Коллектив Авторов - Цифровой журнал «Компьютерра» № 168

Biodesign Institute

Эта компания может не беспокоиться о призе: её устройство уже заработало 30 млн. долларов, выделенных на исследования Пентагоном. Оно диагностирует болезни по сочетанию антител, обнаруженных в образце крови.

Montague Healthcare

Метод анализа, избранный специалистами Montague Healthcare, строится на том, что наличие или нехватку определённых белков можно определить по тонким изменениям в радужке глаза.

MycroLab

Портативный гаджет MycroLab содержит «лабораторию на чипе» и позволяет за час выполнить сразу несколько разнообразных тестов, включая секвенирование ДНК.

К оглавлению

Опубликовано11 апреля 2013

Есть что-то поистине удивительное в том, какими путями идёт развитие научного знания. Самые смелые идеи, высказанные в позапрошлом столетии, становятся реальностью в наши дни. В 1865 году фантазия Жюля Верна породила совершенно сказочный сюжет о полёте человека на Луну, а в 1969 году такой полёт действительно состоялся. Первые опыты по созданию стереоскопического кинематографа проходили в конце 1890-х годов, 1950-е принято считать временем расцвета анаглифического 3D-кино, а сегодня никого не удивишь домашним телевизором, способным демонстрировать объёмную картинку.

Какое будущее нас ждёт после повсеместного внедрения трёхмерного кино и телевидения? Обычно на этот вопрос отвечают так: разрешение изображения будет постоянно расти, а для просмотра объёмного видео больше не понадобятся никакие очки. А, может быть, на самом деле всё будет намного интереснее? Например, некоторые учёные уверены, что будущее — за пленоптической технологией, хотя сегодня даже сам этот термин мало о чём говорит неспециалисту.

Между тем, история пленоптики уже насчитывает более ста лет, а современные технологии наконец-то дают возможность в полной мере реализовать множество замечательных идей, высказанных за столь долгий срок. Что же такое пленоптическая технология и чего полезного от неё стоит ждать?

Сам термин «пленоптический» составлен из латинского слова «plenus», то есть «полный» и древнегреческого «ὀπτικός», «зрительный», и буквально означает «полный обзор». В оптике им описываются все световые волны, излучаемые во всех направлениях в рамках некоего заданного пространства. Для фиксации всех этих лучей света используются пленоптические камеры, иначе называемые камерами светового поля. В чём же их отличие от обычных?

В обычной фото- или видеокамере световые лучи проходят через объектив и фокусируются на плёнке или цифровой матрице. При этом в получаемом изображении не содержится никакой информации о том, под какими углами лучи проходили через линзы и на каком расстоянии от камеры находится снимаемый объект. Иными словами, перед нами — плоская проекция реальности, по которой невозможно восстановить действительные соотношения между объектами в пространстве.

Пленоптическая камера в максимально упрощённом виде представляет собой двумерный массив щелей-отверстий, линз или призм, то есть, своеобразную решётку, через которую лучи света попадают на плёнку или матрицу. В результате появляется возможность рассчитать координаты снимаемых объектов в пространстве, что даёт множество любопытных и не всегда очевидных возможностей.

Считается, что исторически первые опыты с пленоптическими камерами и «интегральной фотографией» в конце XIX века проводил французский физик Габриэль Липпман, получивший в 1908 году Нобелевскую премию за методику получения цветной фотографии на основе явления интерференции. Именно он предложил использовать для захвата всего объёма лучей массив линз.

С пленоптическими камерами активно экспериментировал и американский изобретатель Фредерик Айвс, создатель оригинальной технологии цветного фото Kromskop. В 1903 году он запатентовал первую в мире автостереоскопическую систему «параллаксной стереограммы», в которой массив щелей — «параллаксный барьер» — формировал объёмное изображение на плоском экране. Такие экраны, не требующие для просмотра очков, сегодня применяются, например, в игровой приставке Nintendo 3DS. Сын изобретателя физик Герберт Айвс усовершенствовал эту технологию и сделал её намного дешевле в использовании по сравнению с первоначальным вариантом — в результате она в своё время широко использовалась на рекламных щитах, открытках и карманных календариках.

Существенный вклад в создание теории пленоптических камер внесли и российкие учёные. В частности, в 1911 году в «Журнале Общества любителей естествознания» появилась статья «Автостереоскопия и интегральная фотография по пр.Липману» за подписью П.П. Соколова. В этой работе впервые появилось точное математическое описание того, что мы сегодня называем «пленоптическим пинхолом». Соколов отмечает, что «с практической точки зрения (…) никакой снимок, полученный обыкновенным способом с одним объективом, не может дать такое ясное понятие о форме и размерах снятого предмета, как снимок стереоскопический. Кроме того, все мелкие подробности, ускользающие от внимания в обыкновенном снимке, выступают рельефно и не могут быть незамеченными при стереоскопическом способе» (Цитата по публикацииЕкатерины Аврамовой).

Чтобы проиллюстрировать своё исследование, Соколов изготовил фибровую пленоптическую решётку с 1200 коническими отверстиями и экспонировал через неё изображение на фотографическую пластинку. После проявки пластинка подсвечивалась, лучи вновь проходили через решётку и на выходе формировалась объёмная картинка: «Приближаясь из бесконечной дали к нашему сильно освещённому сзади негативу (…), мы будем находиться в пространстве лучей, исходящих из негатива и пересекающихся в тех точках этого пространства, где по отношению к негативу наодились ранее светящиеся точки. Следовательно, находясь перед этими точками пересечения лучей, мы увидим их перед собой в пространстве».

В семидесятые годы множество исследований в области автостереоскопии, световых полей и «интегральной фотографии» проводил советский учёный Ю.А. Дудников.