Введение

Набор цифровых методов захвата и обработки изображений.

Компьютерная фотография относится к цифровым методам захвата и обработки изображений, использующим цифровые вычисления вместо оптических процессов. Компьютерная фотография может улучшить возможности камеры, внедрить функции, невозможные в пленочной фотографии, или снизить стоимость и размер компонентов камеры. Примеры вычислительной фотографии включают вычисление цифровых панорам, изображений с высоким динамическим диапазоном и светопольных камер. Светопольные камеры используют новые оптические элементы для захвата трехмерной информации о сцене, которую затем можно использовать для создания 3D-изображений, увеличения глубины резкости и селективной дефокусировки (или "постфокусировки"). Увеличенная глубина резкости снижает потребность в механических системах фокусировки. Все эти функции используют методы вычислительной визуализации. Определение компьютерной фотографии расширилось и охватывает ряд областей компьютерной графики, компьютерного зрения и прикладной оптики. Эти области представлены ниже, организованные в соответствии с таксономией, предложенной Шри К. Наяром. В каждой области приведен список методов, а для каждой техники указаны одна или две репрезентативные статьи или книги. Намеренно исключены из таксономии методы обработки изображений (см. также цифровую обработку изображений), применяемые к традиционно полученным изображениям для улучшения их качества. Примеры таких методов включают масштабирование изображения, сжатие динамического диапазона (т.е. тональное отображение), управление цветом, восстановление изображения (также известное как inpainting или заполнение пробелов), сжатие изображения, цифровые водяные знаки и художественные эффекты изображения. Также исключены методы, генерирующие данные о дальности, объемные данные, 3D-модели, 4D-световые поля, 4D, 6D или 8D BRDF, или другие многомерные представления на основе изображений. Эпсилонная фотография является подразделом компьютерной фотографии.

Влияние на фотографию

Фотографии, сделанные с применением вычислительной фотографии, позволяют любителям получать снимки, сопоставимые по качеству с работами профессиональных фотографов, однако по состоянию на 2019 год они не превосходят результаты, достижимые с использованием профессионального оборудования.

Вычислительная оптика

Это захват оптически закодированных изображений с последующей вычислительной расшифровкой для получения новых изображений. Кодированная апертура в основном применялась в астрономии или рентгеновской визуализации для улучшения качества изображения. Вместо единственного отверстия используется узор апертур, и выполняется деконволюция для восстановления изображения. В методе кодированной экспозиции состояние затвора (включено/выключено) кодируется для изменения ядра размытия, вызванного движением. Это делает задачу устранения размытия движения хорошо обусловленной. Аналогично, в кодированной апертуре на основе линзы, апертура может быть модифицирована путем вставки широкополосной маски. Таким образом, устранение размытия, вызванного расфокусировкой, становится хорошо обусловленной задачей. Кодированная апертура также может улучшить качество при захвате светового поля с использованием оптики преобразования Адамара. Кодированные шаблоны апертур могут быть разработаны с использованием цветных фильтров для применения различных кодов на разных длинах волн. Это позволяет увеличить количество света, достигающего сенсора камеры, по сравнению с бинарными масками.

Компьютерная визуализация

Компьютерная визуализация – это совокупность методов формирования изображений, объединяющих захват и обработку данных для создания изображения объекта косвенными методами, что позволяет достичь повышенного разрешения, получить дополнительную информацию, такую как оптическая фаза или трехмерная реконструкция. Информация часто регистрируется без использования традиционной конфигурации оптического микроскопа или с использованием ограниченных наборов данных. Компьютерная визуализация позволяет преодолеть физические ограничения оптических систем, такие как числовая апертура, или даже исключает необходимость в оптических элементах. В тех частях оптического спектра, где сложно изготовить формирующие изображения элементы, такие как объективы, или невозможно миниатюризировать датчики изображения, компьютерная визуализация предоставляет полезные альтернативы, например, в области рентгеновского и терагерцевого излучения.

Общие методы

Среди распространенных методов вычислительной визуализации — безлинзовая визуализация, вычислительная спекл-визуализация, птихография и фурье-птихография. Методы вычислительной визуализации часто используют компрессионное зондирование или методы восстановления фазы, при которых реконструируется угловой спектр объекта. К области вычислительной визуализации также относятся такие методы, как цифровая голография, компьютерное зрение и обратные задачи, например, томография.

Вычислительная обработка

Это обработка изображений, не имеющих оптического кодирования, для создания новых изображений.

Вычислительные датчики

Это детекторы, объединяющие в себе функции обнаружения и обработки, как правило, в аппаратной части, например, бинарный сенсор изображения с повышенным разрешением.

История искусства

Компьютерная фотография, как вид искусства, практиковалась путем съемки одного и того же объекта с разной экспозицией и последующего объединения полученных изображений. Это послужило вдохновением для разработки носимого компьютера в 1970-х и начале 1980-х годов. Компьютерная фотография была вдохновлена работами Чарльза Уайкоффа, поэтому наборы данных компьютерной фотографии (например, снимки одного и того же объекта, сделанные с разной экспозицией для создания единого композитного изображения) иногда называют наборами Уайкоффа в его честь. Ранние работы в этой области (совместная оценка проекции изображения и значения экспозиции) были выполнены Манном и Кандоччи. Чарльз Уайкофф посвятил значительную часть своей жизни созданию специальных трехслойных фотопленок, способных захватывать различные экспозиции одного и того же объекта. Фотография ядерного взрыва, сделанная на пленке Уайкоффа, появилась на обложке журнала "Life" и продемонстрировала широкий динамический диапазон – от темных внешних областей до яркого внутреннего ядра.