Um estudo experimental sobre processamento e captura de campos luminosos utilizando câmeras plenópticas

Abstract

As câmeras plenópticas encontradas na literatura utilizam uma matriz de microlentes para amostrar o campo luminoso da cena. Dessa forma, são capturadas tanto informação espacial quanto direcional, que são multiplexadas de alguma forma no sensor. A captura da informação direcional, permitiu o desenvolvimento de novas formas de processamento digital muito além do que é possível obter com uma câmera convencional, como a possibilidade de refocar uma fotografia após a sua captura. Porém, isso implica em uma baixa resolução espacial das fotografias, visto que agora a área do sensor destinada a essa informação é reduzida. Neste trabalho, é feito um estudo experimental sobre o processamento e a captura de campos luminosos por câmeras plenópticas. Para isso, foram desenvolvidas simulações computacionais de três modelos diferentes dessas câmeras — duas delas bastante conhecidas na literatura, e outra a qual foi proposta neste trabalho. Com isso, são obtidos campos luminosos de cenas sintéticas com diferentes quantidades de informação direcional e espacial. Uma alta quantidade de informação direcional nos permite aplicar efeitos de abertura sintética e refoco com maior qualidade no resultado final. Por outro lado, uma maior quantidade de informação espacial nos permite sintetizar fotografias com uma alta resolução espacial. Atualmente, a baixa resolução espacial das fotografias sintetizadas é uma das principais desvantagens das câmeras plenópticas em relação as câmeras convencionais. Portanto, o modelo proposto aqui tem a finalidade de superar esta limitação priorizando a captura de informação espacial. Essa câmera é composta por seis sensores e seis lentes acopladas ao seu corpo, o que a torna bastante compacta. Assim, a baixa quantidade de informação direcional obtida prejudicaria os efeitos de abertura sintética e refoco. Entretanto, é possível utilizar técnicas de interpolação da visão computacional com a finalidade de ampliar a quantidade de amostras angulares adquiridas inicialmente. Se valendo desta técnica, conseguimos obter efeitos com boa qualidade mantendo uma resolução espacial tão alta quanto as das câmeras convencionais.

Plenoptic cameras found in the literature use an array of microlens to sample the light field of the scene. Thus, both spatial and directional information are captured and multiplexed in some way on the sensor. The capture of directional information, allowed the development of new forms of digital processing beyond what is possible to achieve with a conventional camera, like the ability to refocus a picture after its capture. But this implies a lower spatial resolution of the photographs, since now the area of the sensor intended for such information is reduced. In this paper, an experimental study is done on the processing and capture of light fields using plenoptic cameras. For this, we developed computer simulations of three different models of these cameras: two of them are well known in the literature, and another which was proposed in this paper. Thus, we obtain light fields of synthetic scenes with different amounts of spatial and directional information. A high amount of directional information allows us to apply synthetic aperture effects and refocus on higher-quality end result. On the other hand, a greater amount of spatial information allows us to synthesize images with high spatial resolution. Currently, the low spatial resolution of the photographs synthesized is one of the main drawbacks of plenoptic cameras over conventional ones. Therefore, the model proposed here aims to overcome this limitation by prioritising the capture of spatial information. This camera is made up of six sensors and six lenses attached to its body, making it very compact. Consequently, the low amount of directional information obtained would undermine the effects of synthetic aperture and refocus. However, it is possible to use interpolation techniques in computer vision that allow increasing the number of angular samples acquired initially. Taking advantage of this technique, we obtain effects with good quality while maintaining a spatial resolution as high as conventional cameras.