0

0
1

文字

分享

0
0
1

照出事後可對焦的相片: 光場照相術與新相機 ! Lytro Light Field Camera

Scimage
・2011/06/23 ・989字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 514 ・六年級

雖然照相術已經發明很久了,但是新的改進仍不停的產生,例如之前介紹過的超解析度照片可以從低解析度的照片得到高解析度的影像,立體材質照片可以利用光的散射方式給出大約的材質深度,自動構圖修正可以讓照片自動變成較專業的構圖等等…這些改進都是基於對物理的認識或是軟體分析影像的進步。今天要介紹的「光場照相術」是一種野心更大的改進技術,或許能帶動另一種新相機的發展。

一般的攝影把感光元件放在像平面,讓景物能經由鏡頭投影在這平面上來成像,因為鏡頭有固定的焦距,所以一張相片只能對應到一個景物的平面(就是所謂的景深範圍,跟光圈有關);如果要改變對焦清楚位置,只能經由改變鏡頭位置來達到。不過理論上,一個平面上通過的光一定有所有景深影像的訊息,不然固定的相機就照不出對焦位置不同的影像;相片之所以不能紀錄這所有訊息的原因,是因為感光元件只能紀錄在像平面的光強,而不管每一道光(光子)的來源方向,所以剛好對焦的就清楚,沒有對到焦的就散開;只有移動像平面,才能讓沒對焦的光又聚合在一起。

光場攝影術的概念是由居禮夫人的指導教授所提出來的,主要概念就是不只要紀錄光的強度,更要對所有光子進入的角度進行紀錄。只要紀錄了這些資訊,理論上就可以知道哪些光雖然沒有對到焦,可是其實在另外的平面可以成像,而紀錄入射角度的方式就是在像平面放一塊小透鏡,然後每個小透鏡後面有一群感光元件(CCD像素),不同角度的光進入透鏡以後就會被轉到不同的感光學件上被紀錄下來;這樣一來, 照出來的照片就不僅有亮度的資訊,還有入射光角度的資訊。

所這樣的照出來的特殊相片 (微觀影像如上圖) 只要經過軟體處理就可以合成出各種對焦位置影像;當然這種技術有缺點跟限制,那就是必須用很多的像素來儲存一個最後像素中所需要的資訊,所以解析度很差。最後的像素多寡取決於小鏡子的數目,不過隨著微鏡片技術跟CCD像素不斷發展,終於目前快要有可以有商品化的相機產生,就是下面所介紹的影片 (只有九萬個小鏡子,就是大約300×300的解析度)。或許在不久之後,像素能慢慢提升到不太差的水準。

相關新聞報導:
革命性相機 先拍照後對焦
效果測試網站: 點滑鼠可以改變焦點

本文原發表於科學影像Scimage[2011-06-23]

文章難易度
Scimage
113 篇文章 ・ 3 位粉絲
每日介紹科學新知, 科普知識與實際實驗影片-歡迎每一顆好奇的心 @_@!

0

0
0

文字

分享

0
0
0
知識大圖解:拆解全片幅數位單眼相機
知識大圖解_96
・2015/01/12 ・639字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 541 ・八年級

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

5051
(點擊看大圖)

我們打開Nikon D600,檢查其內部組件

D600是Nikon出產的全片幅數位單眼反射式相機(DSLR),旨在提供消費者一台具備專業性能但價格平易近人的相機。

拜大小為35.9×24公釐的CMOS感光元件所賜,它的畫素高達2430萬像素。與D600價位相近的款式通常感光元件只有其一半或四分之一大,這是由於傳統的全片幅感光元件成本相當高,導致每一片矽晶片可生產的感光元件數量較少。

以全片幅感光元件擷取的圖像由EXPEED 3成像引擎處理。EXPEED 3是內含多中央處理器(CPU)的媒體處理器,可以執行多重任務,例如色彩再現、灰階處理、影像銳化、伽馬校正和壓縮等。由於有多CPU,EXPEED 3成像引擎能夠平行執行多項任務,因此相機連拍速率可每秒高達5.5張。

與其他同樣高級的全片幅相機相較,D600最重要的特點是它輕便的設計──體積為14.2×11.2×8.1公分,重量也輕。而輕便背後的奧祕在於整合雙SD卡插槽,並選用體積較小的內部晶片和電板。

何謂全片幅?

