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深入剖析光场相机的前世今生 来自第一线使用者的操作感受

 寒器 2016-05-12

颠覆整个影视界的专业级光场摄像机问世

在光场相机(Lytro)宣布停产第一代产品,并将研发重点转入VR领域的新闻被各科技媒体报道后。一些质疑光场相机技术的人,一片嘲笑和幸灾乐祸,“光场玩儿完啦!”“什么好忽悠做什么”。不可否认,光场相机不是一个完美的产品。那么嘲笑它就是对的?这能显示出自己贤明伟大的判断力和站在科技圈高峰的地位?

以光场相机打出名堂的Lytro图像技术公司,给了这些嘲笑质疑者一个响亮的回答,日前发布了一款让人震惊的专业级光场摄像机。

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这款名为LytroCamera的新品不是相机,而是一个能以300fps记录7.55亿分辨率Raw影像的系统,它和目前正在销售的光场相机ILLUM一样,能记录画面光线在每一个方向和角度的细节信息,使得摄像师能后期改变对焦、光圈和快门等光场信息。这一技术将极大地颠覆电影、电视行业的后期制作流程,如果得以推广,未来高成本的绿幕抠图及后期特效等都可以透过LytroCamera简单达成。以往焦距用皮尺量,景深靠光圈计算等等的繁重工作都可以统统抛掉。这款在摄像领域实现“先拍照后对焦”的LytroCinema摄像机,Lytro公司表示,其公司的核心技术会让添加CGI(电脑三维动画)效果变得很轻松,因为它可以捕捉到当前光场所有物体的3D信息,让导演能够把前景或后景元素独立出来,随心所欲来控制。这样也意味着以后拍电影就再不需要搭建绿幕了,只要利用电脑的影像合成技术,LytroCinema所拍摄的图像是很容易被编辑或加上特效的。

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和光场相机+服务器+软件应用一样,LytroCinema将不只是售卖摄像机那么简单,还包括了编辑软件和负责存储和处理庞大视频数据的服务器。LytroCinema拥有目前最高分辨率的感光元件,能以300fps拍摄7.55亿分辨率的Raw图像,同时还有16档的动态范围。

大家目前最关心的应该是价格,但从制定的12.5万美元起的租赁费用也可以推测,LytroCinema的定位绝非平民产品,仅是大制作的电视电影及广告公司才有财力把玩的黑科技,至于实际制作效果和前期投入是否匹配,我们就期待看看哪一部大制作会先来尝鲜这个新技术吧!

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如此看来就Lytro图像技术公司的技术来讲,第二代光场相机存在的问题都可以解决,相信随着科技的发展,硬件的成本持续降低,第三代光场相机的出现将是摄影的一个重要转折。我们期待这一天的早日到来。

说过Lytro图像技术公司最新推出的专业级光场摄像机。回头再了解一下饱受质疑的光场相机。

几年前当光场相机问世,摄影界甚至是整个科技界都为之震动。它的出现是数码影像的一次重大突破,它是一款重新定义摄影方向的相机。在光场相机机身当中,是一块开创性的图像感光元件,它可以捕捉4千万道光线及它们的色彩、密度和方向,这在此之前是需要数百部相机和一部超级计算机才能够实现的。在复杂的编辑软件配合下,为摄影者提供一种独特的全新摄影体验。拍摄者不仅可以在拍摄之后再进行对焦,还可以从单独一张照片当中获得3D图像,这些是摄影界所公认的光场相机最标志性功能。

因本人一直在研究裸眼3D相机,所以十分关注光场相机。当第二代相机上市还没有进入中国,我就让在美国的朋友买了一台。经过几年的使用,我想谈谈使用心得体会。

所谓“光场”,指的是空间内所有任意方向光线的总和。它不仅包括颜色、光强等信息,同时还涵盖光线的方向信息。“光场摄影”能够完整地记录光场信息,因此拍照后可以任意地调整照片焦点,实现“先拍照后对焦”的效果。

相比其他传统的数码相机来说,光场相机有几点显著特点:

1.可以先进行拍照然后再聚焦

数码相机,只捕捉一个光面对焦成像,中心清晰,焦外模糊;光场相机则可以捕捉有关场景光线方向的信息,记录下所有方向光束的数据,因此它可以“聚焦”照片中的任何深度,后期再根据实际的画面需要在电脑上利用自带的编辑软件进行对焦,获得更清晰的画面效果。哪怕在拍照后数年后,对此照片重新构思,一瞬间你就可以获得理想的照片。

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光场相机拍摄的原片

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后期经编辑软件重新进行对焦

2、弱光下拍摄的高速大景深利器

光场相机因为去掉笨重、耗电和昂贵的聚焦系统,镜头整体镜片少重量轻,它更加轻薄,同时拥有比传统相机更大的焦距和光圈操作也比较简单。由于不用选择对焦,即便非专业摄影师以及近视眼和老花眼的摄影人也不必担心对焦问题,你可以更快地完成拍照。光场相机在低光及影像高速移动的情况下,仍能准确对焦拍出清晰照片。使用一般相机时,拍照前须选定焦点,这很有难度,但光场相机可让你先拍照,相机捕捉大量光线资料及选定焦点,拍摄是有很大的选择空间。镜头因其光圈口径大还可以捕捉弱光环境下的光线。最快1\4000s的快门速度可以在瞬间定格画面。因为光场相机在后期可以调整光圈到F16,我们还可以获得大景深图片。

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3、光场相机在体育摄影中的优势

我们大家现在知道了,光场相机最大特点在于不用考虑对焦,而对焦却是体育摄影中最看重的性能之一。没有了对焦负担,我们就可以将全部精力都放在了构图和抓比赛中的最佳瞬间。另外等效250mm的长焦端焦距也为场边拍摄提供了便利。还有一个与传统数码相机不一样的功能,新的光场相机技术还加强了与观片者之间的互动。当我们在观看照片时能随便更改焦点位置,也就是说我们可以在观看用光场相机拍摄的照片,在专用软件上通过鼠标点击,就可以看到体育赛场上任意一个队员清晰焦点照片。

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4、超乎寻常的微距拍摄功能

“微距”意为在较近距离以大倍率进行的拍摄,人眼往往对近于15cm的物体就看不清了,而专业微距镜头的光学校正按近拍的需要进行设计。按德国的工业标准,成像比例大于1∶1的称为微距摄影范畴,光场相机的所配置的30-250的大口径变焦镜头,以它独特成像原理,最大光圈1和最近距离0米,使微距效果更加突出。微距世界很美丽,因为微距可以放大微观世界,获取的是我们日常视觉看不到的东西,所以更有视觉冲击力。

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5、获取3D影像更简便更直接

想轻松获得3D照片吗?那就非光场相机莫属,它只需一次拍摄取像,即可得到3D影像和3D深度資訊圖,在后期通过自身带的专业软件都可以生成多格式的3D立体照片。戴上“偏振式”“红蓝式”3D眼镜,将可以满足你立体视觉的需求。

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一、光场相机的工作原理

一般相机以主镜头捕捉光线,再聚焦在镜头后的胶片或感光器上,所有光线的总和形成相片上的小点,显示影像。这会带来很多副作用,其中之一就是只能有一个焦点。这让问题变得复杂,当然如果手法得当的话可以拍出漂亮的照片。例如调整光圈大小改变照片的景深范围来突出主体或让整幅照片全清晰,传统相机二者只能做到其一。“光场相机”则一反传统,使用大孔径镜头,(镜头唯一恒定f2的光圈),在主镜头及感光器之间,有一个布满9万个微型镜片的显微镜阵列,每个小镜阵列接收由主镜颈而来的光线后,传送到感光器前,析出聚焦光线及将光线资料转换,以数码方式记下,这样它既保持旧有相机的大孔径所带来的增加光度、减少拍照时间及像素颗粒细腻等情况,又不用牺牲景深及及影像清晰度。光场相机应用价值是景深的可选择性,我们可以随意创建更浅、或者更深的景深,来满足人像或者风光需要。也就是说,想虚化就虚化,想清楚就清楚。

