Бочкообразная дисторсия: Что такое дисторсия?

Содержание

Что означает дисторсия. Что такое дисторсия.

Дисторсия в фотографии – это оптический эффект, при котором искривляются линии на фотографии

Дисторсия

Дисторсия

Дисторсия бывает в основном двух типов – бочкообразная (выпуклая, Barrel distortion) и подушкообразная (вогнутая, Pincushion distortion). Обычно дисторсию называют по простому ‘бочкой‘ и ‘подушкой‘. Но бывает и сложная или комплексная дисторсия (complex distortion), при которой искажения в разных областях изображения имеют разный тип и интенсивность. Комплексную дисторсию довольно сложно исправить с помощью графических редакторов, так как там дисторсия может идти ‘волнами’. Профессиональные фотографы комплексную дисторсию ласково именуют ‘верблюдом’, иногда ‘двугорбым верблюдом‘, так как такая дисторсия часто дает своеобразные визуальные горбы и впадины на изображении. В зарубежной литературе можно встретить и другие интересные имена для дисторсии.

Разные типы дисторсии

Разные типы дисторсии

Объективы класса ‘Рыбий Глаз‘ (Fish Eye) имеют очень сильную бочкообразную дисторсию, использование этих объективов позволяет создавать необычные фотографии, в которых дисторсия часто играет ключевую роль для создания нужного визуального эффекта. Обычно никто не корректирует дисторсию с объективов Fish Eye. Ниже пример снимка на объектив Зенитар 16mm F2.8 MC Рыбий Глаз.

Пример фотографии с объектива Зенитар 16mm F2.8 MC Рыбий Глаз

Пример фотографии с объектива Зенитар 16mm F2.8 MC Рыбий Глаз. Видны изогнутые прямые линии домов.

Рыбий глаз является широкоугольным объективом, потому его часто используют в помещениях с ограниченным пространством.

Фотографии людей на рыбий глаз

Фотографии людей на рыбий глаз. Съемка шахматного турнира.

Из-за того, что дисторсия в основном присуща широкоугольным объективам, а сами широкоугольные объективы особым способом передают перспективу изображения, то эффект дисторсии и особая передача перспективы могут придавать фотографиям необычный вид:

Снимок на супер широкоугольный объектив

Снимок на супер широкоугольный объектив

Особенно сложно снимать людей на сверх широкоугольные объективы:

Съемок на супер широкоугольный объектив без исправления дисторсии

Съемок на супер широкоугольный объектив без исправления дисторсии

Если у вас нет специализированного объектива класса Рыбий Глаз или супер-широкоугольного объектива, то эффект сильной дисторсии можно легко имитировать практически любой программой-обработчиком. Ниже я специально усилил бочкообразную дисторсию для создания визуального эффекта.

Специально усиленная дисторсия для создания эффекта объема

Специально усиленная дисторсия для создания эффекта объема

Обычно дисторсию легко откорректировать с помощью ПО, практически все редакторы имеют возможность компенсировать эффект дисторсии объектива, достаточно найти ползунок Distortion и покрутить его туда-сюда. Правда, при компенсации бочкообразной дисторсии обычно приходится обрезать часть кадра, так как в поле изображения попадает пустое пространство. Много камер имеют функцию автоматической коррекции дисторсии, при этом камера учитывая параметры объектива и максимально эффективно может откалибровать исходный снимок.

Корректировка дисторсии в Lightroom

Корректировка дисторсии в Lightroom. Усиление подушкообразной дисторсии. Усиление бочкообразной дисторсии. Оригинал.

Подушкообразной дисторсией обычно страдают теле объективы, но уровень дисторсии у них достаточно низкий, чтобы визуально заметить недостаток на изображении. Из-за наличия подушкообразной дисторсии у теле объективов, говорят, что объективы делают изображение ‘плоским’, так как подушкообразность визуально уменьшает объем.

Личный опыт

На большинстве снимков заметить дисторсию довольно сложно, но есть моменты, когда дисторсия очень сильно мешает. При исправлении дисторсии в RAW конвертере не всегда можно добиться нужно результата. В общем случае, современные стандартные объективы имеют хорошо исправленную дисторсию. Дисторсию сложно заметить если на фотографии отсутствуют прямые линии.

Выводы:

Оптическая дисторсия – это искривление прямых линий на фотографиях. Дисторсия создает интересные визуальные эффекты, которые могут навредить фотографии, но могут и помочь создать необычный снимок. Исправить легкую дисторсию с помощью ПО не представляет труда.

Помощь проекту. Спасибо за внимание. Аркадий Шаповал.

Что такое дисторсия? Коррекция дисторсии

Еще одним дефектом, с которым приходится бороться обладателям широкоугольных объективов, является дисторсия или оптическое искажение пространства.

Различают следующие виды дисторсии:
— перспективная;
— выпуклая или бочкообразная;
— вогнутая или в виде подушки.

дисторсия

Наиболее характерной для широкоугольника является подушка, она полностью отсутствует на телеобъективах, зато там появляется выпуклая дисторсия.
Меньше всего подвержены этому эффекту штатные и портретные объективы, там ее можно отследить только при очень большом увеличении снимка.
Поэтому корректировать приходится в основном фото, сделанные при помощи широкоугольных объективов.

Дисторсия наиболее заметна при архитектурных съемках, когда в кадре наблюдается много прямых линий, покрывающие всю площадь кадра. Если же съемка ведется «рыбьим глазом» или местонахождение фотографа слишком низко, то стазу становится заметна перспективная дисторсия.

дисторсия-2

Она не является искажением с точки зрения техники, так как это естественная передача объективом трехмерного пространства. А наш мозг воспринимает «правильное» изображения с полным пониманием, что стены и столбы должны быть параллельны и сходящиеся на фото линии контура не соответствуют действительности. Примирить то, что мы знаем и то, что мы видим на изображении можно с помощью специальных tilt/shift объективов, которые за счет специального свойства сдвига/наклона линз исключают появление эффекта перспективной дисторсии.

Хотя такой эффект может стать именно тем, для чего был использован сверхширокоугольный объектив, зачастую их приобретают именно для такого эффекта. Никакой портретник, телескопический и тем более штатник не даст угол обзора 180 градусов. А наиболее продвинутые сверхширокоугольники при одном срабатывании затвора дают панораму на 270 градусов.

Print

Но если дисторсия именно дефект, то ее необходимо корректировать. Такой результат проще всего откорректировать слайдером или выполнить Lens Correction. После чего остается только выровнять вертикальные и горизонтальные линии. Для этого также используем слайдеры, предназначенные для соответствующей коррекции. Правильная геометрия достигается построением специальной сетки. После чего нам остается сделать кадрирование. Можно его сделать вручную, либо применить автоматическое кадрирование.

Недостатки коррекции
При компьютерном исправлении дисторсии при помощи кадрирования, может пострадать композиция. Также, необходимо внимательно следить за разрешением. Коррекция перераспределяет его при подушкообразной дисторсии, повышая резкость по краям и понижая ее в центре. При бочкообразном эффекте наоборот. Поэтому при съемке широкоугольным объективом следует закладывать по сторонам композиции запас для кадрирования и коррекции.

Объектив: аберрация, дисперсия и дисторсия

Что такое аберрация? Аберрация – это искажения фотографического изображения, образованные оптической системой. Аберрации могут быть геометрическими и хроматическими, это зависит от природы их происхождения.

хроматическая аберрация

Хроматические, или как их ещё называют, цветовые аберрации возникают из-за низкого качества фотографической оптики. Проще говоря, это одно из свойств объектива. Хроматическая аберрация в принципе присуща почти каждому из них. Естественно, чем ниже качество линз и вообще качество объектива, тем заметнее эти цветовые искажения на снимках. Почти на каждом снимке, который сделан недорогим фотоаппаратом, можно видеть яркую разноцветную кайму, которая обрамляет контрастные объекты. Это и есть проявление цветовой аберрации.

хроматическая аберрация

Хроматические или цветовые аберрации проявляются на границах контрастных элементов

Для того, чтобы свести хроматическую аберрацию к минимуму, ученые создали специальные линзы, которые называли ахроматическими. Эти линзы состоят из двух разных сортов стекла. Стекло сорта крон имеет низкий коэффициент преломления света, а стекло сорта флинт - высокий. Если правильно подобрать соотношение этих сортов, то от хроматической аберрации можно почти избавиться.

ахроматические линзы

Не нужно забывать и о таком явлении, как дисперсия стекла – преломление световых лучей с различной длиной цветовой волны под разными углами.

Пожалуй, не меньше чем хроматическая аберрация, «достаёт» фотографов аберрация геометрическая. При этом явлении точки объекта, которые находятся за пределами оптической оси, отображаются на фотографии как линии или затемнения. Такое искажение называется астигматизм. При астигматизме объекты на снимке получаются изогнутыми, искривленными и даже чуть нерезкими. Надо заметить, что геометрическая аберрация, так же как и хроматическая, влияют на резкость изображения. Правда, при астигматизме это не так заметно.

астигматизм

Асиметрия в фотографии

Часто можно видеть, что контуры объектов на снимке получаются неестественно выпуклыми или вогнутыми. Это проявление дисторсии, одного из видов геометрической аберрации. Дисторсия бывает подушкообразной – если контуры объектов выпуклы, и бочкообразной, если контуры вогнуты. Кстати, дисторсию можно использовать в работе как один из творческих приемов.

