В чем разница между перспективным искажением и бочкообразным или подушкообразным искажением?

Я слышал о:

• искажение перспективы
• искажение бочки
• искажение подушечка
• искажение усов

Что это за разные виды искажений и как они связаны? Что их вызывает, и могут ли они быть исправлены в полевых условиях или в постпроизводстве программного обеспечения?

А как насчет «проекции« рыбий глаз »» - это тоже своего рода искажение?

Я также слышал термины «искажение линзы» и «геометрическое искажение» - это еще какие-то искажения, более широкие категории или что?

Перспектива определяется положением камеры относительно сцены . Когда положение камеры создает перспективу, из-за которой объект или сцена выглядят иначе, чем мы можем ожидать, мы называем это перспективным искажением .

Все остальные перечисленные искажения являются результатом того, как линзы изгибают свет, когда свет проходит через них. Они являются результатом геометрии, с которой объектив проецирует виртуальное изображение сцены, из которой исходят световые лучи, проходящие через объектив.

Искажение перспективы

Перспективное искажение является своего рода неправильным. Здесь действительно только перспектива . Это определяется положением просмотра сцены. В контексте фотографии перспектива является результатом положения камеры относительно сцены, а также положения различных элементов сцены относительно друг друга. То, что мы называем искажением перспективы, - это перспектива, которая дает нам представление о сцене или объекте в этой сцене, которое отличается от того, как мы обычно ожидаем, что сцена или объект будут выглядеть.

Если вы сделаете фотографию трехмерного куба из положения, очень близкого к одному углу, то ближайший угол куба будет вытянут в сторону камеры. Если сделать фотографию того же куба с гораздо большего расстояния и с гораздо большим фокусным расстоянием, чтобы куб был одинакового размера в кадре, тот же угол куба выглядит сплюснутым.

_{Авторские права на изображения 2007 SharkD , лицензированные CC-BY-SA 3.0}

Многие люди неправильно понимают, что именно фокусное расстояние линз вызывает разницу. Это не так . Это позиция съемки, используемая для кадрирования куба двумя разными объективами. Если у нас была камера и широкоугольный объектив, оба с достаточным разрешением, и мы снимали куб с широкоугольным объективом из того же положения, в котором мы заполнили кадр кубом, используя объектив с более длинным фокусным расстоянием, а затем обрезали полученную фотографию таким образом, чтобы куб такого же размера, перспектива также будет такой же - куб будет выглядеть таким же плоским, как и при съемке с использованием более длинной линзы.

Если сфотографировать прямоугольный небоскреб с тротуара через узкую улицу, верхняя часть здания будет выглядеть намного уже, чем нижняя. (Если только мы не будем должным образом использовать объектив управления перспективой наклона / сдвига или камеру обзора, способную управлять движениями перспективы .) Когда мы видим сцену собственными глазами, наш мозг компенсирует эту разницу, и мы чувствуем, что верх здания той же ширины, что и дно. Но когда мы просматриваем фотографию, которую мы сделали с того же места, мы не даем нашему мозгу ту же самую полную батарею подсказок (главным образом, наше стереозрение из-за наличия двух глаз), и наш мозг не воспринимает фотографию так же, как она воспринимал реальную сцену с той же позиции.

То же самое верно, когда мы берем портрет лица с такого близкого расстояния, что нос выглядит вдвое больше ушей. Нос настолько ближе к камере, чем уши, что выглядит намного больше пропорционально ушам, чем на самом деле. Когда мы видим лицо другого человека с такого расстояния нашими глазами, наш мозг обрабатывает сцену и исправляет различия в расстоянии между различными частями лица перед нами. Но когда мы видим фотографию, снятую с того же расстояния, в нашем мозгу отсутствуют все необходимые подсказки, и мы не можем построить ту же исправленную трехмерную модель в нашем восприятии фотографии.

