Компьютерная фотография что это
Более 150 лет в фотографии доминирует технология, в основе которой лежит фотохимический процесс, основанный на использовании галогенидов серебра. В последнее время появилась новая разновидность фотографии, которая базируется на применении компьютерных технологий. Этот «цифровой» фотографический процесс абсолютно не отличается от традиционного фотопроцесса на стадии съемки, поскольку композиционное построение снимка, выбор освещения, использование различной оптики, светофильтров и других приспособлений остается прежним. Аналогичным образом формируется и оптическое изображение на светочувствительном материале.
Отличными являются те процессы, которые происходят за объективом фотоаппарата при использовании иного (полупроводникового) световоспринимающего устройства с иным принципом записи информации.
В традиционной фотографии запись световой информации производится в результате фотохимических превращений в светочувствительном материале. В основе цифровой фотографии — физические процессы, основанные на явлении внутреннего фотоэлектрического эффекта. Оно лежит в основе световоспринимаю-щих устройств современных теле- и видеокамер и позволяет превращать оптическое изображение сначала в электрический, а затем в цифровой сигнал посредством компьютера.
Таким образом, новая технология получения «цифрового» изображения рассматривается как одно из направлений в фотографии, как один из методов фотографической фиксации информации с применением компьютерных средств.
Цифровая фотография (электронная, компьютерная) — одна из технологий фотографии, основанная на использовании опто-электронных светоприемников и цифровой обработки изображений.
Сравнительная характеристика традиционной и цифровой фотографии. Наибольшим достоинством галогенсеребряного фотографического процесса является его универсальность и широкие масштабы использования. Однако традиционный процесс имеет свои недостатки. Во-первых, в его основе лежит многоступенчатая химико-фотографическая обработка светочувствительных материалов, требующая больших временных затрат и расходных материалов. Во-вторых, основными светочувствительными веществами, используемыми в традиционной фотографии, являются галогенные соединения серебра, что при мировом дефиците серебра в настоящее время значительно увеличивает стоимость фотопроцесса.
Цифровая фотография лишена этих недостатков: нет необходимости в расходных светочувствительных материалах и их обработке; любая визуальная информация может быть представлена в виде электрического сигнала и посредством компьютера преобразована в цифровой вид; цифровые изображения можно корректировать, хранить неограниченное время, тиражировать на бумажном носителе.
Преимуществами цифровой фотографии являются:
1. Оперативность — быстрота получения изображения, возможность передачи изображений по телекоммуникациям (связи, телефонной линии и т. п.) на большие расстояния.
2. Наглядность подготовительного этапа съемки, то есть возможность формировать изображения в реальном времени и осуществлять на стадии съемки визуальный контроль получаемого изображения на экране, сокращая время для получения изображения требуемого качества.
3. Простота метода, поскольку для его применения в криминалистической фотографии достаточно пользовательского уровня владения компьютером.
4. Высокое качество получаемого изображения. Цифровая фотография объединяет положительные стороны прямых и косвенных методов, известных в традиционной фотографии. Она позволяет получать контрастные изображения с хорошими оптическими параметрами, непосредственно наблюдать результаты исследований в невидимой зоне спектра.
5. Возможности коррекции (цифровой обработки) изображений с целью выявления и фиксации индивидуальных признаков (изменением тонового и цветового контраста, повышением резкости, удалением помех в изображении, усилением слабовидимого и т. п.). Эти возможности наилучшим образом реализуются именно в области судебной исследовательской фотографии.
