Дисторсия объектива: Дисторсия объективов в системах видеонаблюдения

Содержание

Дисторсия объективов в системах видеонаблюдения

  1. Статьи
  2. Системы видеонаблюдения
  3. Дисторсия объективов в системах видеонаблюдения

Уточкин Станислав Валерианович
директор CCTVCAD Software

Влияние дисторсии объекти-вoв 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

Model No.

 

Effective Lens

Front

0 22,8 мм

Focal Length

2,3 мм

Aperture

Rear

0 7,0 мм

Max. Aperture Ratio

1:1,4

Back Focal Length

7,1 мм

Max. Image Format

4,8 мм x 3,6 мм (0 мм)

Flange Back Length

12,5 мм

Operation

Iris

F1.4 — F16C

Mount

CS-Mount

Range

Focus

0,2 м — Inf.

Filter Size

Control

Iris

Manual

Dimensions

0 4,5 мм x 35,4 мм

Focus

Manual

Weight

43 g

Object Dimension at M. O.D.

60,8 ем x 37,5 ем

   
 

D

 

137,9°

 

106,7°

   

Angle of View

H

1/3 type

113,3°

1/4 type

86,3°

   
 

V

 

86,3

 

65,3′

   

Operating Temperature

-20° С — +50° С

   

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 дис-торсия 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.

Информация и фото с https://algoritm.org/arch/arch.php?id=78&a=1884

Коррекция искажений, вносимых объективом.

Что такое дисторсия объектива и как она проявляется на фотографиях
  • Слева: исходное изображение квадрата.
  • По центру: изображение квадрата, полученное с помощью оптической системы с положительной дисторсией («подушка»).
  • Справа: изображение квадрата, полученное с помощью оптической системы с отрицательной дисторсией («бочка», «рыбий глаз»)

Дисторсия исправляется на этапе разработки оптической системы подбором линз и других элементов и/или путём обработки изображения на компьютере (например, в цифровых фотографиях и кинематографе). В объективах симметричной конструкции дисторсия проявляется в наименьшей степени.

Дисторсия оптических систем с осевой симметрией

В результате дисторсии в действительности прямые линии на изображении становятся кривыми, кроме линий, лежащих в одной плоскости с оптической осью . Например, изображение квадрата (см. ), центр которого пересекает оптическая ось, имеет

  • вид «подушки » (подушкообразная дисторсия, «подушка») при положительной дисторсии и
  • вид «бочки » (бочкообразная дисторсия, «бочка») при отрицательной.

Дисторсия “подушкой” – положительна (увеличивает расстояние от оптического центра), “бочкой” – отрицательна (уменьшает расстояние от оптического центра).

В отдельных случаях искажения формы могут иметь и более сложный вид.

Применение апертурной или виньетирующей диафрагмы не влияет на дисторсию, поскольку такая диафрагма не изменяет коэффициент увеличения оптической системы.

Дисторсия может быть выражена количественно через так называемую относительную дисторсию ν {\displaystyle \nu } [ ] :

ν = [ (b − b 0) / b ] ⋅ 100 % , {\displaystyle \nu =\left[(b-b_{0})/b\right]\cdot 100\%,}

Величина ν {\displaystyle \nu } измеряется в процентах .

Коэффициент увеличения b {\displaystyle b} на оптической оси равен . Отклонение от b 0 {\displaystyle b_{0}} , обычно, достигает максимума по краю поля зрения. Поэтому для характеристики дисторсии оптической системы обычно за величину b {\displaystyle b} принимают коэффициент увеличения по краю.

Для одной и той же системы дисторсия зависит [ ] :

Как правило, если дисторсия мала или отсутствует при одном расстоянии, она будет мала и при другом.

Дисторсия у объективов, близких к симметричным, обычно мала, даже если коэффициент линейного увеличения не равен −1. Этот случай чаще всего встречается на практике.

Объективы с исправленной дисторсией называются ортоскопическими .

В некоторых случаях к исправлению дисторсии предъявляются повышенные требования. Так, в объективах для аэрофотосъёмки составляет ≈0,01 % .

Иногда, величина дисторсии не имеет значения. Объективы с неисправленной дисторсией называются дисторзирующими и применяются, например, для метеорологических наблюдений.

Дисторсия вводится намеренно в некоторые широкоугольные объективы для компенсации искажений перспективы и других недостатков.

Не следует путать с дисторсией искажения перспективы , вызванные проецированием трёхмерного пространства на плоскость . {2}{\vec {r}},}

Если F 3 {\displaystyle F_{3}} имеет тот же знак, что и b 0 {\displaystyle b_{0}} , возникнет «подушка», в противном случае — «бочка».

Когда при ведении фотосъемки используются широкоугольные объективы, возникает искажение прямых линий предметов. Получается дисторсия объектива, что это изменение прямолинейности и потеря геометрической совершенности во время фотографирования. Если сравнивать исходные сцены и получаемые после фотографирования, то будут заметны различные искривления, в особенности на крайних участках кадра.

