Статья из сайта petrovlam.ru
Автор: Петров В. М.
Введена 29.08.2009
Последнее обновление: Доработана: 27.10.2009

Часть11.   Интегральная фотография

 

 

       Аннотация.    Эта часть посвящена основам интегральной фотографии.

 

 

Поскольку фотография интегральная, значит она составлена из суммы большого количества моноизображений.

На рисунке 1 показана схема работы линзового растра применительно к интегральной фотографии.

Для такой стереосъёмки растр должен состоять из линз малого диаметра – из микролинз. (Я, например, применял микролинзы диаметром до 0,25мм). С увеличением диаметра микролинз ухудшается слитность восстановленного изображения. Оно становится заметно зернистым.

Рис. 11-1

Обычно микролинзы расположены на единой плоскости (рисунок 11-1), но могут располагаться и не на плоскости, а на цилиндрической поверхности или, например, на сферической. Каждую микролинзу совместно с находящимся в её фокальной плоскости светочувствительным слоем (фотоносителем) можно считать самостоятельным фотоаппаратом, расположенным в одной из ракурсных точек. Сколько микролинз «видят» объект, столько ракурсных микроизображений (микрокадров) можно зафиксировать на фотоносителе.

Если зафиксированные микрокадры засветить (для удобства рассуждений – на просвет), то в своём обратном ходе лучи от одной и той же точки, зафиксированной в разных микрокадрах, соберутся как раз в том месте, где эта точка находилась во время её фотографирования. Благодаря этому, на месте бывшего объекта будет восстановлен его действительный трёхмерный образ. Его можно даже увидеть на отражающем экране, если разместить его в зоне восстановленного изображения. Разумеется, не все точки изображения на этом экране будут иметь одинаковую резкость, так как в реальном объекте они не все находились в одной плоскости.

Восстановленный образ можно увидеть непосредственно, если поместить глаз на такое расстояние от растра, чтобы он (восстановленный образ) расположился между глазом и растром (рисунок 11-2).

На рисунке нижний (по схеме) глаз совершенно однозначно НЕ увидит точку «А», так как в «нижний» глаз не попадает ни один из лучей, формирующих её растром показанного на схеме размера. Этот глаз сможет увидеть восстановленный объект полностью только тогда, когда размер объекта будет существенно меньше размера растра (либо растр – существенно больше объекта).

Аналогичная ситуация возникает и для верхнего (по схеме) глаза применительно к точке «Б».

Рис. 11-2

Наблюдаемое по схеме рисунка 11-2 восстановленное изображение будет восприниматься вполне трёхмерным, (если глаз наблюдателя располагается за пределами рисунка и, вообще, за пределами правого края страницы), но, тем не менее, каким-то необычным. Неудобство восприятия вызывается тем, что те точки, которые у реального объекта находились дальше от растра, «смотрящего» на объект, теперь относительно наблюдателя будут располагаться ближе к нему. Применительно к рисунку 11-2 точка «А» расположена ближе к растру, чем точка «Б». Для наблюдателя же точка «А» оказывается расположенной дальше, чем точка «Б». Такое изображение называется инвертноскопическим (с «вывернутой» объёмностью). При попытке наблюдателя рассмотреть правую сторону инвертноскопического объекта он (объект) как бы «подставляет» наблюдателю свою левую сторону.

Можно ожидать, что после фотографирования восстановленного изображения такой же системой «растр-фотоноситель» и после последующего восстановления новой фотографии будет построен действительный трёхмерный образ, воспринимаемый наблюдателем уже ортоскопическим (прямым). Точка «А», как ей и положено, станет к наблюдателю ближе, чем точка «Б».

Изобретатель интегральной фотографии Г.Липман для преобразования инвертноскопического изображения в ортоскопическое предложил схему, показанную на рисунке 11-3. В соответствии с этой схемой вторая система вместо фотографирования изображения, восстановленного первой системой, захватывает лучи, исходящие из точек первичных микрокадров и строит из них вторичные микрокадры на своём фотоносителе.

По своей сути обе схемы одинаковы.

Рис. 11-3

Лично я, когда занимался интегральной фотографией, с вышеназванными процедурами не экспериментировал. Скорее всего, потому, что в то время не верил в возможность получения приличного результата. Впрочем, я и сейчас не верю!

