ZNANOST: hrvatski znanstveni portal

Revolucija digitalnoga fotića- refokusiranje fotografije nakon snimanja sada moguće

Zrnasta, mutna slika neprepoznatljivog lica ili nečitljiva registracijska tablica, sa samo nekoliko pritisaka po tipkovnici se izoštrava i ubojica je uhvaćen – ako ste tehničar na mjestu zločina. Od Harrison Forda u Blade Runneru do CSI-a, Criminal Mindsa i NCIS-a, manevar zooma i pooštravanja je neizostavni dio Hoolywoodskih serija pa je postao predmet ismijavanja u video montažama na servisu YouTube

Dakako, u pravom životu nijedna visoka tehnologija ne može otkriti podatke koji nisu uhvaćeni fotoaparatom. Ali, napredak u znanosti sada se primjenjuje u fikcijskoj forenzici. Polje znanosti poznato kao računalna fotografija je doživjelo veliki procvat u posljednjem desetljeću, predstavljajući nove i snažne fotoaparate koji su se mogli vidjeti samo u laboratorijima znanstvene fantastike.

Već duže vrijeme proizvođači fotoaparata se većinom fokusiraju na povećanje piksela. Ali, „rat piksela“ je gotov, kaže Marc Levoy, začetnik računalne fotografije na Sveučilištu Stanford. Današnji proizvođači ne brinu samo o dobroj rezoluciji. 

Jeftino računarstvo i novi algoritmi zajedno s modernom optikom i senzorima, drastično mijenjaju način na koji se kreira svijet. Nedavno su znanstvenici izumili fotoaparat koji bi mogao detektirati prijestupnike i to vireći iza ugla; drugi bi mogao otkriti identitet napadača prikupljajući informacije koje se reflektiraju iz očiju žrtve. Drugi izumi, od kojih neki već postaju komercijalno dostupni fotoaparati i pametni telefoni, neće nužno pomoći u hvatanju negativaca, ali bi mogli pretvoriti bilo koga tko ima fotoaparat u nevjerojatnog fotografa. 

Na primjer, istraživači pokušavaju pronaći način kako sa slika ukloniti mrlje ili okvire. Dodavanjem nekonvencionalnih leća, slike bi se mogle refokusirati i duže vremena nakon svog nastanka. „Frankencamera“, koja je nedavno napravljena na Sveučilištu Stanford, dizajnirana je za reprogramiranje tako da se korisnici mogu poigravati s tvrdim diskom i kompjuterskim kodom. To bi, prema znanstvenicima, moglo dovesti do prije nezamislivih fotografija. 

„Mogućnosti u početku nisu vidljive“, pišu MIT-ov Ramesh Raskar i Jack Tumblin s Northwestern Sveučilišta u Evanstonu u opsežnom tekstu koji će se objaviti ove godine. „Kao životinje koje su dugo živjele u kavezu zoološkog vrta uništenog uraganom, mi, koji smo odrasli s filmskom fotografijom, još uvijek sa čuđenjem gledamo na promjene.“ 

Uhvaćeni fotoaparatom
Sve do nedavno većina digitalnih fotoaparata je radila s filmom, jedino što je elektronski senzor djelovao umjesto filma. Takvi fotoaparati imaju leće za hvatanje svjetla sa 3D scene te je vjerno pretvaraju u 2D oblik.

Ali, u digitalnom fotoaparatu nema potrebe za tom pretvorbom. Digitalni fotoaparati imaju sićušno računalo koje obrađuje nadolazeće optičke informacije prije nego što se pohrane na memorijsku karticu. To računalo može preoblikovati scenu, mjereći, manipulirajući i kombinirajući vizualne signale na potpuno nov način. Uz pomoć takve optike – kao što su mnogostruke leće u različitim aranžmanima, fotografi mogu ne samo usavršiti tradicionalno bilježenje svojih života, već i manipulirati sačuvanim fotografijama te dobiti nešto čudno i različito.

Napredak u matematici i optici sada se događa u isto vrijeme, kaže Shree Nayar, voditelj Computer Vision laboratorija na Sveučilištu Columbia. „Kada brinete o njima u isto vrijeme, možete napraviti neke nove i zanimljive stvari“. 

