Fotocamere del futuro ispirate agli occhi degli insetti: Nokia è in prima fila

Fotocamere del futuro ispirate agli occhi degli insetti: Nokia è in prima fila

di Roberto Colombo, pubblicata il

“Nuovi prototipi di ottiche e sensori si ispirano agli occhi degli insetti: il sistema da 180 mini ottiche ognuna con sensore con angolo di campo variabile e il modulo Bug Eye per cellulari in cui Nokia e Qualcomm hanno recentemente investito”

Capita molto spesso che la tecnologia prenda spunto dalla natura: in campo fotografico gli occhi multisfaccettati degli insetti hanno sempre catturato la curiosità dei ricercatori e ciclicamente alcuni prototipi salgono all'onore delle cronache. In questo periodo sono due quelli che stanno attirando la maggiore curiosità. Da un lato troviamo la fotocamera ad occhio di insetto del dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell'Università di Urbana–Champaign in Illinois, USA. Formato da 180 mini lenti, ognuna dotata di sensore, il prototipo offre una visuale ad ampio angolo di campo con una profondità di campo vicina all'infinito, senza le tipiche aberrazioni dei sistemi che usano sensori piatti.

Per conformazione, vista la leggera diversa prospettiva che ogni elemento sensibile ha, il sistema è particolarmente indicato alla registrazione dei movimenti e potrebbe diventare una tecnologia da usare con frutto in apparecchi come i droni o in dispositivi medicali per endoscopia. I ricercatori puntano ad arrivare a sistemi con 20.000 elementi. Al momento le ottiche con sensore sono montate su un materiale flessibile, a sua volta appoggiato a un sistema che viene gonfiato per raggiungere la curvatura voluta. Uno dei prossimi passi sarà quello di creare un sistema in grado di variare la pressione di gonfiaggio, e quindi la curvatura, e ottenere la possibilità di variare l'angolo di campo inquadrato.

Approccio simile per quello di Pelican Imaging, azienda che ha appena ricevuto un investimento di 20 milioni di dollari da parte di un venture capital che vede Nokia e Qualcomm in prima fila. Il colosso finlandese sta puntando molto sulle tecnologie di imaging e potrebbe affiancare a PureView interessanti innovazioni per i propri smartphone in un futuro non troppo lontano. La tecnologia punta a risultati simili a quelli di Lytro Field Camera, ossia la possibilità di mettere a fuoco dopo lo scatto in modo selettivo in fase di visualizzazione dell'immagine.


Commenti (10)

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Commento # 1 di: Eraser|85 pubblicato il 06 Maggio 2013, 10:34
Ma dato che la DOF su uno smartphone è molto alta, che senso ha poter variare la messa a fuoco? Nel 99% dei casi è già tutto sullo stesso piano..
Commento # 2 di: roccia1234 pubblicato il 06 Maggio 2013, 10:44
Potrebbe essere una buona soluzione per ridurre il rumore...
Commento # 3 di: Roberto Colombo pubblicato il 06 Maggio 2013, 11:02
Originariamente inviato da: Eraser|85
Ma dato che la DOF su uno smartphone è molto alta, che senso ha poter variare la messa a fuoco? Nel 99% dei casi è già tutto sullo stesso piano..

In realtà Lytro introduce lo sfocato laddove non c'è: in pratica dai dati ripresi identifica di diversi piani e poi applica un filtro selettivo di sfocatura quando si va a scegliere il punto di messa a fuoco quando si visualizza l'immagine, il sistema di Pelican Imaging penso funzioni in modo simile, introducendo uno sfocato 'virtuale'
Commento # 4 di: rigelpd pubblicato il 06 Maggio 2013, 11:11
Io Il prototipo della Pelican più che per una possibile messa a fuoco a varie distanze lo considererei utile per la riduzione del rumore. Infatti qual'è il principale difetto delle fotocamere dei cellulari? Che hanno lenti molto piccole che catturano poca luce e quindi soffrono molto quando si tratta di fare fotografie in condizioni di poca luce. Per aumentare il diametro delle lenti a parità di campo inquadrato bisogna aumentare la focale dell'obiettivo e quindi aumenterà lo spessore del cellulare (almeno nel punto dove c'è la fotocamera), visto che la moda è avere cellulari sottili questa cosa non è proponibile. Ed è qui che il prototipo Pelican potrebbe avere un punto di forza: abbiamo 16 fotocamere che catturano 16 volte la luce di una singola fotocamera di cell. Se mettiamo insieme la luce catturata da tutte le fotocamere otteniamo l'equivalente di una lente con diametro 4 volte maggiore del diametro della lente di una singola fotocamera. Ovviamente essendo i punti di vista lievemente differenti uno dall'altro bisognerà usare un'algoritmo che compensi queste differenze che comunque diventeranno pressocchè nulle quando si inquadrerà oggetti più distanti di qualche metro.
Commento # 5 di: rigelpd pubblicato il 06 Maggio 2013, 11:13
@Roberto Colombo

