Уявіть фотоапарат, здатний дивитись крізь натовп; смартфон, який фотографує не гірше, ніж камера з дорогим об’єктивом; програму, яка дозволяє обрати ракурс вже після того, як зроблено знімок.
Ці ідеї звучать дивовижно, але можуть стати реальністю, якщо розробникам комп’ютерної фотографії (КФ) вдасться здійснити свій задум.
На відміну від звичайної цифрової фотографії, яка фіксує просте двовимірне зображення, КФ будує картинку на основі значно більшої кількості даних.
Вона не імітує роботу людського ока, а спирається на можливості програмного забезпечення.
Каліфорнійська компанія Pelican Imaging – один із піонерів цієї технології.
Зараз стартап розробляє інноваційну камеру для телефонів. Вона містить 16 лінз, кожна з яких пов’язана з сенсором синього, червоного або зеленого кольору. Дані з цих сенсорів зводить докупи і обробляє спеціальна мікросхема.
"У підсумку ви отримуєте стандартне JPEG-зображення з картою глибини, яка дозволяє визначити грані усіх об'єктів аж до останньої волосини", – розповів BBC виконавчий директор фірми Крістофер Пікетт.
На основі цієї інформації спеціальний додаток, встановлений на телефоні, дає вам змогу вже після зйомки налаштувати, на чому буде сфокусований знімок. До того ж, на одному кадрі можна вибрати навіть кілька точок фокусування – нечувана для звичайної камери річ.
Наприклад, фотографуючи людину на фоні статуї Свободи, ви можете зробити обличчя своєї моделі і монумент чіткими, а все інше розмитим.
"Наша камера не фокусується, а тому в ній немає рухомих деталей. Тому перший знімок робиться дуже швидко, – додає пан Пікетт. – До того ж, ви ніколи не промахнетесь із різкістю – зображення завжди буде ідеально чітким".
Інша компанія, Lytro, вже продає пленоптичну камеру зі схожими функціями. Але в Pelican вважають, що якщо їхня розробка буде достатньо компактною, щоб вміститися в телефон, це буде їхньою великою перевагою.
Pelican вже отримав інвестиції від Nokia, тож, напевно, фінська компанія буде однією з перших, хто інтегрує комп’ютерну камеру до своїх смартфонів. Це може статися вже наступного року.
Зараз познайомитися з КФ можна на прикладі HDR-фотографії – знімків з широким діапазоном яскравості. Це технологія, коли об’єкт фотографують кілька разів з різною експозицією, а потім отримані знімки зводять в одне зображення на комп’ютері. В результаті на HDR-фото світлі ділянки виходять не засвіченими, а темні – не затемненими.
Однак якщо об’єкт зйомки перебуває в русі, HDR може й не спрацювати. Користувачі часто скаржаться, що рухомі об'єкти на задньому плані HDR-фото виглядають так, ніби розпадаються на шматки.
Одне з рішень цієї проблеми, на яке зробив ставку виробник мікросхем Nvidia, – посилити потужність процесора, щоб скоротити інтервал між знімками.
Але якщо з’явиться альтернативна технологія, де треба робити лише одне фото - майбутнє, напевно, буде за нею.
"Уявіть собі сенсор із пікселями, які мають різну чутливість, – пояснює професор Шрі Наяр, голова Лабораторії комп'ютерного бачення Колумбійського університету. – Деякі краще сприймають тьмяно освітлені об’єкти, деякі – яскраво освітлені. Для декодування отриманих зображень треба застосувати певні алгоритми, але таким чином можна отримати картинку із широчезним діапазоном яскравості й кольору – значно більшим, ніж може сприйняти людське око".
Якщо нинішня технологія HDR вийде з моди, для серійної зйомки у парі з комп’ютерною обробкою знайдуться й інші застосування.
Минулого року американські дослідники продемонстрували цікавий прийом: махаючи компактною камерою довкола об'єкта, фотограф зробив кількасот його фотографій.
Далі на основі цих знімків комп’ютер створив мапу світлового поля, що дозволило фотографу побачити об’єкт з різних боків і вибрати потрібний ракурс вже після зйомки.
Ще один метод – комп’ютерна обробка двох фото, зроблених зі спалахом і без з мінімальним інтервалом.
"З їх допомогою можна побачити, де лежать тіні", – пояснює доктор Мартін Тернер, експерт з комп'ютерного бачення з Манчестерського університету.
Microsoft вже запатентувала цю ідею. У компанії стверджують, що це ноу-хау дозволить поліпшити кольоровий баланс фотографій, позбутися ефекту червоних очей і різких тіней, що утворюються від спалаху.
У підсумку ви отримаєте фото, яке здається помірно освітленим, на якому добре видно усі деталі і немає "шуму".
З обчислювальною фотографією багато експериментують у Стенфордському університеті: наприклад, тут придумали спосіб "бачити" крізь дерева чи натовпи.
Поставивши десятки камер у різних місцях і обробивши отримані дані, дослідники домоглися максимального розмивання об’єктів, що затуляють потрібний. Ці зайві об’єкти стають ніби прозорими.
Розробники кажуть, що цю технологію можна використовувати, серед іншого, у системах спостереження.
"Щоб створити цей комплекс камер, їм знадобилося 2 мільйони доларів, а щоб управляти ним – команда аспірантів, – каже професор Джек Тамблін, експерт з комп’ютерної фотографії з Північно-Західного університету, що неподалік Чикаго. – Це чудова лабораторна розробка, але не дуже практична".
Професор Тамблін зараз працює над бюджетною версією цієї системи, для якої буде достатньо однієї камери.
Він вірить, що якщо зробити багато знімків з різних позицій, зафіксувавши точне розташування камери на момент кожного знімка, то комп’ютер зможе видалити з кінцевої фотографії небажані об'єкти. Проблема лише у тому, що, аби ця технологія спрацювала, об’єкт не повинен рухатись.
Напевно, найбільший потенціал комп’ютерної фотографії – не у видовищних ефектах, а в тому, щоб довести до досконалості звичайні двовимірні зображення.
Один із напрямків досліджень в цій сфері – це проблема, як створити високоякісне зображення без допомоги професійного об'єктива із кількома лінзами.
Ідея полягає у тому, щоб перестати боротися із недоліками зображення, яке потрапляє на сенсор, а замість цього – проаналізувати, що це за недоліки, і як їх виправити за допомогою програмного забезпечення.
Ще один метод – зробити серію швидких знімків, щоразу зміщаючи сенсор на півпікселя, і на основі отриманої інформації створити зображення "із супер-роздільною здатністю".
Компанія Hasselbad вже використовує цю технологію в одній із своїх камер преміум-класу: її 50-мегапіксельний сенсор дозволяє отримати 200-мегапіксельні фото.
Крім того, дехто вважає, що проблему тремтячих рук можна вирішити, створивши гібридний пристрій, який одночасно знімає звичайне фото і високошвидкісне відео.
"Мета цієї технології – точно виміряти, як саме була розмита фотографія, – пояснює професор Тамблін. – Якщо відео фокусується на якійсь яскравій плямі, з допомогою цього можна простежити траєкторію руху камери. А відтак можна буде виправити розмитість, яка з’явилася через те, що у вас затремтіли руки".
Джерело: BBC Україна