Различаются разные виды данного явления, поэтому профессионалам и любителям фото приходится сталкиваться с:

  • Выпуклыми дисторсиями,
  • Вогнутыми искривлениями,
  • Комплексными искажениями.

И каждый вариант искривления имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при получении очередного кадра с использованием широкоугольных линз.

Почему появляются дисторсии?

Если любители не знакомы с таким понятием, как дисторсия объектива, что это, то профессиональные фотографы нередко сталкиваются с подобными явлениями и им известны причины их появления и даже методы борьбы с ними. Вогнутые искривления чаще всего возникают при пользовании телеобъективами, а вот комплексные дисторсии могут появиться и на широкоугольниках.

Иногда фотографу попадаются такие кадры, где один участок получается бочкообразным, а другой – вогнутым. Хотя современные фотографы оснащены новейшим оборудованием и имеют возможность редактировать полученные кадры, но это не всегда спасает при наличии комплексных искажений.

Сверхширокоугольные объективы могут стать причиной появления дисторсии, когда производится съемка крупного архитектурного сооружения, где большое количество прямых линий.

Всевозможные искажения с трудом воспринимаются человеческим мозгом, и поэтому зрителю сложно смириться с потерей геометрической правильности. Причиной возникновения такого явления может стать сильное различие между участками фотографируемых объектов.

Если ведется фотосъемка с нижнего ракурса многоуровневого сооружения при наклоненном фотоаппарате. Нужно иметь мощный и качественный широкоугольный объектив с постоянной фокусировкой, чтобы избежать подобных искажений.

Каким образом избегать дисторсии?

Если вы уже знаете, дисторсия объектива что это, то следующим этапом становится желание узнать, как этого неприятного явления избежать. Необходимо пользоваться при фотосъемке качественными фотообъективами, а также нужно ставить перед фотографированием задачи, чтобы не провоцировать появление искривлений.

Во время проведения съемки необходимо выполнять больше движений, чтобы получить максимально удобный ракурс, и тогда есть шанс уйти от возникновения дисторсии. Даже если появятся небольшие искривления, их можно быстро исправить при редактировании фотографии.

Не всегда фотограф располагает достаточным количеством времени, чтобы долго настраиваться и выбирать расстояние для фотографирования, кроме того, экскурсии обычно проходят быстро и сложно успеть запечатлеть памятник архитектуры правильно.

Но есть отличный вариант – это фотографирование с запасом, и тогда у вас будет возможность удалить в процессе редактирования все ненужные участки, а качественный снимок останется. Нужно компенсировать искажения, и вы всегда сможете добиться положительного результата.

Полностью отразить реальность на фотоаппарате все равно не получится, каким бы современным и инновационным он не был, поэтому погоня за идеальными кадрами все равно ни к чему не приведет.

Но в любом случае оптические приборы высокого качества будут способствовать приближению к идеалу при выполнении съемки. Несовершенные участки будут сведены к минимуму, если в вашем арсенале современное и мощное оборудование.

Еще одним выходом из подобной ситуации может стать объектив fisheye, который после получения кадра не требует дополнительной обработки. Подобные виды оборудования выпускаются известными брендами Canon и Nikon. Отличные кадры с минимальным количеством искажений получаются при использовании tilt-shift объективов.

Архитектурная и техническая фотосъемка может стать быстрой и качественной, если пользоваться данными типами объективов. При помощи таких оптических устройств можно вести постоянный контроль за перспективой.

Но если все-таки искажения получились слишком заметными и они портят кадр, возникает необходимость поработать в таком программном обеспечении, как фотошоп, где имеются различные инструменты, созданные специально для этих целей.

Необходимо овладеть программой и периодически использовать ее для проведения редактирования.

Дисторсия – это оптическое искривление прямых линий объекта, характерное для широкоугольных линз.

Результирующая картинка не будет геометрически подобна исходной, разве что в середине, но чем ближе к краям, тем заметнее будет искривление. На резкость картинки дисторсия не повлияет.

Виды

Дисторсия объектива при фотографировании может быть бочкообразной (выпуклой) и подушкообразной (вогнутой). Фотографы называют их куда проще: «бочка» и «подушка».

С вогнутой дисторсией больше знакомы обладатели телеобъективов, именно у них получается более плоская картинка.

Встречается и комплексная дисторсия, характеризующаяся искажениями разного типа и интенсивности на различных участках картинки. Такую сложно будет исправить в фоторедакторах, потому что искривление будет идти «волнами».

Причины возникновения

Снимая на портретник или телевик, вы вряд ли увидите дисторсию. Особенно заметной она становится, если через весь кадр проходят прямые линии, например, в съемке архитектуры сверхширокоугольным объективом.

У нашего мозга своеобразное восприятие «правильного», он считает, что, например, стены здания параллельны, и если они сходятся на фото, то картинка противоречит действительности. А с точки зрения техники, это не искажение, а естественная передача 3D-пространства.

Дисторсия возникает в случае, если разные части изображения различаются при линейном увеличении. Например, если Вы снимаете высокие здания с нижнего ракурса, так, что фотоаппарат наклонен, дисторсия практически неизбежна, особенно если у вас дешевенький зум-объектив. Отдайте предпочтение объективам с постоянным фокусным расстоянием и качественным дорогим стеклам – с переменным.