Цифровая фотография имеет также ряд недостатков. Цифровые фотографические средства дороже, чем аналогичные по характеристикам традиционные. Первые цифровые фотокамеры и видеокамеры первого поколения дают изображения невысокого качества, с разрешающей способностью на порядок ниже традиционной фотографии. Существовал и ряд проблем, связанных с уязвимостью цифровой фотографии с точки зрения возможной фальсификации изображения, которые являлись сдерживающим фактором ее массового применения в криминалистике и судебной экспертизе. На сегодняшний день данные проблемы решены. В настоящее время не только профессиональные, но и любительские цифровые фотокамеры по разрешающей способности сравнялись с галогенсереб-ряными фотоматериалами. Соблюдение процессуального порядка приобщения носителей компьютерной информации к материалам уголовного дела, регламентированного в действующем УПК РФ, а также выполнение разработанных в последнее время криминалистических рекомендаций гарантирует достоверность передаваемой в иллюстрациях информации, исключает ее искажение, обеспечивает возможность ее проверки, т. е. допустимость использования цифровой фотографии при раскрытии и расследовании преступлений.
Применение цифровой фотографии в криминалистике. Цифровая фотография, как и традиционная, совмещает в себе две функции: запечатлевающую и исследовательскую. Она активно используется при производстве следственных действий, позволяя уже в ходе их проведения оперативно изготавливать изображения фиксируемых процессов, обстановки, предметов — вещественных доказательств, следов и оформлять их вместе с протоколом. Широки ее возможности и при проведении экспертных исследований.
Следует отметить, что в настоящее время на повестке дня не стоит вопрос о необходимости полной замены традиционного фотографического процесса технологией цифровой фотографии как в деятельности экспертно-криминалистических подразделений, так и в учебном процессе в высших учебных заведениях МВД России. Оба фотографических процесса должны использоваться по мере их возможностей.
Вычислительная фотография относится к методам захвата и обработки цифровых изображений, в которых вместо оптических процессов используются цифровые вычисления. Вычислительная фотография может улучшить возможности камеры или ввести функции, которые вообще были невозможны при съемке на пленку, или снизить стоимость или размер элементов камеры. Примеры вычислительной фотографии включают в себя вычисление цифровых панорам , изображений с высоким динамическим диапазоном и камер светового поля в камере . В камерах светового поля используются новые оптические элементы для захвата трехмерной информации о сцене, которую затем можно использовать для создания трехмерных изображений, увеличения глубины резкости и выборочной расфокусировки (или «пост-фокусировки»). Увеличенная глубина резкости снижает потребность в механических системах фокусировки . Все эти функции используют методы компьютерной визуализации.
Определение компьютерной фотографии развилось, чтобы охватить ряд предметных областей в компьютерной графике , компьютерном зрении и прикладной оптике . Эти области представлены ниже и организованы в соответствии с таксономией, предложенной Шри К. Наяром . В каждой области есть список техник, и для каждой техники цитируются одна или две репрезентативные статьи или книги. Из таксономии намеренно исключены методы обработки изображений (см. Также обработка цифровых изображений ), применяемые к традиционно захваченным изображениям для получения более качественных изображений. Примерами таких методов являются масштабирование изображения , сжатие динамического диапазона (то есть отображение тонов ), управление цветом , завершение изображения (также известное как рисование или заполнение отверстий), сжатие изображения , нанесение цифровых водяных знаков и художественные эффекты изображения. Также опущены методы, которые создают данные о дальности , объемные данные , 3D-модели , 4D световые поля , 4D, 6D или 8D BRDF или другие представления на основе изображений большой размерности. Epsilon Photography - это подраздел компьютерной фотографии.
СОДЕРЖАНИЕ
Влияние на фотографию
Фотографии, сделанные с помощью компьютерной фотографии, могут позволить любителям создавать фотографии, не уступающие по качеству профессиональным фотографам, но в настоящее время они не превосходят возможности использования оборудования профессионального уровня.
Вычислительное освещение
Это структурированное управление фотографическим освещением с последующей обработкой захваченных изображений для создания новых изображений. Эти приложения включают повторное освещение на основе изображений, улучшение изображения, устранение размытости изображения , восстановление геометрии / материала и т. Д.