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这是因为相机内置软件操作“已扩大光场”,它追踪每条光线在不同距离的影像上的落点,经后期专业软件重新对焦后,便能拍出完美照片。这款相机之所以能做到这一切,是因为它号称安装了所谓“光场感应器”,可以收集进入相机所有光线的“颜色、强度和方向”。

如果形象的把一张照片记录的场景比作一场音乐会,传统相机记录的是乐团演奏的整体效果,光场相机记录的则是乐团每个成员的演奏效果,用户可以选择放大不同乐器的声音,这就是光场相机神奇之处。

二、光场相机传感器规格

我们来说说这台相机最为核心的规格指标,相机采用了高达1.2英寸光场分辨率为4000万光线束传感器,看图比较好理解,全画幅为36X24,APS-C(也就是半画幅相机)大概是24X16mm,1.2英寸大约是13.2x8.8毫米,有效区域:10.82x7.52毫米,半画幅大概是1.2英寸将近4倍的面积。虽然光场相机拥有光场分辨率为4000万光线束传感器,但是因为其面积小,因此它的真正像素和全画幅相机相比只相当于400万。虽然只有400万像素,但在必要时我们可以通过接片的形式来扩大像素。因此像素不再是问题的重点。

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三、恒定大口径变焦镜头

在镜头方面,这台相机抛弃了以往不给力的设计,直接拿出了一个颇为霸气的镜头,等效焦距为30mm—250mm,光圈更是达到了f/2.0恒定的水平,如此的光圈数值,对于一台1.2英寸传感器的相机来说是历史性的突破,绝对是目前性价比最高的恒定大口径变焦镜头。这是这台光场相机所首次引入的能力,它被施加在了镜头本身。详细来讲,一支焦距为70-200mm的经典佳能镜头大约含有22片玻璃,而光场相机的30-250mm、f/2大光圈镜头只有13片玻璃。在重量上,佳能的镜头大约是3.6公斤,而这支光场相机配置的头整体的重量才只有0.7公斤。这是因为佳能的镜头当中“有大量的玻璃是用来校正像差的。它需要光线的曲度来让光子落在感光元件上,以形成你想要看到的图像”。而光场相机主镜头采用非球面镜片,通过独特的图像传感器,光线的方向通过软件便可计算出,这就无需太多的镜片这就使得它更加轻薄,同时还拥有比传统相机更大的焦距和光圈。

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四、超大的4英寸的触控屏

比机身更加令人惊艳的,也许要属其4英寸的触控屏了。(一般数码相机都为3英寸)我们都知道,大多数单反相机的LED显示屏,显示的用户界面对于新手来说会显得难以理解,你需要去记住的按键和拨盘功能也会相当复杂,这些都和大多数手机和平板电脑上的拍摄应用截然相反。而光场相机就从这些应用身上进行了学习,让相机的界面具备了同样的简洁和易用性。使用这些相机进行拍摄非常简单,它如同手机一样点击图像便可对焦,各种参数的调节也只需要动几下手指便可。用户可以调节网格、在连拍和单拍模式之间进行切换、设置拍数、并改变程序、ISO、快门和手动控制。

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五、光场相机与传统数码相机所不同的2个功能

1、实用的景深预览按键

查看深度柱状图可以提示摄影者可重新对焦范围内是否存在物体。要将重新对焦功能的效果最大化,查看深度柱状图就十分必要了。落在近重新对焦范围内物体的边缘被蓝色覆盖,落在远重新对焦范围内物体的边缘被橙色覆盖。在可重新对焦范围外的白色峰波表示图像前景或背景不可重新对焦的物体。

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2、使用包围对焦

当光场相机的包围对焦功能开启时,您每次按下快门,相机会自动拍摄多张照片,每张照片合焦不同。要开启包围对焦并设置参数,长按包围对焦图标。两个选择拨轮会显示在屏幕中央。上面的拨轮显示一次按下快门拍摄的张数,可选3张或5张。下面的拨轮显示所应用的对焦增益,(与曝光增益原理相同)可选从1到10,单位为DS。滑动拨轮以改变设置。双击拨轮可以还原设置。