бочкообразность

Бочкообразная форма зданий

Дисторсия – это результат изменений линейного увеличения, которое обеспечивается оптикой, по всему полю изображения. Проще говоря, лучи света, которые проходят через центр линзы, сходятся вместе в одну точку дальше от линзы, чем лучи, проходящие через её края. Особенно ярко этот эффект заметен при съемке широкоугольными объективами. При съемке зумами проявление бочкообразной дисторсии более заметно при минимальном значении зума, а подушкообразной. При максимальном.

Для того чтобы снизить дисторсию, нужно применять асферическую оптику. В асферические оптические системы включают специальные линзы, которые имеют эллиптическую или параболическую поверхности. Благодаря этому геометрическая аберрация сводится практически к нулю. Изображение на снимке становится идеально похожим на объект съемки. Правда, стоит заметить, что эти линзы очень сложны в изготовлении и их наличие в объективе серьезно сказывается на его стоимости. Начинающих же мастеров фотографии, не имеющих таких объективов, можно утешить тем, что проявление дисторсии в той или иной степени можно скорректировать в графических редакторах.

асферическая оптика

Те геометрические аберрации, которые препятствуют созданию объективом плоского изображения, называют кривизной поля изображения. При таком виде аберрации в фокусе могут находиться или края изображения, или его центр. Для того чтобы скорректировать эту кривизну, в сборку объектива вносятся некоторые изменения. Но при этом необходимо соблюдать правило Пацвала, которое определяет качество элементов объектива. С помощью этого правила вычисляют так называемую сумму Пацвала. Если обратная величина произведения показателя преломления одного элемента и фокусного расстояния в сумме с общим числом количества элементов равна нулю, значит это элемент хороший. Стоит заметить, что способы исправления кривизны изображений по краям фотографии не были известны до середины 19 века. Но мастеров художественного фото это совершенно не смущало. Они изобрели множество способов скрыть эти искажения, например, с помощью вычурных виньеток. А портреты вставляли в овальные рамы.

Иногда на снимках возникает достаточно сложная аберрация, которую фотографы в обиходе называют комой. Речь идет о коматической аберрации. Это довольно сложная аберрация, которая влияет только лишь на световые лучи, которые проходят через объектив под углом. На фотографиях коматическая аберрация выглядит как размытость отдельных точек изображения, похожая по форме на комету. Если «хвост» кометы направлен к краю снимка – это позитивная кома, если к центру – это негативная кома. Чем ближе эта точка к краю снимка, тем это явление боле заметно. Те же световые лучи, но проходящие четко через центр объектива, коматической аберрации не подвергаются.

Многие виды геометрических аберраций можно свести к минимуму регулировкой диафрагмы. Уменьшая её отверстие, мы одновременно уменьшаем и количество лучей, которые попадают на края объектива. Однако пользоваться этим нужно с осторожностью, так как излишнее диафрагмирование может привести к росту дифракции.

регулировка диафрагмы

Что же такое дифракция? Дифракцией называют оптический эффект, который ограничивает детальность снимка вне зависимости от установленного разрешения изображения. Причина дифракции в том, что световой поток при прохождении через диафрагму рассеивается. Чрезмерное диафрагмирование может привести к так называемому дифракционному пределу. При стремлении увеличить глубину резко изображаемого пространства, многие фотографы закрывают диафрагму до такой степени, что достигнутая при помощи этого резкость перекрывается сглаживающим действием дифракции. Это и есть дифракционный предел. И его величину нужно знать, иначе не избежать проблем с детализацией изображения. Для расчета дифракционного предела создан специальный калькулятор, который можно легко скачать на специализированных сайтах.

дифракция

Дифракция

Ну и в завершении этой статьи стоит заметить, что идеального фотографического объектива без аберраций пока еще не создано. Даже оптика самых известных и уважаемых брэндов в той или иной мере подвержена их действию. Корректировка одного вида искажений неизбежно влечет за собой увеличение действия другого. Но – человеческая мысль не стоит на месте. Возможно, когда-нибудь идеальный объектив и будет создан. Но – пока его нет. Однако, чтобы стать настоящим фотохудожником, совсем не обязательно дожидаться появления такого объектива. Нужно просто хорошо изучить возможности имеющейся у вас оптики и умело ей пользоваться. И тогда успех вам гарантирован.

Copyright by TakeFoto.ru

Дисторсия — что это? | БЛОГ ДМИТРИЯ ЕВТИФЕЕВА

Дисторсия — это аберрация, вызывающая искажение изображения прямых линий, в результате чего нарушается подобие между объектом и его изображением.

к содержанию ↑

Дисторсия что такое

Дисторсия является одним из видов оптической аберрации, или говоря проще искажением изображения. Дисторсия — это геометрическая аберрация, т.е. она меняет правильную геометрию снимка. Также бывают хроматические аберрации, которые связаны с цветом изображения.

Дисторсия бывает двух видов – бочкообразная (выпуклая дисторсия) и подушкообразная (вогнутая дисторсия):

Дисторсия что такое

Дисторсия что такое

Если вы посмотрите на фотографии выше, то заметите что все линии не ровные, это яркий пример оптической дисторсии. Теперь наведите на фотографию мышкой и увидите, как должно быть. Итак, дисторсия это оптическое искажение, которое характерно для вашего объектива.

к содержанию ↑

Бочкообразная дисторсия

Дисторсия что такое

к содержанию ↑

Подушкообразная дисторсия

Дисторсия что такое

Дисторсия характерна для широкого угла. Вы не заметите дисторсию на телевиках или на портретниках.
Причем в случае зум-объектива она может быть подушкообразной на одном конце и бочкообразной на другом.

Чаще всего дисторсию приходится корректировать когда вы фотографируете на широкоугольную линзу. Особенно дисторсия ощутима если на фотографии много прямых линий через весь кадр, например, когда вы фотографируете архитектуру сверхширокоугольной линзой вам обязательно придется исправлять дисторсию.

к содержанию ↑

И все-таки дисторсия это не всегда плохо. Дисторсию можно использовать как художественный приём или для того, чтобы разместить в кадре то, что на обычном объективе не помещалось бы.

снято на Canon EF 24/1.4 II USM

снято на Canon EF 24/1.4 II USM

Дисторсия что такое

снято на Bower 14/2.8

 снято на Bower 14/2.8

 снято на Bower 14/2.8

к содержанию ↑

Далее несколько примеров, где можно наводить и убирать курсор, наблюдая как выглядит кадр с дисторсией и без.

к содержанию ↑

Canon EF 24/1.4 II USM

 снято на Bower 14/2.8

к содержанию ↑

Carl Zeiss Distagon 25/2 ZE

 снято на Bower 14/2.8

 снято на Bower 14/2.8

к содержанию ↑

Bower 14/2.8

 снято на Bower 14/2.8

к содержанию ↑

Исправляется дисторсия в большей степени “асферическим” элементом, т.е. линзой, у которой более сложная поверхность, не сферическая, как у большинства других линз в объективе.

дисторсия, асферический элемент

асферический элемент

к содержанию ↑

Автоматически

Остаточную дисторсию можно подправить в графическом редакторе. Для многих объективов существуют профили исправления дисторсии, которые можно подгрузить в Adobe Camera Raw с помощью Adobe Lens Profile Downloader

Дисторсия что такое

Дальше вы заходите в программу Adobe Camera Raw, открываете свой снимок и во вкладке Lens Corrections активизируете профиль объектива.

Дисторсия - что это?

к содержанию ↑

Вручную

Бывают случаи, когда для объектива нет профиля. Ведь профиль основан на связке камеры и объектива и потому велика вероятность, что именно для вашей камеры правильного профиля нет. Или у вас редкий объектив для которого профиля нет.

Легко убрать дисторсию вручную. Для этого вам понадобится или программа Adobe Camera Raw или Adobe Photoshop.

к содержанию ↑

Adobe Camera Raw

Открываете ваш снимок в программе Adobe Camera Raw и заходите в раздел Lens Corrections. Там выбираете вкладку Manual. И ползунком в подпункте Distortion добиваетесь устранения дисторсии.

Дисторсия - что это?

к содержанию ↑

Adobe Photoshop

Открываете ваш снимок в Adobe Photoshop и идёте в меню в раздел Filters. Там вы в меню найдете пункт Lens Correction.

Дисторсия - что это?

В правой части открывшегося окошка выбираете режим исправления Custom. И двигаете ползунком Remove Distortion до полного её исправления.

Как убрать дисторсию

Думаю, также будет полезно прочесть официальную брошюру Carl Zeiss по дисторсии

Коррекция дисторсии в фотошоп и lightroom

Не так давно я рассказывал про хроматические аберрации (цветовые искажения) объективов и о том, как бороться с этой напастью в фотошоп и лайтрум.

Мне бы хотелось продолжить тему несовершенства нашей с вами оптики.

 

Давайте поговорим о том, что такое «геометрические аберрации».

Сегодня вы узнаете о том, что такое дисторсия и как ее убрать в фотошоп и лайтрум.

Начнем с определения.

Distorsio или distortion  – с латыни искривление.