Ассортимент фототехники слишком большой и вы не можете сделать выбор? Мы подскажем !

А вы знаете почему в широкоуголных фотографиях чаще всего проявляется эффект дисторсии? Ответ .

Мучает информационный голод о фотографии? Уталите его с помощью нашей подборки сайтов профессиональных фотографов:

Как избежать

Во-первых, приобретайте качественные объективы. Думайте о цели съемки: иногда ситуацию спасает использование более широкоугольного объектива. И больше двигайте ножками: отходите от объекта съемки дальше и пользуйтесь функцией приближения, если у Вас качественный зум.

Во-вторых, в определенных случаях решить такую проблему возможно, если воспользоваться объективом еще более широкими углами. В тройке самых востребованных для профессиональных фотографов они оказались «в компании» объективами для портретов и телевизионными объективами. Объектив, снабженный широкими углами, изменяет перспективу, раздвигая рамки необходимого фото. Тогда приближенные объекты придвигаются, становясь ближе, а дальние удаляются еще на большее расстояние. Это дает в дальнейшем хорошие шансы свободнее кадрировать снимок.

В-третьих, убрать дисторсию с уже сделанного фото, приведя его к более гармоничному и пропорциональному виду возможно, пользуясь уникальной и простейшей опцией в Adobe Photoshop, или же поработать с фото в каком-то другом доступном редакторе для графических изображений. Этим тоже нередко пользуются профессионалы в своей работе.

Но рациональнее всего купить себе качественный (дорогой) объектив, чтобы избегать проявления оптических искажений изображения на снимках. Хотя, правды ради, стоит заметить, что дисторсия – это не заведомо отрицательный эффект. Если вы хоть однажды фотографировали на фишай (рыбий глаз), то это тоже своего рода фишка, которая многим нравится. И выглядит это достаточно ярко и необычно, хоть и есть яркой демонстрацией дисторсии.

Если уже на съемке вы понимаете, что коррекция дисторсии обязательна, то сразу снимайте «с запасом» по краям фотографии: та композиция, что Вы выстраиваете сейчас, сильно порежется при компенсации искривлений.

Но не гонитесь за идеальным объективом: его не существует. При нынешних технических возможностях невозможно зафиксировать объект на фотографии именно таким, какой он в реальности, все равно будут незначительные искажения. Ваша задача при выборе оптики – остановиться на той, что минимизирует возможные несовершенства .

Художественный инструмент

Если Вы когда-нибудь держали в руках объектив fisheye (рыбий глаз), то уже должны были видеть яркий пример дисторсии, только на фишае это фишка, которая всем знакома и нравится. Фотографии, снятые рыбьим глазом, корректируют крайне редко. Результатом съемки на фишай становится круговая картинка, а кадр по-прежнему прямоуголен. Такие объективы есть и у Canon, и у Nikon.

Также при фотографировании создадут дисторсию tilt-shift объективы, к которым намеренно прибегают любители архитектурной и технической съемки. Эта оптическая конструкция с возможностью наклона и сдвигом, позволяющими контролировать перспективу.

Если Вам жаль денег на такой объектив, можете попробовать добиться похожего эффекта в фотошопе.

Избавляемся от проблемы в фотошопе

Итак, Вы пришли к мысли о том, что искажения на фотографии заметны невооруженным глазом простому зрителю, и думаете, как убрать дисторсию в фотошопе, то это всё это дело займёт у вас всего пару минут. Вкладки: Filter -> Distort -> Lens Correction , либо в другой версии программы Filter -> Lens Correction . Вам останется просто подвигать ползунок влево и вправо до получения оптимального результата.

В лайтруме вам нужны будут модули Develop -> LensCorrections . Если актировать профиль коррекции объектива «Enable Profile Corrections», то исправление дисторсии программой происходит автоматически. Если она чуть ошибется, подправьте вручную во вкладке Amount -> Distortion . Если Вы любитель всё контролировать, Для Вас есть Manual – абсолютно ручной режим коррекции искривлений.

Есть и другие программы для коррекции, например, DXOOpticPro, исправляющая искривление (и не только) автоматически.

Учтите, что после компенсации нежелательного эффекта в картинку добавится пустое пространство, придется ее кадрировать, а это может печально сказаться на композиции.

В принципе, если дисторсия не так уж бросается в глаза, можно не тратить время на коррекцию.

Выбираете ? Мы их уже выбрали за вас!

Выводы

  • Не жалейте деньги на покупку хороших объективов, которые позволят Вам снимать с минимизацией постобработки фотографий.
  • Если Вам очень хочется сфотографировать объект, но с собой не те стёкла, лучше снимайте с искажениями, чем не снимайте вовсе. Потом скорректируете дисторсию в фоторедакторе.
  • Дисторсия может испортить Ваш снимок или сделать его необычным. Оцените, нужна ли коррекция дисторсии изображения в фотошопе, или именно в этом конкретном случае получился красивый художественный эффект? Оставляйте как есть, если фотография выглядит оригинально

Доброго времени суток! С вами на связи, Тимур Мустаев. Когда фотограф только начинает осваивать для себя новую деятельность, он и не подозревает, сколько нюансов ему придется учесть ради качественного изображения. Так было и со мной!

