cámara de campo de luz

La primera cámara de campo de luz fue propuesta por Gabriel Lippmann en 1908. Llamó a su concepto " fotografía integral ". Los resultados experimentales de Lippmann incluyeron fotografías integrales rudimentarias realizadas utilizando una lámina de plástico con una matriz regular de microlentes en relieve, o incrustando parcialmente pequeñas perlas de vidrio, muy juntas y dispuestas aleatoriamente, en la superficie de la emulsión fotográfica .

En 1992, Adelson y Wang propusieron un diseño que reducía el problema de correspondencia en la correspondencia estéreo. ^{[ 1 ]} Para lograrlo, se coloca una matriz de microlentes en el plano focal de la lente principal de la cámara. El sensor de imagen se sitúa ligeramente detrás de las microlentes. Mediante estas imágenes, se puede analizar el desplazamiento de las partes de la imagen que no están enfocadas y extraer información de profundidad.

La "cámara plenóptica estándar" es un modelo matemático utilizado por los investigadores para comparar diseños. Por definición, tiene microlentes colocadas a una distancia focal del plano de imagen de un sensor. ^{[ 2 ] [ 3 ] [ 4 ]} En 2004, un equipo del Laboratorio de Gráficos por Computadora de la Universidad de Stanford utilizó una cámara de 16 megapíxeles para demostrar que las imágenes se pueden reenfoque después de ser tomadas. El sistema utilizó una matriz de 90 000 microlentes, lo que produjo una resolución de 90 kilopíxeles. ^{[ 2 ]} La investigación ha demostrado que su línea base máxima está limitada al tamaño de la pupila de entrada de la lente principal, que es pequeña en relación con las configuraciones estereoscópicas. ^{[ 1 ] [ 5 ]} Esto implica que la "cámara plenóptica estándar" puede estar destinada a aplicaciones de corto alcance, ya que exhibe una mayor resolución de profundidad a distancias que se pueden predecir métricamente en función de los parámetros de la cámara. ^{[ 6 ]}

Lumsdaine y Georgiev describieron un diseño en el que la matriz de microlentes puede ubicarse antes o después del plano focal de la lente principal. Esta modificación muestrea el campo de luz sacrificando la resolución angular a cambio de una mayor resolución espacial . Con este diseño, las imágenes pueden reenfoquearse con una resolución espacial mucho mayor que las obtenidas con una cámara plenóptica estándar. Sin embargo, la menor resolución angular puede generar artefactos de aliasing .

En 2007 se propuso un diseño que utilizaba una máscara de película impresa de bajo costo en lugar de una matriz de microlentes. ^{[ 7 ]} Este diseño reduce las aberraciones cromáticas y la pérdida de píxeles en los bordes que se observan en las matrices de microlentes, y permite una mayor resolución espacial. Sin embargo, el diseño basado en máscara reduce la cantidad de luz que llega al sensor de imagen, disminuyendo así el brillo.

En 2022, la Universidad de Nueva Jersey (NJU) y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST) anunciaron un dispositivo con un rango focal de 3 cm (1,2 pulgadas) a 1,7 km (1,1 millas) . El dispositivo empleaba una matriz de metalentes de dióxido de titanio de 39x39 elementos . Cada metalente estaba polarizada a la derecha o a la izquierda para crear una distancia focal diferente. Cada metalente tenía forma rectangular. La luz se dirigía por separado a través de los lados más cortos y más largos del rectángulo, produciendo dos puntos focales en la imagen. Las diferencias entre las metalentes se corregían algorítmicamente. ^{[ 14 ] [ 15 ]}    

En noviembre de 2021, la empresa alemana K|Lens ^{[ 16 ]} anunció en Kickstarter el primer objetivo de campo de luz compatible con cualquier montura estándar . Si bien la campaña se canceló en enero de 2022, la empresa ha centrado su atención en aplicaciones industriales. Actualmente, K|Lens desarrolla sistemas de lentes caleidoscópicas patentados y soluciones de visión artificial basadas en IA para la obtención de imágenes 3D de alto rendimiento y la detección de defectos en sectores como el farmacéutico, el del vidrio y el electrónico.

