Qu’est-ce que la photographie en champ lumineux et comment ça marche ?

La photographie en champ lumineux existe depuis longtemps. Le premier dispositif de champ lumineux analogique a été inventé en 1908 par Gabriel Lippmann qui a finalement remporté un prix Nobel pour ses travaux sur la photographie couleur.

La photographie en champ lumineux vous permet de déplacer le plan de mise au point d’une image après qu’une image a déjà été prise, ce qui est impossible en photographie normale.

Alors, comment fonctionne la photographie en champ lumineux ? Cet article vous apprendra tout ce que vous devez savoir.

Qu’est-ce que la photographie en champ lumineux ?

La photographie normale fonctionne de manière très similaire à l’œil humain. Vous faites la mise au point avec l’appareil photo et le capteur capture une image bidimensionnelle d’un espace tridimensionnel, avec une « tranche » de cet espace mise au point. Tout ce qui se trouve devant ou derrière la zone de mise au point est flou et flou. En effet, un capteur normal ne capture des informations que sur l’intensité de la lumière.

Le champ lumineux fait référence à l’intégralité de tous les rayons de lumière (chaque photon) dans une scène. Les rayons lumineux qui composent le champ lumineux sont définis par la fonction plénoptique (c’est pourquoi les caméras à champ lumineux sont aussi appelées caméras plénoptiques). La fonction plénoptique décrit un rayon lumineux en cinq dimensions : ses coordonnées dans l’espace 3D (X, Y, `) et sa direction dans l’espace 2D (deux angles).

La photographie en champ lumineux capture des informations du champ lumineux dans une scène particulière, y compris à la fois l’intensité de la lumière et la direction des rayons lumineux (selon la fonction plénoptique).

La photographie en champ clair est très différente de la photographie conventionnelle. Il vous permet de capturer une image en trois dimensions et de choisir la mise au point après coup. En utilisant plusieurs capteurs, la lumière entrante et la direction des rayons lumineux peuvent être capturées.

Comment fonctionne la photographie en champ lumineux ?

Les informations contenues dans les caméras à champ lumineux comprennent l’intensité, la couleur et la direction de la lumière. Pour cette raison, il est possible de déterminer mathématiquement d’où chaque rayon de lumière émanait avant d’atteindre le capteur. Cela signifie qu’un modèle tridimensionnel de la scène peut être construit.

Il existe plusieurs techniques pour capturer un champ lumineux, par exemple :

• Utilisation d’une seule caméra pour capturer des informations sur une scène sous plusieurs angles. Cette méthode produit une sélection de plusieurs images.
• Réseaux à plusieurs caméras. Ceux-ci comportent généralement des dizaines de capteurs dans un large éventail qui capturent chacun des informations sur une scène sous un angle légèrement différent. Cette méthode produit également plusieurs images à la fois.
• Matrices de microlentilles. Le fait d’avoir un réseau de centaines de microlentilles devant un seul capteur d’appareil photo numérique permet de capturer des informations de champ lumineux. Cela produit une image composée de centaines de sous-images.

Chaque image ou sous-image diffère en capturant des rayons lumineux provenant d’emplacements légèrement différents dans l’espace. Parce que chaque pixel montrera donc une scène légèrement différente, des informations sur l’angle du rayon lumineux sont enregistrées. Cela permet de calculer la distance de chaque objet par rapport à la caméra et sa position dans la scène et finalement de développer un modèle 3D de la scène.

Applications de la photographie en champ lumineux

Il existe diverses utilisations de la photographie en champ lumineux qui pourraient être incroyablement utiles. Étant donné que toutes les informations sur le champ lumineux d’une scène sont enregistrées, il est possible de traiter les images de champ lumineux de nombreuses manières qui ne sont pas possibles en photographie normale.

1. Point focal personnalisé

La caractéristique la plus connue de la photographie en champ lumineux est la possibilité de changer le point de mise au point après la prise de vue. En effet, les informations capturées par la caméra incluent la mise au point à chaque distance, ce qui signifie qu’avec un logiciel sophistiqué, il est possible de choisir n’importe quelle distance pour être le point focal de la scène.

