже неоднократно обсуждалось ранее.
О чем я буду рассказывать? Как с помощью обычного фотоаппарата сделать интересные, необычные оригинальные снимки. Если у вас есть, что рассказать, присылайте мне свои фокусы на почту [email protected] с пометкой «Фотофокусы». Я постараюсь опубликовать все интересные статьи
Сегодня снимаем без объектива. Не секрет, что хорошие объективы стоят дорого, тяжелые, занимают много места. Не многие знают, что от объектива можно отказаться вообще, хотя бы на время. Съемка без объектива основана на свойстве малого отверстия (диаметр от 0,1 мм до 1 мм) давать обратное изображение предметов, находящихся перед отверстием. Таким образом узкое отверстие может заменить собой объектив. Чтобы можно было фотографировать при помощи узкого отверстия, надо сделать камеру-обскуру. Сегодня мы будем ее делать из обычного цифрового фотоаппарата.
Камера-обскура — простейший вид устройства, позволяющего получать оптическое изображение объектов. Представляет собой светонепроницаемый ящик с отверстием в одной из стенок и экраном (матовым стеклом или тонкой белой бумагой) на противоположной стенке.
Лучи света, проходя сквозь отверстие диаметром приблизительно 0,5–5 мм, создают перевёрнутое изображение на экране. На основе камеры-обскуры были сделаны некоторые фотокамеры, для этого вместо экрана помещают фотопленку, на которой фиксируется .
В нашем случае вместо камеры камера-обскура будет выступать фотоаппарат без объектива. В вместо листа пленки цифровая матрица. Как показали исследования, для получения наивысшей резкости изображения размер отверстия и длина камеры связаны определённым соотношением друг с другом. Эта связь выражается формулой:
R = 0.95*√ƒ*∂
где R радиус отверстия;
ƒ длина камеры-обскуры;
∂ длина волны света.
Для расчёта ∂ удобно принять 550mµ. Проведя хитрые расчеты, я понял, что радиус отверстия в обычном цифровом фотоаппарате должен быть меньше десятой доли миллиметра. Учитывая, что такие маленькие отверстия можно сделать только лазером, в домашних условиях этой формулой можно пренебречь, но позже она нам еще понадобится.
Лучше всего отверстие делать иголкой в черной пленке. Для этого надо нагреть ее и сделать маленькую дырочку. Очень важно чтобы не было рваных краев, все это влияет на резкость фотографии. После того, как сделали отверстие надо приклеить пленку в камере. Для этого хорошо подойдет черная изолента, от нее потом не останется следов. Убедитесь, что в камеру не попадает лишний свет, все щели лучше заклеить изолентой. Также убедитесь, что материал, который вы используете для съемок полностью непрозрачный, в противном случае через него будет поступать лишний свет и фотография получится, как в «тумане».
Желтым показано место, где расположено отверстие. Оно должно располагаться четко по центру матрицы.
Приступим к съемке. На мой взгляд, грязь на матрице только украшает фотографию. У меня получилось не совсем резко, по причине большой дырочки.
Можно снимать животных. Эта игуана не поняла, что я фотограф и с удовольствием позировала.
Обратите внимание на цвета, это оригинальный цвета, без фотошопа.
Описанный способ это все лишь способ развлечь друзей необычным приемом, возможно кто-то возьмет это на вооружение как художественный прием. Я уверен, что если подойти к этому делу с умом, могут получится очень интересные снимки. Выкладывайте в комментариях результаты своих экспериментов!
А теперь бонус. Что если превратить в камеру-обскура всю комнату? Получится потрясающий эффект. Для этого в солнечный день надо заклеить окно (комната должна быть прямоугольной). Заклеить надо очень хорошо, чтобы не поступал свет, для этого подойдет картон и малярный скотч. Далее делаем по центру окна отверстие. По приведенной выше формуле радиус отверстия, дающего максимальную резкость изображения при длине камеры-обскуры в 3 метра. должен быть 7,7 мм. После того, как глаза привыкнут к темноте, вы увидите на стенах изображение происходящего на улице, только перевернутое. Некоторые фотографы используют этот прием в своей работе.
Рекомендую посмотреть портфолио Abelardo Morell:
http://www.abelardomorell.net/photography/cameraobsc_01/cameraobsc_01.html
Вот такая красота у него получается.
Или работы Федора Телкова
Каталог всех моих записей.
Фотофокус №1: Эксперименты с диафрагмой.
#фотофокусы
Недавно разработанная камера может делать фотографии в фокусе без объектива
Из-за физических ограничений камеры могут стать такими маленькими, прежде чем они просто больше не смогут уменьшаться. Но новый дизайн безлинзовой камеры может это изменить.
Исследователи также неуклонно двигались к вычислительному подходу, а не к тому, что оптика находится на заданном расстоянии от датчика изображения, чтобы сфокусировать на нем свет.
В Токийском технологическом институте в Японии ученые усердно работали, применяя машинное обучение к идее о том, что камере может вообще не понадобиться объектив.
Подобно кембрийской камере или солнечному телескопу, ему просто нужен новый способ видеть свет. И хотя такого рода исследования ведутся уже много лет, новый подход заключается в применении машинного обучения, чтобы сделать изображения более сфокусированными и реалистичными.
В то время как большинство конструкций безлинзовых камер основаны на датчике изображения, который взаимодействует со светом через маску, а затем на алгоритме измерения этого света для восстановления изображения, новый подход делает шаг вперед, применяя машинное обучение для анализировать каждый пиксель и то, как они влияют друг на друга. С этими данными затем применяются сверточные нейронные сети (CNN) для восстановления изображения.
