Apilamiento de enfoque


El apilamiento de enfoque (también conocido como combinación de plano focal y apilamiento en Z [1] o combinación de enfoque ) es una técnica de procesamiento de imágenes digitales que combina múltiples imágenes tomadas a diferentes distancias de enfoque para dar una imagen resultante con una mayor profundidad de campo (DOF) que cualquiera de las imágenes de origen individuales. [2] [3] El apilamiento de enfoque se puede utilizar en cualquier situación en la que las imágenes individuales tengan una profundidad de campo muy reducida; La fotografía macro y la microscopía óptica son dos ejemplos típicos. El apilamiento de enfoque también puede resultar útil en la fotografía de paisajes .

Serie de imágenes que muestran un soporte de enfoque de seis imágenes de una mosca Tachinid . Las primeras dos imágenes ilustran el DOF típico de una sola imagen af ​​/ 10, mientras que la tercera imagen es la composición de seis imágenes.
Apilamiento de enfoque (para mayor profundidad de campo) en microscopía de luz de campo brillante . Este ejemplo es de una diatomea microfossil en tierra de diatomeas . Arriba a la izquierda están las tres imágenes de origen capturadas a tres distancias de enfoque diferentes. Arriba a la derecha están las tres máscaras utilizadas para obtener las contribuciones de sus respectivas imágenes a la imagen final de "enfoque apilado" (el negro no es una contribución, el blanco es una contribución total). Abajo está la imagen final de "enfoque apilado".

El apilamiento de enfoque ofrece flexibilidad: dado que es una técnica computacional, se pueden generar imágenes con varias profundidades de campo diferentes en el posprocesamiento y compararlas para obtener el mejor mérito artístico o claridad científica. El apilamiento de enfoque también permite la generación de imágenes físicamente imposibles con un equipo de imágenes normal; se pueden generar imágenes con regiones de enfoque no planas. Las técnicas alternativas para generar imágenes con una profundidad de campo aumentada o flexible incluyen la codificación de frente de onda y las cámaras de campo de luz .

El punto de partida para el apilamiento del enfoque es una serie de imágenes capturadas a diferentes distancias de enfoque; en cada imagen se enfocarán diferentes áreas de la muestra. Si bien ninguna de estas imágenes tiene la muestra completamente enfocada, colectivamente contienen todos los datos necesarios para generar una imagen que tiene todas las partes de la muestra enfocadas. Las regiones enfocadas de cada imagen pueden detectarse automáticamente, por ejemplo, mediante detección de bordes o análisis de Fourier , o seleccionarse manualmente. Luego, los parches enfocados se combinan para generar la imagen final.

Este procesamiento también se denomina apilamiento en z, fusión de plano focal (o zedificación en francés). [4] [5]

Ejemplo de video de cómo se aplica el apilamiento de enfoque a las imágenes

En fotografía

Obtener la profundidad de campo suficiente puede ser particularmente difícil en la fotografía macro , porque la profundidad de campo es menor (menos profunda) para los objetos más cercanos a la cámara, por lo que si un objeto pequeño llena el encuadre, a menudo está tan cerca que no se puede enfocar toda su profundidad. En seguida. La profundidad de campo normalmente se incrementa al detener la apertura (usando un número f más grande ), pero más allá de cierto punto, detenerse causa desenfoque debido a la difracción , lo que contrarresta el beneficio de estar enfocado. También reduce la luminosidad de la imagen. El apilamiento de enfoque permite aumentar de manera efectiva la profundidad de campo de las imágenes tomadas con la apertura más nítida. Las imágenes de la derecha ilustran el aumento de DOF que se puede lograr al combinar múltiples exposiciones.

Imagen apilada del primer orificio de muestreo del Curiosity Rovers en Mount Sharp . El agujero tiene 1,6 centímetros (0,63 pulgadas) de ancho y 6,7 centímetros (2,6 pulgadas) de profundidad.

La misión Mars Science Laboratory tiene un dispositivo llamado Mars Hand Lens Imager (MAHLI), que puede tomar fotos que luego se pueden apilar. [6]

En microscopía

En microscopía, las aperturas numéricas altas son deseables para capturar la mayor cantidad de luz posible de una muestra pequeña. Una apertura numérica alta (equivalente a un número f bajo) proporciona una profundidad de campo muy reducida. Los objetivos de mayor aumento generalmente tienen una profundidad de campo menor; un objetivo de 100 × con una apertura numérica de alrededor de 1,4 tiene una profundidad de campo de aproximadamente 1 μm . Al observar una muestra directamente, las limitaciones de la poca profundidad de campo son fáciles de eludir al enfocar hacia arriba y hacia abajo a través de la muestra; Para presentar de forma eficaz los datos de microscopía de una estructura 3D compleja en 2D, el apilamiento de enfoque es una técnica muy útil.

