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Alles zur Lichtfeldkamera.

Wie funktioniert ein Lichtfeld?

Was ist ein Lichtfeld und wie funktioniert die Lichtfeldkamera genau?

Grundsätzlich ist die der Lichtfeldkamera zugrunde liegende Technologie keine vollkommen neue Erfindung, allerdings war sie in den vergangenen 15 Jahren ausschließlich sehr teuren Kameramodellen und somit professionellen Anwendern vorbehalten. Das Konzept aber, auf welchem auch die in Kürze im Handel erscheinenden Lichtfeldgeräte fußen, existiert bereits seit einigen Jahren.

Erst die enorme Entwicklung der Rechenleistungen von Kameras ermöglicht es nun, dieses theoretische Konzept tatsächlich in der Praxis umzusetzen. Viele Fotografen hegen bereits seit vielen Jahren den großen Traum, ein Foto machen zu können und sich erst danach zu entscheiden, auf welches Motiv die Aufnahme fokussiert werden soll. Genau diesen Traum sollen die neuen Lichtfeldkameras nun in die Realität umsetzen. Die Idee, welche hinter der in der Lichtfeldkamera zum Einsatz kommenden Technologie steckt, besteht darin, mit der Hilfe einer speziellen Konstruktion aus Objektiv und Sensor möglichst viele Lichtstrahlen einzufangen. Um dies umzusetzen, kommt ein aus einer großen Zahl von Mikro-Linsen bestehendes Objektiv zum Einsatz. So sind die in der Lichtfeldkamera verwendeten Mikro-Linsen dazu in der Lage, deutlich mehr Licht einzufangen als klassische Kameralinsen.

 

Im folgenden Video können Sie sich einen ersten Eindruck der Funktionsweise der neuen Lichtfeldkameras verschaffen:

 

Die Wissenschaft der Lichtfelder

Das Verfahren, auf dem die Lichtfeldkameras fußen, basiert auf der Wissenschaft der Lichtfelder, ein Gebiet auf dem sich Wissenschaftler bereits seit etwa einem Jahrhundert betätigen. Zum ersten Mal vorgestellt wurde das Konzept, welches im Prinzip auch hinter den heutigen Lichtfeldgeräten steckt, bereits zu Beginn des 20. Jahrhunderts von dem französischen Physiker und späteren Nobelpreisträger Gabriel Lippmann. Im letzten Jahrzehnt des vergangenen Jahrhunderts gelang es dann, auf der Grundlage dieser Technik auch wirklich die ersten Bilder aufzunehmen. Zu diesem Zeitpunkt waren für Experimente mit dem Lichtfeldverfahren, bei denen das gesamte Lichtfeld innerhalb eines Raums eingefangen werden sollte, noch etwa 100 Kameras notwendig, zusätzlich benötigte man mehrere Hochleistungsrechner, um die aufgenommenen Daten zu verarbeiten. Aufgrund dieses immensen Aufwands, der für Aufnahmen mit der Lichtfeldtechnologie nötig war, stieß der von Lippmann vorgestellte und im Laufe der Zeit von verschiedenen Wissenschaftlern weiterentwickelte Ansatz bis vor wenigen Jahren auf wenig Begeisterung.

 

Was steckt hinter dem Begriff “Lichtfeld”?

Eine Lichtfeldkamera kommt ohne einen Scharfsteller aus, da aufgrund ihres eingebauten Sensors nicht nur ein zweidimensionales Bild, sondern ein ganzes Lichtfeld eingefangen wird. Dieses wird dabei als die Summe des Lichts, welches innerhalb eines bestimmten Raums enthalten ist, definiert. Ein Lichtfeld beinhaltet per Definition also alle Lichtstrahlen innerhalb eines dreidimensionalen Raumes in jede Richtung sowie an jedem Punkt. Das mit einer entsprechenden Kamera aufgenommene Lichtfeld enthält eine derart große Zahl an Informationen, dass ohne Probleme zwischen einem dreidimensionalen und einem zweidimensionalen Bild gewechselt und dabei auch problemlos die Schärfentiefe verändert werden kann.