Для создания изображений с расширенным динамическим диапазоном используются разные экспонированные изображения одной и той же сцены для расширения динамического диапазона. Другие примеры включают обработку и объединение по-разному освещенных изображений одного и того же объекта («световое пространство»).
Вычислительная оптика
Это захват оптически закодированных изображений с последующим вычислительным декодированием для создания новых изображений. Получение изображений с кодированной апертурой в основном применялось в астрономии или рентгеновских изображениях для повышения качества изображения. Вместо одного точечного отверстия при формировании изображения применяется точечный рисунок, и выполняется деконволюция для восстановления изображения. При формировании изображений с кодированной экспозицией состояние включения / выключения затвора кодируется, чтобы изменить ядро размытия при движении . Таким образом, устранение размытости движением становится хорошо обусловленной проблемой . Точно так же в кодированной апертуре на основе линзы апертуру можно изменить, вставив широкополосную маску . Таким образом, удаление размытия вне фокуса становится хорошо обусловленной проблемой. Кодированная апертура также может улучшить качество получения светового поля с использованием оптики с преобразованием Адамара.
Закодированные шаблоны диафрагмы также могут быть разработаны с использованием цветных фильтров, чтобы применять разные коды на разных длинах волн. Это позволяет увеличить количество света, попадающего на датчик камеры, по сравнению с бинарными масками.
Вычислительная визуализация
Вычислительная визуализация - это набор методов визуализации, которые объединяют сбор данных и обработку данных для создания изображения объекта с помощью косвенных средств для получения улучшенного разрешения , дополнительной информации, такой как оптическая фаза или трехмерная реконструкция . Информация часто записывается без использования обычной конфигурации оптического микроскопа или с ограниченными наборами данных.
Вычислительная визуализация позволяет выйти за рамки физических ограничений оптических систем, таких как числовая апертура , или даже исключает необходимость в оптических элементах .
Для частей оптического спектра, где элементы формирования изображения, такие как объективы, сложно изготовить или датчики изображения нельзя миниатюризировать, создание изображений обеспечивает полезные альтернативы в таких областях, как рентгеновское и терагерцовое излучение .
Общие техники
Среди распространенных методов компьютерной визуализации - безлинзовая визуализация , компьютерная спекл-визуализация, птихография и фурье-птихография .
Техника компьютерной визуализации часто использует методы сжатия или восстановления фазы, при которых восстанавливается угловой спектр объекта. Другие методы относятся к области компьютерной визуализации, такой как цифровая голография , компьютерное зрение и обратные задачи, такие как томография .
Вычислительная обработка
Это обработка изображений без оптического кодирования для создания новых изображений.
Вычислительные датчики
Это детекторы, которые сочетают в себе зондирование и обработку, как правило, аппаратно, например датчик двоичного изображения с избыточной дискретизацией .
Ранняя работа в области компьютерного зрения
Хотя вычислительная фотография в настоящее время является популярным модным словом в компьютерной графике, многие из ее методов впервые появились в литературе по компьютерному зрению либо под другими названиями, либо в статьях, направленных на анализ трехмерных форм.
История искусства
Вычислительная фотография как вид искусства практиковалась путем захвата разноэкспонированных изображений одного и того же объекта и их объединения. Это послужило источником вдохновения для разработки носимых компьютеров в 1970-х и начале 1980-х годов. Вычислительная фотография была вдохновлена работой Чарльза Вайкоффа , и поэтому наборы данных компьютерной фотографии (например, разные экспонированные изображения одного и того же объекта, сделанные для создания единого составного изображения) иногда называют наборами Вайкоффа в его честь.
Ранние работы в этой области (совместная оценка проекции изображения и значения экспозиции) были предприняты Манном и Кандочча.
Чарльз Вайкофф посвятил большую часть своей жизни созданию специальных видов трехслойных фотопленок, которые снимали разные экспозиции одного и того же объекта. Фотография ядерного взрыва, сделанная в фильме Вайкоффа, появилась на обложке журнала Life Magazine и показала динамический диапазон от темных внешних областей до внутреннего ядра.