Lytro fue fundada por Ren Ng, exalumno del Laboratorio de Gráficos por Computadora de la Universidad de Stanford , para comercializar la cámara de campo de luz que desarrolló como estudiante de posgrado. ^{[ 17 ]} El sensor de campo de luz de Lytro utiliza una matriz de microlentes colocadas delante de un sensor de imagen convencional para detectar información de intensidad, color y dirección. ^{[ 18 ]} El software utiliza estos datos para crear imágenes 2D o 3D visualizables. ^{[ 19 ]} Lytro sacrifica la resolución 2D máxima, a una distancia determinada, a cambio de una resolución mejorada a otras distancias. Los usuarios pueden convertir la imagen propietaria de la cámara Lytro en un archivo de imagen 2D estándar, a cualquier distancia focal deseada. La resolución 2D máxima de Illum es de 2450 × 1634 (4,0 megapíxeles), y la resolución de campo de luz 3D es de 40 "megarays". ^{[ 20 ]} Tiene una resolución máxima en 2D de 1080 × 1080 píxeles (aproximadamente 1,2 megapíxeles ), ^{[ 21 ]} Lytro cesó sus operaciones en marzo de 2018. ^{[ 22 ]}

Raytrix ofrece varios modelos de cámaras plenópticas para aplicaciones industriales y científicas desde 2010, con un campo de visión a partir de 1 megapíxel. ^{[ 23 ] [ 24 ]}

d'Optron y Rebellion Photonics ofrecen cámaras plenópticas, especializadas en microscopía y detección de fugas de gas, respectivamente.

El Laboratorio de Gráficos por Computadora de la Universidad de Stanford desarrolló un prototipo de microscopio de campo de luz utilizando una matriz de microlentes similar a la empleada en su cámara de campo de luz. El prototipo se basa en un microscopio de luz transmitida Nikon Eclipse / microscopio de fluorescencia de campo amplio y cámaras CCD estándar . La captura del campo de luz se obtiene mediante un módulo que contiene una matriz de microlentes y otros componentes ópticos ubicados en la trayectoria de la luz entre la lente del objetivo y la cámara, y la imagen multifocal final se genera mediante deconvolución . ^{[ 25 ] [ 26 ] [ 27 ]}

Un prototipo posterior incorporó un sistema de iluminación de campo de luz compuesto por un proyector de vídeo (que permite el control computacional de la iluminación) y una segunda matriz de microlentes en la trayectoria de la luz de iluminación del microscopio. La adición de este sistema de iluminación de campo de luz permitió tanto otros tipos de iluminación (como la iluminación oblicua y el campo cuasi-oscuro ) como la corrección de las aberraciones ópticas . ^{[ 26 ]}

La cámara de campo de luz de Adobe es un prototipo de cámara de 100 megapíxeles que toma una fotografía tridimensional de la escena enfocada utilizando 19 lentes configuradas de forma única. Cada lente toma una fotografía de 5,2 megapíxeles de la escena. Cada imagen se puede enfocar posteriormente de cualquier manera. ^{[ 28 ]}

CAFADIS es una cámara plenóptica desarrollada por la Universidad de La Laguna (España). ^{[ 29 ]} CAFADIS significa (en español) cámara de fase-distancia, ya que puede utilizarse para la estimación de distancia y frente de onda óptico . A partir de una sola toma, puede producir imágenes enfocadas a diferentes distancias, mapas de profundidad, imágenes totalmente enfocadas y pares estéreo. Un diseño óptico similar puede utilizarse en óptica adaptativa en astrofísica .

La cámara de campo de luz de Mitsubishi Electric Research Laboratories (MERL) ^{[ 7 ]} se basa en el principio de heterodino óptico y utiliza una película impresa (máscara) colocada cerca del sensor. Cualquier cámara de mano puede convertirse en una cámara de campo de luz mediante esta tecnología, simplemente insertando una película de bajo costo sobre el sensor. ^{[ 30 ]} Un diseño basado en máscara evita el problema de la pérdida de resolución, ya que se puede generar una fotografía de alta resolución para las partes enfocadas de la escena.

Pelican Imaging cuenta con sistemas de matrices multicámara delgadas destinados a la electrónica de consumo. Los sistemas de Pelican utilizan de 4 a 16 microcámaras muy próximas entre sí en lugar de un sensor de imagen de matriz de microlentes. ^{[ 31 ]} Nokia invirtió en Pelican Imaging para producir un sistema de cámara plenóptica con una matriz de 16 lentes que se esperaba que se implementara en los teléfonos inteligentes Nokia en 2014. ^{[ 32 ]} Pelican pasó a diseñar cámaras suplementarias que agregan capacidades de detección de profundidad a la cámara principal de un dispositivo, en lugar de cámaras de matriz independientes. ^{[ 33 ]}

Una colaboración entre la Universidad de Bedfordshire y ARRI dio como resultado una cámara plenóptica hecha a medida con un modelo de rayos para la validación de geometrías de campo de luz y distancias reales de objetos. ^{[ 4 ] [ 5 ]}

La modificación de cámaras digitales estándar requiere poco más que láminas adecuadas de material para microlentes; por lo tanto, varios aficionados han producido cámaras cuyas imágenes pueden procesarse para proporcionar información selectiva sobre la profundidad de campo o la dirección. ^{[ 34 ]}