Chụp ảnh trường ánh sáng là gì và nó hoạt động như thế nào?

Chụp ảnh trường ánh sáng đã có từ rất lâu. Thiết bị trường ánh sáng tương tự đầu tiên được phát minh vào năm 1908 bởi Gabriel Lippmann, người cuối cùng đã giành được giải thưởng Nobel cho công trình chụp ảnh màu của mình.

Chụp ảnh trường ánh sáng cho phép bạn di chuyển mặt phẳng tiêu điểm của ảnh xung quanh sau khi ảnh đã được chụp, điều này không thể thực hiện được trong chụp ảnh thông thường.

Vậy, chụp ảnh trường ánh sáng hoạt động như thế nào? Bài viết này sẽ dạy cho bạn mọi thứ bạn cần biết.

Nhiếp Ảnh Trường Ánh Sáng Là Gì?

Nhiếp ảnh bình thường hoạt động rất giống với mắt người. Bạn lấy nét bằng máy ảnh và cảm biến sẽ chụp ảnh hai chiều của không gian ba chiều, với một “lát cắt” của không gian đó được lấy nét. Mọi thứ ở phía trước hoặc phía sau vùng lấy nét đều bị mờ và mất nét. Điều này là do một cảm biến bình thường chỉ ghi lại thông tin liên quan đến cường độ ánh sáng.

Trường ánh sáng đề cập đến toàn bộ tất cả các tia sáng (mọi photon) trong một cảnh. Các tia sáng tạo nên trường ánh sáng được xác định bởi chức năng toàn thể (đây là lý do tại sao máy ảnh trường ánh sáng còn được gọi là máy ảnh toàn thể). Hàm toàn thể mô tả một tia sáng theo năm chiều: tọa độ của nó trong không gian 3D (X, Y, `) và hướng của nó trong không gian 2D (hai góc).

Chụp ảnh trường ánh sáng ghi lại thông tin từ trường ánh sáng trong một cảnh cụ thể, bao gồm cả cường độ ánh sáng và hướng của các tia sáng (theo chức năng toàn thể).

Chụp ảnh trường ánh sáng rất khác với chụp ảnh thông thường. Nó cho phép bạn chụp ảnh ba chiều và chọn vị trí lấy nét sau thực tế. Bằng cách sử dụng nhiều cảm biến, cả ánh sáng tới và hướng của các tia sáng đều có thể được ghi lại.

Chụp ảnh trường ánh sáng hoạt động như thế nào?

Thông tin trong camera trường ánh sáng bao gồm cường độ, màu sắc và hướng của ánh sáng. Do đó, có thể xác định bằng toán học vị trí của từng tia sáng phát ra trước khi đến cảm biến. Điều này có nghĩa là một mô hình ba chiều của cảnh có thể được xây dựng.

Chẳng hạn, có một số kỹ thuật để chụp trường ánh sáng:

• Sử dụng một máy ảnh duy nhất để nắm bắt thông tin về một cảnh từ nhiều góc độ. Phương pháp này tạo ra một lựa chọn của nhiều hình ảnh.
• Mảng nhiều camera. Chúng thường có hàng tá cảm biến trong một mảng rộng, mỗi cảm biến thu thập thông tin về một cảnh từ một góc độ hơi khác nhau. Phương pháp này cũng tạo ra nhiều hình ảnh cùng một lúc.
• Mảng microlens. Có một dãy hàng trăm vi thấu kính phía trước một cảm biến máy ảnh kỹ thuật số duy nhất cho phép thu thập thông tin trường ánh sáng. Điều này tạo ra một hình ảnh được tạo thành từ hàng trăm hình ảnh phụ.

Mỗi hình ảnh hoặc hình ảnh phụ khác nhau bằng cách chụp các tia sáng bắt nguồn từ các vị trí hơi khác nhau trong không gian. Do đó, mỗi pixel sẽ hiển thị một cảnh hơi khác nhau, thông tin về góc của tia sáng được ghi lại. Điều này cho phép tính toán khoảng cách của từng đối tượng với máy ảnh và vị trí trong cảnh và cuối cùng là phát triển mô hình 3D của cảnh.

Ứng Dụng Chụp Ảnh Trường Ánh Sáng

Có nhiều cách sử dụng khác nhau để chụp ảnh trường ánh sáng có thể vô cùng hữu ích. Vì tất cả thông tin về trường ánh sáng của cảnh đều được ghi lại nên có thể xử lý hình ảnh trường ánh sáng theo nhiều cách không thể thực hiện được trong nhiếp ảnh thông thường.

1. Tiêu điểm tùy chỉnh

Tính năng nổi tiếng nhất của chụp ảnh trường ánh sáng là có thể thay đổi điểm lấy nét sau khi chụp ảnh. Điều này là do thông tin do máy ảnh thu được bao gồm lấy nét ở mọi khoảng cách, nghĩa là với phần mềm tinh vi, bạn có thể chọn bất kỳ khoảng cách nào làm tiêu điểm trong cảnh.