Jedna nova i zanimljiva stvar je sposobnost gledanja po uglovima, izvan vidokruga. 2009. Raskar, Ahmed Hirmani, student sa MIT-a i kolege sa MIT-a i Sveučilišta California, Santa Cruza su napravili novi fotoaparat sa laserom od titana i safira uz pomoć kojeg flash proizvodi svjetlo koje traje manje od trilijuna sekunde. Nakon što svjetlo obasja predmet, uključujući i one koji nisu vidljivi fotografu, aparat prikuplja povratne odbljeske. Zatim aparat analizira fotone koji se vraćaju i može procijeniti oblike blokirane zidom ili nekom drugo preprekom. 

Tehnologija bi mogla dovesti do aparata koji omogućavaju vozačima da vide izvan mrtvog kuta ili kirurzima bolji pogled na nedostupna područja. Također bi mogla pomoći pri planiranju spašavanja u opasnim situacijama te borcima protiv zločina pri opažanju skrivenih neprijatelja. 

Druga tehnologija koja bi mogla pomoći tragačima iz stvarnog svijeta je „svijet u jednom oku“ sistem koji može ponovno stvoriti okruženje osobe iz informacija koje se reflektiraju iz oka. Koristeći geometrijski model očne rožnice, Nayar i njegov kolega Ko Nishino, sada na Sveučilištu Drexel iz Philadelphiae, napravili su fotoaparat koji detektira mjesto gdje se susreću rožnica i bjeloočnica. Računalo zatim pretvara odraz ovalne slike iz rožnice u kartu okruženja projektiranog na mrežnici oka. 

Koristeći podatke s fotoaparata i položaja oka, može se precizirati u što osoba gleda i zbog toga je tehnologija korisna u istraživanjima u kojima znanstvenici žele otkriti što privlači pažnju sudionika istraživanja. Tehnologija (koja se može nabaviti kao softver u laboratoriju Coputer Vision) također pomaže ljudima da se vrate u prošlost. Jedan fotograf je procjenjivao refleksije iz očiju na starim fotografijama, otkrivajući zamagljeni prizor iz očiju jednog starca na portretu iz 1840.

Savršena slika
Ako vas više zanima savršeno bilježenje vaših trenutaka, mnogi istraživači, uključujući Nayara, istražuju način na koji bi se mogle poboljšati slike koje nastaju zbog tradicionalnog arhiviranja događaja u nečijem životu. Postoje metode kojima možemo spriječiti dosadna zakašnjenja okidača zbog kojih propustite slikavanje, raščišćavanje mutnih slika predmeta u pokretu, te čak obrisati kapljice kiše koje prekriju ono što želimo slikati. 

Takvi trikovi postupno se primjenjuju na komercijalnim fotoaparatima ili ih se može skinuti za primjenu na pametnim telefonima. Jedan novi fotoaparat, nazvan Lytro, kojeg je napravio Ren Ng za svoju disertaciju na Stanfordu, može podešavati fokus nakon slikanja tako da se na slici jasno može vidjeti što se nalazi u blizini ili daljini. Trik u tom fotoaparatu je to što on koristi „radikalno različitu optiku“, kaže Stanfordov Levoy koji je radio na toj optici sa Ng-om. 

Između glavnih leća i senzora Lytro ima red sićušnih leća koje se zovu lenslets te hvataju cijelo polje svjetlosti – intenzitet, boju i pravac svake zrake nadolazećeg svjetla (u ovom slučaju radi se o 11 milijuna zraka). Dok tradicionalni fotoaparat hvata nešto svjetla, ostavljajući jednu scenu te je fokusira natrag na jednom pikselu na senzoru, lenslets distribuira svjetlo tako da se ono snima na različitim pikselima. Ova raspodjela podataka po pikselima je upisana u prizor što čini mogućim kasnije refokusiranje. 

Lytro je postao komercijalno dostupan prošle godine, a drugi svjetlosni aparat bi se mogao primijeniti u pametnim telefonima. Prošle veljače Pelican Imaging je objavio postojanje prototipa za mobilne telefone koji ima red od 25 lensletsa. Baš kao Lytro, i Pelican obećava slike koje se mogu refokusirati. Ali za razliku od Lytroovog velikog kockastog oblika, ova verzija bi mogla stati u mobitele. 