Вот мои рассуждения.

На рисунке 11-4 я изобразил малый участок из схемы рисунка 11-3.

На фотоносителе первой системы показан микрокадр объекта, обозначенный голубой стрелкой «аб». Лучи, исходящие из точки «б» и попадающие на ближайшую микролинзу, показаны в красном цвете. Аналогичные лучи, исходящие из точки «а» - в зелёном.

Для простоты примем, что обе точки изображения (как и все промежуточные) расположены в фокальной плоскости микролинзы и что микролинзы свободны от сферических аберраций. А из этого тогда будет следовать, что лучи ото всех точек изображения, прошедшие сквозь микролинзу, будут формировать после неё параллельные пучки с сечением, примерно равным сечению микролинзы. Направления этих пучков отмечены утолщенными отрезками соответствующих лучей (красного и зелёного).

Далее следует, что параллельные пучки лучей из крайних точек микрокадра (в нашем случае – это точки «а» и «б») непременно будут пересекать пару микролинз, встреченных на своём пути, и по этой причине – раздваиваться (растраиваться, разчетверяться, и т. д.). А каждая микролинза из встреченной пары, получив параллельный пучок лучей, соберёт их в точку на своей фокальной плоскости. Например, в точках «б1» и «б2» (для красного пучка). Аналогично сформируются и другие точки. Например, точки «а1» и «а2» для зелёного пучка.

Рис. 11-4

Если участок «а1-б1» ещё как-то можно назвать вторичным изображением объекта «аб» (хотя бы и с изменённым масштабом), то, что делать с участками «б1-б2» и «а1-а2»? Ведь между ними тоже формируются изображения точек от объекта «аб». Вероятнее всего, на участках «б1-б2» и «а1-а2» будет некая смесь, никак не улучшающая итоговую интегральную фотографию.

Совершенно похожая ситуация происходит и при анализе схемы на рисунке 11-2 (рисунок 11-5).

Поэтому для преобразования инвертноскопического изображения в ортоскопическое я выбрал другой путь. О нём будет сказано чуть позже.

А пока – продолжение общих рассуждений.

Для достижения хорошего информационного разрешения интегрального восстановленного изображения совершенно необходимо использовать фоторегистратор (фотоноситель) с высоким разрешением (то есть фотослой, который в состоянии зафиксировать большое количество независимых точек на один миллиметр длины). Что касается использования именно фотослоя (а не пиксельной матрицы), то я, к примеру, применял чёрно-белые фотопластинки фирмы Kodak с разрешением 1400 точек на миллиметр. Это соответствует размеру одной информационной точки на записанном микрокадре, равному, примерно, 0,7мкм. Можно, конечно, надеяться, что в недалёком будущем с подобным разрешением (и даже с ещё более высоким) будут изготавливаться жидкокристаллические чёрно-белые прозрачные экраны. Но боюсь, что это произойдёт много позже окончания моей жизни в этой реинкарнации. Можно ожидать появления даже цветных прозрачных жидкокристаллических пластин с требуемым разрешением. Только практическая реализация этого проекта, скорее всего, отодвинется на ещё более далёкое будущее.

Рис. 11-5

А на сегодня в нашем распоряжении имеется (теоретически) возможность распечатать интегральную фотографию в типографии, где есть оборудование высокого разрешения. Можно найти типографию (я это выяснял), обеспечивающую размер напечатанной цветной информационной точки, равный 4мкм. Разумеется, цена одного отпечатка – ого-го! И с тиражом, менее 100 000 экземпляров, туда лучше не соваться.

ПРИМЕЧАНИЯ

1. Вероятно, именно по этой причине «сдохло» производство цветных тонких стереоскопических (не интегральных) открыток.

2. По умолчанию, считается, что с приобретением требуемого растра из сферических микролинз у нас проблем не будет.

Принято считать, что комфортное наблюдение объёмного изображения получается, когда в нём заложено не менее девяти видимых ракурсов по одному координатному направлению (например, по горизонтали).

