Представьте фотоаппарат, способный смотреть сквозь толпу; смартфон, фотографирующий не хуже, чем камера с дорогим объективом — эти идеи звучат удивительно, но могут стать реальностью.

Представьте фотоаппарат, способный смотреть сквозь толпу; смартфон, который фотографирует не хуже, чем камера с дорогим объективом; программу, которая позволяет выбрать ракурс уже после того, как сделан снимок.

Эти идеи звучат удивительно, но могут стать реальностью, если разработчикам компьютерной фотографии (КФ) удастся осуществить свой замысел.

В отличие от обычной цифровой фотографии, которая фиксирует простое двумерное изображение, КФ строит картинку на основе значительно большего количества данных.

Она не имитирует работу человеческого глаза, а опирается на возможности программного обеспечения.

Калифорнийская компания Pelican Imaging — один из пионеров этой технологии.

Сейчас стартап разрабатывает инновационную камеру для телефонов. Она содержит 16 линз, каждая из которых связана с сенсором синего, красного или зеленого цвета. Данные из этих сенсоров сводит вместе и обрабатывает специальная микросхема.

«В итоге вы получаете стандартное JPEG-изображения с картой глубины, которая позволяет определить грани всех объектов до последнего волоса», — рассказал BBC исполнительный директор фирмы Кристофер Пикетт.

На основе этой информации специальное приложение, установленное на телефоне, дает вам возможность уже после съемки настроить, на чем будет сфокусирован снимок. К тому же, на одном кадре можно выбрать даже несколько точек фокусировки — неслыханная для обычной камеры вещь.

Например, фотографируя человека на фоне статуи Свободы, вы можете сделать лицо своей модели и монумент четкими, а все остальное размытым.

«Наша фотокамера не фокусируется, а потому в ней нет движущихся деталей. Поэтому первый снимок делается очень быстро, — добавляет Пикетт. — К тому же, вы никогда не промахнетесь с резкостью — изображение всегда будет идеально четким».

Другая компания, Lytro, уже продает пленоптическую камеру с похожими функциями. Но в Pelican считают, что если их разработка будет достаточно компактной, чтобы поместиться в телефон, это будет их большим преимуществом.

Pelican уже получил инвестиции от Nokia, поэтому, наверное, финская компания будет одной из первых, кто интегрирует компьютерную камеру в свои смартфоны. Это может произойти в следующем году.

Сейчас познакомиться с КФ можно на примере HDR-фотографии — снимков с широким диапазоном яркости. Это технология, когда объект фотографируют несколько раз с разной экспозицией, а затем полученные снимки сводят в одно изображение на компьютере. В результате на HDR-фото светлые участки получаются не засвеченными, а темные — не затемненными.

Однако если объект находится в движении, HDR может и не сработать. Пользователи часто жалуются, что движущиеся объекты на заднем плане HDR-фото выглядят так, будто распадаются на куски.

Одно из решений этой проблемы, на которое сделал ставку производитель микросхем Nvidia, — усилить мощность процессора, чтобы сократить интервал между снимками.

Но если появится альтернативная технология, где надо делать только одно фото — будущее, наверное, будет за ней.

«Представьте себе сенсор с пикселями, которые имеют разную чувствительность, — объясняет профессор Шри Наяр, председатель Лаборатории компьютерного видения Колумбийского университета. — Некоторые лучше воспринимают тускло освещенные объекты, некоторые — ярко освещенные. Для декодирования полученных изображений нужно применить определенные алгоритмы , но таким образом можно получить картинку с широчайшим диапазоном яркости и цвета — значительно больше, чем может воспринять человеческий глаз».

Если нынешняя технология HDR выйдет из моды, для серийной съемки в паре с компьютерной обработкой найдутся и другие применения.

В прошлом году американские исследователи продемонстрировали интересный прием: махая компактной камерой вокруг объекта, фотограф сделал несколько сотен его фотографий.

Далее на основе этих снимков компьютер создал карту светового поля, что позволило фотографу увидеть объект с разных сторон и выбрать нужный ракурс уже после съемки.

Еще один метод — компьютерная обработка двух фото, сделанных со вспышкой и без с минимальным интервалом.

«С их помощью можно увидеть, где лежат тени», — объясняет доктор Мартин Тернер, эксперт по компьютерному видению из Манчестерского университета.

Microsoft уже запатентовала эту идею. В компании утверждают, что это ноу-хау позволит улучшить цветной баланс фотографий, избавиться от эффекта красных глаз и резких теней, образующихся от вспышки.

В итоге вы получите фото, которое кажется умеренно освещенным, на котором хорошо видны все детали и нет «шума».

С вычислительной фотографией много экспериментируют в Стэнфордском университете: например, здесь придумали способ «видеть» сквозь деревья или толпы.

Поставив десятки камер в разных местах и обработав полученные данные, исследователи добились максимального размывания объектов, заслоняющих нужный. Эти лишние объекты становятся как бы прозрачными.

Разработчики говорят, что эту технологию можно использовать, в том числе, в системах наблюдения.

«Чтобы создать этот комплекс камер, им понадобилось 2 миллиона долларов, а чтобы управлять им — команда аспирантов, — говорит профессор Джек Тамблин, эксперт по компьютерной фотографии Северо-Западного университета, неподалеку от Чикаго. — Это прекрасная лабораторная разработка, но не слишком практичная».

Профессор Тамблин сейчас работает над бюджетной версии этой системы, для которой достаточно одной камеры.

Он верит, что если сделать много снимков с разных позиций, зафиксировав точное расположение камеры на момент каждого снимка, то компьютер сможет удалить с конечной фотографии нежелательные объекты. Проблема лишь в том, что, чтобы эта технология сработала, объект не должен двигаться.

Наверное, наибольший потенциал компьютерной фотографии — не в зрелищных эффектах, а в том, чтобы довести до совершенства обычные двумерные изображения.

Одно из направлений исследований в этой сфере — это проблема, как создать высококачественное изображение без помощи профессионального объектива с несколькими линзами.

Идея заключается в том, чтобы перестать бороться с недостатками изображения, попадающего на датчик, а вместо этого — проанализировать, что это за недостатки и как их исправить с помощью программного обеспечения.

Еще один метод — сделать серию быстрых снимков, каждый раз смещая датчик на полпикселя, и на основе полученной информации создать изображение «с супер-разрешением».

Компания Hasselbad уже использует эту технологию в одной из своих камер премиум-класса: ее 50-мегапиксельный сенсор позволяет получить 200-мегапиксельные фото.

Кроме того, некоторые считают, что проблему дрожащих рук можно решить, создав гибридное устройство, которое одновременно снимает обычное фото и высокоскоростное видео.

«Цель этой технологии — точно измерить, как была размыта фотография, — объясняет профессор Тамблин. — Если видео фокусируется на каком-то ярком пятне, с помощью этого можно проследить траекторию движения камеры. Следовательно можно будет исправить размытость, которая появилась из-за того , что у вас задрожали руки».