Дисторсия – геометрические аберрации (геометрические искажения), проявляющиеся в искривлении прямых линий.

коррекция дисторсии (9)

Дисторсия

Слева изображен квадрат, на котором отсутствует дисторсия.

Подушкообразная дисторсия – прямые линии изогнуты внутрь кадра (положительная дисторсия).

Бочкообразная дисторсия – прямые линии изогнуты наружу (отрицательная дисторсия).

Геометрические искажения присутствуют во всех объективах в той или иной степени, в дорогих моделях аберраций естественно меньше.

Есть такие модели, в которых дисторсия объектива будет «фишкой», которая всем нравится, а не дефектом, который следовало бы убрать.

Вы, наверное, уже догадались, что я говорю об объективе «рыбий глаз» их еще называют «фишай» (Fish eye).

Вот фотографии, сделанные при помощи таких объективов.

коррекция дисторсии (8)

Дисторсия

коррекция дисторсии (7)

ДисторсияДисторсия лучше всего заметна при наличии в кадре прямых горизонтальных или вертикальных линий – это  в первую очередь архитектура, линия горизонта, деревья, столбы и так далее, причем сильнее всего искажения заметны на краях кадра.

Если фотографировать портреты, пейзажи без прямых линий, то дисторсия практически не заметна.

Сильнее всего геометрические искажения проявляются на широких углах объектива.

Например: у вас объектив с фокусным расстоянием 18-105 мм, больше всего дисторсия будет проявляться на 18мм, с увеличением фокусного расстояния геометрические искажения уменьшаются.

Как уменьшить дисторсию?

  1. Так как геометрические искажения сильнее проявляются на широком угле, то можно отойти подальше от снимаемого объекта и воспользоваться зумом.
  2. Покупка более дорогого объектива.
  3. Коррекция дисторсии в графических редакторах.

Подробнее остановимся на третьем пункте.

Мы будем работать с этим изображением.

коррекция дисторсии (6)

Дисторсия

Коррекция дисторсии в фотошоп. Lens Correction.

Откройте изображение, на котором хотите убрать геометрические искажения.

Далее Filter -> Lens Correction или воспользуйтесь горячими клавишами «Shift + Ctrl + R» (раскладка клавиатуры должна быть на английском).

коррекция дисторсии (5)

Коррекция дисторсии фотошоп

Выбираем Correction -> Geometric Distortion.

Далее выбираем производителя камеры (Camera Make), модель камеры (Camera Model), модель вашего объектива (Lens Model). Если вы не нашли своей модели объектива или камеры – нажмите кнопку «Search Online» и фотошоп произведет поиск этих параметров в сети Интернет.

После того, как вы выберете все параметры, фотошоп автоматически откорректирует дисторсию.

Есть еще один способ – ручной.

Коррекция дисторсии ручным способом не очень удобна, но вполне выполнима. Перейдите в меню «Custom» фильтра Lens Correction. Используйте ползунок Remove Distortion для коррекции дисторсии ручным способом.

коррекция дисторсии (4)

Коррекция дисторсии фотошоп

Для удобства корректировок можно использовать сетку – «Show Grid» (показать сетку), размер ячеек и цвет линий сетки можно изменять.

Коррекция дисторсии в фотошоп. Camera Raw.

Переходим в Lens Correction

коррекция дисторсии (3)

Коррекция дисторсии фотошоп

Коррекция дисторсии в автоматическом режиме осуществляется выбором пункта «Enable Lens Profile Correction» – Активировать профиль коррекции объектива. В этом случае плагин в автоматическом режиме определит модель камеры и объектива и исправит дисторсию по этим параметрам. Можно это сделать и в ручном режиме – «Manual».

коррекция дисторсии (2)

Коррекция дисторсии фотошоп

Для коррекции дисторсии в ручном режиме используйте ползунок «Distortion».

Фотошоп, конечно, хорошо, но лайтурм в данном случае лучше, потому что геометрические искажения можно исправить в автоматическом режиме хоть у тысячи снимков сразу и всего за пару кликов, при  этом времени уйдет совсем немного.

Коррекция дисторсии в Lightroom.

Импортируйте изображения в лайтрум, потом перейдите в модуль  Develop -> Lens Corrections.

коррекция дисторсии (1)

Коррекция дисторсии lightroom

Активируйте профиль коррекции объектива «Enable Profile Corrections» и Lightroom автоматически исправит геометрические искажения. Настройки камеры (модель и объектив) для коррекции дисторсии лайтрум берет из метаданных файла.

В ручном режиме можно подправить искажения в этой же вкладке Amount (Величина) -> Distortion.

Также существует и полностью ручной режим коррекции дисторсии – Manual

коррекция дисторсии (10)

Коррекция дисторсии lightroom

Кроме дисторсии существуют другие дефекты на, которые стоит обратить внимание при редактировании фотографии: цифровой шум, завал горизонта, шевеленка. Если вы решили серьезно заняться фотографией, советую задуматься о правильной цветопередаче вашего монитора и откалибровать его в домашних условиях.

Скачайте книгу “Бесценные советы по основам композиции”

Поставь обработку фотографий на автопилот при помощи тренинга “Adobe Lightroom — это просто, как 1,2,3”

Зарегистрируйся на онлайн тренинг и стань успешным “Трамплин к успеху“

Дисторсия объектива в фотографии и в видеонаблюдении – Раздел 5.5 Сети связи

Влияние дисторсии объективoв на изображения хорошо известно в фотографии. Из-за дисторсии прямые линии на сцене превращаются в кривые на изображении, а прямоугольные объекты становятся похожими на бочки или подушки (рис. 1, 2).


Рис. 1. Дисторсия отсутствует
Рис. 2. Есть бочкообразная дисторсия

В большинстве случаев такие искажения изображения не приводят к значительной потере его информативности, в то же время учет дисторсии довольно сложен. Поэтому при проектировании видеонаблюдения влиянием дисторсии обычно пренебрегают.

Однако под влиянием дисторсии искажается не только само изображение, но и углы обзора, форма зоны обзора и распределение пространственного разрешения (плотности пикселей). Эти параметры не важны в фотографии, поэтому влияние на них дисторсии обычно не упоминается. Однако данные параметры важны при проектировании видеонаблюдения.

Под влиянием дисторсии поле зрения перестает быть прямоугольным, а фактические углы обзора по горизонтали, вертикали и диагонали могут значительно отличаться от углов, рассчитанных исходя из размеров видеосенсора и фокусного расстояния объектива.

Например, рассмотрим спецификацию типичного короткофокусного объектива (табл. 1).


Табл. 1. Спецификация короткофокусного объектива

При фокусном расстоянии 2,3 мм и размере видеосенсора 1/3″ фактический горизонтальный угол обзора составляет 113,30°, а вертикальный – 86,30°. Расчет же показывает меньшие значения углов обзора – 92,40° и 76,10°.

Форма зоны обзора камеры с таким объективом отличается от классической пирамиды (рис. 8) и поэтому не может быть точно рассчитана калькуляторами объективов или смоделирована обычными программами проектирования. Причиной искажения зоны обзора является дисторсия объектива.

Вспомним, что оптическое увеличение объектива – это отношение размеров изображения некоторого предмета, проецируемого объективом на видеосенсоре, к истинным размерам этого предмета.

Дисторсия проявляется тогда, когда оптическое увеличение реального объектива не является постоянной величиной по всему полю зрения, а изменяется в зависимости от расстояния от главной оптической оси объектива.

В зависимости от того, уменьшается или увеличивается оптическое увеличение объектива при удалении от центра поля зрения, различают бочкообразную и подушкообразную дисторсию.

Традиционно, из фотографии, название «бочка» и «подушка» связано с искажением сетчатого поля на изображении. При этом форма поля зрения изменяется противоположно названию. Так, при бочкообразной дисторсии изображение напоминает бочку (рис. 4), а форма поля зрения – подушку (рис. 6). При подушкообразной дисторсии изображение напоминает подушку (рис. 14), а форма поля зрения – бочку (рис. 16).

Дисторсию объектива не следует путать с искажением перспективы (рис. 9), которое является естественным на всех изображениях полученных с помощью широкоугольных объективов. В отличие от дисторсии, искажение перспективы не нарушает пирамидальную форму зоны обзора и распределение пространственного разрешения.

Рассмотрим влияние бочкообразной и подушкообразной дисторсии на моделях, построенных в программе профессионального проектирования видеонаблюдения – VideoCAD.

БОЧКООБРАЗНАЯ ДИСТОРСИЯ

Если при удалении от центра поля зрения оптическое увеличение уменьшается, то на изображении объекты по краям поля зрения выглядят сжатыми, пространственное разрешение уменьшается от центра к краям, а само поле зрения камеры растягивается к краям. Фактические углы обзора в этом случае больше расчетных (рис. 5, 6).

Такая дисторсия называется бочкообразной. Бочкообразная дисторсия наиболее распространена и характерна для широкоугольных объективов.

В частности, рассмотренный выше объектив обладает именно бочкообразной дисторсией. Рассмотрим модели изображений от этого объектива, модели поля зрения, зоны обзора, проекций зоны обзора, построенные с учетом и без учета дисторсии. Положение камеры в обоих случаях неизменно (рис. 3…12). На рисунках слева показаны модели, построенные без учета дисторсии, а на рисунках справа – модели с учетом дисторсии.


