Пленоптическая камера в максимально упрощённом виде представляет собой двумерный массив щелей-отверстий, линз или призм, то есть, своеобразную решётку, через которую лучи света попадают на плёнку или матрицу. В результате появляется возможность рассчитать координаты снимаемых объектов в пространстве, что даёт множество любопытных и не всегда очевидных возможностей.
Считается, что исторически первые опыты с пленоптическими камерами и «интегральной фотографией» в конце XIX века проводил французский физик Габриэль Липпман, получивший в 1908 году Нобелевскую премию за методику получения цветной фотографии на основе явления интерференции. Именно он предложил использовать для захвата всего объёма лучей массив линз.
С пленоптическими камерами активно экспериментировал и американский изобретатель Фредерик Айвс, создатель оригинальной технологии цветного фото Kromskop. В 1903 году он запатентовал первую в мире автостереоскопическую систему «параллаксной стереограммы», в которой массив щелей — «параллаксный барьер» — формировал объёмное изображение на плоском экране. Такие экраны, не требующие для просмотра очков, сегодня применяются, например, в игровой приставке Nintendo 3DS. Сын изобретателя физик Герберт Айвс усовершенствовал эту технологию и сделал её намного дешевле в использовании по сравнению с первоначальным вариантом — в результате она в своё время широко использовалась на рекламных щитах, открытках и карманных календариках.
Существенный вклад в создание теории пленоптических камер внесли и российкие учёные. В частности, в 1911 году в «Журнале Общества любителей естествознания» появилась статья «Автостереоскопия и интегральная фотография по пр.Липману» за подписью П.П. Соколова. В этой работе впервые появилось точное математическое описание того, что мы сегодня называем «пленоптическим пинхолом». Соколов отмечает, что «с практической точки зрения (…) никакой снимок, полученный обыкновенным способом с одним объективом, не может дать такое ясное понятие о форме и размерах снятого предмета, как снимок стереоскопический. Кроме того, все мелкие подробности, ускользающие от внимания в обыкновенном снимке, выступают рельефно и не могут быть незамеченными при стереоскопическом способе» (Цитата по публикации Екатерины Аврамовой).
Чтобы проиллюстрировать своё исследование, Соколов изготовил фибровую пленоптическую решётку с 1200 коническими отверстиями и экспонировал через неё изображение на фотографическую пластинку. После проявки пластинка подсвечивалась, лучи вновь проходили через решётку и на выходе формировалась объёмная картинка: «Приближаясь из бесконечной дали к нашему сильно освещённому сзади негативу (…), мы будем находиться в пространстве лучей, исходящих из негатива и пересекающихся в тех точках этого пространства, где по отношению к негативу наодились ранее светящиеся точки. Следовательно, находясь перед этими точками пересечения лучей, мы увидим их перед собой в пространстве».
В семидесятые годы множество исследований в области автостереоскопии, световых полей и «интегральной фотографии» проводил советский учёный Ю.А. Дудников.
Одним из ведущих современных исследователей пленоптики считается главный инженер Qualcomm, участник разработки Adobe Photoshop, Тодор Георгиев, на сайте которого интересующиеся могут найти массу ссылок, касающихся этой технологии.
Многолетняя отработка теории уже подготовила почву для массового коммерческого использования пленоптической фотографии и видео, но сначала поговорим о том, какие практические преимущества даст их использование.
Фотоснимок, полученный при помощи пленоптической камеры, содержит в себе сведения о координатах объектов в трёхмерном пространстве, а это означает, что он позволяет построить объёмную 3D-модель таких объектов. Вероятно, этих данных будет мало для «распечатки» модели на 3D-принтере, но вполне достаточно, например, для создания 3D-портрета. Очевидно, что такая технология очень пригодится в охранных системах, поскольку на основе данных с камер слежения появится возможность получить намного больше сведений о наблюдаемых людях, включая их точные антропометрические показатели.
Вторая важная функция пленоптики — возможность изменять фокусировку уже на отснятом материале и даже менять углы обзора за счёт всё той же информации о координатах объектов в пространстве. Для получения качественной картинки в реальном времени требуется матрица высокого разрешения и мощная вычислительная система, но для современных технологий это уже не проблема. Что же касается обработки на компьютере, то мы сможем с такой же лёгкостью наводить на резкость в «Фотошопе», как мы сейчас корректируем баланс белого.