Urs Tillmanns, 14. August 2013, 07:00 Uhr

Das KaleidoCam-Modul bietet Lichtfeld und 3D mit gängigen DSLRs

Wird nach der Einführung der Lytro-Kamera das Lichtfeld-Prinzip dereinst allgemein in die Fotografie Einzug halten? Vielleicht mit einem Adapter, den man ganz einfach zwischen Objektiv und Kameragehäuse einfügt? Solche Entwicklungen gibt es, und Christoph Jehle hat sich für Fotointern.ch danach umgeschaut.

 

Mit der von Lytro angebotenen Kamera für den privaten Nutzer ist das Thema Lichtfeldkamera einer breiteren Öffentlichkeit bekannt geworden. Für industrielle Anwendungen hatte die Raytrix GmbH in Kiel schon 2010 die erste Lichtfeldkamera auf den Markt gebracht.

Lichtfeld_Olympus_02Die klassischen Kamerahersteller halten sich bislang mit Aussagen zu plenoptischen Kameras eher zurück. Mit einer im Mai diesen Jahres erfolgten Patentveröffentlichung über einen Lichtfeldadapter für MFT-Kameras hat allein Olympus bislang einen Hinweis darauf gegeben, dass man sich dort mit der Lichtfeldtechnik befasst.

Obwohl schon vor vielen Jahrzehnten als Phänomen entdeckt, findet das Thema Lichtfeld erst mit der Verfügbarkeit höher auflösender digitaler Kameratechnik und ausreichend Rechenkapazität grössere Beachtung und bislang in der Hauptsache im Bereich der Forschungslabors statt. So arbeitet am MIT Media Lab eine Gruppe um Ramesh Raskar daran, und bei Adobe befasst sich Todor Georgiev mit dem Thema. An der Universität von La Laguna und dem Institut für Astrophysik der Kanarischen Inseln wurde mit dem CAFADIS ein Prototyp eines Lichtfeld-Objektivs entwickelt, das aus 510’000 Mikrolinsen mit einem Durchmesser von je etwa 100 Mikrometer besteht und an einer Olympus E-P1 sowie einer RED-One-Videokamera zum Einsatz kam. Die bisherigen Ansätze zur Verwirklichung eine Lichtfeldkamera basieren jedoch alle entweder auf einer eigenständigen Kamera oder auf einer nicht reversiblen Modifikation einer bestehen Kamera.

Nun hat ein europäisches Entwickler-Team an der Universität des Saarlandes, der niederländischen TU Delft (Delft University of Technology) sowie dem Saarbrücker Max-Planck-Institut für Informatik und dem Institut national de recherche en informatique et en automatique (INRIA) in Bordeaux im vergangenen Juli auf der ACM SIGGRAPH 2013 in Anaheim/Kalifornien mit der KaleidoCam ein Funktionsmuster eines Kameramoduls auf einer optischen Bank vorgestellt, das zwischen Objektiv und Kameragehäuse einer DSLR oder spiegellosen Systemkamera angeordnet wird und das die Aufnahmemöglichkeiten des jeweiligen Kamerasystems unter anderem um die Lichtfeldtechnik erweitern soll.

KaleidoCam Lichtfeld-Adapter Prinzipschema

Prinzipschema des Strahlengangs durch die KaleidoCam

Ziel des Projektes ist die Entwicklung eines marktfähigen Moduls, das mit konventionellen Digitalkameras nutzbar ist, ohne die Technik der Kamera oder das verwendete Objektiv zu modifizieren. Was heute noch etwas sperrig auf einer Optischen Bank angeordnet ist, soll am Ende ähnlich wie heute ein Zwischenring oder Teleconverter im Strahlengang des Objektivs platziert werden. Im Funktionsmuster kam eine Canon Eos 5D Mk2 und ein 1,4/50-mm- sowie ein 2,8/100-mm-Objektiv ebenfalls von Canon zum Einsatz.

KaleidoCam Lichtfeld-Adapter Versuchsanordnung

Die Versuchsanordnung der KaleidoCam

Bei der Aufnahme wird jedes Bild in 3 x 3, also 9 verschiedene Bild-Versionen mit unterschiedlichen Bildinformationen aufgeteilt, was beim verwendeten Kameramodell mit einem 20-MP-Sensor letztlich zu etwa 2 MP pro Bild führt. Im Prototypen werden Filter eingesetzt, wie sie von Kaleidoskopen bekannt sind. Im Funktionsmuster kommt derzeit ein nicht für fototechnische Zwecke optimiertes Kaleidoskop der Firma Kaleidoskope  zum Einsatz, was die Qualität der Bilder noch beeinträchtigt.

