Fernando Pérez Nava, Universidad de La Laguna

CAFADIS y las cámaras plenópticas

Mi imagen plenóptica

Desde 2007 he trabajado en la construcción de la cámara CAFADIS. Soy el autor del método que permite que la cámara capture la información 3D y de la técnica de super-resolución que multiplica por 50 la definición de una cámara 3D standard.

La cámara CAFADIS es una cámara plenóptica. Una cámara plenóptica contiene una lámina de lentes microscópicas dentro de una cámara normal. El primer diseño de una cámara plenóptica se debe a G. Lippmann en 1908 [1]. La forma actual de la cámara plenóptica se debe a Adelson y Wang (1992) [2]. En 2005 Ren Ng desarrolló un trabajo fundamental que obtuvo el premio ACM a la mejor tesis en Informática. En este trabajo se propuso una cámara plenóptica portatil [3]. La cámara CAFADIS así como las desarrolladas en otras Universidades comparten el diseño óptico de Ren Ng. El precio de venta de las cámaras plenópticas es todavía muy elevado (los modelos comerciales más simples pueden adquirirse por unos 6000 euros).

Las cámaras plenópticas y el 3D.
La primera técnica para obtener información 3D con una cámara plenóptica fue debida a Adelson y Wang [2] (1992).
En 2008 desarrollé [4] el primer método para obtener información 3D utilizando la capacidad de reenfocado de una cámara plenóptica (video).
La cámara plenóptica [5] ocupa el tercer puesto en cuanto a precisión de las técnicas de recuperación de distancias 3D.

Las cámaras plenopticas y la super-resolución
Uno de los principales problemas de las cámaras plenópticas es su baja definición espacial y en profundidad 3D.
En 2009 [6] propuse un método para multiplicar 200 veces la definición en profundidad 3D de una cámara plenóptica.
En 2009 [7] propuse la primera técnica para multiplicar 25 veces la definición espacial de una cámara plenóptica y calcular la información 3D. Es el primer método en hacerlo en tiempo real.
En 2010 [8] propuse la primera técnica para multiplicar 49 veces la definición espacial de una cámara plenóptica y calcular la información 3D.

Beneficios de las cámaras plenópticas
El principal beneficio de las cámaras plenópticas es su portabilidad y sencillez de diseño. Su uso es similar al de una cámara convencional

Problemas abiertos en el campo plenóptico
Hay un conjunto de problemas que son actualmente objeto de investigación:
El problema de la apertura: Las cámaras plenópticas tienen dificultades para obtener profundidad 3D con precisión cuando las distancias abarcan varios metros.
El problema del estéreo: Los métodos 3D tienen dificultades donde no hay detalle: (el cielo, paredes de interiores, zonas con poca iluminación) además de con objetos transparentes o especulares.
El problema de la definición. Es dificil obtener alta definición espacial y 3D simultáneamente en tiempo real.

Referencias
[1] G. Lippmann. Epreuves reversibles donnant la sensation du relief. Journal of Physics, 7(4):821–825, 1908.
[2] T. Adelson and J. Wang. Single lens stereo with a plenoptic camera. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, pages 99–106, 1992.
[3] R. Ng, M. Levoy, M. Bredif, G. Duval, M. Horowitz, et al. Light field photography with a hand-held plenoptic camera.Computer Science Technical Report CSTR, Jan 2005.
[4] Fernando Pérez Nava, J.G. Marichal-Hernández, J.M. Rodríguez-Ramos, The discrete focal stack transform, Proc. of the EUSIPCO, 2008.
[5] A. Levin, W. T. Freeman, F. Durand. Understanding camera trade-offs through a Bayesian analysis of light field projections. Proc. of the European Conference on Computer Vision (ECCV), Marseille, France, Oct 2008.
[6] Fernando Pérez Nava, J. Philip Lüke, An O(n²logn) per plane fast discrete focal stack transform, Optical 3D Measurement Techniques, 2009.
[7] Fernando Pérez Nava, J. Philip Lüke, Simultaneous estimation of super-resolved depth and all-in-focus images from a plenoptic camera, Proc. of the 3DTV Conference, 2009
[8] Fernando Pérez Nava, Super-resolution in plenoptic cameras by the integration of depth from focus and stereo. IEEE MCC Conference 2010.