С расстояния 300мм среднестатистический наблюдатель в состоянии различить отдельную точку размером, примерно, 90мкм. В связи с этим растр с шагом 0,1мм сможет обеспечить очень приличную слитность восстановленного изображения. Размер микрокадра тоже в этом случае будет равен 0,1мм. В таком микрокадре обозначенная типография сможет зафиксировать 25 ракурсов одного направления (например, по горизонтали). Общее количество ракурсов, которые можно зафиксировать в одном микрокадре, составит, примерно, 480 единиц (для растра с гексагональной структурой). А это очень даже неплохо.

ПРИМЕЧАНИЕ

Помимо гексагональной структуры растр может иметь структуру ортогональную или вообще произвольную.

Информационное разрешение восстановленного изображения зависит не только от разрешающей способности фотоносителя. Значение имеет также и то, как далеко от растра находится основная часть фотографируемого объекта. Ведь бесполезно заботиться об увеличении количества информационных точек в микрокадре, если в восстановленном изображении эти точки просто потеряются из-за малого размера последнего.

Оптимальным считается такое расположение восстановленного объекта, когда он рассекается растром, примерно, по середине. Понятно, что объект в этом случае не может быть вещественным.

Задача разрешима, если применить для этой съёмки фотообъектив (рисунок 11-6). При помощи объектива действительное изображение фотографируемого объекта создаётся в районе растра (пунктирное изображение на рисунке). И уже это промежуточное изображение фотографируется микролинзами. Конечно, каждая из микролинз будет уже не в состоянии «увидеть» весь объект и зафиксирует на фотоносителе только некоторую его часть. Но от этого информационная разрешающая способность изображения только повышается.

Естесственно, что и восстановленный объект тоже будет формироваться в зоне растра.

Рис. 11-6

Для рассматривания восстановленного изображения, полученного указанным способом, глаз наблюдателя необходимо поместить в место, где был выходной зрачок объектива.

Естественно также, что наблюдаемое восстановленное стереоизображение будет инвертноскопическим.

А поскольку для получения стереоэффекта (хотя бы и инвертноскопического) необходимо, чтобы и второй глаз видел восстановленное изображение, постольку второй глаз тоже следует поместить в тот же выходной зрачок (рисунок 11-7). Понятно, что в этом случае необходимо будет применить объектив с диаметром выходного зрачка, бóльшим, чем межзрачковое расстояние потенциального наблюдателя. Если принять максимальное межзрачковое расстояние потенциального наблюдателя равным 90мм (я встречал людей, имеющих межзрачковое расстояние 102мм!), то диаметр выходного зрачка объектива должен быть не менее 100мм. Тогда у «90-миллиметрового» наблюдателя ещё будет возможность для сканирования изображения хотя бы в пределах 10мм.

Рис. 11-7

В общем, объективчик, как по размерам, так и по своей массе, получается не слабеньким! Такие применяются для аэрофотосъёмок. Использовать такой же объектив для переносной стереокамеры….?

Лично я не пытался. Просто устанавливал его на оптическую скамью. На эту же скамью устанавливалась и система «растр-фотопластинка» с микроскопом для наведения резкости. Настройка производилась в красном свете. Из-за весьма высокого линейного разрешения фотопластинки светочувствительность её была тоже весьма, но уже низкой. Так что работать можно было без суеты.

В статье ЧАСТЬ 9 было показано, что зоны восстановления изображений, формируемые растром (не обязательно линзовым) чередуются (рисунок 11-8). Так если одну из созданных зон считать зоной для левого глаза (например, красная на рисунке 11-8), то зону, формируемую рядом, можно считать зоной для правого глаза (соответственно, зелёная и коричневая зоны). Затем – снова для левого. И так далее.

Из этого рождается интересное предложение.

А что будет, если левый глаз («Л») поместить в правую половину главной зоны (красный цвет), а правый глаз («П») – в левую половину зоны, созданной по соседству справа (коричневый цвет)?!

Разгадка простая (рисунок 11-9). Просто произойдёт преобразование инвертноскопического восстановленного изображения в ортоскопическое! Всего и делов-то.

Рис. 11-8

Рис. 11-9

На рисунке 11-9 ось объектива во время съёмки совпадала с центральной осью растра. Поэтому соседние зоны формируются в стороне от центральной оси системы «объектив-растр».