Мне казалось самым важным понять принципы удачной композиции, интересного сюжета, украсив его парочкой выразительных приемов. Но с ростом профессионализма, возросло и внимание к деталям. В том числе к разного рода аберрациям. И действительно, они существенно влияют на снимки.

Отсюда сегодняшняя статья — дисторсия объектива что это? Как она появляется? Насколько критична, возможно ли ее исправить?

Технические сложности

Одна из проблем, с которой часто сталкиваются любители фотоискусства, — дисторсия в фотографии.

Если представить кадр в виде разделенного сеткой квадрата (прямоугольника), то в идеальном варианте все его линии строго вертикальные и горизонтальные, стороны образуют углы в 90 градусов и перпендикулярны друг другу.

Но на фото это не всегда так — прямые перестают быть таковыми и изгибаются в стороны. Неизбежны такие искажения при использовании широкоугольных объективов (шириков), получается, чем меньше фокусное расстояние, тем шире угол обзора и тем сильнее видна дисторсия. Почему она вообще появляется?

Дело в том, что оптическая система фотоаппарата не совершенна. Если разобраться, что происходит внутри объектива, то станет неудивительным проявления разного рода аберраций.

Синоним дисторсии – искривление. Основная причина заключается в том, что световые лучи заходят в систему линз и фокусируются в ней по-разному: центральные в одной точке, а периферийные в другой, то есть с некоторым отклонением.

Причем если повышается расстояние от оптического центра, то дисторсия положительная (подушкообразная), если уменьшается – отрицательная (бочкообразная).

Виды искривления в кадре

Коварная дисторсия может быть выражена в нескольких видах: в форме “бочки” и “подушки”. Названы они так по характерным изгибам прямых, то есть либо вовне, либо внутрь. Объект кажется выпуклым или вогнутым, соответственно.

Первый тип является частым явлением для длинных фокусных расстояний, а второй – для коротких и уже упомянутых широкоугольных объективов. Одно радует: хоть и предметы меняют свои формы, их резкость сохраняется.

Не совсем искажением является отображение перспективы, то есть ощущения глубины пространства. Ярким примером могут быть сходящиеся вдали линии дороги. При том, что прямые параллельны, на фото дорога может даже сойтись в одной точке.

Почему это нельзя считать дисторсией в полном смысле? Дело в том, что наш глаз видит точно также: чтобы оценивать расположение объектов в пространстве, существуют некоторые особенности восприятия, например, дальние предметы кажутся меньше и менее детальными, а полоса дороги или тропинки сужается, линии ее стремятся друг к другу. Это мы видим и на снимках.

Многие фотографы намеренно используют такие необычные явления для привлечения внимания к картинке, выделения ее среди множества похожих.

Помните, что не всем по вкусу такой эффект. Тут нужно смотреть и по восприятию фото клиентом: если ему не нравится, то предлагать “рыбий глаз” точно не стоит; можете сделать пару кадров – один с “творческой” дисторсией, а другой нормальный, адекватно передающий все линии.

Более того, лицо модели также подвергается негативному изменению, если F менее 50 мм – предельного значения для портретника. Это ли не повод задуматься о том, что с дисторсией нужно бороться?

Включаем фоторедакторы

Как выше я уже сказал, в определенной степени искажения могут быть привлекательны. Если же вы стремитесь к максимальной реалистичности изображения, то придется над ними поработать.
При фотографировании их можно нивелировать: избегайте съемок зданий и прямых линий на ширик и с низкого ракурса, увеличивайте фокусное расстояние.

Вашим спасением будет и правильный выбор оптики. Объективы с верно подобранными линзами, а также симметричной конструкцией в меньшей степени будут демонстрировать оптические ошибки. Так как это все-таки условия, которые не все фотографы и не во всех случаях могут соблюдать, основной труд придется возложить на специальные программы.

По факту, нам нужно выровнять все линии. Глубоко в данной статье я не буду разбирать вопрос ретуши. Скажу лишь основные моменты: профилю объектива не повредит коррекция. Даже в простой утилите, такой как Лайтрум, эту опцию возможно включить.

И в принципе, какие-то мелкие недочеты она исправит, но не всегда дисторсия полностью исчезает. В фотошопе можно легко убрать геометрические искривления через Correction — Geometric Distortion (Коррекция – Геометрическая дисторсия), задав нужные параметры.

Используйте ручной режим для более тщательного восстановления.

Если вы хотите более детально ознакомиться с Lightroom, то вам в помощь видео курс «Lightroom — незаменимый инструмент современного фотографа ». Очень хороший, понятно изложенный курс. Построен на реальных примерах. Очень рекомендую. Не пожалеете!

Если хотите полностью разбираться в своей зеркалке, то рекомендую отличные курсы, специально для новичков:

Цифровая зеркалка для новичка 2.0 — для пользователей зеркалкой NIKON.

