Kaip gaunamas fokusuotas vaizdas

Pažiūrėjus į spindulius, kuriuos braižiau pasakodamas kaip išvesti Gauso geometrinės optikos formulę lęšiui, turėtų būti kaip ir aiškus fokusavimo mechanizmas: yra objektas, nuo jo sklindantys spinduliai susirenka į tam tikrą tašką už lęšio - tai ir yra mūsų fokuso taškas. Vadinasi, priklausomai nuo to, kokiu atstumu už lęšio padėsime sensorių, jame (sensoriuje) bus fiksuojami tie taškai kurie yra Gauso formulę atitinkančiu atstumu priešais objektyvą. Panašiai ir pasiekiamas fokusuotas vaizdas fotoaparate: objektyvo lęšių sistema fokusuojant vaizdą pastumdoma taip, kad atsidurtų arčiau arba toliau nuo sensoriaus - ten kur reikia, jog spinduliai nuo objekto į kurį fokusuojame susirinktų sensoriaus plokštumoje. Atkreipkime dėmesį: fokusuojant keičiasi tik atstumas tarp lęšių ir sensoriaus, bet fokalinis lęšių atstumas f nesikeičia - tai pagrindinis fokusavimo mechanizmo skirtumas nuo taip vadinamojo zoom'inimo, kai keičiamas lęšių sistemos fokalinis atstumas f. Kol kas viskas aišku ir paprasta, tiesa?

Priklausomai nuo to kokiu atstumu l_s yra sensorius nuo lęšio, jame bus raiškiai fokusuojamas atitinkamu l_o atstumu esantis objektas

Ir aš taip galvojau iki perskaičiau knygą apie fokusavimo subtilybes. Bestudijuodamas knygą pirmą kart užstrigau ties fokusavimu begalybėje. Na taip, begalybės simbolį ant objektyvo matyt matė visi. O ką tai reiškia praktiškai? Kažkaip pasidarė neaišku - taigi lygiagrečiai iš begalybės ateinantys spinduliai fokusuojami židinyje, viename taške. Juk ne kartą vaikystėje tą darėm su padidinamuoju stiklu - nukreipi į Saulę, sufokusuoji į tašką židinio plokštumoje ir... pasvilini gerai, o tai žiūrėk ir uždegi. Apie jokį platesnį vaizdo formavimą ten net šnekos nebuvo - vienas karštas taškas ir viskas. Tačiau fotoaparatai fokusuoja begalybėje, sensoriai nedega ir dar vaizdus iš masės taškų išgimdo. Taigi, kur čia šuo pakastas?

Visaip sukau galvą ir ne iškart supratau, kad viskas yra sąlyginai paprasta. Pabandykim įjungti fantaziją ir įsivaizduoti, kad mūsų Saulės sistemoje dega ne viena, o dvi viena šalia kitos besisukančios maždaug vienodo dydžio "saulės". Ir, kad jos matomos danguje kaip du sąlyginai arti vienas nuo kito esantys dangaus kūnai. Na net jeigu tai ir skamba kaip nonsensas astrofizikos prasme turėtų visai gražiai atrodyti. Štai šioje hipotetinėje situacijoje yra įdomus toks klausimas: kiek ugnies židinių galėtų sukelti šioje situacijoje vienas vienintelis lęšis? Atsakymas trivialus: taigi tiek pat, kiek ir yra saulių - du. Būtų trys saulės - gautume tris ugnies židinius. Ir t.t.

Čia ir matosi fokusavimo begalybėje esmė - skirtingu kampu į lęšį krintantys lygiagretūs šviesos spinduliai fokusuojami skirtinguose taškuose fokalinėje plokštumoje. Tas atsitinka net ir fokusuojant vienos saulės spindulius į plokštumą: fokusuojamas visas dangaus skliautas, tačiau jame nėra kitų ryškių objektų, todėl iš esmės matom tik ryškiausią saulės spindulių sufokusuotą tašką. Taip susidaro iliuzija, kad tai ir yra vienintelis fokusavimo rezultatas.

Kaip gaunamas fokusuotas vaizdas atrodo kaip ir aišku. Tačiau, gerai pagalvojus, liko neatsakytas dar ne vienas klausimas: kas atsitinka su ta nuo objekto atsklidusia šviesa, kuri nebūna sufokusuota? Ir apskritai, kaip atsitinka, kad vienu atveju tas pats vaizdas yra už lęšio matomas ir suvokiamas kaip sufokusuotas, o kitu atveju, kai sensorius pastumtas į kitą poziciją, - kaip nesufokusuotas? Pa'google'inus pasimatė gan įdomus šio klausimo aspektas: pasirodo, jeigu fokusuotą vaizdą perteikiantys algoritmai yra pakankamai aiškūs, tai vadinamojo bokeh simuliavimas yra ganėtinai netrivialus reikalas, norint perteikti fotorealistinį vaizdo išplaukimą. Bet argi galima sakyt, kad perpratai kaip gimsta fokusuotas vaizdas, jeigu nežinai, kaip atsiranda išplaukęs? Taip palengva, klausimas po klausimo, bebandant įsigilinti į fokusavimo subtilybes, ir buvo suvartotas visas mano šio rudens laisvalaikis.

Na bet ne viskas iš karto - kitame įraše mūsų laukia keletas gal ir nuobodžių, bet labai reikalingų sąvokų.