Рассматривать новым способом восстановленное изображение, конечно, можно. Но как-то приятнее держать перед собой середину растра, не сдвигая её вбок!

По этой причине перед фотографированием следует изначально сдвинуть объектив влево от центральной оси растра (рисунок 11-10). На месте реального объектива восстановится его основной выходной зрачок, и здесь, в правой половине его изображения, будет располагаться левый глаз наблюдателя.

Рис. 11-10

Правый глаз наблюдателя следует поместить в левую половину соседней зоны вторичного восстановленного выходного зрачка объектива.

Если принять межзрачковое расстояние среднестатистического наблюдателя равным 60мм, то и объектив следует применить с диаметром выходного зрачка, равным, примерно, 60мм. А это уже существенно проще, чем найти для использования огроменный объектив! В конце концов, по схеме на рисунке 11-10 можно даже применить объектив с диаметром его выходного зрачка, меньшим, чем 60мм!

Для «60-миллиметрового» наблюдателя зона допустимого сканирования составит ±15мм от средней позиции.

На рисунке 11-11 изображена схема одного из моих стереофотоаппаратов, использующих сферолинзовые растры (авторское свидетельство № SU1140084 A).

Рис. 11-11


Просмотров: 6599

Комментарии к статье:

№ 566   boriarbk@yandex.ru   2011-29-06 14:30:03
Уважаемый Владимир Максимович!
Меня зовут Рожков Борис Константинович. Я автор монографии « Растровые методы получения объемных изображений» и нескольких десятков научных статей по интегральной фотографии. Лично изготовил десятки цветных интегральных фотографий в том числе портретов человека. За эти портреты награжден серебряной медалью
ВДНХ.
Прочитал Ваш текст на темы стереоскопии, растровой фотографии и пр. То, о чем Вы пытаетесь рассказать давно известно. Это хорошо проработанный раздел оптики. В этой области работали сотни исследователей. Список литературы на темы стереоскопии, стереовосприятия, растровой фотографии и пр. насчитывает тысячи работ. Давно определены и теоретические и технологические границы развития этих методов.
По-видимому, Вы ничего об этом не знаете. Ваш текст – банален и не интересен. Вы не знаете содержания основополагающих работ в этой области, устоявшейся терминологии, результатов хорошо известных экспериментов, существующего оборудования по этой тематике, направления идущих и будущих исследований. В Вашем тексте нет новых мыслей, поскольку Вы весьма поверхностно понимаете суть излагаемого. Про неточности и ошибки я даже и не говорю.
Последуйте совету Ньютона: «Без знания опыта предшественников ты ни на шаг не продвинешься вперед».
№ 567   Владимир Максимович   2011-29-06 18:20:17
На № 566. Борис Николаевич Рожков, я премногажды рад тому, что такой популярнейший мэтр науки о построении стерескопических изображений, как Вы, снизошли до того, чтобы заглянуть-таки на страницы моего сайта!
1.     Но дело-то в том, что, не взирая на Ваши личные разработки в этой области и на разработки других Авторов, фамилии которых, в отличие от Вашей, можно найти в Интернете, "воз - и поныне там!"
     На сегодня нет возможности на экране обычного ноутбука рассматривать объёмные изображения, не требующие для этого каких-либо наглазных приспособлений или манипуляций с глазами.
     Похоже, что мой ноутбук, позволяющий делать это, так и остаётся единственным.
2.     Борис Николаевич, мои статьи о принципах построения стереоизображений изначально не расчитывались на Читателя, обладающего фундаментальными знаниями о стереоскопии. Весь мой сайт ориентирован на Читателя, мало знающего, но желающего иметь. По этой причине я, по сути, изложил материал из книги А.Н.Валюса и из статей Вашего Ленинградского однофамильца, для которого в своё время изготавливал линзовые растры. При помощи тех растров я и сам лично создал, среди прочего, много интегральных стереофотографий.
3.     Мэтр Рожков Б. Н., можно много возмущаться по поводу существующих недостатков, но ничего не делать для их исправления. Это - Ваша принципмальная позиция. И Вы, разумеется, имеете на неё право.
      Я же считаю, что, если Человек делает хоть ЧТО-ТО, то сделано будет хоть ЧТО-ТО. Если Человек ещё раз сделает хоть ЧТО-ТО, то сделано будет в ДВА раза БОЛЬШЕ. А, если Человек делает НИЧЕГО, то и сделано будет НИЧЕГО. И, если Человек ещё раз сделает НИЧЕГО, то всё равно сделано будет НИЧЕГО!
4.     Изготовить стереоизображение по описанной мною технологии сможет ЛЮБОЙ желающий. А вот как применить знания, добытые Вами, г-н BORIARBK? Да и существуют ли они?
5.     И, наконец, если бы мой текст был банальным и не интересным, то Вы б едва ли прочитали его и, тем более, вряд ли написали бы Ваш комментарий.
     Желаю Вам успешно почивать на Ваших лаврах!
6.     Мои реквизиты для обмена мнениями прописаны на данном сайте.
№ 1762   АК   2016-09-08 10:35:55
Жму Вам виртуально руку, уважаемый Владимир Максимович!
Таких вот ..... (самоцензура) вагоны и куча тележек на просторах этой планеты... сам совсем недавно "пересёкся" с подобным так что только перья от него летели! :)
Ваш подход к стереофото интересен и заслуживает внимания. (Навскидку заметил лишь маленькую тех. неточность в отношении дескать нестабильности частоты развертки дисплея на компе: это не так: даже на композитном чипе - проц + видяха - частоты развертки кварцованы!)
Успехов!
№ 1767   Владимир Максимович   2016-09-08 22:49:02
На №1762
     Я не нашёл в данной статье ссылку на частоту развёртки.
№ 1770   АК   2016-09-08 23:52:55
Это было раньше - номер статьи уже не помню - там где говорилось об сепарации с/пар посредством обтюрирования на очках (нужна синхронизация: таки да, нужна! даже при кварцованных развертках по думаю понятным причинам :нужды фазировки).
№ 1780   Владимир Максимович   2016-10-08 11:42:46
На №1770
     Так ведь там речь шла не о частоте развёртки, а частоте обновления изображения на кадре. Если обтюратор вращать с постоянной скоростью, то смену кадров на стереопаре не удаётся синхронизировать с переключением кадров на экране.
№ 1781   АК   2016-10-08 11:44:56
По вашему это не связанные вещи и величины? тут вопрос не синхронизации частоты, а проблема строгого фазирования смены подачи "право-лево" для стереопар... потому и не решается тривиально типа ловли пульсайций света от экрана светодиодом в очках!
№ 1789   Владимир Максимович   2016-10-08 12:44:42
На №1781
     Главное то, что я не нашёл способа синхронизации открытия правого глаза у стереонокля с правым изображением на экране.
№ 1791   АК   2016-10-08 12:48:05
Вот в этом то и проблема... Решаемая сложно, но не решаемая просто и главное всем удобно.
№ 1794   Владимир Максимович   2016-10-08 12:59:48
На №1791
     Для моего понимания фраза слишком сложна!
№ 1796   АК   2016-10-08 13:11:32
Хм... сложно - ето когда электроника очков связана с "проектором", например, ИК или радиоканалом. (Что в разы уваличивает и стоимость, и потребление тока, и вес и т.д...) Просто же - без таких заморочек - нужную фазу коммутации в очках не поймать :(((
Теперь понятнее?
№ 1798   Владимир Максимович   2016-10-08 13:20:27
На №1796
     А я и не стал ловить!
При современных разрешениях экрана один кадр легко вшихтовывается в другой. А далее - простой линейчатый сепаратор!
№ 1801   АК   2016-10-08 13:32:57
Вот именно! Как на старых добрых 70х годов японских стерео-фото! /Помните, японка подмигивала? ;)/
№ 1804   Владимир Максимович   2016-10-08 13:58:13
На №!801
     Конечно помню! Я их коллекционировал.

Ваще сообщение:
 

 

Добавить комментарий

[B] [I] [u] [S] [2] [2]       [TAB] [∑] [∓] [≈] [≠] [≤] [≥] [π] [×] [√]       [RED] [GRE] [BLU]

[α] [β] [Γ] [γ] [Σ] [σ] [Δ] [δ] [Ω] [ω] [μ] [Λ] [λ]