Рис. 3, 4. Вид сетчатого поля. С бочкообразной дисторсией сетчатое поле напоминает бочку

Рис. 5, 6. Поле зрения камеры. С бочкообразной дисторсией поле зрения напоминает подушку. Пространственное разрешение ухудшается от центра к краям поля зрения

Рис. 7, 8. Зона обзора и модель сцены в 3D

Рис. 9, 10. Модель изображения от камеры. Наклон мужчин в верхних углах рис. 9 без дисторсии является искажением перспективы, естественным для любого широкоугольного объектива

Рис. 11, 12. Проекция зоны обзора в 2D

Обратите внимание на искажение распределения пространственного разрешения (рис. 6). Бочкообразная дисторсия увеличивает поле зрения, но уменьшает пространственное разрешение, чем дальше от центра поля зрения, тем сильнее. Предметы, удаленные от центра поля зрения, будут отображаться с меньшим разрешением, чем предметы в центре поля зрения. Поскольку калькуляторы объективов считают пространственное разрешение только в центре, фактическое пространственное разрешение на большей части поля зрения будет хуже расчетного.

ПОДУШКООБРАЗНАЯ ДИСТОРСИЯ

Если при удалении от центра поля зрения оптическое увеличение увеличивается, то объекты на изображении по краям поля зрения выглядят растянутыми, пространственное разрешение увеличивается от центра к краям, а само поле зрения камеры сжимается. Фактические углы обзора в этом случае меньше расчетных (рис. 15, 16). Такая дисторсия называется подушкообразной. Подушкообразная дисторсия меньше распространена и может встречаться у телеобъективов.

Рассмотрим модели, построенные с учетом и без учета подушкообразной дисторсии. Модели приведены для иллюстрации искажений, вносимых подушкообразной дисторсией, и не связаны с определенной моделью объектива. Положение камеры в обоих случаях неизменно (рис. 13…22).


Рис. 13, 14. Вид сетчатого поля. С подушкообразной дисторсией сетчатое поле напоминает подушку

Рис. 15, 16. Поле зрения камеры. С подушкообразной дисторсией поле зрения напоминает бочку. Пространственное разрешение от центра к краям поля зрения увеличивается

Рис. 17, 18. Зона обзора и модель сцены в 3D

Рис. 19, 20. Модель изображения от камеры. Так как объектив узкоугольный, искажения перспективы не заметны (сравните с рис. 9)

Рис. 21, 22. Проекция зоны обзора в 2D

Обратите внимание на искажение распределения пространственного разрешения (рис. 16). Подушкообразная дисторсия уменьшает поле зрения, но увеличивает пространственное разрешение, чем дальше от центра поля зрения, тем сильнее.

УЧЕТ ДИСТОРСИИ В ПРОЕКТИРОВАНИИ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ

На практике влияние дисторсии актуально для объективов с фокусным расстоянием менее 4 мм. Для более длиннофокусных объективов дисторсия, как правило, невелика и ею можно пренебречь.

Наиболее распространенная бочкообразная дисторсия короткофокусных объективов приводит к тому, что фактическое поле зрения камеры оказывается шире расчетного, с вытянутыми углами, а фактическое пространственное разрешение равно расчетному только в центре поля зрения. В остальной части поля зрения пространственное разрешение оказывается хуже расчетного. Причем на краях поля зрения пространственное разрешение может быть хуже в разы (рис. 6).

Учет дисторсии объектива при проектировании видеонаблюдения позволяет получить модели зон обзора и изображений более близкие к реальности, а значит более полно использовать возможности камер в проекте.

В случаях, требующих точности, сравните фактические углы обзора из спецификации производителя камеры или полученные практическим измерением с расчетными углами обзора, заданными калькулятором объектива исходя из фокусного расстояния и размера видеосенсора. Если углы значительно различаются, то дисторсия объектива этой камеры может быть заметна (см. пример объектива выше).

Моделирование дисторсии объектива впервые реализовано в восьмой версии программы VideoCAD.

Так как параметр «дисторсия» отсутствует в спецификациях камер и CCTV объективов, дисторсия объектива в VideoCAD задается комбинацией расчетного угла обзора и фактического угла обзора. Расчетные углы обзора вычисляются внутри программы из фокусного расстояния объектива и размеров видеосенсора.

Фактические углы обзора обычно приводятся в спецификациях камер и объективов. Если значения углов неизвестны, то можно измерить углы практически.

Для задания дисторсии достаточно задать один из трех фактических углов: горизонтальный, вертикальный или диагональный. Предпочтительнее задать горизонтальный угол. Недостающие углы VideoCAD рассчитает самостоятельно. Для получения максимальной точности можно задать 2 или все 3 фактических угла.


Рис. 23. Проектирование видеонаблюдения в программе VideoCAD

Из заданных значений углов VideoCAD рассчитает дисторсию, которую будет учитывать при построении моделей зоны обзора, распределения пространственного разрешения и моделей изображений от камер. Моделирование дисторсии можно оперативно включать и выключать для оценки ее влияния в каждом конкретном случае.

С.В. УТОЧКИН,
директор CCTVCAD Software
Опубликовано в журнале “Алгоритм Безопасности” № 5, 2015

Ниже пару моментов от автора сайта, на которые хотелось бы обратить внимание “невнимательных” читателей:

На практике влияние дисторсии актуально для объективов с фокусным расстоянием менее 4 мм. Для более длиннофокусных объективов дисторсия, как правило, невелика и ею можно пренебречь.

Хотя сейчас самые “ходовые” объективы – это 2,8/3,6 мм и дисторсия на них скорее всего будет. 

Так как параметр «дисторсия» отсутствует в спецификациях камер и CCTV объективов, дисторсия объектива в VideoCAD задается комбинацией расчетного угла обзора и фактического угла обзора. Расчетные углы обзора вычисляются внутри программы из фокусного расстояния объектива и размеров видеосенсора.

Параметр не только отсутствует, но и при попытке получить такие данные в Axis был вежливо отправлен изучать datasheet углы обзора.

Также в этом разделе

Как провести коррекцию объектива камеры

Коррекция объектива помогает скомпенсировать несовершенства, присутствующие почти в каждом снимке. Среди может быть затемнение по краям кадра, прямые линии могут искривляться, а вокруг предметов появится цветная обводка. Хотя подобные вещи часто незаметны на исходной фотографии, преимущества от их отсутствия почти всегда есть. Однако, при неосторожном подходе коррекция объектива только ухудшит снимки. В зависимости от субъекта, некоторые несовершенства могут даже быть выгодными.

До редактирования

После редактирования

Результат после избавления от виньетирования, дисторсии и хроматических аберраций. Разница станет еще очевиднее, если смотреть в полноэкранном режиме.

Обзор

Три самых распространенных коррекции объектива направлены на устранение следующих проблем:

Виньетирование

Дисторсия

Хроматическая аберрация

  1. Виньетирование. Его эффект – постепенное затемнение по краям изображения.
  2. Дисторсия. Прямые линии выгибаются внутрь или наружу.
  3. Хроматическая аберрация. Эта проблема проявляется как цветная обводка вокруг высококонтрастных граней.

Однако, ПО для коррекции объектива обычно может исправить только некоторые типы каждого несовершенства, поэтому главное – распознать их. В следующих разделах будут описаны типы и причины возникновения каждого дефекта. Вы узнаете, когда можно применить коррекцию, и в первую очередь как минимизировать несовершенства.

Для этого урока подойдет большинство программ, но самые популярные варианты среди прочих: Adobe Camera RAW, Lightroom, Aperture, DxO Optics и PTLens.

1. Виньетирование

Этот дефект описывается как постепенное уменьшение света вокруг краев фотографии и это, пожалуй, самая заметная и простая в устранении проблема.

Внутреннее виньетирование

Физическое виньетирование

Обратите внимание на то, что внутреннее виньетирование наиболее проблемно лишь в верхнем левом и нижнем правом углах из-за предмета съемки, даже учитывая, что эффект одинаково применяется со всех сторон.

Дефект устранен

Виньетирование можно разбить на две основные категории:

Физическое. Часто его невозможно исправить кроме как прибегая к обрезке или ручному освещению/клонированию. Выглядит как сильное, резкое затемнение, появляющееся обычно только в самих углах снимка. Причины – нагроможденные/большие фильтры, крышки объектива или другие объекты, физически блокирующие свет вокруг края кадра.

Внутреннее. Обычно легко корректируется. Выглядит как плавное, часто слабое затемнение от центра изображения. Появляется из-за внутренней работы определенного объектива или камеры. Обычно этот тип становится наиболее заметным с меньшими f-числами, при использовании зума или широкоугольных объективов, а также при фокусировании на отдаленных предметах. Цифровые зеркальные камеры с кропнутым сенсором обычно менее подвержены появлению виньетирования из-за того, что темные грани просто обрезаются (в отличие от полнокадровых моделей).

  • Техническое примечание: Внутреннее виньетирование состоит из двух категорий: оптическое и натуральное. Первое можно минимизировать, диафрагмируя объектив (использовать большие f-числа), но второй тип не зависит от настроек объектива. Поэтому натуральное виньетирование неизбежно, если не использовать объектив с меньшим углом обзора или специальный корректирующий фильтр, который отбрасывает свет к центру изображения (редко используется где-то кроме крупноформатных камер).