Io lavoro in un'azienda di metrologia ottica, qualche mese fa ci hanno fatto analizzare la fotocamera Lytro, non funziona come dici, non applica filtri sfocanti. Se c'è interesse vi spiego come funziona (è un'pò complesso ma non troppo).
Commento # 6 di: Elettrocinghia pubblicato il 06 Maggio 2013, 11:20
Ciao Rigelpd, a me interessa, potresti spiegarmi come funziona?
Commento # 7 di: rigelpd pubblicato il 06 Maggio 2013, 11:48
Allora, la fotocamera è composta da una lente obiettivo e da una matrice di microlenti posta quasi sul piano focale. Al di la delle microlenti è posta una matrice CCD. Ogni microlente illumina una porzione di questa matrice che nel caso della Lytro è una submatrice composta da 3x3 pixel. Immaginiamo di numerare da 1 a 9 questi pixel come in un classico tastierino numerico. Il software Lytro prende il pixel numero 1 di ogni sub matrice e mettendoli insieme genera un'immagine. Poi fa lo stesso col pixel 2, 3 etc... ottenendo quindi 9 immagini la cui risoluzione è pari al numero di microlenti (quindi 9 volte inferiore alla risoluzione del CCD. Ognuna di queste foto è lievemente diversa dalle altre, ad esempio la foto ottenuta con i pixel numero 5 è esattamente la stessa foto che si otterrebbe con la fotocamera Lytro ponendo un diaframma pari a 1/3 del diametro dell'obiettivo. La foto n1 è simile alla 5 tranne che per il fatto che il diaframma (sempre pari a 1/3 di diametro) è posto fuori dall'asse ottico, in un bordo dell'obiettivo. Così vale per tutte e 9 le foto. Ora, siccome la profondità di campo di una foto dipende dall'apertura numerica ecco che riducendo di 3 volte l'apertura abbiamo un grosso aumento della profondità di campo: tutte e 9 queste foto hanno bene a fuoco tutti i piani che ci interessano proprio perchè hanno una profondità di campo elevata. A questo punto il software Lytro sovrappone tutte e 9 le foto una sopra l'altra come se fossero delle diapositive trasparenti. Ricordiamoci però che ogni foto è lievemente diversa dall'altra perchè è stata presa con un diaframma posto in una posizione differente. Quindi non sarà mai possibile far combaciare i bordi di tutti gli oggetti, ad esempio un oggetto vicino apparirà in una posizione diversa visto in una foto rispetto all'altra. Quando chiediamo al software Lytro di mettere a fuoco un determinato oggetto l'algoritmo applica una traslazione delle 9 foto in modo tale che si sommino in modo da far combaciare i bordi di questo oggetto, come conseguenza di questa traslazione tutti gli altri oggetti posti a distanze maggiori (o minori) non avranno i bordi definiti perchè le foto sovrapposte traslate saranno molto diverse l'una dall'altra, quindi la somma di immagini sfalsate crea una messa a fuoco maggiore in certi punti ed una sfocatura in altri.

Sembra complicato scritto così ma se potessi farvi un disegno vi rendereste conto di quanto è semplice.
Commento # 8 di: Raghnar-The coWolf- pubblicato il 06 Maggio 2013, 11:56
Originariamente inviato da: rigelpd
Sembra complicato scritto così ma se potessi farvi un disegno vi rendereste conto di quanto è semplice.


e' stato molto chiaro invece.

Quindi, se ho capito bene, lo "sfocato" che si vede in realta' non e' uno sfocato, intenso come "fuori fuoco", ma un effetto della sovrapposizione di diverse immagini riprese con diverse proprieta' giusto?

Mi chiedevo infatti come potessero esserci quelle immagini che fanno vedere nelle demo, dato che per definizione la pdc e' data dalla focale e diaframma proprieta' che in una plenottica vengono "peggiorate" data la suddivisione in microlenti.
Commento # 9 di: rigelpd pubblicato il 06 Maggio 2013, 12:18
Confermo. Ovviamente si potrebbe obiettare: perchè sbattersi per avere un sistema del genere quando basta usare una normale fotocamera con un diaframma 3 volte più piccolo e avresti tutto a fuoco? La spiegazione che mi sono dato è questa: quando facciamo una foto, con una normale fotocamera, di un evento irripetibile siamo sempre in mezzo ad una scelta: aumentare il diaframma per avere una foto bella luminosa correndo però il rischio di non avere bene a fuoco l'oggetto che vogliamo inquadrare (che magari si sposta anche velocemente) oppure chiudere il diaframma perdendo luce ma ottenendo una profondità di campo maggiore che ci permette di avere la sicurezza che l'oggetto che vogliamo fotografare verrà a bene fuoco. Entrambe le soluzioni hanno dei pro e dei contro. Con la Lytro invece la foto finale che si ottiene (quella somma delle 9 foto) è quella che otterresti con un diaframma grande (quindi con 9 volte la luce di una foto con diaframma piccolo) ma con la sicurezza di poter avere a fuoco l'oggetto che ti interessa. La Lytro quindi sempre secondo me ha il pregio di permetterti di fare foto a tutta apertura, quindi luminose, senza doverti preoccupare della messa a fuoco. Ovviamente questo sistema risulta vantaggioso in tutte quelle situazioni in cui si vuole fotografare eventi veloci o irripetibili.
Commento # 10 di: calabar pubblicato il 06 Maggio 2013, 13:20
Il difetto peggiore però, al momento, sembra proprio essere quello legato alla definizione della foto.
Per poter ottenere questo effetto nove pixel del sensore valgono per uno, con una drastica riduzione della risoluzione della fotografia.
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