Фокус-стекинг

Наложение фокуса (также известное как слияние фокальных плоскостей и z-наложение ^[1] или смешивание фокуса ) — это метод цифровой обработки изображений , который объединяет несколько изображений, снятых на разных фокусных расстояниях, для получения результирующего изображения с большей глубиной резкости (ГРИП), чем любое из отдельных исходных изображений. ^[2]^[3] Совмещение фокуса можно использовать в любой ситуации, когда отдельные изображения имеют очень малую глубину резкости; макрофотография и оптическая микроскопия — два типичных примера. Фокус-стекинг также может быть полезен при пейзажной фотографии .

Фокус-стекинг обеспечивает гибкость: поскольку это вычислительный метод, при постобработке можно создавать изображения с различной глубиной резкости и сравнивать их на предмет лучшей художественной ценности или научной ясности. Фокус-стекинг также позволяет создавать изображения, физически невозможные с помощью обычного оборудования для обработки изображений; могут быть созданы изображения с неплоскими областями фокусировки. Альтернативные методы создания изображений с увеличенной или гибкой глубиной резкости включают кодирование волнового фронта , камеры светового поля и наклон .

Техника

Отправной точкой для совмещения фокусов является серия изображений, снятых на разных фокусных расстояниях; на каждом изображении в фокусе будут разные области образца. Хотя ни на одном из этих изображений образец не находится полностью в фокусе, они в совокупности содержат все данные, необходимые для создания изображения, на котором все части образца находятся в фокусе. Области в фокусе каждого изображения могут быть обнаружены автоматически, например, с помощью обнаружения границ или анализа Фурье , или выбраны вручную. Затем сфокусированные участки смешиваются для создания окончательного изображения.

Эту обработку также называют z-stacking , слиянием фокальных плоскостей (или зедификацией по-французски). ^[4]^[5]

В фотографии

Получение достаточной глубины резкости может оказаться особенно сложной задачей при макросъемке , поскольку глубина резкости меньше (меньше) для объектов, находящихся ближе к камере, поэтому, если небольшой объект заполняет кадр, он часто находится настолько близко, что вся его глубина не может быть в фокусе. однажды. Глубина резкости обычно увеличивается за счет закрытия диафрагмы (с использованием большего числа f ), но за пределами определенной точки закрытие вызывает размытие из-за дифракции , что сводит на нет преимущество фокусировки . Это также снижает яркость изображения. Совмещение фокуса позволяет эффективно увеличить глубину резкости изображений, снятых при самой резкой диафрагме. Изображения справа иллюстрируют увеличение глубины резкости, которого можно достичь путем объединения нескольких экспозиций.

У миссии Марсианской научной лаборатории есть устройство под названием Mars Hand Lens Imager (MAHLI), которое может делать фотографии, которые позже можно будет совместить. ^[6]

В микроскопии

В микроскопии желательны высокие числовые апертуры , чтобы улавливать как можно больше света от небольшого образца. Высокая числовая апертура (эквивалентная малому числу f) дает очень малую глубину резкости. Объективы с большим увеличением обычно имеют меньшую глубину резкости; объектив с увеличением 100× и числовой апертурой около 1,4 имеет глубину резкости примерно 1 мкм . При непосредственном наблюдении за образцом ограничения малой глубины резкости легко обойти, фокусируясь на образце вверх и вниз; Чтобы эффективно представить данные микроскопии сложной трехмерной структуры в двухмерном формате, очень полезным методом является совмещение фокусов.

Сканирующая просвечивающая электронная микроскопия с атомным разрешением сталкивается с аналогичными трудностями, когда особенности образца намного превышают глубину резкости. Снимая серию сквозных снимков , можно восстановить глубину резкости и создать единое изображение, полностью сфокусированное. ^[7]