Коррекция

 Виньетирование часто можно исправить при помощи одного только слайдера «количество», хотя иногда может потребоваться изменить центр коррекции, используя слайдер «средняя точка» (он используется редко). Однако, коррекция увеличит количество шума вокруг краев, так как цифровое осветление снимка одинаково усиливает сигнал и шум.

Слайдеры коррекции виньетирования в Photoshop.

Искусственное виньетирование. Некоторые фотографы намеренно добавляют эффект виньетирования своим фотографиям, чтобы привлечь внимание к центральному субъекту и сделать края кадра менее резкими. Однако, вам может потребоваться применить эффект после того, как снимок будет обрезан (иногда это называют «виньетирование после обрезки»).

2. Дисторсия: Бочка, подушка и перспектива

Этот вид несовершенства заставляет прямые линии выглядеть выгнутыми наружу или вогнутыми внутрь, а также влияет на передачу глубины.

Подушкообразная дисторсия

Бочкообразная дисторсия

К самым распространенным категориям дисторсии относятся:

Подушкообразная. Прямые линии будто вгибаются внутрь снимка. Обычно появляется у телеобъективов или на телефотографическом конце зумного объектива.

Бочка. Прямые линии выгибаются наружу. Чаще всего проявляется при работе с широкоугольными объективами или на широкоугольном конце зумного объектива.

Искажение перспективы. Проявляется, когда параллельные линии сходятся. Причина – камера не направлена перпендикулярно этим параллельным линиям; при съемке деревьев и архитектуры это обычно значит, что камера не направлена на горизонт.

При работе с пейзажной фотографией дисторсию горизонта и деревьев обычно наиболее легко заметить. Размещение горизонта вдоль центра изображения поможет минимизировать проявление всех трех типов дисторсии.

Синяя точка – направление камеры; красные линии – сходящиеся параллельные линии.

  • Техническое примечание: Дисторсия перспективы – не совсем настоящая дисторсия из-за того, что она является естественной характеристикой трехмерного зрения. Мы видим это своими глазами, но наш мозг знает корректное расположение объектов в 3D-пространстве и поэтому не воспринимает линии как сходящиеся. Если хотите узнать больше, почитайте уроки о широкоугольных объективах и использовании tilt-shift объективов для контроля перспективы.

Коррекция

К счастью, каждый из вышеперечисленных типов можно исправить. Однако, это стоит делать только в случае необходимости, например, с субъектами, включающими прямые линии или чем-то очень геометричным. Например, архитектурная фотография – самая чувствительная сфера, в то время как при ландшафтной съемке дисторсия почти не присутствует.

Слайдеры коррекции дисторсии в Photoshop

У ПО для обработки обычно есть слайдеры для исправления подушко- и бочкообразной дисторсии, а также горизонтальное/вертикальное исправление перспективы. Однако, убедитесь, что используете функцию наложения сетки (если она имеется), чтобы иметь возможность оценить результат своей работы.

Недостатки

Коррекция дисторсии обычно требует обрезки искривленных граней кадра, что может повлиять на композицию. Она также перераспределяет разрешение снимка; при избавлении от подушкообразного искривления, края станут немного более резкими (за счет центра), в то время как устранение бочкообразной дисторсии сделает резким центр (за счет граней). При работе с широкоугольным объективом, бочкообразная дисторсия – неплохой способ компенсации смягчения граней, которое является частым последствием использования этого объектива.

3. Хроматические аберрации

Хроматическая аберрация (ХА) выглядит как неприглядная цветная обводка вокруг высококонтрастных краев. В отличие от двух других недостатков, хроматические аберрации обычно заметны только при большом масштабе на компьютере или при крупной печати.

Снимок до коррекции

До и после с масштабом 100%

Вышеприведенная коррекция эффективна, так как ХА в большинстве принадлежала к легко устраняемому латеральному типу.

Типы и причины

Хроматические аберрации – пожалуй, самый разнообразный и сложный дефект. Его распространение во многом зависит от субъекта. К счастью, ХА легко понять, разделив их как минимум на три феномена:

Латеральные (Боковые). ​

Осевые.

Блюминг. ​

  • Техническое примечание: Чистые боковые ХА случаются, когда цветовые составляющие изображения сняты с разными относительными размерами (но они все резко сфокусированы). В случае с осевыми ХА, они появляются при одинаковом относительном размере цветовых составляющих, но некоторые из них оказываются вне фокуса. Блюминг же проявляется, когда обе проблемы присутствуют в малом масштабе на микролинзе сенсора вместо проявления по всей ширине снимка на объективе камеры.

Латеральные (Боковые). Самый простой в коррекции тип. Проявляется как противоположная двухцветная кайма, идущая радиально от центра снимка, увеличиваясь по краям. Самая распространенная комбинация цветов – бирюзовый/пурпурный вместе с потенциальным синим/желтым компонентом.

Осевые. Не поддаются исправлению или поддаются лишь частично с побочными эффектами. Проявляются как одноцветное сияние вокруг всех краев контрастных деталей, также менее варьируются в зависимости от позиции на снимке. Сияние часто багрянистое, но его цвет и размер может иногда быть скорректирован смещением автофокуса вперед или назад.

Блюминг. Обычно можно исправить. Это – уникальный феномен цифровых сенсоров, который становится причиной обрезки избыточного света, создавая разнообразную цветовую обводку на уровне сенсора, обычно синего или багрового цвета. Чаще всего проявляется при резкой, обрезанной зеркальной подсветке на компактных камерах с высоким разрешением. Классический пример – края верхушек деревьев и листва на фоне яркого белого неба.

Все снимки имеют определенные комбинации вышеперечисленных типов, хотя их относительная распространенность может очень сильно варьироваться в зависимости от содержимого снимка и объектива. Латеральные и осевые ХА чаще присутствуют в недорогих объективах, в то время как блюминг проявляется в более старых компактных камерах; при этом, все аберрации более заметны в высоком разрешении.

  • Техническое примечание: Хотя осевые ХА и блюминг обычно распределяются равномерно вокруг всех краев, они могут не проявляться равномерно во всех направлениях, в зависимости от цвета и яркости конкретного края. Из-за этого их часто можно спутать с латеральными ХА. Латеральные и осевые ХА иногда также называют поперечными и продольными соответственно.

Коррекция

Сокращение хроматических аберраций может создать огромную разницу в резкости и качестве снимка – особенно вокруг краев кадра. Однако, убрать можно только некоторые компоненты ХА. Трюк состоит в том, что нужно распознать и применить правильные инструменты отдельно для каждого компонента, не ухудшив остальные. Например, сокращение осевых ХА в одной области (при ошибочном применении инструментов для латеральных ХА) сделает остальные участки хуже.

Слайдеры коррекции хроматических аберраций в Photoshop

Начните с высококонтрастных краев рядом с углом фотографии, просматривая ее в полном экране с масштабом 100-400%, чтобы оценить эффективность коррекции. Обычно лучше всего начинать с латеральных ХА, используя слайдеры красный/бирюзовый, а затем синий/желтый, поскольку от них легче всего избавиться. Все, что останется после, является комбинацией осевых ХА и блюминга. От их можно почистить при помощи инструмента Убрать кайму (Defringe) в Photoshop. Не важно, с какими настройками вы начинаете, ключ к нужному результату – экспериментирование.

Кусочек взят из верхней левой части снимка с закатом, приведенным ранее.

Однако, не ждите чудес; почти всегда некоторая доля блюминга и осевых ХА останется. Это особенно правдиво в случаях с яркими источниками света при ночной съемке, звездами и прямыми отражениями на металле или воде.

Осевое ХА и блюминг

Дефекты сокращены (но все же присутствуют)

Автоматические профили коррекции объективов

Современные программы для работы с RAW часто оборудованы функцией коррекции объектива при помощи заранее подготовленных параметров для огромного количества сочетаний камер и объективов. Если такая возможность есть, она может сохранить множество времени. Adobe Camera RAW (ACR), Lightroom, Aperture, DxO Optics и PTLens имеют эту функцию в самых свежих версиях.

Не бойтесь использовать их не только с настройками по умолчанию в 100% (полная коррекция). Некоторые, например, предпочитают сохранять небольшое виньетирование и дисторсию, но полностью корректировать хроматические аберрации. Хотя в случае с ХА, лучшие результаты обычно достигаются при ручной работе.

Если вы используете коррекцию объектива как часть процесса постобработки, порядок выполнения может влиять на результат. Удаление шума обычно эффективнее перед удалением ХА, но усиление резкости нужно производить после, так как это может помешать чистке ХА. Хотя, если вы используете программы для работы с RAW, можете особо не волноваться о порядке – все коррекции будут разумно применены.