 

Aufbau einer Lichtfeldkamera

Lichtfeldkameras unterscheiden sich vor allem in ihrem Aufbau von allen bisher auf dem Markt erhältlichen Geräten. Jede Lichtfeldkamera verfügt über einen Bildsensor, welcher sich hinter einem speziellen Linsengitter befindet. Dank der zahlreichen Linsen fallen nicht einzelne Lichtpunkte auf den Sensor, vielmehr wird jeder Lichtpunkt zu einem Kreis erweitert. Die zwischen dem Objektiv sowie dem Sensor angeordneten Mikrolinsen tragen dafür Sorge, dass nicht bloß die Menge des einfallenden Lichts, sondern dazu auch dessen Ausbreitungsrichtung erfasst werden kann. Aus diesen Informationen lassen sich dann wiederrum virtuelle Schärfeebenen berechnen, die es schließlich ermöglichen, nach der Aufnahme eines Bildes noch entscheidende Modifikationen an diesem vorzunehmen. Die ebenfalls durch den Einsatz dieser Technologie realisierte Möglichkeit, Fotos im Nachhinein umzufokussieren, gilt als Meilenstein in der modernen Fotografie. Wenn sie eine Lichtfeldkamera einsetzen, so müssen sich Fotografen keine größeren Gedanken mehr darüber machen, ob der Fokus zum Zeitpunkt der Aufnahme wirklich optimal eingestellt ist. Die Möglichkeit, erst den Auslöser zu betätigen und sich später zu entscheiden, welchen Bereich der Aufnahme man scharf stellen möchte, eröffnet den Anwendern vollkommen neue Möglichkeiten.

 

Die Vorteile des Einsatzes der Lichtfeldtechnologie

Der größte Vorteil, den eine Lichtfeldkamera bietet, besteht in der Möglichkeit, mit dieser “living pictures” aufzunehmen, bei denen sich der Fokuspunkt nachträglich verändern lässt. Dank der neuartigen Technologie im Innenleben der Lichtfeldkamera wird dem Benutzer die Chance gegeben, jedes einmal aufgenommene Foto beliebig scharfzustellen. Der Fotograf muss bei Aufnahmen mit einer Lichtfeldkamera nicht mehr eine bestimmte Schärfeebene wählen, da sich diese bei der Bearbeitung der aufgenommenen Bilder im Nachhinein verändern lässt. Mit der Lichtfeldtechnologie sollen sämtliche Schärfeprobleme, die viele Hobby-Fotografen bisweilen in den Wahnsinn treiben, an der Vergangenheit angehören. Der Fokus entfällt bei Aufnahmen komplett, diesen kann der Anwender später per Software festlegen und immer wieder verändern. Dadurch haben Fotografen, die mit einer Lichtfeldkamera arbeiten, natürlich auch die Möglichkeit, in kürzerer Zeit mehr Bilder aufzunehmen. Ein weiterer großer Vorteil, der angesichts des revolutionären Fortschritts durch die Möglichkeit, den Fokus im Nachhinein beliebig zu verändern, häufig eher vernachlässigt wird. Schließlich zeichnen sich Lichtfeldkameras neben den zuvor genannten großen Stärken durch einen weiteren positiven Effekt aus, nämlich ihre hohe Lichtempfindlichkeit. Da Geräte, welche auf der Basis der Lichtfeldtechnologie arbeiten, das gesamte Licht eines Bildes nutzen, kommen sie mit entsprechend wenig Licht aus und erzielen auch bei eher schlechten Verhältnissen noch extrem gute Ergebnisse. Dank ihrer von Natur aus hohen Lichtempfindlichkeit benötigen Lichtfeldkameras keinen Blitz.

 

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