Моя первая ЗЕРКАЛКА — для пользователей зеркалкой CANON.

Удачи, фотолюбители! Заходите на мой блог и подписывайтесь на новости. Уверен, найдете массу полезного для себя!

Всех вам благ, Тимур Мустаев.

02.03.15 5660

Фильтр Photoshop CS6 «Коррекция дисторсии » исправляет искажения, вызванные объективом камеры. Перейдите Фильтр — Коррекция дисторсии . В диалоговом окне вы увидите вкладки «Автоматическая коррекция » и «Пользовательская коррекция ».

Если вы хотите сделать все просто, выберите «Автоматическую коррекцию ». Или перейдите на вкладку «Пользовательская коррекция » и вручную внесите необходимые изменения.

Вот перечень настроек автоматической коррекции:

  • Коррекция : Выберите проблему, которую нужно исправить. Найдите пояснения каждой из проблем на вкладке пользовательской коррекции. Отметим, что если при коррекции изображение растягивается или сокращается от его первоначальных размеров, выбирайте автоматическое масштабирование изображения. Выберите из выпадающего меню «Края » (всплывающее меню на Mac ), как вы хотите заполнить края — черным цветом, белым, прозрачные края или расширить пиксели изображения;
  • Критерии поиска : Выберите марку и модель камеры, а также модель объектива. Выбор правильного оборудования помогает Photoshop в выполнении более точной коррекции;
  • Профили объектива : Выберите соответствующий профиль. Для зум-объективов, щелкните правой кнопкой мыши (Cmd+клик на Mac ) и выберите наиболее подходящее фокусное расстояние. Если вы не можете найти свой профиль объектива, нажмите кнопку «Поиск в Интернете », чтобы найти профили, загруженные другими фотографами. Если вы хотите сохранить профиль для дальнейшего использования, нажмите на выпадающее меню «Профили объектива » (всплывающее меню на Mac ) и выберите «Сохранить онлайн-профиль локально ».

Вот настройки на вкладке «Пользовательская коррекция »:

  • Геометрическое искажение: Исправляет аномалии, такие как выпуклость и вогнутость, при которых прямые линии (соответственно ) отклоняются наружу или внутрь. Выберите инструмент «Устранить искажения » и перетащите его на изображение — или вы можете перетащить ползунок «Устранение искажений »;
  • Хроматическая аберрация: У вас получилась расплывчатая кайма цвета вокруг объектов? Фотографы называют это хроматической аберрацией. Кайма, аберрации, или как бы это не называлось — избавиться от них можно с помощью слайдеров Красной / Голубой или Синей / Желтой каймы . Инструменты «Перемещение сетки », «Рука » и «Лупа » помогут более удобно задать настройки;
  • Виньетка: Если у вас получился эффект виньетирования, с краями более темными, чем центр, перетяните ползунок слайдера «Количество », чтобы указать, на сколько вы хотите осветить или затемнить изображение. С помощью слайдера «Средняя точка » можно указать ширину применения эффекта;
  • Трансформация: Исправляет искажения перспективы, часто вызванные наклоном камеры при съемке. С помощью параметра «Трансформация » можно отрегулировать перспективу горизонтально или вертикально. Укажите угол поворота изображения для компенсации наклона камеры или корректировки зрительной точки. Вы также можете использовать инструмент «Выпрямление », чтобы повернуть наклоненное изображение:
  • Прочертите вдоль изображения линию, по которой вы хотите его выпрямить. Наконец, чтобы устранить пустые области, образовавшиеся при коррекции геометрических искажений, используйте настройки «Масштаб », чтобы обрезать эти области;
  • Просмотр / Показать сетку: Выберите, нужно ли при просмотре изображения накладывать на него сетку (из которой вы можете указать его размер ). Многие проблемы, такие как искажение перспективны, легче исправить с помощью сетки;
  • Инструменты «Перемещение сетки », «Цвет », «Рука », «Лупа »: Помогают вносить коррективы более удобно. Инструмент «Цвет » изменяет цвет сетки. Инструмент «Перемещение сетки » расчерчивает изображение линиями. Вы также можете контролировать увеличение с помощью элементов управления масштабом в левом нижнем углу диалогового окна.

Фильтр «Коррекция дисторсии » работает только с 8-битными и 16-битными изображениями. Вы можете отредактировать несколько фотографий одновременно, обработав их пакетно с помощью автоматизированной команды «Коррекции дисторсии ». Выберите Файл — Автоматизация — Коррекция дисторсии .

Рекомендуем также

Что такое дисторсия объектива и как её убрать. Оптические аберрации (искажения) зрительной системы человека

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

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.

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 .

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. 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:

Особенно сложно снимать людей на сверх широкоугольные объективы:

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.

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. 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.

Как и любой «неидеальной» оптической системе, человеческому глазу свойственны оптические дефекты — аберрации, которые снижают качество зрения, искажая изображение на сетчатке. Аберрация — это любое угловое отклонение узкого параллельного пучка света от точки идеального пересечения с сетчаткой при его прохождении через всю оптическую систему глаза.