Рассмотрим то, что мы называем сжатием телеобъектива :

Давайте предположим, что вы на расстоянии 10 футов от вашего друга Джо и сфотографируете его портрет в 50-миллиметровом объективе. Скажем, есть здание в 100 футах позади Джо. Здание в 10 раз больше расстояния от камеры, чем у Джо, поэтому, если Джо имеет высоту 6 футов, а здание высотой 60 футов, они будут иметь одинаковую высоту на вашей фотографии, поскольку оба будут занимать около 33º от угла 40º вид объектива 50 мм вдоль более длинного размера.

Теперь отступите на 30 футов и используйте объектив 200 мм. Ваше общее расстояние от Джо теперь составляет 40 футов, что в 4 раза больше, чем 10 футов, которые вы использовали с 50-миллиметровым объективом. Поскольку вы используете фокусное расстояние, которое в 4 раза превышает исходное значение 50 мм (50 мм х 4 = 200 мм), на второй фотографии он будет иметь такую ​​же высоту, как и на первой. Здание, с другой стороны, теперь в 130 футах от камеры. Это всего лишь 1,3X, как это было в первом кадре (100 футов X 1,3 = 130 футов), но вы увеличили фокусное расстояние в 4 раза. Теперь здание высотой 60 футов будет примерно в 3 раза больше Джо на фотографии (100 футов / 130 футов = 0,77; 0,77 X 4 = 3,08). По крайней мере, было бы так, если бы все 60 футов могли поместиться на снимке, но он не может уместиться на таком расстоянии с объективом 200 мм.

Другой способ взглянуть на это - то, что на первой фотографии с 50-миллиметровым объективом здание было в 10 раз дальше, чем Джо (100 футов / 10 футов = 10). На второй фотографии с объективом 200 мм здание было только в 3,25 раза дальше, чем Джо (130 футов / 40 футов = 3,25), хотя расстояние между Джо и зданием было одинаковым. Изменилось отношение расстояния от камеры до Джо и расстояния от камеры до здания. Это то, что определяет перспективу: соотношение расстояний между камерой и различными элементами сцены.

В конце концов, единственное, что определяет перспективу - это положение камеры и взаимное расположение различных элементов сцены.

Чтобы взглянуть на то, как даже довольно небольшое различие в перспективе влияет на изображение, посмотрите: почему фон на одном из этих изображений больше и размыт?

объектив Искажение

Искажения объектива вызваны тем, как объектив проецирует виртуальное изображение света, который входит в переднюю часть объектива и выходит из задней части объектива. Следующие термины представляют собой различные типы искажений объектива. Искажения линзы иногда называют геометрическими искажениями, потому что они влияют на способ, которым геометрические формы изображаются линзой.

Бочкообразное искажение - это геометрическое искажение, когда прямые линии кажутся изогнутыми вдали от центра изображения. Это вызвано тем, что увеличение больше в центре объектива, чем по краям. Большинство объективов с бочкообразным искажением являются объективами с более широким углом обзора, которые сжимают очень широкую сцену на более узкий датчик или кусок пленки. Максимальное искажение в бочке - это объектив «рыбий глаз», который жертвует прямолинейной проекцией в пользу более широкого поля зрения, получаемого при сферической проекции. Набор прямых горизонтальных и вертикальных линий, подверженных деформации ствола:

Подушкообразное искажение - это геометрическое искажение, когда прямые линии выглядят изогнутыми к центру изображения. Это вызвано тем, что увеличение больше на краю линзы, чем в центре. Подушкообразная дисторсия имеет тенденцию проявляться в длинных фокусных расстояниях зум-объективов. Набор прямых горизонтальных и вертикальных линий, подверженных искажению подушкообразной подушкой:

Искажение усов , строго говоря, является геометрическим искажением, которое демонстрирует бочкообразное искажение близко к центру оптической оси и постепенно переходит к искажению подушкообразной формы вблизи краев. Иногда другие паттерны искажения, вызванные частичной коррекцией бочкообразного или подушкообразного искажения, также обозначаются как искажение усов . Набор прямых горизонтальных и вертикальных линий, подверженных искажению усов:

Зум-объективы имеют тенденцию демонстрировать больше геометрических искажений, чем их аналоги с одним фокусным расстоянием. Основная линза, которая представляет собой линзу только с одним фокусным расстоянием, может быть настроена для наилучшего исправления геометрических искажений на этом одном фокусном расстоянии. Зум-объектив должен идти на компромисс, чтобы попытаться контролировать искажения на всех фокусных расстояниях. Если искажение подушкообразной подушки сильно скорректировано для более длинного конца, искажение ствола будет более сильным на широком конце. Если искажение ствола сильно исправлено на широком конце, это усугубит искажение подушечка на длинном конце. Чем шире отношение между самым широким углом и самыми длинными концами фокусных расстояний зум-объектива, тем жестче канат для правильной коррекции геометрических искажений на обоих концах.

Даже для простых линз точная коррекция объектива на геометрические искажения обходится дороже, чем для коррекции «достаточно близко». Это стоит дороже в плане исследований и разработок на стадии проектирования объектива. Это стоит больше с точки зрения количества используемых оптических элементов, количества материалов, необходимых для изготовления этих элементов, и стоимости более экзотических материалов, используемых для изготовления некоторых наиболее эффективных корректирующих элементов. Это увеличивает стоимость изготовления увеличенного количества оптических элементов, иногда более экзотических неправильных форм и с более высокими допусками.

Некоторые из самых дорогих линз также являются одними из наиболее хорошо скорректированных линз для оптических искажений. Линзы, такие как, например, линия Zeiss от Otus. Самыми дешевыми зум-объективами, как правило, являются объективы, которые демонстрируют наибольшее геометрическое искажение, а также другие оптические аберрации.

Исправление искажений объектива

Что их вызывает, и могут ли они быть исправлены в полевых условиях или в постпроизводстве программного обеспечения?

Причиной геометрических искажений линзы является конструкция линзы и то, как она изгибает свет, который проходит через нее. Многие простые линзы демонстрируют геометрические искажения того или иного вида. То, насколько объектив исправляет это искажение, зависит от дополнительных корректирующих элементов, добавленных в оптическую формулу объектива.

Лучший способ исправить геометрические искажения линзы в полевых условиях - использовать объектив, доступный в то время, которое демонстрирует наименьшее количество нежелательных искажений.

Можно исправить геометрические искажения, используя обработку изображения в камере (если камера обладает такой возможностью) или постобработку, но она имеет несколько предостережений.

• Поскольку края изогнуты для коррекции геометрических искажений, охват поля зрения уменьшается, если сохраняется прямоугольная или квадратная форма всего изображения. Не все, что видно по краям в неоткорректированном изображении, будет отображаться в исправленном изображении.
• Когда пиксели переназначаются, разрешение может быть потеряно . Если линза довольно мягкая и размытая для начала, это, вероятно, будет даже не измеримым, а гораздо менее заметным. Но с объективами с более высоким разрешением, используемыми на камерах с более высоким разрешением, это может иметь как измеримый эффект, так и даже заметный эффект при больших размерах дисплея. Как говорит Роджер Цикала, LensGuruGod1 на lensrentals.com, в блоге, посвященном этой теме ,

"Вы МОЖЕТЕ Исправить Это В Почте, но ...
нет бесплатного обеда.

• Любая коррекция в камере, примененная к изображению при съемке в формате RAW, будет отражена в jpeg предварительного просмотра, сгенерированном и добавленном к необработанному файлу, но то, будет ли коррекция применяться при постобработке, зависит от того, какой необработанный преобразователь используется. В общем, сторонние конвертеры необработанных данных, такие как Lightroom, будут игнорировать инструкции относительно исправления, включенные в раздел «Примечания изготовителя» информации EXIF, в то время как большинство программных продуктов, применяемых производителями камер, будут применять настройки в камере при открытии необработанного файла. Кроме того, коррекция, которую можно применить с использованием стороннего необработанного преобразователя, такого как Lightroom, будет выполняться с использованием профилей объективов, предоставляемых этим сторонним приложением, а не профиля объектива, обычно предоставляемого производителями камер, которые используются в камере для создания предварительного просмотра jpeg. или в посте с использованием камеры производителей собственное программное обеспечение. С другой стороны, большинство производителей предоставляют профили коррекции только для своих объективов (для коррекции в камере или после обработки), в то время как сторонние конвертеры могут иметь профили, доступные для объективов сторонних производителей.