Автор: Cambridge in Colour

Алгоритм коррекции искажения

Barrel для исправления объектива FishEye - не реализован с Java

Переполнение стека
  1. Около
  2. Товары
  3. Для команд
  1. Переполнение стека Общественные вопросы и ответы
  2. Переполнение стека для команд Где разработчики и технологи делятся частными знаниями с коллегами
  3. Вакансии Программирование и связанные с ним технические возможности карьерного роста
  4. Талант Нанимайте технических специалистов и создавайте свой бренд работодателя
  5. Реклама Обратитесь к разработчикам и технологам со всего мира
  6. О компании
.Бочкообразное искажение

Wikipedia

Не следует путать со сферической аберрацией, потерей резкости изображения, которая может быть результатом сферических поверхностей линз. Фужеры, создающие неравномерное искажение фона

В геометрической оптике искажение - отклонение от прямолинейной проекции; проекция, в которой прямые линии сцены остаются прямыми на изображении. Это форма оптической аберрации.

Радиальная деформация []

Хотя искажения могут быть нерегулярными или следовать множеству шаблонов, наиболее часто встречающиеся искажения являются радиально-симметричными или приблизительно такими же, возникающими из-за симметрии фотографического объектива.Эти радиальных искажений обычно можно классифицировать либо как бочкообразных искажений или подушкообразных искажений . См. Ван Валри. [1]

Бочкообразное искажение

При бочкообразном искажении увеличение изображения уменьшается с увеличением расстояния от оптической оси. Очевидный эффект - это изображение, нанесенное на сферу (или бочку). Линзы «рыбий глаз», которые принимают полусферические виды, используют этот тип искажения как способ сопоставить бесконечно широкую плоскость объекта с конечной областью изображения.В зум-объективе бочкообразное искажение появляется в середине диапазона фокусных расстояний объектива и хуже всего в широкоугольном конце диапазона. [2]

Подушкообразное искажение

При подушкообразном искажении увеличение изображения увеличивается с увеличением расстояния от оптической оси. Видимый эффект заключается в том, что линии, которые не проходят через центр изображения, изгибаются внутрь, к центру изображения, как подушечка для иголок.

Искажение усов

Смесь обоих типов, иногда называемая искажением усов ( искажение усов ) или сложным искажением , встречается реже, но не редкость.Оно начинается как бочкообразное искажение вблизи центра изображения и постепенно превращается в подушкообразное искажение по направлению к периферии изображения, в результате чего горизонтальные линии в верхней половине кадра выглядят как усы на руле.

Математически бочкообразные и подушкообразные искажения являются квадратичными, то есть они увеличиваются как на квадрат расстояния от центра. В искажении усов значительным является член четвертой степени (степень 4): в центре преобладает бочкообразное искажение степени 2, в то время как на краю преобладает искажение степени 4 в направлении подушкообразной подушки.В принципе возможны и другие искажения - подушечка для булавок в центре и цилиндр по краю или искажения более высокого порядка (степень 6, степень 8), - но обычно не возникают в практических объективах, а искажения более высокого порядка малы по сравнению с основным корпусом и подушечкой для булавок. последствия.

Происшествие []

Смоделированная анимация эффекта глобуса (справа) по сравнению с простым панорамированием (слева)

В фотографии искажение, в частности, связано с зум-объективами, особенно с зумом с большим диапазоном, но также может быть обнаружено в фиксированных объективах и зависит от фокусного расстояния - например, Canon EF 50mm f / 1.4 демонстрирует бочкообразное искажение на очень коротких фокусных расстояниях. Бочкообразное искажение может быть обнаружено в широкоугольных объективах и часто наблюдается на широкоугольном конце зум-объективов, в то время как подушкообразное искажение часто наблюдается в старых или недорогих телеобъективах. Искажение усов особенно заметно на широком конце зума, с некоторыми ретрофокусными объективами, а в последнее время и с широкоугольными зумами, такими как Nikon 18–200 мм.

Определенное количество подушкообразных искажений часто наблюдается при использовании оптических инструментов, например.ж., бинокль, где он служит для устранения эффекта глобуса.

Радиальные искажения можно понять по их влиянию на концентрические круги, как в мишени для стрельбы из лука.

Чтобы разобраться в этих перекосах, следует помнить, что это радиальных дефектов ; рассматриваемые оптические системы обладают вращательной симметрией (без нерадиальных дефектов), поэтому дидактически правильное тестовое изображение будет представлять собой набор концентрических кругов с равномерным разделением - как мишень стрелка.Затем можно заметить, что эти общие искажения на самом деле подразумевают нелинейное отображение радиуса от объекта к изображению: то, что кажется подушкообразным искажением, на самом деле является просто преувеличенным отображением радиуса для больших радиусов по сравнению с маленькими. График, показывающий преобразования радиуса (от объекта к изображению), будет более крутым в верхнем (крайнем правом) конце. И наоборот, бочкообразная деформация - это фактически уменьшенное отображение радиуса для больших радиусов по сравнению с маленькими радиусами. График, показывающий преобразования радиуса (от объекта к изображению), будет менее крутым в верхнем (крайнем правом) конце.

Хроматическая аберрация []

Радиальное искажение, зависящее от длины волны, называется «боковой хроматической аберрацией» - «поперечной», потому что радиальной, «хроматической», потому что зависит от цвета (длины волны). Это может привести к появлению цветных полос в высококонтрастных областях на внешних частях изображения. Это не следует путать с осевой (продольной) хроматической аберрацией, которая вызывает аберрации по всему полю, особенно фиолетовую окантовку.

Происхождение терминов []

Названия этих искажений происходят от знакомых объектов, которые визуально похожи.

  • В бочкообразной дисторсии прямые линии выпирают на наружу и в центре, как в бочке.

  • При искажении подушечками углы квадратов образуют удлиненные точки, как в подушке.

  • При искажении усов горизонтальные линии выпирают вверх в центре, затем изгибаются в другую сторону по мере приближения к краю кадра (если он находится в верхней части кадра), как в фигурных усах на руле.

Программная коррекция []

Радиальные искажения, в которых в основном преобладают радиальные компоненты низкого порядка, [3] можно скорректировать с помощью модели искажения Брауна, [4] , также известной как модель Брауна – Конради, основанная на более ранней работе Конради. [5] Модель Брауна – Конради корректирует как радиальное искажение, так и тангенциальное искажение, вызванное неправильным выравниванием физических элементов в объективе. Последнее также известно как децентрализованное искажение .См. Zhang [6] для дополнительного обсуждения радиальной деформации.

Икс ты знак равно Икс d + ( Икс d - Икс c ) ( K 1 р 2 + K 2 р 4 + ⋯ ) + ( п 1 ( р 2 + 2 ( Икс d - Икс c ) 2 ) + 2 п 2 ( Икс d - Икс c ) ( y d - y c ) ) ( 1 + п 3 р 2 + п 4 р 4 ⋯ ) {\ displaystyle x _ {\ mathrm {u}} = x _ {\ mathrm {d}} + (x _ {\ mathrm {d}} -x _ {\ mathrm {c}}) (K_ {1} r ^ {2} + K_ {2} r ^ {4} + \ cdots) + (P_ {1} (r ^ {2} +2 (x _ {\ mathrm {d}} -x _ {\ mathrm {c}}) ^ {2 }) + 2P_ {2} (x _ {\ mathrm {d}} -x _ {\ mathrm {c}}) (y _ {\ mathrm {d}} -y _ {\ mathrm {c}})) (1 + P_ {3} r ^ {2} + P_ {4} r ^ {4} \ cdots)} [3]
y ты знак равно y d + ( y d - y c ) ( K 1 р 2 + K 2 р 4 + ⋯ ) + ( 2 п 1 ( Икс d - Икс c ) ( y d - y c ) + п 2 ( р 2 + 2 ( y d - y c ) 2 ) ) ( 1 + п 3 р 2 + п 4 р 4 ⋯ ) , {\ displaystyle y _ {\ mathrm {u}} = y _ {\ mathrm {d}} + (y _ {\ mathrm {d}} -y _ {\ mathrm {c}}) (K_ {1} r ^ {2} + K_ {2} r ^ {4} + \ cdots) + (2P_ {1} (x _ {\ mathrm {d}} -x _ {\ mathrm {c}}) (y _ {\ mathrm {d}} -y_ {\ mathrm {c}}) + P_ {2} (r ^ {2} +2 (y _ {\ mathrm {d}} -y _ {\ mathrm {c}}) ^ {2})) (1 + P_ {3} r ^ {2} + P_ {4} r ^ {4} \ cdots),} [3]

где:

( Икс d , y d ) {\ Displaystyle (х _ {\ mathrm {d}}, \ y _ {\ mathrm {d}})} = точка искаженного изображения, проецируемая на плоскость изображения с использованием указанного объектива,
( Икс ты , y ты ) {\ Displaystyle (х _ {\ mathrm {u}}, \ y _ {\ mathrm {u}})} = точка неискаженного изображения, проецируемая идеальной камерой-обскурой,
( Икс c , y c ) {\ Displaystyle (х _ {\ mathrm {c}}, \ y _ {\ mathrm {c}})} = центр искажения,
K п {\ displaystyle K_ {n}} знак равно п т час {\ Displaystyle п ^ {\ mathrm {th}}} коэффициент радиальной дисторсии,
п п {\ displaystyle P_ {n}} знак равно п т час {\ Displaystyle п ^ {\ mathrm {th}}} коэффициент тангенциального искажения,
р {\ displaystyle r} знак равно ( Икс d - Икс c ) 2 + ( y d - y c ) 2 {\ displaystyle {\ sqrt {(x _ {\ mathrm {d}} -x _ {\ mathrm {c}}) ^ {2} + (y _ {\ mathrm {d}} -y _ {\ mathrm {c}}) ^ {2}}}} , и
.. . {\ displaystyle ...} = бесконечная серия.