В технической оптике качество оптической системы определяется аберрациями плоского или сферического фронта световой волны при прохождении через эту систему. Так, глаз без аберраций имеет плоский волновой фронт и дает наиболее полноценное изображение на сетчатке точечного источника (так называемый «диск Эйри», размер которого зависит только от диаметра зрачка). Но в норме, даже при остроте зрения 100%, оптические дефекты преломляющих свет поверхностей глаза искажают ход лучей и формируют неправильный волновой фронт, в результате чего изображение на сетчатке получается более крупным и асимметричным.

Количественной характеристикой оптического качества изображения является среднеквадратичное значение ошибок отклонения реального волнового фронта от идеального. Немецкий математик Зернике (Zernike) ввел математический формализм, использующий серии полиномов для описания аберраций волнового фронта. Полиномы первого и второго, т. е. низших порядков, описывают привычные для офтальмологов оптические аберрации — близорукости, дальнозоркости и астигматизма. Менее известны полиномы высших порядков: третий соответствует коме — это сферическая аберрация косых пучков света, падающих под углом к оптической оси глаза. В ее основе лежит асимметрия оптических элементов глаза, в результате которой центр роговицы не совпадает с центром хрусталика. К аберрациям четвертого порядка относится сферическая аберрация, которая в основном обусловлена неравномерностью преломляемой силы хрусталика в различных его точках. Более высокие порядки известны как нерегулярные аберрации.

Как измеряется волновой фронт

Оптическая система считается хорошей, если коэффициенты Зернике близки к нулю и, следовательно, среднеквадратичное значение ошибок волнового фронта меньше 1/14 длины световой волны (критерий Марешаля). Исходя из данных этого коэффициента можно прогнозировать остроту зрения, моделируя изображение любых оптотипов на сетчатке. Для определения аберраметрии зрительной системы человека используется специальный прибор — аберрометр. В клиниках «Эксимер» использует аберрометр Wave Scan компании «VISX Inc» (США).

В настоящее время известно несколько методов определения аберраций глаза, основанных на разных принципах.

Первый из них — это анализ ретинального изображения мишени (retinal imaging aberrometry) . На сетчатку проецируются два параллельных лазерных луча с длиной волны 650 нм и диаметром 0,3 мм, один из которых падает строго по зрительной оси и является опорным, а другой расположен на заданном расстоянии от него. Далее регистрируется степень отклонения второго луча от точки фиксации опорного луча, и таким образом последовательно анализируется каждая точка в пределах зрачка.

Второй принцип — анализ вышедшего из глаза отраженного луча (outgoing refraction aberrometry). Широко применялся в астрономии для компенсации аберраций в телескопах при прохождении через атмосферу и космическое пространство. С помощью диодного лазера с длиной волны 850 нм в глаз направляется коллимированный пучок излучения, который, пройдя через все среды глаза, отражается от сетчатки с учетом аберраций и на выходе попадает на матрицу, состоящую из 1089 микролинз. Каждая микролинза собирает неискаженные лучи в своей фокальной точке, а подверженные аберрации лучи фокусируются на некотором расстоянии от нее. Полученная информация обрабатывается компьютером и представляется в виде карты аберраций. На этом принципе построена работа Wave Scan.

Третий принцип основан на компенсаторной юстировке падающего на фовеолу светового пучка. В настоящее время этот способ применяется в качестве субъективного аберрометра, требующего активного участия пациента. В ходе исследования через вращающийся диск с отверстиями 1 мм, расположенный на одной оптической оси со зрачком, в глаз направляется пучок света. При вращении диска узкие параллельные пучки света проходят через каждую точку зрачка и при отсутствии аберраций проецируются на фовеолу, куда направлен другой луч с контрольной меткой в виде крестика. Если у пациента имеется близорукость, дальнозоркость, астигматизм или другие аберрации более высоких порядков, то он заметит несовпадение этих точек с крестиком и с помощью специального устройства должен будет их сопоставить. Угол, на который он смещает точку, отражает степень аберраций.

Разнообразие офтальмологических приборов, созданных с учетом новейших технологий и основанных на различных принципах действия, делает реальным не только качественную, но и количественную оценку аберрации низших и высших порядков, а также влияющих на них факторов.

