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Plenoptische- / Lichtfeld-Kameras – nächste digitale Revolution

Unschärfe ist trotz blitzschneller AF-Steuerungen, effektiver Bildstabilisation und kürzester Belichtungszeiten nach wie vor der häufigste Grund für misslungene Fotos. Unscharfe Bilder können viele Ursachen haben: Bei Verwacklungsunschärfe wurde die Kamera zu stark während einer zu langen Belichtungszeit bewegt. Bewegungsunschärfe ist die Folge bei Aufnahmen von sich schnell bewegenden Objekten mit zu langer Verschlusszeit. Eine zu geringe Schärfentiefe ergibt sich auch, wenn im Raum gestaffelte Objekte mit großem Abbildungsmaßstab und weit geöffneter Blende fotografiert werden. Die häufigste Ursache aber für unscharf empfundene Fotos ist eine falsche Entfernungseinstellung.

Da das Objektiv abhängig vom gewählten Abbildungsmaßstab, von der Entfernungseinstellung, Brennweite und Blende nur einen begrenzten Raum scharf abbildet, muss per automatischer oder manueller Scharfstellung bestimmt werden, welche Ausdehnung die Schärfe im Bild haben soll. Kein Foto ist wirklich von vorn bis hinten scharf. Mit der Entfernungseinstellung wählt der Fotograf oder die Kamera-Automatik den Bildpunkt beziehungsweise die Ebene, auf denen die maximale Schärfe liegen soll. Den Raum vor und hinter dieser Ebene, der noch als scharf vom Betrachter empfunden wird, die Schärfentiefe, erstreckt sich etwa ein Drittel vor und zwei Drittel hinter dieser Ebene.

Festlegung der Schärfenebene nach der Aufnahme
All diese Schärfekriterien sind bislang vor der Aufnahme abzuwägen, um die gewünschte Bildwirkung zu erzielen. Jetzt hat die Imaging Technik wieder einen großen Sprung nach vorn gemacht. In Zukunft soll es möglich werden, die gewünschte Schärfenebene erst nach der Aufnahme festzulegen. Die Basis dazu liefern sogenannte plenoptische Kameras, die das Lichtfeld eines Motivs vierdimensional statt wie üblich zweidimensional erfassen. Die Lichtfeld-Technik zeichnet nicht nur die Stärke eines Lichtpunktes auf dem Sensor auf, sondern sie erfasst auch die Richtung, aus der ein Lichtstrahl auf den Sensor trifft. Diese Fähigkeit von „plenoptischen“ oder „Lichtfeld“-Kameras ermöglicht es, eine anvisierte Szene mit der höchstmöglichen Schärfentiefe zu erfassen, so dass eine Fokussierung vor der Aufnahme nicht erforderlich ist. Der Fotograf kann im Nachhinein die Lage der maximalen Schärfe und ihre Ausdehnung bestimmen.

Für die Realisierung von Kameras zur Lichtfeld-Erfassung sind neuartige Sensoren mit speziellen Mikrolinsen vor den Pixeln erforderlich. Mithilfe der zusätzlichen Mikrolinsen und entsprechender Software, werden Farbe, Intensität und Richtung der auftreffenden Lichtstrahlen erfasst. Die Lichtfeld-Bilder können schon in der Kamera nachträglich manipuliert und die Lage der Schärfe interaktiv verlagert werden.

Als erstes Unternehmen hat die amerikanische Firma Lytro die Herstellung solcher Kameras für den Consumer-Markt angekündigt. Sie sollen noch in diesem Jahr erhältlich sein. „Mit ihr kann man einen Schnappschuss erst aufzeichnen und danach scharfstellen, um ein perfektes Bild zu erhalten“, beschreibt CEO und Gründer der Firma Lytro, Dr. Reng Ng.

Ergebnisse der neuen Lichtfeld-Kamera
Da der Fokussiervorgang entfällt, gibt es auch keine Auslöseverzögerung durch die automatische Scharfstellung mehr. Es geht also kein Schnappschuss mehr verloren, weil der richtige Augenblick durch eine verzögerte Auslösung verpasst wurde. Die Ergebnisse der neuen Lichtfeld-Kamera von Lytro sind lebendige, interaktiv nutzbare Bilder, die neue Bilderlebnisse ermöglichen. Betrachter können selbst in die Szene eintauchen und durch Verändern des Fokus neue Details entdecken. Das alles soll sich durch einfaches Anklicken bestimmter Bildpunkte und ohne Software Download realisieren lassen. Zudem sollen Lichtfeld-Sensoren in der Lage sein, das gesamte Licht einer Szene zu erfassen und daher auch bei geringer Beleuchtung ohne Einsatz von Blitzlicht bessere Ergebnisse liefern. Mit Lichtfeld-Kameras lassen sich zudem beeindruckende 3D-Bilder erzeugen, die laut Lytro in ihrer Wirkung herkömmliche Stereotypien weit übertreffen, da sie auch eine präzise Steuerung der Perspektive zulassen.

Schon über 100 Jahre setzen sich Forscher mit den Möglichkeiten der Lichtfeld-Fotografie auseinander. Doch erst mit der Digitaltechnik und moderner Software scheint nach Anwendungen im Bereich der Automobiltechnik, in der Materialprüfung und der professionellen 3D-Videotechnik auch im Consumer-Bereich der Durchbruch bevorzustehen. Geplant sind für die nahe Zukunft nicht nur kompakte Digitalkameras sondern auch Kamerahandys oder Smartphones, die diese Technik einsetzen. Inzwischen arbeiten oder forschen viele Unternehmen und Institutionen an der Lichtfeld-Technik. Neben Lytro, die noch in diesem Jahr eine Digitalkamera vorstellen wollen, hat auch das in Mountain View beheimatete Unternehmen Pelican Imaging Corporation Lösungen für Smartphones vorgestellt . Zu den Pionieren auf dem Gebiet professioneller Kameras auf Basis der Lichtfeld-Technik zählt auch die deutsche Raytrix GmbH. Auch Adobe sowie die Stanford University und das MIT (Massachusetts Institute of Technology) engagieren sich für die Weiterentwicklung des vielseitig einsetzbaren Verfahrens, das die Basis für die nächste digitale Revolution in der Fotografie zu liefern verspricht.

Faszination Fototechnik 07 / 2011

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