Комп'ютерна (обчислювальна) фотографія — сукупність методів цифрового отримання та обробки зображень, у яких обчислення доповнюють або частково замінюють суто оптичні процеси. Такі методи можуть розширювати можливості камери, створювати функції, недоступні у плівковій фотографії, а також зменшувати розміри чи вартість окремих компонентів.

До прикладів належать автоматичне створення цифрових панорам, зображень із розширеним динамічним діапазоном і робота камер світлового поля. Панораму формують зі знімків із частковим перекриттям, а HDR-зображення — поєднанням кадрів із різною експозицією. Камера світлового поля реєструє не лише інтенсивність світла, а й інформацію про напрямок променів. Це дає змогу після знімання змінювати фокусування, оцінювати глибину сцени або розширювати глибину різкості.

Поняття комп'ютерної фотографії охоплює напрями на перетині комп'ютерної графіки, комп'ютерного зору та прикладної оптики. В одній із поширених класифікацій, запропонованій Шрі К. Наяром, методи розрізняють за тим, на якому етапі обчислення взаємодіють із формуванням зображення: під час керування освітленням, роботи оптичної системи, реєстрації сигналу сенсором або подальшої обробки.

Межа між комп'ютерною фотографією та звичайною цифровою обробкою зображень не завжди однозначна. Масштабування, стиснення, керування кольором або художні ефекти зазвичай застосовують до вже отриманого кадру й тому часто розглядають окремо. Натомість у комп'ютерній фотографії алгоритм нерідко є частиною самого процесу знімання: система об'єднує кілька кадрів, використовує спеціально закодовану апертуру чи освітлення або спільно проєктує оптичну та обчислювальну частини камери.

Вплив на фотографію Фотографії, зроблені за допомогою комп'ютерної фотографії, можуть дозволити любителям створювати фотографії з якістю не нижче,ніж у професійних фотографів,алестаномна 2019 рік вони не випереджають використання обладнання професійної якості рівня.

Обчислювальне освітлення Це структуроване управління освітленням фотографії з подальшою обробкою знятого зображення для створення нового зображення. Програми включають повторне освітлення на основі зображень, покращення зображення, видалення розмитості зображення,, відновлення геометрії / матеріалів тощо.

Зображення з високим динамічним діапазоном розширте динамічний грудень, використовуючизображення однієї сцени з різною експозицією. Інші приклади включають дека і од мета ("світлове поле").

Обчислювальна оптика Це обчислювальне декодування для створення нового зображення з подальшим захопленням оптично закодованого зображення.Зображення з кодованою апертурою діафрагми в основному використовувались в астрономії та рентгенівських знімках для поліпшення якості зображення. Замість одного точкового отвору в зображенні використовується метод точкового отвору, і для відновлення зображення виконується деконволюція . У зображенні з кодованою експозицією стан увімкнення/вимкнення затвора кодується для зміни ядра розмиття під час руху . Таким чином усунення розмиття рухів стає цілком обумовленою проблемою . Подібним чином у кодованій діафрагмі на основі об’єктива діафрагму можна змінити, вставивши широкосмугову маску . Таким чином, усунення розмиття поза фокусом стає цілком обумовленою проблемою. Кодована апертура може також покращити якість отримання світлового поля за допомогою оптики перетворення Адамара.

Шаблон закодованої діафрагми також може бути розроблений за допомогою кольорового фільтра для застосування різних кодівна різних довжинах хвиль. Це дозволяє збільшити кількість світла, що досягає датчика камери, порівняно з бінарними масками.

Обчислювальне зображення Обчислювальнавізуалізація-ценабір методів візуалізації, які поєднують з бірта обробку даних для створення зображень об'єктів за допомогою непрямих інструментів покращеної роздільної здатності, додаткової інформації, такої як оптична фаза або 3D-реконструкція . Інформація часто записується без використання звичайної конфігурації оптичного мікроскопа або з обмеженими наборами даних.

Обчислювальна візуалізація дозволяє виходити за фізичні межі оптичної системи, наприклад числова апертура, або навіть усуває потребу в оптичних елементах .

Для частин оптичного спектра, де елементи зображення, такі як лінзи, важко виготовити або де датчики зображення не можуть бути мініатюризовані, комп'ютерна візуалізація може стати корисною альтернативою в наступних областях:, як рентгенівське та ТГц випромінювання .

Поширені прийоми Загальн і методи комп'ютерної візуалізації включають безлінзова візуалізація та комп'ютерну дек-візуалізації, птихографія та Фур’є-птихографія .

Методи комп'ютерної візуалізації,як правило,базуються на методах виявлення стиснення або методах фазового відновлення,коли кутовий спектр об'єкта реконструюється. Інші методи відносяться до області обчислювальної візуалізації, такі як цифрова голографія,комп’ютерне бачення і зворотні завдання,такі як томографія .