Основные причины появления аберраций в оптической системе глаза

  • Формы и прозрачность роговицы и хрусталика; состояние сетчатки; прозрачность внутриглазной жидкости и стекловидного тела.
  • Увеличение диаметра зрачка . Если при диаметре зрачка равном 5,0 мм превалируют аберрации 3—го порядка, то при его увеличении до 8,0 мм возрастает доля аберраций 4 —го порядка. Рассчитано, что критический размер зрачка, при котором аберрации высших порядков оказывают наименьшее влияние, составляет 3,22 мм.
  • Аккомодация . Отмечено, что с возрастом аберрации увеличиваются, и в период от 30 до 60 лет аберрации высшего порядка удваиваются. Возможно, это связано с тем, что со временем эластичность и прозрачность хрусталика уменьшается, и он перестает компенсировать роговичные аберрации. Аналогично происходит и при спазме аккомодации.
  • Спазм аккомодации встречается достаточно часто у людей разного возраста. В офтальмологии под спазмом аккомодации понимается излишне стойкое напряжение аккомодации, обусловленное таким сокращением ресничной мышцы, которое не исчезает под влиянием условий, когда аккомодация не требуется. Проще говоря, спазм аккомодации — это длительное статичное перенапряжение, глазной мышцы, например, из-за длительной работы за компьютером и возникновение вследствие этого компьютерного синдрома. Спазмы аккомодации могут развиваться при всех рефракциях (включая астигматизм). Спазм аккомодации вызывает ложную близорукость или усиливает близорукость истинную.
  • Состояние слезной пленки. Была обнаружено, что при разрушении слезной пленки аберрации высших порядков увеличиваются в 1,44 раза. Одна из разновидностей нарушения слезной пленки — синдром сухого глаза .
    Синдром сухого глаза возникает в связи с пересыханием поверхности роговицы от редкого моргания и непрерывного смотрения на объект работы. Исследования показали, что при работе на компьютере, а также при чтении человек моргает в три раза реже, чем обычно. В результате чего слезная пленка высыхает и не успевает восстанавливаться. Причинами возникновения синдрома сухого глаза могут быть: большие нагрузки на глаза при чтении и работе за компьютером, сухой воздух в помещениях, неправильное питание с недостаточным количеством витаминов, большая загрязненность воздуха, прием некоторых медикаментов.
  • Ношение контактных линз. Выявлено, что мягкие контактные линзы могут вызывать волновые монохроматические аберрации высокого порядка, тогда как жесткие контактные линзы значительно уменьшают аберрации 2-го порядка. Однако асферичность поверхности жестких контактных линз может быть причиной сферических аберраций. Асферические контактные линзы могут вызывать большую нестабильность остроты зрения, чем сферические контактные линзы. Мультифокальные контактные линзы могут индуцировать аберрации по типу комы и 5—го порядка.

В настоящее время разработана методика проведения индивидуализированной коррекции зрения (Super Lasik, Custom Vue ) на основе аберрометрии, которая позволяет, максимальным образом компенсируя все возможные искажения в зрительной системе, добиваться отличных результатов в практически любых сложных случаях.

Фильтр Photoshop CS6 «Коррекция дисторсии » исправляет искажения, вызванные объективом камеры. Перейдите Фильтр — Коррекция дисторсии . В диалоговом окне вы увидите вкладки «Автоматическая коррекция » и «Пользовательская коррекция ».

Если вы хотите сделать все просто, выберите «Автоматическую коррекцию ». Или перейдите на вкладку «Пользовательская коррекция » и вручную внесите необходимые изменения.

Вот перечень настроек автоматической коррекции:

  • Коррекция : Выберите проблему, которую нужно исправить. Найдите пояснения каждой из проблем на вкладке пользовательской коррекции. Отметим, что если при коррекции изображение растягивается или сокращается от его первоначальных размеров, выбирайте автоматическое масштабирование изображения. Выберите из выпадающего меню «Края » (всплывающее меню на Mac ), как вы хотите заполнить края — черным цветом, белым, прозрачные края или расширить пиксели изображения;
  • Критерии поиска : Выберите марку и модель камеры, а также модель объектива. Выбор правильного оборудования помогает Photoshop в выполнении более точной коррекции;
  • Профили объектива : Выберите соответствующий профиль. Для зум-объективов, щелкните правой кнопкой мыши (Cmd+клик на Mac ) и выберите наиболее подходящее фокусное расстояние. Если вы не можете найти свой профиль объектива, нажмите кнопку «Поиск в Интернете », чтобы найти профили, загруженные другими фотографами. Если вы хотите сохранить профиль для дальнейшего использования, нажмите на выпадающее меню «Профили объектива » (всплывающее меню на Mac ) и выберите «Сохранить онлайн-профиль локально ».

Вот настройки на вкладке «Пользовательская коррекция »:

  • Геометрическое искажение: Исправляет аномалии, такие как выпуклость и вогнутость, при которых прямые линии (соответственно ) отклоняются наружу или внутрь. Выберите инструмент «Устранить искажения » и перетащите его на изображение — или вы можете перетащить ползунок «Устранение искажений »;
  • Хроматическая аберрация: У вас получилась расплывчатая кайма цвета вокруг объектов? Фотографы называют это хроматической аберрацией. Кайма, аберрации, или как бы это не называлось — избавиться от них можно с помощью слайдеров Красной / Голубой или Синей / Желтой каймы . Инструменты «Перемещение сетки », «Рука » и «Лупа » помогут более удобно задать настройки;
  • Виньетка: Если у вас получился эффект виньетирования, с краями более темными, чем центр, перетяните ползунок слайдера «Количество », чтобы указать, на сколько вы хотите осветить или затемнить изображение. С помощью слайдера «Средняя точка » можно указать ширину применения эффекта;
  • Трансформация: Исправляет искажения перспективы, часто вызванные наклоном камеры при съемке. С помощью параметра «Трансформация » можно отрегулировать перспективу горизонтально или вертикально. Укажите угол поворота изображения для компенсации наклона камеры или корректировки зрительной точки. Вы также можете использовать инструмент «Выпрямление », чтобы повернуть наклоненное изображение:
  • Прочертите вдоль изображения линию, по которой вы хотите его выпрямить. Наконец, чтобы устранить пустые области, образовавшиеся при коррекции геометрических искажений, используйте настройки «Масштаб », чтобы обрезать эти области;
  • Просмотр / Показать сетку: Выберите, нужно ли при просмотре изображения накладывать на него сетку (из которой вы можете указать его размер ). Многие проблемы, такие как искажение перспективны, легче исправить с помощью сетки;
  • Инструменты «Перемещение сетки », «Цвет », «Рука », «Лупа »: Помогают вносить коррективы более удобно. Инструмент «Цвет » изменяет цвет сетки. Инструмент «Перемещение сетки » расчерчивает изображение линиями. Вы также можете контролировать увеличение с помощью элементов управления масштабом в левом нижнем углу диалогового окна.