La microscopía electrónica de transmisión de barrido de resolución atómica encuentra dificultades similares, donde las características de la muestra son mucho más grandes que la profundidad de campo. Al tomar una serie a través de focales , la profundidad de enfoque se puede reconstruir para crear una sola imagen completamente enfocada. [7]

Fotos

  • Molinillo de pimienta, pila de 28 marcos

  • Imagen apilada de cables eléctricos de 3 × 2,5 mm

  • Cabezal de afeitado, pila de 36 marcos, retocado

  • Macrolepiota procera , pila de 15 cuadros

  • Imagen apilada de la cresta interior de una flor de orquídea

  • Imagen apilada de dos Arecaceae vistos a través de un agujero en el tronco de un árbol

  • Pellet, pila de 32 marcos

  • Alluaudia comosa , pila de 10 marcos

  • Moho en Litchi chinensis , pila de 20 marcos

  • Calavera, pila de 6 cuadros

Videos

  • "> Reproducir medios

Diagramas

  • El software crea a partir de las áreas más nítidas en una pila de secciones.

  • Método Brenizer
  • Enfoque profundo
  • Fotografía Epsilon
  • Horquillado de enfoque
  • Lente Frazier
  • Imágenes de alto rango dinámico (HDR)
  • Costura de imagen
  • Fusión de imágenes
  • Microscopía # Deconvolución
  • Shift-and-add para apilar astrofotos

  1. ^ "Malin Space Science Systems - Mars Science Laboratory (MSL) Mars Hand Lens Imager (MAHLI) Instrumento Descripción" . Msss.com . Consultado el 10 de diciembre de 2012 .
  2. ^ Johnson, Dave (2008). Cómo hacer todo: cámara digital (5ª ed.). McGraw-Hill Osborne Media. pag. 336 . ISBN 978-0-07-149580-6. Hay una serie de programas que le permiten obtener el equivalente a una profundidad de campo infinita en sus fotos, con un enfoque nítido desde el primer plano hasta la parte trasera. ¿Cómo es esto posible? Tomando varias fotos de la misma escena y apilándolas luego en una composición que presenta solo los fragmentos más nítidos de cada imagen. Uno de los mejores es Helicon Focus.
  3. ^ Ray 2002, 231-232
  4. ^ "Afficher le sujet - Proposition d'un terme français pour" focus stacking "• Le Naturaliste" . Lenaturaliste.net (en francés) . Consultado el 5 de octubre de 2012 .
  5. ^ "Malin Space Science Systems - Mars Science Laboratory (MSL) Mars Hand Lens Imager (MAHLI) Instrumento Descripción" . Msss.com . Consultado el 5 de octubre de 2012 .
  6. ^ "Rincón de ciencia MSL: generador de imágenes de lente de mano de Marte (MAHLI)" . MSL-SciCorner.JPL.NASA.gov . Archivado desde el original el 20 de marzo de 2009 . Consultado el 5 de octubre de 2012 .
  7. ^ Hovden, Robert; Xin, Huolin L .; Muller, David A. (2010). "Profundidad de campo ampliada para microscopía electrónica de transmisión de barrido de alta resolución". Microscopía y Microanálisis . 17 (1): 75–80. arXiv : 1010.4500 . Código bibliográfico : 2011MiMic..17 ... 75H . doi : 10.1017 / S1431927610094171 . PMID  21122192 .
  8. ^ "Focus Stacking Made Easy con Photoshop" . photo.tutsplus.com . Consultado el 1 de julio de 2013 .
  9. ^ "Guía del usuario de Avizo, módulo" Proyección de pila de imágenes " " . 2018-03-30.
  10. ^ "Focus stacking online - aplicación gratuita de focus stacking online" . FocusStackingOnline.com . Consultado el 2 de agosto de 2020 .
  11. ^ "GUI para combinar fotos para obtener un DOF o HDR más profundo" . SourceForge.net . Consultado el 19 de octubre de 2017 .
  • Ray, Sidney. 2002. Óptica fotográfica aplicada . 3ª ed. Oxford: Focal Press. ISBN  0-240-51540-4 .

  • ¿Qué cámaras tienen apilamiento de enfoque integrado? , Noviembre de 2019.
  • Medios relacionados con el apilamiento de Focus en Wikimedia Commons