Photographie en champ lumineux : qu’est-ce que c’est et comment ça marche ?
La photographie en champ lumineux existe depuis longtemps. Le premier appareil de champ lumineux analogique a été inventé en 1908 par Gabriel Lippmann qui a finalement remporté un prix Nobel pour ses travaux sur la photographie couleur.
La photographie en champ lumineux est fascinante car elle vous permet de déplacer le plan de mise au point d'une image après qu'une image a déjà été prise, ce qui est impossible en photographie normale.
Alors, comment fonctionne la photographie en champ lumineux ? Cet article vous apprendra tout ce que vous devez savoir.
Qu'est-ce que la photographie en champ lumineux ?
La photographie normale fonctionne de manière très similaire à l'œil humain. Vous faites la mise au point avec l'appareil photo et le capteur capture une image bidimensionnelle de l'espace tridimensionnel, avec une « tranche » de cet espace mise au point. Tout ce qui se trouve devant ou derrière la zone de mise au point est flou et flou. C'est parce qu'un capteur normal capture des informations uniquement concernant l'intensité de la lumière.
Le champ lumineux fait référence à l'ensemble de tous les rayons lumineux (chaque photon) d'une scène. Les rayons lumineux qui composent le champ lumineux sont définis par la fonction plénoptique (c'est pourquoi les caméras à champ lumineux sont également appelées caméras plénoptiques). La fonction plénoptique décrit un rayon lumineux en cinq dimensions : ses coordonnées dans l'espace 3D (X, Y, `) et sa direction dans l'espace 2D (deux angles).
La photographie de champ lumineux capture des informations du champ lumineux dans une scène particulière, y compris à la fois l'intensité de la lumière et la direction des rayons lumineux (selon la fonction plénoptique).
La photographie en champ lumineux est très différente de la photographie conventionnelle. Il vous permet de capturer une image en trois dimensions et de choisir où se fera la mise au point après coup. En utilisant plusieurs capteurs, la lumière entrante et la direction des rayons lumineux peuvent être capturées.
Comment fonctionne la photographie en champ lumineux ?
Comme mentionné, une caméra à champ lumineux capture toutes les informations sur le champ lumineux devant la caméra. Ces informations incluent l'intensité, la couleur et la direction de la lumière. Pour cette raison, il est possible de déterminer mathématiquement d'où émanait chaque rayon de lumière avant d'atteindre le capteur. Cela signifie qu'un modèle tridimensionnel de la scène peut être construit.
Il existe plusieurs techniques pour capturer un champ lumineux, par exemple :
- Utiliser une seule caméra pour capturer des informations sur une scène sous plusieurs angles. Cette méthode produit une sélection de nombreuses images.
- Baies de plusieurs caméras. Ceux-ci comportent généralement des dizaines de capteurs dans un large éventail qui capturent chacun des informations sur une scène sous un angle légèrement différent. Cette méthode produit également plusieurs images à la fois.
- Réseaux de microlentilles. Disposer d'un réseau de centaines de microlentilles devant un seul capteur d'appareil photo numérique permet de capturer des informations sur le champ lumineux. Cela produit une image composée de centaines de sous-images.
Chaque image ou sous-image diffère en capturant des rayons lumineux provenant d'emplacements légèrement différents dans l'espace. Parce que chaque pixel montrera donc une scène légèrement différente, des informations sur l'angle du rayon lumineux sont enregistrées. Cela permet de calculer la distance de chaque objet par rapport à la caméra et sa position dans la scène et finalement de développer un modèle 3D de la scène.
Applications de la photographie en champ lumineux
Il existe diverses utilisations de la photographie en champ lumineux qui pourraient être incroyablement utiles. Étant donné que toutes les informations sur le champ lumineux d'une scène sont enregistrées, il est possible de traiter les images de champ lumineux de plusieurs manières qui ne sont pas possibles en photographie normale.
Point focal personnalisé
La caractéristique la plus connue de la photographie en champ lumineux est de pouvoir changer le point de mise au point après la prise de l'image. En effet, les informations capturées par la caméra incluent la mise au point à chaque distance, ce qui signifie qu'avec un logiciel sophistiqué, il est possible de choisir n'importe quelle distance pour être le point focal de la scène.
Profondeur de champ variable
De même pour la mise au point, en raison de la nature des informations enregistrées, il est possible de traiter des images avec une « ouverture synthétique ». L'ouverture est le diamètre de l'ouverture dans un objectif et détermine la profondeur de champ (à quel point le premier plan et l'arrière-plan sont flous) dans une image.
Parce qu'une image de champ lumineux comprend des informations à chaque distance de mise au point possible, il est possible de créer des images qui ont la plus petite profondeur de champ possible (seule une très petite section est mise au point). Il est également possible de créer une image avec une profondeur de champ infinie où tout dans l'image est mis au point.
Effet de parallaxe
Selon la façon dont le champ lumineux est capturé, il est possible de produire des angles de vue légèrement différents de la scène. Cela dépend du diamètre ou de la largeur du système utilisé pour prendre l'image. Plus le système de lentilles est large, plus la lumière est capturée sous des angles plus larges.
Une fois l'image prise, il est possible de modifier légèrement la perspective de l'image comme si vous bougeiez la tête dans la scène réelle. C'est ce qu'on appelle un effet de parallaxe. En utilisant l'effet de parallaxe, il est également possible de reconstruire une image 3D.
Calculer les distances
En fonction de la sensibilité du système de photographie en champ lumineux et de la notoriété de ses propriétés optiques, il est possible de calculer la distance entre l'objectif et les objets d'une scène. Une application majeure de ceci serait en microscopie où il est utile de mesurer avec précision la taille d'échantillons synthétiques ou biologiques.
Modifier les conditions d'éclairage
Parce que tant d'informations sur la profondeur de la scène sont enregistrées dans la photographie en champ lumineux, il est possible avec un logiciel de post-traitement de reconstruire avec précision l'éclairage d'une scène. Étant donné que le logiciel connaît les positions relatives de tous les objets d'une image, il peut calculer de manière convaincante où tomberaient les ombres.
Réalité virtuelle
La photographie en champ lumineux peut changer le cinéma et la réalité virtuelle pour toujours . En effet, la photographie en champ lumineux peut être utilisée pour créer une réalité virtuelle. Google a développé des exemples à ce sujet qui peuvent être consultés sur Steam .
À l'aide d'un réseau de caméras rotatives de 16 GoPro, ils ont capturé des milliers d'images qui ont enregistré toutes les informations du champ lumineux dans un espace 3D. Ils ont ensuite pu créer une expérience de réalité virtuelle tridimensionnelle à six degrés de liberté.
Les caméras à champ lumineux sont-elles l'avenir de la photographie ?
En 2012, la première caméra de champ lumineux du marché grand public a été lancée par la société Lytro . Cet appareil photo avait une résolution d'un mégapixel avec une ouverture constante de F/2 et se vendait entre 400 $ et 500 $. Depuis lors, très peu de caméras de champ lumineux destinées aux consommateurs sont arrivées sur le marché.
Le manque de résolution et de qualité d'image signifiait que les caméras à champ lumineux n'ont tout simplement pas décollé sur le marché grand public comme les reflex numériques. En fait, de nombreuses utilisations de la technologie des champs lumineux sont encore en cours de développement.
Mais il y a une raison pour laquelle Google (et maintenant Apple) investissent dans cette technologie, et son utilisation dans la création d'expériences utilisateur 3D pour la VR n'est qu'un exemple !