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Wie funktioniert eine Lichtfeldkamera?
Von admin | 1.November 2011
Eine Lichtfeldkamera erfasst nicht nur die zweidimensionale Projektion auf der Sensorebene der Objekte vor der Kamera, sondern die vierdimensionale Verteilung der Lichtmenge, die an den verschiedenen, sichtbaren Stellen der Objekte jeweils vorhanden ist. Das wird allgemein durch die gleichzeitige Aufnahme mehrerer Bilder aus unterschiedlichen Blickwinkeln erreicht. Aus diesen Bildern kann später die räumliche Verteilung der Lichtstrahlen zum Zeitpunkt der Aufnahme Rekonstruiert werden. In der Praxis gibt es verschiedene Methoden, diese Art von Aufnahmen zu erstellen.
Eine Möglichkeit ist, handelsübliche Kameras in einen Rahmen einzubauen. Ein solches Kamerasystem ist nur etwas für Forschungslabore. Eine handlichere Alternative kann man mit dem Einsatz kleiner Linsen zwischen Objektiv und Sensor verwirklichen. Hierbei reduziert sich allerdings die erzielbare Auflösung der Fotos in Abhängigkeit von der Anzahl der verwendeten Linsen. Ein Prototyp der Stanford University arbeitet mit 90000 Mikrolinsen und liefert Bilder mit einer Auflösung von 0,09 Megapixeln von einem 16 Megapixel Sensor. Eine Lichtfeld- oder plenoptische Kamera hat Ähnlichkeit mit einem Insektenauge. Allerdings ist die Bildschärfe, durch das vorgeschaltete Objektiv, besser als eine einfache Kombination von Mikrokameras, die einem Insektenauge entsprechen würde.
Die Rohbilder einer Lichtfeldkamera sehen aus wie ein Blick durch eine regelmäßig geriffelte Glasscheibe. Als den kleinen Einzelbildern kann man, mit Hilfe mathematischer Funktionen, nicht nur die Intensität, sondern auch die Richtung einzelner Lichtstrahlen an den aufgenommenen Objekten berechnen. Damit ist es nicht nur möglich, die Schärfenebene eines Bildes nach der Aufnahme einzustellen, man kann auch stereoskopische 3D-Bilder erstellen.
Aktuell angebotene Lichtfeldkameras arbeiten mit winzigen, gitterförmig angeordneten Mikrolinsen, die direkt vor dem Sensor platziert werden. Die Rohbilder müssen dann mit einer Software bearbeitet werden, wobei dann die Schärfenebene und -tiefe durch die Auswahl von Objekten im Bild gestimmt werden kann. Man hat hier also auch ein ähnliches Verfahren, wie bei der Aufnahme von Fotos auf Negativfilm und der Erstellung von Abzügen nach der Entwicklung. Oder den RAW-Images von hochwertigen Digitalkameras, die alle Informationen des Bildsensors bei der Aufnahme unverändert speichern und ein nachträgliches Einstellen von Parametern, wie zum Beispiel dem Weißabgleich, ermöglichen.
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