Проблема в том, что когда появляется изображение, оно недостаточно четкое, чтобы передать какие-либо детали или четкость, не затрачивая много сил и энергии на решение вычислительной задачи. Без линзы для фокусировки света датчик изображения просто получает каплю закодированных паттернов световых данных, взаимодействующих с самой маской.
Следовательно, датчику приходится тратить много вычислительной мощности, чтобы восстановить изображение из этих данных.
«CNN обрабатывает изображение на основе отношений соседних «локальных» пикселей, тогда как безлинзовая оптика преобразует локальную информацию в сцене в перекрывающуюся «глобальную» информацию обо всех пикселях датчика изображения с помощью свойства, называемого« мультиплексирование », объясняют исследователи.
Здесь вступает в действие новый подход. С помощью массива «преобразователей зрения» можно применить глобальное рассуждение ко всему датчику изображения, чтобы идентифицировать и анализировать свет, попадающий на датчик.
«Новинка алгоритма заключается в структуре многокаскадных блоков трансформатора с перекрывающимися модулями «заплатки», — объясняют исследователи в статье, опубликованной в Phys и обнаруженной DPReview .
«Это позволяет эффективно изучать особенности изображения в иерархическом представлении.
Следовательно, предлагаемый метод может хорошо учитывать свойство мультиплексирования и избегать ограничений традиционного глубокого обучения на основе CNN, позволяя лучше восстанавливать изображения».
Этот новый подход выходит далеко за рамки процесса CNN и опирается на нейронные сети и эти связанные преобразователи, но результаты дают меньше ошибок, требуя меньше времени и ресурсов для анализа и реконструкции. Таким образом, безлинзовые фотографии можно делать в режиме реального времени, как и с помощью обычной камеры, и исследования показывают, что при дополнительной разработке можно создавать изображения более высокого качества с большей резкостью и детализацией.
Кроме того, безлинзовые камеры могут стать сверхмалыми, что было заявленной целью исследования безлинзовых камер. Если камера не должна подчиняться законам физики, когда речь идет об отклонении света и расстоянии, необходимом для создания сфокусированного изображения, то не может быть предела тому, насколько маленькой может быть камера.
В целом, исследования безлинзовых камер дали в 2013 году изображение с камеры шириной в один пиксель, и если этот новый подход сможет выйти за рамки этого до микронного уровня, то камеры могут быть настолько маленькими, что станут невидимыми. Осталось только уточнить подход.
«Без ограничений, связанных с объективом, безлинзовая камера могла бы быть ультраминиатюрной, — говорит профессор Масахиро Ямагути из Tokyo Tech, — что позволило бы использовать новые приложения, которые выходят за рамки нашего воображения».
Авторы изображений: Фотографии из «Безлинзового» изображения с помощью передового машинного обучения для решений по восприятию изображений следующего поколения», Токийский технологический институт
Эта технология камеры вообще не имеет объектива
Калифорнийский технологический институт / Лаборатория Хаджимири
Инженеры разработали тип камеры, для которой не нужны объективы.
Они заменяют изогнутое стекло чем-то, что выполняет ту же работу в вычислительном отношении — ультратонкой оптической фазированной решеткой.
Исследователи надеются, что результаты могут превратить широкий спектр плоских поверхностей в коллекторы изображений.
Чтобы сделать идеальное селфи или фото в Instagram, камеры используют линзы. В цифровых камерах линзы используются для фокусировки света на цифровом датчике. Оптическая фазированная решетка имеет группу приемников света, которые добавляют минутную задержку света при его захвате. Это позволяет камере переключать фокус и смотреть в разных направлениях, используя только электронные трюки.
«Здесь, как и в большинстве других вещей в жизни, время решает все», — сказал Али Хаджимири из Калифорнийского технологического института. «С нашей новой системой вы можете выборочно смотреть в нужном направлении и на очень маленькую часть изображения перед вами в любой момент времени, контролируя время с точностью до фемтосекунды — квадриллионной доли секунды».
Фазированные решетки были предложены SpaceX и Google в качестве решения проблемы обеспечения Земли сверхскоростным интернетом. Они работают, используя набор стационарных передатчиков, посылающих один и тот же сигнал.
Сигналы от соседних передатчиков мешают друг другу. В одних областях сигнал гасится, а в других усиливается. Добавляя небольшую задержку к некоторым передатчикам, фокус усиленного сигнала можно перемещать, управляя сигналом электронным способом.
Получение изображений с фазированной решеткой / Wikimedia
Камера, представленная в этом новом исследовании, использует те же принципы, только наоборот.
Безлинзовая камера состоит из тонких светочувствительных кремниевых компонентов, встроенных в кремниевый чип. Световые волны принимаются каждым светочувствительным элементом в решетке и создают деструктивную интерференцию со всех направлений, кроме одного. В этом направлении волны усиливают друг друга, создавая сфокусированный «взгляд», которым можно управлять с помощью электроники.
«То, что делает камера, похоже на просмотр через тонкую соломинку и сканирование ее по полю зрения. Мы можем формировать изображение с невероятно высокой скоростью, манипулируя светом вместо перемещения механического объекта», — говорит ведущий исследователь Реза. Фатеми.
Пока не слишком радуйтесь, текущая версия является скорее доказательством концепции. Он состоит из 64 приемников света в массиве восемь на восемь пикселей, и изображения, которые он создает, далеки от того, что в настоящее время снимает ваш смартфон.
Исследователи надеются, что со временем дальнейшая оптимизация этой пробной концептуальной камеры действительно сможет встряхнуть технологию камер.
«Приложения бесконечны», — говорит Бехруз Абири, еще один член исследовательской группы. «Даже в современных смартфонах камера является компонентом, который ограничивает то, насколько тонким может стать ваш телефон. После масштабирования эта технология может сделать объективы и толстые камеры устаревшими».