Деформация ствола обычно имеет отрицательный K 1 {\ displaystyle K_ {1}} тогда как подушкообразное искажение будет иметь положительное значение. Искажение усов будет иметь немонотонный радиально-геометрический ряд, что для некоторых р {\ displaystyle r} последовательность изменит знак.

Для моделирования радиального искажения модель деления [7] обычно обеспечивает более точное приближение, чем полиномиальная модель четного порядка Брауна-Конради: [8]

Икс ты знак равно Икс c + Икс d - Икс c 1 + K 1 р 2 + K 2 р 4 + ⋯ {\ displaystyle x _ {\ mathrm {u}} = x _ {\ mathrm {c}} + {\ frac {x _ {\ mathrm {d}} -x _ {\ mathrm {c}}} {1 + K_ {1} г ^ {2} + К_ {2} г ^ {4} + \ cdots}}}
y ты знак равно y c + y d - y c 1 + K 1 р 2 + K 2 р 4 + ⋯ , {\ displaystyle y _ {\ mathrm {u}} = y _ {\ mathrm {c}} + {\ frac {y _ {\ mathrm {d}} -y _ {\ mathrm {c}}} {1 + K_ {1} r ^ {2} + K_ {2} r ^ {4} + \ cdots}},} [7]

с использованием тех же параметров, определенных ранее.Для радиального искажения эта модель деления часто предпочтительнее модели Брауна – Конради, поскольку для более точного описания сильного искажения требуется меньше членов. [8] При использовании этой модели для моделирования большинства камер обычно достаточно одного члена. [9]

Программное обеспечение может исправить эти искажения, деформируя изображение с обратным искажением. Это включает определение того, какой искаженный пиксель соответствует каждому неискаженному пикселю, что нетривиально из-за нелинейности уравнения искажения. [3] Боковая хроматическая аберрация (пурпурная / зеленая окантовка) может быть значительно уменьшена путем применения такой деформации отдельно для красного, зеленого и синего цветов.

Искажение или неискажение требует либо обоих наборов коэффициентов, либо инвертирования нелинейной задачи, которая, как правило, не имеет аналитического решения. Применяются стандартные подходы, такие как аппроксимация, локальная линеаризация и итерационные решатели. Какой решатель предпочтительнее, зависит от требуемой точности и доступных вычислительных ресурсов.

после калибровки []

Откалиброванные системы работают по таблице передаточных функций объектива / камеры:

  • Adobe Photoshop Lightroom и Photoshop CS5 могут исправить сложные искажения.
  • PTlens - это плагин Photoshop или отдельное приложение для исправления сложных искажений. Он корректирует не только линейные искажения, но и нелинейные компоненты второй степени и выше. [10]
  • Lensfun - это бесплатная база данных и библиотека для коррекции искажения объектива. [11]
  • OpenCV - это библиотека для компьютерного зрения с открытым исходным кодом под лицензией BSD (многоязычная, много ОС). В нем есть модуль калибровки камеры. [12]
  • DxO Labs 'Optics Pro может исправлять сложные искажения и учитывать фокусное расстояние.
  • proDAD Defishr включает инструменты Unwarp-Tool и Calibrator-tool. Из-за искажения рисунка шахматной доски рассчитывается необходимая развертка.
  • Камеры и объективы системы Micro Four Thirds выполняют автоматическую коррекцию искажений, используя параметры коррекции, которые хранятся в прошивке каждого объектива и автоматически применяются камерой и программным обеспечением RAW-конвертера.Оптика большинства этих объективов имеет значительно больше искажений, чем их аналоги в системах, которые не предлагают такую ​​автоматическую коррекцию, но окончательные изображения с программной коррекцией демонстрируют заметно меньше искажений, чем у конкурирующих моделей. [13]

Руководство []

Ручные системы позволяют вручную регулировать параметры искажения:

  • ImageMagick может исправить несколько искажений; например, искажение «рыбий глаз» популярной камеры GoPro Hero3 + Silver можно исправить с помощью команды [14]
преобразовать искаженное_изображение.jpg -distort баррель "0,06335 -0,18432 -0,13009" corrected_image.jpg
  • Photoshop CS2 и Photoshop Elements (начиная с версии 5) включают ручной фильтр коррекции объектива для простого искажения (подушечка / цилиндр)
  • Corel Paint Shop Pro Photo включает в себя ручной эффект искажения линзы для простого (бочкообразного, рыбьего, сферического или подушкообразного) искажения.
  • GIMP включает ручную коррекцию искажения объектива (начиная с версии 2.4).
  • PhotoPerfect имеет интерактивные функции для общей регулировки подушечки для булавок и для бахромы (регулировка размера красной, зеленой и синей частей изображения).
  • Hugin можно использовать для исправления искажений, хотя это не его основное применение. [15]

Помимо этих систем, которые обрабатывают изображения, есть системы, которые также регулируют параметры искажения для видео:

  • FFMPEG с использованием видеофильтра "Lenscorrection". [16]
  • Blender с помощью узла или для вставки узла «Искажение / искажение линзы» между узлами ввода и вывода.

Связанные явления []

Радиальное искажение - это неспособность линзы быть прямолинейной: неспособность отображать линии в линии.Если фотография сделана не прямо, то даже с идеальным прямолинейным объективом прямоугольники будут выглядеть как трапеции: линии отображаются как линии, но углы между ними не сохраняются (наклон не является конформной картой). Этим эффектом можно управлять с помощью линзы управления перспективой или откорректировать при постобработке.

Из-за перспективы камеры изображают куб в виде усеченного квадрата (усеченная пирамида с трапециевидными сторонами) - дальний конец меньше ближнего. Это создает перспективу, и скорость, с которой происходит это масштабирование (насколько быстро сжимаются более удаленные объекты), создает ощущение глубины или мелкости сцены.Это не может быть изменено или исправлено простым преобразованием результирующего изображения, поскольку для этого требуется трехмерная информация, а именно глубина объектов в сцене. Этот эффект известен как искажение перспективы; само изображение не искажается, но воспринимается как искаженное при просмотре с нормального расстояния просмотра.

Обратите внимание, что если центр изображения находится ближе, чем края (например, при съемке лица прямо), то бочкообразное искажение и широкоугольное искажение (при съемке с близкого расстояния) увеличивают размер изображения. в центре, в то время как подушкообразное искажение и искажение телефото (съемка издалека) уменьшают размер центра.Однако радиальное искажение изгибает прямые линии (наружу или внутрь), в то время как перспективное искажение не изгибает линии, и это разные явления. Объективы «рыбий глаз» представляют собой широкоугольные линзы с сильным бочкообразным искажением и, таким образом, демонстрируют и этих явлений, поэтому объекты в центре изображения (при съемке с небольшого расстояния) особенно увеличиваются: даже если бочкообразное искажение исправлено, в результате изображение по-прежнему получено широкоугольным объективом, и оно по-прежнему будет иметь широкоугольную перспективу. «Документация по фильтрам FFmpeg».

Внешние ссылки []

Викискладе есть медиафайлы по теме Искажение .
.Обработка изображений

- Коррекция искажения цилиндрической линзы в сериях x, y в R

Переполнение стека
  1. Около
  2. Товары
  3. Для команд
  1. Переполнение стека Общественные вопросы и ответы
  2. Переполнение стека для команд Где разработчики и технологи делятся частными знаниями с коллегами
  3. Вакансии Программирование и связанные с ним технические возможности карьерного роста
  4. Талант Нанимайте технических специалистов и создавайте свой бренд работодателя
  5. Реклама Обратитесь к разработчикам и технологам со всего мира
  6. О компании
.Модель коррекции объектива

- PanoTools.org Wiki

Модель коррекции объектива

Инструменты панорамы имеют очень гибкую модель для исправления типичных геометрических ошибок объектива. Более того, он часто может даже оценить параметры коррекции прямо из изображений на панораме.

Всего существует 6 параметров, связанных с коррекцией объектива.

  • Прежде всего, это поле зрения объектива (FoV) - не совсем ошибка, а параметр, определяющий искажение перспективы изображения.
  • Фактические параметры коррекции объектива a , b и c , которые используются для коррекции бочкообразного искажения, подушкообразного искажения и даже волнообразного искажения.
  • Параметры сдвига линзы d и e , которые корректируют оптическую ось линзы, не находящуюся в центре изображения.

Еще два параметра корректируют ошибки изображения, которые вызваны не объективом, а, например, сканером или сканирующей камерой. Это параметры сдвига f и g .

Поле зрения

Фокусное расстояние - это физическое свойство объектива. Вместе с эффективным датчиком или размером пленки и расстоянием фокусировки он приблизительно соответствует полю обзора изображения (на него влияют и другие факторы). Внимание : кадрирование изображения изменяет поле обзора. Если вам нужно обрезать исходные изображения для панорамы, обрежьте их все до одинакового размера!