Я слышал о:

искажение перспективы

искажение бочки

искажение подушечка

искажение усов

Искажение перспективы описывает, как изменяется изображение (или вид, или, точнее, ваша перспектива), когда вы приближаетесь или отдаляетесь от своего объекта (то есть меняете перспективу).

Самый простой способ думать об этом - представьте, если вы на расстоянии 10 см от чьего-либо лица. С этого расстояния (т. Е. С этой точки зрения) вы не можете видеть все их лицо одновременно - вам нужно повернуть голову влево, вправо, вверх, вниз, чтобы увидеть все их лицо. Теперь подумайте о том, под каким углом вы смотрите на их лицо, когда поворачиваете голову влево. Нос торчит, возможно, блокируя вид на их щеку.

Теперь вернитесь на расстояние до 5 метров. Вы можете увидеть все их лицо одним взглядом. Вы можете видеть их нос и всю их щеку. Нос не блокирует щеку, независимо от того, смотрите ли вы слева, справа или по центру их лица.

Это изменение внешнего вида изображения (их лица) происходит не из-за увеличения или уменьшения масштаба. Если вы стоите на расстоянии 5 метров и используете зум, чтобы увеличить свое лицо, чтобы заполнить кадр - перспектива не изменится. Но если вы подойдете к лицу, находящемуся всего в 10 см, ваша перспектива изменилась, а внешний вид лица изменился.

Есть отличное изображение, показывающее это искажение -

Хотя на этом изображении перечислены используемые фокусные расстояния, не думайте, что именно фокусное расстояние (или масштаб) вызвало искажение. Случилось так, что при более коротких фокусных расстояниях фотограф подошел ближе к объекту, чтобы заполнить кадр лицом субъекта - именно это изменение перспективы вызывает искажение.

Лучший пример эффекта фокусного расстояния или увеличения в следующей последовательности:

Обратите внимание, что поскольку положение камеры не изменилось, перспектива не изменилась между снимками, и поэтому сарай не искажается от одного снимка к другому.

Извините, я не могу всесторонне описать или объяснить другие 3 искажения, которые вы перечислили.

Перспективное искажение сохраняет прямые линии. Однако параллели не остаются параллельными (кроме случаев, когда они параллельны горизонту). Четырехугольники превращаются в четырехугольники. Перспективное искажение может быть описано эквивалентным перспективным преобразованием, проецирующим трехмерную сцену через точку на плоскость.

Искажение ствола и подушечка не удерживают прямые линии. Они изгибают их наружу или внутрь соответственно от центра изображения. Они являются следствием геометрии линзы. Искажение усов происходит, когда такое искажение снова становится слабее снаружи. Это может быть следствием того, что корректирующие меры для искажения ствола или подушечка не одинаково эффективны в каждой точке.

Все эти различные искажения объектива перестраивают пиксели в изображении (независимо от содержимого сцены). Например, прямые линии становятся изогнутыми. Это искажение воспроизведения, поскольку сюжетные линии прямые, а изогнутые линии не существуют.

Перспектива упорядочивает содержимое сцены, объекты сцены относительно друг друга. Близкие предметы (например, носы на портрете) кажутся крупнее просто потому, что мы стоим слишком близко, чтобы их рассмотреть. Или, если мы стоим близко, тогда различается видимое горизонтальное разделение отдаленных вещей относительно ближайших вещей ... Это не искажение, кроме наших представлений о разуме. Все случаи, конечно, точно, как на самом деле все выглядит, когда камера стоит в этом месте