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六、光场相机应用程序中还有的其他展现形式

1、视角转移

“视角转移”是重构整个光场之后,使用全焦点(把所有合焦的部分结合在一起)的展现方式,用户通过晃动鼠标,获得在整个光场中不同角度的3D效果(角度很小,仅限在镜头范围之内)。3D透明效果功能令人不可思议,和传统从某个焦点切换到另一个焦点的方式不同,全新的3D透明功能允许用户轻微的移动图像的位置。(这是因为光场相机收集了进入相机里的所有光线的“颜色、强度和方向”)。

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2、3D光场动画

光场摄影不仅仅可以“先拍照后调焦”这一特色功能外,还能创造一门生活艺术,这也就是所谓的光场动画。光场动画具备视频化的能力,可以将重新对焦的效果动画化。这个功能就是拍摄3D影像。用光场相机拍摄的专用RAW文件既可以在App里生成“红蓝式”3D影像,可以戴“红蓝式”眼镜3D镜观赏,也能转换成还是“偏振式”3D影像,戴上“偏振式”3D眼镜在3D电视机上观赏。

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3、短视频

由于图像最终是在电脑里完成的,你可以通过多种方式对其进行处理,比如通过把焦点不同的照片叠加在一起可以做成动画,可以揭示更多场景细节。比如在一张射击比赛图片中你可以完全聚焦近处队员的眼神,沿着枪筒的方向,越过障碍物,看到前方靶子的靶心。

我们用一个瞬间拍下的原始文件能解出多种不同效果的6秒视频短片,视频规格可以选择高品质和全高清,也可以选择普通品质和高清效果。如果只是在视频中变换焦点,那不足为奇,因为光场相机记录的就是一个3D“场”的信息,而不是一个2D“面”的信息,这就使有的视频效果,如“环视”效果中,可以做到“调整视角并轻微变焦以环视前景对象”,也就是说,这个视频中能呈现动态影像特有的“推拉摇移”效果。重要的是它是在我们拍摄的一张图像里完成各种动态效果。

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七、光场相机的图像编辑功能

光场相机为桌面客户端提供了各种标准的图像编辑功能,包括曝光和白平衡等。另外,我们还可以进行光场相机专属的调整,比如选择图像中不同的焦点或调整光圈以及产生的景深,从f/1至f/16均可。另外,新增加的“焦点”选项可以让我们手动选择焦点的启动和停止,以及模糊背景,处理完毕后,导出选项提供了多种质量照片。

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八、不过光场相机目前也存在一些需要解决的问题。比如当拍摄的照片太多或太快,就会偶尔出现死机或崩溃的现象,这是因为每拍一张照片它记录的数据量高达50M,当我们拍摄过快时相机的存储运算跟不上造成的。触摸屏的操作也有些偏于缓慢、反应有些迟钝。每张图片都需要几秒钟的加载时间,(这当然也和存储卡的写入和读取速度有关)。我的解决办法是使用目前读写速度最快的存储卡。另外因为光场相机没有光学取景器,只有通过LED取景屏取景,但它在户外强光下不容易看清拍摄物体。但使用LED屏幕取景器也很好解决了这个问题。

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当然,光场相机要想做到数码单反般普及,还有很多工作要做。总而言之,光场相机在目前来看仍是一种小众产品,但并不能否认它的未来潜力,尤其在3D视频方面将有一个很好的前景。目前在传统数码相机已经无法带给用户新鲜感的当下,光场相机以一种极具创意、灵活性的拍摄形式出现,毫无疑问是一种创新,这是“完全改变游戏规则”的新发明。目前存在的一些瑕疵随着科技发展成本的降低,这一切都可以解决的。如果说相机的第一个时代是胶卷时代,第二个就是数码影像时代,那我们现在正处于第三个时代,也就是收集到有关影像的所有丰富信息,这不过才刚刚开始。我相信在未来能够做到的会比现在多得多。我们希望光场相机能够早日到达消费市场。

本文章所配图片、视频除光场摄像机外均由作者使用光场相机拍摄

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