Появление цифровой фотографии дало старт развитию обработки изображений на новом, невиданным до этого уровне. Нельзя сказать, что до появления «цифры» не было фотообработки. Это, конечно, не так. Ретушь появилась почти одновременно с самой фотографией. Ретушировались снимки для газет и журналов, фотопортреты и т. п. Все это делалось вручную с помощью пера или кисточки, качество же порой оставляло желать лучшего. Сейчас же с помощью научно-технического прогресса нам предоставлены поистине неограниченные возможности по изменению и улучшению фотоснимков.
Так что же включает в себя словосочетание «обработка фотографий»? Как говорилось выше, вариантов великое множество. Существует, условно говоря, два вида обработки: техническая и художественная. Перечислю основные проблемы и что можно с ними сделать.
- Эффект «красных глаз». Возникает при использовании встроенной вспышки. Устраняется довольно легко и быстро.
- Засвеченное фото. Дефект неприятный и часто встречающийся. Почти не поддается технической коррекции. Исправляется «дорисовкой» или вставкой подходящих фрагментов.
- Неправильно отображенные цвета. Данный дефект появляется при неправильно выставленном «балансе белого». В большинстве случаях исправляется довольно легко.
- Невзрачные, «серые» цвета. Довольно хорошо поддается исправлению.
- Нерезкая, размытая фотография. Устранение не всегда возможно, приводит к появлению «шума». Лучше не допускать подобного брака при съемке.
- Лишние предметы (провода, мусор и т. п.). Поддается исправлению.
- Прыщики, родинки, блики на коже. Возможно довольно качественное удаление.
Таковы основные недостатки и возможности их устранения. Следующая статья будет посвящена художественной обработке, что является условным названием, так как включает чаще всего и техническую обработку. Просто в случае художественной обработки, как правило, появляется нечто совсем другое. Также в последующих статьях я остановлюсь более подробно на каждом типе манипуляций с изображениями.
Появление цифровой фотографии дало старт развитию обработки изображений на новом, невиданным до этого уровне. Нельзя сказать, что до появления «цифры» не было фотообработки. Это, конечно, не так. Ретушь появилась почти одновременно с самой фотографией. Ретушировались снимки для газет и журналов, фотопортреты и т. п. Все это делалось вручную с помощью пера или кисточки, качество же порой оставляло желать лучшего. Сейчас же с помощью научно-технического прогресса нам предоставлены поистине неограниченные возможности по изменению и улучшению фотоснимков.
Так что же включает в себя словосочетание «обработка фотографий»? Как говорилось выше, вариантов великое множество. Существует, условно говоря, два вида обработки: техническая и художественная. Перечислю основные проблемы и что можно с ними сделать.
- Эффект «красных глаз». Возникает при использовании встроенной вспышки. Устраняется довольно легко и быстро.
- Засвеченное фото. Дефект неприятный и часто встречающийся. Почти не поддается технической коррекции. Исправляется «дорисовкой» или вставкой подходящих фрагментов.
- Неправильно отображенные цвета. Данный дефект появляется при неправильно выставленном «балансе белого». В большинстве случаях исправляется довольно легко.
- Невзрачные, «серые» цвета. Довольно хорошо поддается исправлению.
- Нерезкая, размытая фотография. Устранение не всегда возможно, приводит к появлению «шума». Лучше не допускать подобного брака при съемке.
- Лишние предметы (провода, мусор и т. п.). Поддается исправлению.
- Прыщики, родинки, блики на коже. Возможно довольно качественное удаление.
Таковы основные недостатки и возможности их устранения. Следующая статья будет посвящена художественной обработке, что является условным названием, так как включает чаще всего и техническую обработку. Просто в случае художественной обработки, как правило, появляется нечто совсем другое. Также в последующих статьях я остановлюсь более подробно на каждом типе манипуляций с изображениями.
Читайте также: