O que é fotografia de campo de luz e como funciona?

A fotografia de campo de luz existe há muito tempo. O primeiro dispositivo analógico de campo de luz foi inventado em 1908 por Gabriel Lippmann, que acabou ganhando o Prêmio Nobel por seu trabalho em fotografia colorida.

A fotografia de campo de luz permite que você mova o plano de foco de uma imagem depois que uma imagem já foi tirada, o que é impossível na fotografia normal.

Então, como funciona a fotografia de campo de luz? Este artigo vai te ensinar tudo o que você precisa saber.

O que é fotografia de campo de luz?

A fotografia normal funciona de maneira muito semelhante ao olho humano. Você foca com a câmera e o sensor captura uma imagem bidimensional de um espaço tridimensional, com uma “fatia” desse espaço em foco. Tudo na frente ou atrás da área focada fica embaçado e fora de foco. Isso ocorre porque um sensor normal capta informações apenas sobre a intensidade da luz.

O campo de luz refere-se à totalidade de todos os raios de luz (cada fóton) em uma cena. Os raios de luz que compõem o campo de luz são definidos pela função plenóptica (é por isso que as câmeras de campo de luz também são chamadas de câmeras plenópticas). A função plenóptica descreve um raio de luz em cinco dimensões: suas coordenadas no espaço 3D (X, Y, `) e sua direção no espaço 2D (dois ângulos).

A fotografia de campo de luz captura informações do campo de luz em uma cena específica, incluindo a intensidade da luz e a direção dos raios de luz (de acordo com a função plenóptica).

A fotografia de campo de luz é muito diferente da fotografia convencional. Ele permite capturar uma imagem tridimensional e escolher onde ficará o foco após o fato. Ao usar vários sensores, tanto a luz recebida quanto a direção dos raios de luz podem ser capturadas.

Como funciona a fotografia de campo de luz?

As informações nas câmeras de campo de luz incluem a intensidade, a cor e a direção da luz. Por causa disso, é possível determinar matematicamente de onde cada raio de luz emanou antes de chegar ao sensor. Isso significa que um modelo tridimensional da cena pode ser construído.

Existem várias técnicas para capturar um campo de luz, por exemplo:

• Usando uma única câmera para capturar informações sobre uma cena de vários ângulos. Este método produz uma seleção de muitas imagens.
• Matrizes de várias câmeras. Eles geralmente apresentam dezenas de sensores em uma ampla gama, cada um capturando informações sobre uma cena de um ângulo ligeiramente diferente. Este método também produz muitas imagens de uma só vez.
• Matrizes de microlente. Ter um conjunto de centenas de microlentes na frente de um único sensor de câmera digital permite que as informações do campo de luz sejam capturadas. Isso produz uma imagem composta de centenas de sub-imagens.

Cada imagem ou subimagem difere ao capturar raios de luz originados em locais ligeiramente diferentes no espaço. Como cada pixel mostrará uma cena ligeiramente diferente, as informações sobre o ângulo do raio de luz são registradas. Isso torna possível calcular a distância de cada objeto da câmera e a posição na cena e, finalmente, desenvolver um modelo 3D da cena.

Aplicações da fotografia de campo de luz

Existem vários usos para a fotografia de campo de luz que podem ser incrivelmente úteis. Como todas as informações sobre o campo de luz de uma cena são registradas, é possível processar as imagens do campo de luz de várias maneiras que não são possíveis na fotografia normal.

1. Ponto focal personalizado

O recurso mais conhecido da fotografia de campo de luz é a capacidade de alterar o ponto de foco após a captura da imagem. Isso porque as informações captadas pela câmera incluem o foco em todas as distâncias, ou seja, com um software sofisticado, é possível escolher qualquer distância para ser o ponto focal da cena.

2. Profundidade de campo variável

Pela natureza das informações registradas, é possível processar imagens com “abertura sintética”. A abertura é o diâmetro da abertura em uma lente e determina a profundidade de campo (quão fora de foco o primeiro plano e o fundo estão) em uma imagem.

Como uma imagem de campo de luz inclui informações em todas as distâncias de foco possíveis, é possível criar imagens com a menor profundidade de campo possível (apenas uma seção muito pequena está em foco). Também é possível criar uma imagem com profundidade de campo infinita onde tudo na imagem está em foco.

3. Efeito Paralaxe

Dependendo da forma como o campo de luz é capturado, é possível produzir ângulos de visão ligeiramente diferentes da cena. Isso depende do diâmetro ou largura do sistema usado para tirar a imagem. Quanto mais largo for o sistema de lentes, mais luz é capturada de ângulos mais amplos.

Depois que a imagem é tirada, é possível alterar a perspectiva da imagem um pouco, como se você estivesse movendo a cabeça na cena real. Isso é conhecido como efeito de paralaxe. Usando o efeito de paralaxe, também é possível reconstruir uma imagem 3D.

4. Calcular Distâncias

Dependendo da sensibilidade do sistema de fotografia de campo de luz e do conhecimento de suas propriedades ópticas, é possível calcular a distância da lente aos objetos em uma cena. Uma aplicação importante disso seria na microscopia, onde é útil medir com precisão o tamanho de amostras sintéticas ou biológicas.

5. Alterar as condições de iluminação

Como muitas informações sobre a profundidade da cena são registradas na fotografia de campo de luz, é possível com o software de pós-processamento reconstruir com precisão a iluminação em uma cena. Como o software conhece as posições relativas de todos os objetos em uma imagem, ele pode calcular de forma convincente onde as sombras cairiam.

6. Realidade Virtual

Ao longo do início dos anos 2020, a realidade virtual tornou-se um ponto de discussão mais proeminente. Isso foi parcialmente alimentado pelo desejo de Meta de criar o Metaverso. A fotografia de campo de luz pode ser usada para criar VR da vida real; O Google desenvolveu exemplos disso que podem ser vistos no Steam .

Usando um conjunto de câmeras rotativas de 16 GoPros, o Google capturou milhares de imagens que registraram todas as informações do campo de luz em um espaço 3D. Eles foram então capazes de criar uma experiência de realidade virtual tridimensional, com seis graus de liberdade.

As câmeras Light Field são o futuro da fotografia?

Em 2012, a primeira câmera de campo de luz do mercado consumidor foi lançada pela empresa Lytro. Essa câmera tinha resolução de um megapixel com abertura constante de f/2 e era vendida por um valor entre US$ 400 e US$ 500. Desde então, muito poucas câmeras de campo de luz direcionadas ao consumidor chegaram ao mercado.

A falta de resolução e qualidade de imagem fez com que as câmeras de campo de luz simplesmente não decolassem no mercado de consumo como as DSLRs. Na verdade, muitos dos usos da tecnologia de campo de luz permanecem em desenvolvimento.

Mas há uma razão pela qual o Google (e a Apple) estão investindo nessa tecnologia, e seu uso na criação de experiências de usuário 3D para VR é apenas um exemplo!

Fotografia de campo de luz: uma tecnologia em desenvolvimento

Embora as câmeras de campo de luz sejam relativamente novas, elas têm um enorme potencial. Você pode traçar muitos paralelos com os primórdios da fotografia, mesmo que seja diferente – com aberturas fixas e baixa resolução sendo dois exemplos. Com o tempo, no entanto, é provável que essa tecnologia cresça.

Vale a pena ficar de olho para ver como a fotografia de campo de luz será aplicada no futuro.