Поле зрения вместе с проекцией объектива (прямолинейное, «рыбий глаз» или цилиндрическое для камер с поворотным объективом) определяют перспективное искажение изображения.Перспективное искажение меньше с меньшим полем обзора. См. Страницу Хельмута Дерша [1] для получения подробной информации о различных широкоугольных перспективах.

Параметры искажения объектива a, b и c

Для идеальной прямолинейной оптики камеры все, что вам нужно знать, - это поле зрения. Идеальных результатов можно добиться, просто сопоставив пиксели изображения с касательной плоскостью. Настоящие линзы отклоняются от этой идеальной проекции касательной плоскости. Отклонения отталкивают фиксированные точки сцены от того места, где они могли бы упасть.К счастью, вместо произвольных толчков и вытягиваний, почти все отклонения происходят радиально, в сторону или от некоторого общего центра, и, к счастью, величина отклонения почти одинакова для данного радиуса вокруг этого центра. Следовательно, модель, которая корректирует это отклонение на основе радиуса, дает довольно хорошие результаты.

Параметры искажения объектива a , b и c соответствуют полиному третьей степени, описывающему радиальное искажение объектива:

р s р c знак равно ( а р d е s т 3 + б р d е s т 2 + c р d е s т + d ) р d е s т {\ displaystyle r_ {src} = ({a} r_ {dest} ^ {3} + {b} r_ {dest} ^ {2} + {c} r_ {dest} + d) r_ {dest}}

где р d е s т {\ displaystyle r_ {dest}} и р s р c {\ displaystyle r_ {src}} относятся к нормализованному радиусу пикселя изображения.Центральная точка этого радиуса - это место, где оптическая ось касается изображения - обычно это центр изображения. Нормализованный означает здесь, что самый большой круг, который полностью помещается в изображение, имеет радиус = 1.0. (Другими словами, радиус = 1,0 - половина меньшей стороны изображения.) Идеальный объектив имел бы a = b = c = 0,0 и d = 1,0, что разрешает в р s р c знак равно р d е s т {\ displaystyle r_ {src} = r_ {dest}} .

Иногда формула выше записывается как

р s р c знак равно а р d е s т 4 + б р d е s т 3 + c р d е s т 2 + d р d е s т {\ displaystyle r_ {src} = {a} r_ {dest} ^ {4} + {b} r_ {dest} ^ {3} + {c} r_ {dest} ^ {2} + d {r_ {dest} }}

, что по сути то же самое.

Обычные значения для a , b и c ниже 1,0, в большинстве случаев ниже 0,01. Слишком высокие значения говорят о том, что вы выбрали неправильный тип объектива, например. рыбий глаз вместо прямолинейного или наоборот. Это, конечно, относится к абсолютным значениям, поскольку a , b и c могут быть положительными или отрицательными (например, как 4,5, так и -4,5 считаются слишком высокими значениями).

Четвертый параметр ( d ) доступен только в фильтре Correct, Radial Shift плагинов Panorama Tools.Он вычисляется неявно с помощью Pano12 (используется PTOptimizer, PTStitcher и графическими интерфейсами), чтобы сохранить тот же размер изображения:

d знак равно 1 - ( а + б + c ) {\ displaystyle d = 1- (a + b + c)}

Следовательно, он недоступен в различных интерфейсах GUI (вы можете увидеть это в сценарии результатов PTOptimizer).

К сожалению, другой параметр, также называемый d , относится к сдвигу изображения в сценариях PTStitcher и PTOptimizer, а также в графическом интерфейсе пользователя.Иногда это вызывает путаницу. (Подробнее см. Ниже.)

Этот полиномиальный подход никогда не бывает точным, но может дать довольно хорошее приближение к реальному поведению данной линзы. Если вам нужна более качественная коррекция, вы должны использовать матрицу искажений, используемую в Distortion Remove (см. Ссылку ниже).

Искажение объектива и рыбий глаз

В отличие от прямолинейных линз, линзы типа «рыбий глаз» не следуют геометрии касательной плоскости, а вместо этого имеют встроенные искажения , предназначенные для достижения широких полей зрения.Параметры радиального искажения линз используются одинаково для прямолинейных линз и линз типа «рыбий глаз», но их никогда не следует использовать для попытки переназначить «рыбий глаз» на прямолинейное изображение. Это делается путем выбора правильной проекции источника и назначения. Геометрия «рыбий глаз» следует быстро изменяющейся тригонометрической функции, которую вряд ли можно аппроксимировать полиномом третьей степени.

Для «рыбьего глаза» параметры коррекции объектива корректируют отклонение между реальной линзой и идеальной геометрией «рыбий глаз».

Параметры d & e сдвига объектива или изображения

Иногда объектив и датчик изображения могут быть не отцентрированы относительно друг друга. В этом случае оптическая ось не попадает в центр изображения. Это особенно актуально для отсканированных изображений, когда вы никогда не можете сказать, центрирована пленка на сканере или нет.

Если вышеуказанный алгоритм коррекции объектива используется для таких изображений, коррекция объектива и коррекция перспективы работают не в той центральной точке. Параметры сдвига объектива d (горизонтальный сдвиг) и e (вертикальный сдвиг) компенсируют эту проблему.Они содержат значения в пиксельных единицах, которые определяют, насколько далеко центр радиальной коррекции смещен за пределы геометрического центра изображения.

Параметры сдвига изображения, g & t

Сдвиг изображения не является искажением линзы, но, тем не менее, является частью модели коррекции линз panotools. Он корректирует искажение, вызванное сканерами или сканирующими камерами, которое приводит к срезанию прямоугольного изображения до формы параллелограмма (одна сторона изображения смещается параллельно противоположной стороне)

Определить коррекцию объектива

a , b , c и FoV - это физические свойства комбинации объектива / камеры на заданном расстоянии фокусировки.Если вы всегда снимаете с одной и той же настройкой фокусировки, например. бесконечность или гиперфокальное расстояние, тогда вы можете безопасно повторно использовать параметры. При других настройках фокуса FoV заметно изменится, но обычно даже тогда можно повторно использовать a , b и c .

Существует несколько способов определения a, b, c и fov. параметры для калибровки конкретной комбинации объектива / камеры:

  • Создание двух или более перекрывающихся фотографий и выбор множества нормальных контрольных точек, а затем оптимизация крена, тангажа, рыскания, угла обзора, a, b и c.Этот метод работает с любым выходным форматом проекции, но требует, чтобы изображения без параллакса были сняты точно из точки отсутствия параллакса. Обратите внимание, что для точного измерения поля зрения вам необходимо снять полную панораму на 360 градусов.
  • Использование таких инструментов, как PTLens, lensfun или fulla, для чтения метаданных EXIF ​​фотографии и автоматического исправления изображения путем поиска объектива в существующей базе данных.

Оптимизировать для коррекции объектива

Если вы оптимизируете коррекцию линз, чтобы откалибровать линзу, вы должны помнить некоторые факты:

Поскольку параметры коррекции объектива определяются путем оценки искажения при различных значениях радиуса, вам следует предоставить достаточно контрольных точек на большом диапазоне радиусов от центра изображения.

  • Если для этой задачи вы используете прямоугольный узор или прямые линии, убедитесь, что вы установили контрольные точки на всех расстояниях от центра.
  • Если вы используете два или более изображений, убедитесь, что вы перекрываете области с большим потенциальным искажением (например, углы) с областями с низким возможным искажением (например, центр). Подойдет только горизонтальное перекрытие, но используйте не менее 50%, чтобы перекрыть центр изображения одного изображения с границей другого.
Параметры

a , b и c влияют на поле обзора, особенно для изображений в альбомной ориентации, но незначительно для изображений с портретной ориентацией.Это потому, что, хотя неявное вычисление четвертого полиномиального параметра пытается сохранить изображение того же размера, это возможно только при радиусе r_src = 1.0.

За пределами этого радиуса, особенно в углах изображения, размер и, следовательно, поле обзора могут отличаться. Поскольку они связаны таким образом, вы всегда должны разрешать оптимизацию и для поля зрения, если вы оптимизируете для a , b и c с более чем одним изображением.(Вы не можете оптимизировать поле зрения только с одним изображением). Как отмечалось выше, вам нужна полная панорама на 360 градусов, чтобы точно измерить поле зрения.

Параметры a и c управляют более сложными формами искажения. В большинстве случаев будет достаточно оптимизации только для параметра b , который хорош для исправления нормального бочкообразного искажения и подушкообразного искажения.

Если вы хотите увидеть, как изменение параметров влияет на коррекцию искажений, перейдите по адресу http: // 4pi.org / downloads / и получите abc.xls . Не отключайте макросы при загрузке.

См. Также страницу бочкообразного искажения Гельмута Дерша.

Есть отличное руководство по оптимизации от Джона Хоутона: [2]

Инструменты для исправления деформации ствола и подушечки

  • Исходный PTStitcher может быть запрограммирован для пакетной обработки изображений с известными параметрами a, b и c. Он также может работать с одним из интерфейсов GUI.
  • PTLens - это плагин Photoshop и автономный инструмент Windows, который использует те же параметры a, b и c и поставляется с базой данных популярных объективов.
  • CamChecker - это инструмент для автоматического определения искажения объектива, который генерирует набор параметров, отличный от всего остального.

См. Также

Модель позиционирования изображения

.

admin

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о