Обчислювальна обробка Це обробка неоптично закодованих зображень для створення нових зображень.

Обчислювальні датчики Це детектори, які поєднують виявлення та обробку,часто в апаратних засобах,таких якдатчик бінарного зображення із надмірною дискретизацією

Ранні роботи в області комп'ютерного зору Обчислювальна фотографія в даний час стала популярним терміном у комп'ютерній графіці,але значна частина її технологій вперше з'явилася в літературі комп'ютерного зору та під іншими назвами в документації,спрямованійна аналіз 3D-форм.

Комп'ютерна фотографія як вид мистецтва практикується шляхом отримання та об'єднання різних експонованих зображень об'єкта.Це стало натхненням для розробки переносних комп’ютерів у 1970-х-напочатку 1980-х.Оскільки обчислювальна фотографія була натхненна роботою Чарльза Вайкоффа,набір обчислювальних фотографічних даних(наприклад,зображення окремих об'єктів з різною експозицією, зроблені для створення єдиного складеного зображення) іноді називають обчислювальними фотографічними даними.Вайкофф надав йому честь.

Перші дослідження в цій галузі (спільна оцінка проекції зображення та розміру експозиції) були проведені Манном та Кандоччією.

Чарльз Вікофф присвятив більшу частину свого життя створенню спеціального типу 3-шарової фотоплівки з різними експозиціями одного і того ж об'єкта. Фотографії ядерного вибуху, зроблені на плівці Вікоффа, були представлені на обкладинці Life Magazine, демонструючи динамічний грудень від темної зовнішньої області до внутрішнього ядра.

Дивіться також

Адаптивна оптика Мультиспектральне зображення Одночасна локалізація та картографування Мікроскопія з надвисокою роздільною здатністю Камера часу польоту

Список літератури 1.. "Compositing Multiple Pictures of the Same Scene", Proceedings of the 46th Annual Imaging Science & Technology Conference, May 9–14, Cambridge, Massachusetts, 1993

2.S. Mann, C. Manders, and J. Fung, "The Lightspace Change Constraint Equation (LCCE) with practical application to estimation of the projectivity+gain transformation between multiple pictures of the same subject matter" IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing, 6–10 April 2003, pp III - 481-4 vol. 3. 3.joint parameter estimation in both domain and range of functions in same orbit of the projective-Wyckoff group" ", IEEE International Conference on Image Processing, Vol. 3, 16-19, pp. 193-196 September 1996

4.Frank M. Candocia: Jointly registering images in domain and range by piecewise linear comparametric analysis. IEEE Transactions on Image Processing 12(4): 409-419 (2003) 5.Frank M. Candocia: Simultaneous homographic and comparametric alignment of multiple exposure-adjusted pictures of the same scene. IEEE Transactions on Image Processing 12(12): 1485-1494 (2003)

6.Steve Mann and R. W. Picard. "Virtual bellows: constructing high-quality stills from video.", In Proceedings of the IEEE First International Conference on Image ProcessingAustin, Texas, November 13–16, 1994 7. 8.ON BEING `UNDIGITAL' WITH DIGITAL CAMERAS: EXTENDING DYNAMIC RANGE BY COMBINING DIFFERENTLY EXPOSED PICTURES, IS&T's (Society for Imaging Science and Technology's) 48th annual conference, Cambridge, Massachusetts, May 1995, pages 422-428 9. 10. 11. 12. 13. 14.Ou et al., "High numerical aperture Fourier ptychography: principle, implementation and characterization" Optics Express 23, 3 (2015) 15.Boominathan et al., "Lensless Imaging: A Computational Renaissance" (2016)

16.Miyakawa et al., "Coded aperture detector : an image sensor with sub 20-nm pixel resolution", Optics Express 22, 16 (2014) 17.Katz et al., "Non-invasive single-shot imaging through scattering layers and around corners via speckle correlations", Nature Photonics 8, 784–790 (2014)

Зовнішні посилання

Наяр, Шрі К. (2007). "Computational Cameras", Conference on Machine Vision Applications . Обчислювальна фотографія (Raskar, R., Tumblin, J.,), AK Peters. У пресі. Спеціальний випуск про комп’ютерну фотографію, IEEE Computer, серпень 2006 р. Культура камери та комп’ютерна журналістика: Зйомка та обмін візуальним досвідом , спеціальний випуск IEEE CG&A, лютий 2011 р. Рік Селіскі (2010), Комп’ютерне бачення: алгоритми та програми, Springer. Обчислювальна фотографія: методи та застосування (Ред. Растислав Лукач), CRC Press, 2010. Інтелектуальна обробка зображень (інформація про книгу «Джон Вайлі та сини»). Порівняльні рівняння . GJB-1: Збільшення динамічного діапазону цифрової камери за допомогою принципу Вайкофа Приклади носимої обчислювальної фотографії як форми мистецтва Курс обчислювальної фотографії Siggraph