2. Profondeur de champ variable

En raison de la nature des informations enregistrées, il est possible de traiter des images avec une « ouverture synthétique ». L’ouverture est le diamètre de l’ouverture d’un objectif et détermine la profondeur de champ (à quel point le premier plan et l’arrière-plan sont flous) dans une image.

Parce qu’une image de champ lumineux comprend des informations à chaque distance de mise au point possible, il est possible de créer des images qui ont la plus petite profondeur de champ possible (seule une très petite section est mise au point). Il est également possible de créer une image avec une profondeur de champ infinie où tout dans l’image est mis au point.

3. Effet de parallaxe

Selon la manière dont le champ lumineux est capturé, il est possible de produire des angles de vue légèrement différents de la scène. Cela dépend du diamètre ou de la largeur du système utilisé pour prendre l’image. Plus le système d’objectif est large, plus la lumière est capturée sous des angles plus larges.

Une fois l’image prise, il est possible de modifier légèrement la perspective de l’image, comme si vous déplaciez votre tête dans la scène réelle. C’est ce qu’on appelle un effet de parallaxe. Grâce à l’effet de parallaxe, il est également possible de reconstruire une image 3D.

4. Calculer les distances

En fonction de la sensibilité du système de photographie en champ lumineux et de la connaissance de ses propriétés optiques, il est possible de calculer la distance entre l’objectif et les objets d’une scène. Une application majeure de ceci serait en microscopie où il est utile de mesurer avec précision la taille d’échantillons synthétiques ou biologiques.

5. Modifier les conditions d’éclairage

Parce que tant d’informations sur la profondeur de la scène sont enregistrées dans la photographie en champ lumineux, il est possible avec un logiciel de post-traitement de reconstruire avec précision l’éclairage d’une scène. Étant donné que le logiciel connaît les positions relatives de tous les objets d’une image, il peut calculer de manière convaincante où les ombres tomberaient.

6. Réalité virtuelle

Au début des années 2020, la réalité virtuelle est devenue un sujet de discussion de plus en plus important. Cela a été partiellement alimenté par le désir de Meta de créer le Metaverse. La photographie en champ lumineux peut être utilisée pour créer une réalité virtuelle ; Google en a développé des exemples qui peuvent être consultés sur Steam .

À l’aide d’un ensemble de caméras rotatives de 16 GoPro, Google a capturé des milliers d’images qui ont enregistré toutes les informations sur le champ lumineux dans un espace 3D. Ils ont ensuite pu créer une expérience de réalité virtuelle tridimensionnelle à six degrés de liberté.

Les caméras à champ lumineux sont-elles l’avenir de la photographie ?

En 2012, la première caméra à champ lumineux du marché grand public a été lancée par la société Lytro. Cet appareil photo avait une résolution d’un mégapixel avec une ouverture constante de f/2 et était vendu entre 400 et 500 dollars. Depuis lors, très peu de caméras à champ lumineux destinées aux consommateurs sont arrivées sur le marché.

Le manque de résolution et de qualité d’image signifiait que les caméras à champ lumineux n’ont tout simplement pas décollé sur le marché grand public comme les reflex numériques l’ont fait. En fait, de nombreuses utilisations de la technologie de champ lumineux restent en développement.

Mais il y a une raison pour laquelle Google (et Apple) investissent dans cette technologie, et son utilisation dans la création d’expériences utilisateur 3D pour la réalité virtuelle n’en est qu’un exemple !

Photographie en champ lumineux : une technologie en développement

Bien que les caméras à champ lumineux soient relativement nouvelles, elles ont un énorme potentiel. Vous pouvez établir de nombreux parallèles avec les débuts de la photographie, même si c’est différent, les ouvertures fixes et la faible résolution étant deux exemples. Au fil du temps, cependant, il est probable que cette technologie se développera.

Cela vaut la peine de garder un œil sur la façon dont la photographie en champ lumineux sera appliquée à l’avenir.