全片幅單眼相機的感光元件相當於35mm底片的大小,主要優點是以全片幅感光元件拍攝的影像範圍較一般感光元件來得大,因此畫面不會被裁切,拍攝到的角度也更寬廣。舉例而言,一個24mm的鏡頭若是裝在全片幅相機上,則可拍攝到視角84度的影像,而焦距轉換率為1.5的一般相機則只有62度。除此之外,全片幅相機能應用於較大的感光點,進而取得更寬廣的動態範圍與更低的雜訊,因此影像即使過曝仍能保留細節。

本文節錄自《How It Works知識大圖解 國際中文版》第04期(2015年1月號)

更多精彩內容請上知識大圖解

知識大圖解_96
76 篇文章 ・ 6 位粉絲
How It Works擅長將複雜的知識轉化為活潑有趣的圖解知識,編輯方式以圖像化百科呈現,精簡易懂、精采動人、深入淺出的圖文編排,讓各年齡層的讀者們都能輕鬆閱讀。

0

0
0

文字

分享

0
0
0
知識大圖解:圖解攝錄影機的運作原理
知識大圖解_96
・2014/10/23 ・951字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 504 ・六年級

立即填寫問卷,預約【課程開賣早鳥優惠】與送你【問卷專屬折扣碼】!

 

(點擊看大圖)
(點擊看大圖)

數位攝影機如何捕捉、記錄高解析度影片呢?

現代數位攝影機的運作原理基本上與1980年代的大型VCR類比攝影機相同,兩者都包含了鏡頭、成像器和儲存媒體,但最大的不同是如今的攝影機將類比資料轉成了數位格式,而攝影技術整體也縮小成更實用、適合手持的大小。

攝錄影機透過鏡頭將現場光線的樣式聚焦在成像器上,成像器通常為CMOS感光元件或CCD(電荷耦合元件)。CCD是一種小半導體,可容納大約50萬感光單元(對光敏感的迷你二極體,可以測量光子數量,並且將光子轉換為電荷)。播放影片時,電荷強度會幫助攝錄影機判斷該點的光線強度。顏色則藉由測量綠色、紅色和藍色的程度決定,因為所有顏色都可由混合這三原色重現。

為了捕捉動態影像,CCD會將影片中的每格畫面傳送到主成像器後方,轉像系統中的外加感光器。這第二個感光器會將每個感光單位的電荷傳送到類比/數位轉換器,而第一層感光器則會自行清空,準備捕捉下一個影像。

最新的頂級攝錄影機雖然體型小,容納的技術卻多得驚人。舉例來說,日立的超高清攝錄影機(Super Hi-Vision)每秒可以拍下120張3300萬像素的影像,精細程度相當於IMAX電影。

什麼是感光元件

互補式金氧半導體(CMOS)感光元件是一種影像感應器,已取代多數行動電話、網路攝影機和數位單眼相機中的CCD。CMOS感光元件利用像素上的微小電晶體來個別捕捉每個點。電晶體會吸收並放大捕捉光點轉換而來的電荷,接著再透過電線傳送。

CMOS感光元件將影像處理和捕捉的功能整合在同樣的裝置上,耗電通常小於CCD,遲滯現象較少,也比較不涉及昂貴的製程。CMOS感光元件也因此常見於手機相機裡,因為手機正需要更便宜、省電的元件。CMOS感光元件因其線路很容易產生影像雜訊,畫質通常遜於CCD,因此後者常用於較高端的影像技術。

類比 VS 數位

數位與類比攝錄影機之間的最大差異在於資料的記錄方式。類比攝錄影機通常利用VHS磁帶記錄磁圖案,但有兩個最大的問題:需要大量的實體空間來存放卡帶,也需要硬碟上的虛擬空間;此外,類比資料每複製一次,就會「褪色」一些。相反地,資料數位化可以壓縮影像,在記憶卡或固態硬碟中所佔的虛擬空間少了許多。資料也可以原封不動地複製,不會像類比資料一樣隨時間褪逝。

本文選自《HOW IT WORKS知識大圖解 中文版》第01期(2014年10月號)

知識大圖解_96
76 篇文章 ・ 6 位粉絲
How It Works擅長將複雜的知識轉化為活潑有趣的圖解知識,編輯方式以圖像化百科呈現,精簡易懂、精采動人、深入淺出的圖文編排,讓各年齡層的讀者們都能輕鬆閱讀。