2. Độ sâu trường thay đổi

Do tính chất của thông tin được ghi lại, có thể xử lý hình ảnh với “khẩu độ tổng hợp”. Khẩu độ là đường kính của lỗ mở trong ống kính và xác định độ sâu trường ảnh (mức độ mờ nhạt của tiền cảnh và hậu cảnh) trong ảnh.

Do hình ảnh trường ánh sáng bao gồm thông tin ở mọi khoảng cách lấy nét có thể, nên có thể tạo ảnh có độ sâu trường ảnh nhỏ nhất có thể (chỉ một phần rất nhỏ được lấy nét). Cũng có thể tạo ảnh có độ sâu trường ảnh vô hạn trong đó mọi thứ trong ảnh đều được lấy nét.

3. Hiệu ứng thị sai

Tùy thuộc vào cách ghi lại trường ánh sáng, có thể tạo ra các góc xem cảnh hơi khác nhau. Điều này phụ thuộc vào đường kính hoặc chiều rộng của hệ thống được sử dụng để chụp ảnh. Hệ thống ống kính càng rộng thì càng thu được nhiều ánh sáng hơn từ các góc rộng hơn.

Sau khi hình ảnh được chụp, có thể thay đổi góc nhìn của hình ảnh một chút như thể bạn đang di chuyển đầu của mình trong cảnh thực tế. Điều này được gọi là hiệu ứng thị sai. Sử dụng hiệu ứng thị sai, bạn cũng có thể tái tạo lại hình ảnh 3D.

4. Tính khoảng cách

Tùy thuộc vào độ nhạy của hệ thống chụp ảnh trường ánh sáng và mức độ nổi tiếng của các đặc tính quang học của nó, có thể tính toán khoảng cách từ ống kính đến các đối tượng trong cảnh. Một ứng dụng chính của điều này là trong kính hiển vi, nơi hữu ích để đo chính xác kích thước của các mẫu tổng hợp hoặc sinh học.

5. Thay đổi điều kiện ánh sáng

Bởi vì rất nhiều thông tin về độ sâu của cảnh được ghi lại trong chụp ảnh trường ánh sáng, phần mềm xử lý hậu kỳ có thể tái tạo chính xác ánh sáng trong một cảnh bằng phần mềm xử lý hậu kỳ. Vì phần mềm biết vị trí tương đối của tất cả các đối tượng trong một hình ảnh nên nó có thể tính toán một cách thuyết phục vị trí của bóng đổ.

6. Thực tế ảo

Trong suốt đầu những năm 2020, thực tế ảo đã trở thành một chủ đề nổi bật hơn. Điều này một phần được thúc đẩy bởi mong muốn tạo ra Metaverse của Meta. Chụp ảnh trường ánh sáng có thể được sử dụng để tạo VR ngoài đời thực; Google đã phát triển các ví dụ về điều này có thể được xem trên Steam.

Sử dụng dãy camera xoay gồm 16 GoPro, Google đã chụp hàng nghìn hình ảnh ghi lại tất cả thông tin trường ánh sáng trong không gian 3D. Sau đó, họ có thể tạo ra trải nghiệm thực tế ảo ba chiều, sáu bậc tự do.

Máy ảnh trường ánh sáng có phải là tương lai của nhiếp ảnh?

Vào năm 2012, máy ảnh trường ánh sáng dành cho thị trường tiêu dùng đầu tiên được phát hành bởi công ty Lytro. Máy ảnh này có độ phân giải một megapixel với khẩu độ không đổi f/2 và được bán với giá từ 400 đến 500 USD. Kể từ đó, rất ít máy ảnh trường ánh sáng hướng đến người tiêu dùng được tung ra thị trường.

Việc thiếu độ phân giải và chất lượng hình ảnh có nghĩa là máy ảnh trường ánh sáng đơn giản là không thành công trên thị trường tiêu dùng như máy ảnh DSLR. Trên thực tế, nhiều ứng dụng của công nghệ trường ánh sáng vẫn đang được phát triển.

Tuy nhiên, có một lý do khiến Google (và Apple) đang đầu tư vào công nghệ này và việc sử dụng nó để tạo trải nghiệm người dùng 3D cho VR chỉ là một ví dụ!

Chụp Ảnh Trường Ánh Sáng: Một Công Nghệ Đang Phát Triển

Mặc dù máy ảnh trường ánh sáng là tương đối mới, nhưng chúng có tiềm năng rất lớn. Bạn có thể rút ra nhiều điểm tương đồng với những ngày đầu của nhiếp ảnh, mặc dù nó khác—với khẩu độ cố định và độ phân giải thấp là hai ví dụ. Tuy nhiên, theo thời gian, có khả năng công nghệ này sẽ phát triển.

Thật đáng để theo dõi cách chụp ảnh trường ánh sáng được áp dụng trong tương lai.