Većim brojem fotoaparata (a ne samo leća) također se može zanimljivo manipulirati. Kada se namjeste blizu, fotoaparati približavaju ogromnu leću, što znači da je dostupno više svjetla za manipulaciju. Tako se fotografije mogu napraviti sa plitkom dubinom polja pa objekt fotografije postaje lijep, a pozadina zamagljena, što oslobađa sliku od nepotrebnih stvari. Sa ogromnom lećom fotograf također može uhvatiti dovoljno svjetla iz različitih kutova kako bi zamaglio istaknute predmete kao što je lišće ili venecijanske žaluzine. Jedan od velikih fotoaparata sa Stanforda ima 128 video kamera koje su udaljene 4,5 cm jedna od druge. To izgleda kao fotoaparat s 0,9 m širokog otvora. 

Trzaji fotografskog aparata također poboljšavaju potencijal dokumentiranja. Senzori puno bolje hvataju svjetlo tako da fotoaparati mogu snimati više slika po sekundi. Visoka kvaliteta okvira zajedno sa kompleksnom matematikom znači da aparat može snimiti mnogo verzija iste slike pri različitim uvjetima i onda ih integrirati za bolji rezultat ili izabrati najbolju, a taj trik je poznat kao slika visokog dinamičnog opsega.

Novi fotoaparati, također, unaprjeđuju zastoj okidača. Kada se postavi na određen program, fotoaparat započinje sa slikavanjem mnogo fotografija te ih privremeno sačuva. Fotograf dobije tipičnu snimku (onu koja nastane kada se pritisne okidač) kao i seriju snimaka prije i poslije. 

„To je nešto što sam uvijek želio u fotoaparatu – da počne snimati prije nego što se dogodi nešto zanimljivo,“ kaže Tumblin. „Tako kada vaša kćerka puše u svjećice na svoj rođendan, dobijete slijed snimaka, jednu za drugom.“ 

Napravljeni po narudžbi
Dobro je što proizvođači fotoaparata primjenjuju ovaj napredak, kaže Levoy. Ali, on se nada nečem boljem – da će se jednog dana fotoaparati moći programirati, te omogućiti korisniku da od njih dobije ono što želi. 

„Bavim se kompjutorskom grafikom s kojom se svi mogu igrati,“ kaže Levoy. „Industrija fotoaparata nije takva. Ona je tajnovita.“ 

Dok svaki digitalni fotoaparat ima u sebi računalo, obično je zaključano u crnoj kutiji. Ne možete ući u nju i programirati ga. Postoji nekoliko metoda hakiranja za oslobađanje kodova određenih fotoaparata, ali Levoy i njegove kolege su se željeli poigrati sa odrednicama bez posezanja za takvim mjerama. Stoga su Levoy i kolege napravili Frankencameru koja se može programirati. 

Rad sa komercijalno dostupnim fotoaparatima je bilo „bolno iskustvo“, kaže Andrew Adams koji je radio sa Levoyem, a sada radi za MIT. „ Upravo zbog tih postojećih frustrirajućih programa, odlučili smo napraviti vlastiti fotoaparat.“ 

Frankencamera je u početku bila mali, crni aparat bez nekih komponenti (odatle i naziv „Franken“). Ali u duhu kompjuterske znanosti, fotoaparat je lako programirati, a pokreće ga Linux softver. Uz mali napor, fotoaparat bi mogao koristiti giroskopske podatke koji bi mogli pokazati pomiče li se tijekom fotografiranja. U tom slučaju, aparat može izabrati najoštriju fotografiju, a tu aplikaciju Adams zove „Sretno fotografiranje“. 

Nokia je pokazala zanimanje za Frankencameru kako bi pomogla svojim istraživačima da naprave svoj kompjutorski kod kompatibilan s Nokiom N900. Istraživači su počeli koristiti N900 u učionicama, te su je slali po svijetu drugim akademicima na području računalne tehnologije. 

„Prvi zadatak je bio mijenjanje algoritma autofokusa,“ kaže Adams. „Bilo je odlično; dali smo im tjedan dana, a oni su se dosjetili boljih stvari od Nokie.“ Tim Frankencamere je iznio na tržište svoj kod 2010., tako da bilo tko može primijeniti njegove mogućnosti na Nokiu N900. Fotoaparat je, također, programiran za ponovno fotografiranje već fotografirane slike, bilo povijesne ili neke druge. 

Razvojem ovakvih naprava, drhtave ruke ili loše osvjetljenje postaju prošlost. A mogućnost da se slika učini bizarnijom ili šokantnijom sada je dostupna svakom tko ima pametni telefon ili pravu aplikaciju. Jednom kada Frankencamera i slični aparati dođu u ruke dovoljnog broja ljudi, procvjetat će njihove kreativne mogućnosti.

Izvor: Science News

Podijeli.