Onderzoekers van de Universiteit van Tel Aviv hebben een computationeel fotografieproces ontwikkeld op basis van een optisch element dat bewegingsinformatie codeert en een bijbehorend digitaal beeldverwerkingsalgoritme, waardoor heldere, scherpe fotografie van bewegende objecten mogelijk is zonder bewegingsonscherpte, dat wil zeggen dat wordt voorkomen dat de beweging wordt ‘uitgesmeerd’ over de afbeelding.
Deze geïntegreerde verwerkingsmethode werd ontwikkeld door PhD-student Shay Elmalem van de School of Electrical Engineering in de Iby en Aladar Fleischman Faculteit Ingenieurswetenschappen, onder de gezamenlijke begeleiding van Prof. Emanuel Marom en Dr. Raja Giryes. De resultaten van het onderzoek zijn gepubliceerd in het prestigieuze Optica Journal (door OSA Publishing).
De term ‘lange belichtingstijd’ verwijst altijd naar de snelheid van het gefotografeerde object “, legt Shay Elmalem uit.
“Als je een racewagen fotografeert, kan zelfs een belichtingstijd van een tiende van een seconde te lang zijn, en als je een persoon die loopt fotografeert, kan lange blootstelling een seconde of langer duren. Volgens de conventionele camera-ontwerpbenadering is de lens ontworpen om het best mogelijke beeld te produceren, d.w.z. het meest gelijkend op wat het menselijk oog ziet, en daarna worden digitale beeldverwerkingsalgoritmen toegepast om de optische vervormingen te verwijderen. Maar zoals iedereen met een camera in zijn telefoon weet, is dit niet altijd effectief; daarom is het nog steeds erg moeilijk om bewegende objecten te fotograferen”, zegt Shay.
Door een geïntegreerd ontwerp van de optische componenten en algoritmen voor de nabewerking van afbeeldingen hebben Elmalem en zijn collega’s aanwijzingen voor bewegingsinformatie gecodeerd in het ruwe optische beeld; deze signalen worden op hun beurt gedecodeerd door het beeldverwerkingsalgoritme dat ze gebruikt voor bewegingsdeblurring.
De signalen zijn gecodeerd met behulp van twee optische componenten die in een conventionele lens zijn geïntegreerd: een door de onderzoekers ontwikkelde heldere faseplaat en een commerciële elektronische focusseerlens. De faseplaat bevat een micro-optische structuur die is ontworpen om een kleurfocusafhankelijkheid te introduceren, terwijl de focusseerlens gesynchroniseerd is om een geleidelijke focusverandering te maken tijdens de beeldbelichting.
Als gevolg hiervan worden bewegende objecten gekleurd met verschillende kleuren terwijl ze bewegen. Door de kleuren te coderen, kan het algoritme de richting en snelheid van de beweging van het object decoderen, waardoor het bewegingsonscherpte kan corrigeren en de beeldscherpte kan herstellen.
“In elke fractie van een seconde van belichting, genereert onze lens een iets ander beeld”, legt Elmalem uit, “dus de vervaging van een bewegend object zal niet uniform zijn, maar eerder geleidelijk veranderen met zijn beweging.
Om te begrijpen waar en hoe snel het object in de afbeelding gaat, gebruiken we kleur. Zo wordt bijvoorbeeld een witte bal die plotseling in het frame wordt gegooid, wordt gekleurd met verschillende kleuren in de loop van zijn beweging, zoals licht door een prisma laat vallen. Volgens deze kleuren weet ons algoritme waar de bal vandaan is gegooid en met welke snelheid.
Het zal dus weten hoe om de onscherpte te corrigeren. Met een gewone camera zouden we een wit kielzog zien dat de scherpte van de hele foto in gevaar zou brengen, terwijl bij onze camera het uiteindelijke beeld een duidelijk gefocuste witte bal zal zijn. “
Volgens Elmalem kan de door hen ontwikkelde computationele beeldtechniek elke camera verbeteren – en dat tegen minimale kosten. “Het potentieel is erg breed: van basistoepassingen zoals smartphonecamera’s tot onderzoek, medische en industriële toepassingen zoals voor productielijncontrollers, microscopen en telescopen. Ze hebben allemaal hetzelfde smeerprobleem en wij bieden er een systemische oplossing voor.”
Ramot, de Technology Transfer Company van de Universiteit van Tel-Aviv, heeft verschillende octrooiaanvragen ingediend voor deze baanbrekende technologie, die grote belangstelling wekt bij spelers uit de industrie.
Prof. Marom is tijdens de studie overleden en het artikel is in zijn in memoriam gepubliceerd.
Wijlen prof. Marom was een van de oprichters van de Faculteit Ingenieurswetenschappen van de Universiteit van Tel Aviv, was decaan in 1980-1983 en vice-president van de Universiteit van Tel Aviv in 1992-1997. Na zijn pensionering bleef prof. Marom actief onderzoek doen en afgestudeerde studenten adviseren, tot zijn allerlaatste dag.
Ontvang gratis onze nieuwsbrieven!