Durch Interpolation der in den neun Aufnahme-Versionen enthaltenen Informationen lassen sich diese in unterschiedlicher Form zum gewünschten Bild verarbeiten. So lässt sich mit HDR der Bildkontrast verbessern, es lassen sich Multispektralaufnahmen ebenso realisieren wie Polarisationsaufnahmen und Bilder mit dem Lichtfeldprinzip.

Derzeit liegt der Prototyp in zwei Versionen vor. Die Variante für HDR, Multispektral- und Polarisationsaufnahmen verfügt über einen kleinen Rückprojektionsschirm, der die Parallaxe zwischen den neun Teilbildern beseitigt. Für Lichtfeldaufnahmen entfällt der Rückprojektionsschirm, da in diesem Fall die Parallaxe zwischen den Einzelbildern erwünscht ist.

Während eine normale Aufnahme nur zwei Dimensionen wiedergibt, verfügt das KaleidoCam-System für die Lichtfeldfotografie letztlich über vier Dimensionen, weil es auch die Informationen über verschiedene Aufnahmestandorte enthält. Damit lassen sich die Bildinhalte nach der Aufnahme am Rechner noch weiter bearbeiten. So lässt sich einerseits die Schärfenebene nachträglich definieren, andererseits bei Makroaufnahmen auch der Aufnahmestandpunkt und damit die Aufnahmeperspektive verändern.

Mit dem System soll sich zudem sowohl die optische Wirkung einer kürzeren Brennweite, als auch die einer Öffnung von 1:0,7 nachahmen lassen. Aus den Lichtfeldaufnahmen kann man auch 3D-Aufnahmen generieren, wobei sich die synthetisierbare Basisbreite in der Nachbearbeitung so einstellen lässt, dass sie dem mittleren Augenabstand beim Menschen entspricht.

Derzeit befindet sich die Entwicklung im experimentellen Bereich, soll aber in absehbarer Zeit zu Lösungen führen, die auch in der bildmässigen Fotografie zum Einsatz kommen können.

Ob und bis wann die Entwicklung zu einem fertigen Produkt führen wird und in welchen Einsatzbereichen dies dann zu Anwendung kommen kann, hängt nicht zuletzt von der Resonanz interessierte Anwender und möglicher industrieller Partner ab. Mit dem entsprechenden Feedback kann die weitere Entwicklung den Wünschen potentieller Anwender nachkommen. So ist es von Interesse, ob der Verlust an faktischer Auflösung den Vorteil der Nachbearbeitungsmöglichkeit aufwiegt und ob es jenseits der Stehbilder auch einen Bedarf im Video-Bereich gibt, wo mit einem HD-Sensor zwar nur eine reale SD-Auflösung erreichen kann, jedoch zusätzliche Möglichkeiten in der Nachbearbeitung eröffnet werden.

Kommentare und Feedback an die Redaktion sind ausdrücklich erwünscht.

Christoph Jehle

Ein Video, welches das Prinzip und die Möglichkeiten des KaleidoCam-Systems erklärt, finden Sie hier.

 

 

 

Ein Kommentar zu “Das KaleidoCam-Modul bietet Lichtfeld und 3D mit gängigen DSLRs”

  1. Guten Tag und für morgen ein gutes neues Jahr.

    Zu meiner Person: Ich zähle mich zur Gruppe der engagierten Freizeitfotografen.
    Engagiert heißt allerdings nicht, dass ich ein umfangreiches oder gar teures Equipment zu Hause horte oder zum Fotografieren mit schleppe. Eher das Gegenteil: Qualität vor Quantität.

    Zu Zeiten der Fotografie auf chemische Filme habe ich bewusst auf die Vorteile echter sw-Filme verzichtet und mit Farbnegativ-Filme gearbeitet, um die Notwendigkeit des Filterns am Fotoort zu umgehen. Ein solcher Schritt zeichnet sich nun durch die Lichtfeldtechnologie ab.
    Betrachte ich solche Entwicklungen wie Organischer CMOS-Sensor für HDR-Fotos, den Einsatz von Minifarbsplitter an Stelle von Absorptionsfilter, die sich dadurch ergebenden Möglichkeiten der Steigerung der Pixelanzahl wie z.B. bei den Nokia-Fotohandys, habe ich Hoffnung auf hochwertige und trotzdem kompakte Kameras mit der Möglichkeit der deutlich umfassenderen und trotzdem handhabbaren Bildnachbearbeitung am heimischen PC (hier 3D, Schärfenebene, selektives bearbeiten von Bildellemente).
    Das dafür die maximale effektive Auflösung nur noch zwischen 6 und 10 MP liegt, ist sicher zu verschmerzen. Zumal man durch Ausschalten“ der Lichtfeldtechnik wieder an an die volle Pixelzahl heran kommt.

    Mit freundlichen Grüßen
    Rolf A aus Deutschland

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