Фильтр «Коррекция дисторсии » работает только с 8-битными и 16-битными изображениями. Вы можете отредактировать несколько фотографий одновременно, обработав их пакетно с помощью автоматизированной команды «Коррекции дисторсии ». Выберите Файл — Автоматизация — Коррекция дисторсии .

Перевод статьи «How to Use the Lens Correction Filter in Photoshop CS6 » был подготовлен дружной командой проекта .

Хорошо Плохо

    В этой статье мы рассмотрим, как в Photoshop Elements 5 (или в полной версии Photoshop) соединить два изображения. Существует много программ для соединения изображений, но этот…

© 2013 сайт

Аберрации фотографического объектива – это последнее, о чём стоит думать начинающему фотографу. Они абсолютно не влияют на художественную ценность ваших фотографий, да и на техническое качество снимков их влияние ничтожно. Тем не менее, если вы не знаете, чем занять своё время, прочтение данной статьи поможет вам разобраться в многообразии оптических аберраций и в методах борьбы с ними, что, конечно же, бесценно для настоящего фотоэрудита.

Аберрации оптической системы (в нашем случае – фотографического объектива) – это несовершенство изображения, которое вызывается отклонением лучей света от пути, по которому они должны были бы следовать в идеальной (абсолютной) оптической системе.

Свет от всякого точечного источника, пройдя через идеальный объектив, должен был бы формировать бесконечно малую точку на плоскости матрицы или плёнки. На деле этого, естественно, не происходит, и точка превращается в т.н. пятно рассеяния, но инженеры-оптики, разрабатывающие объективы, стараются приблизиться к идеалу насколько это возможно.

Различают монохроматические аберрации, в одинаковой степени присущие лучам света с любой длиной волны, и хроматические, зависящие от длины волны, т.е. от цвета.

Коматическая аберрация или кома возникает, когда лучи света проходят через линзу под углом к оптической оси. В результате изображение точечных источников света приобретает по краям кадра вид ассиметричных пятен каплеобразной (или, в тяжёлых случаях, кометообразной) формы.

Коматическая аберрация.

Кома бывает заметна по краям кадра при съёмке с широко открытой диафрагмой. Поскольку диафрагмирование уменьшает количество лучей, проходящих через край линзы, оно, как правило, устраняет и коматические аберрации.

Конструкционно с комой борются примерно так же, как и со сферическими аберрациями.

Астигматизм

Астигматизм проявляется в том, что для наклонного (не параллельного оптической оси объектива) пучка света лучи, лежащие в меридиональной плоскости, т.е. плоскости, которой принадлежит оптическая ось, фокусируются отличным образом от лучей, лежащих в сагиттальной плоскости, которая перпендикулярна плоскости меридиональной. Это, в конечном итоге приводит к ассиметричному растягиванию пятна нерезкости. Астигматизм заметен по краям изображения, но не в его центре.

Астигматизм труден для понимания, поэтому я попробую проиллюстрировать его на простом примере. Если представить, что изображение буквы А находится в верхней части кадра, то при астигматизме объектива оно бы выглядело так:

Меридиональный фокус.
Сагиттальный фокус.
При попытке достичь компромисса мы получаем универсально нерезкое изображение.
Исходное изображение без астигматизма.

Для исправления астигматической разности меридионального и сагиттального фокусов требуется не менее трёх элементов (обычно два выпуклых и один вогнутый).

Очевидный астигматизм в современном объективе указывает обычно на непараллельность одного или нескольких элементов, что является однозначным дефектом.

Под кривизной поля изображения подразумевают характерное для весьма многих объективов явление, при котором резкое изображение плоского объекта фокусируется объективом не на плоскость, а на некую искривлённую поверхность. Например, у многих широкоугольных объективов наблюдается выраженная кривизна поля изображения, в результате которой края кадра оказываются сфокусированы как бы ближе к наблюдателю, чем центр. У телеобъективов кривизна поля изображения обычно выражена слабо, а у макрообъективов исправляется практически полностью – плоскость идеального фокуса становится действительно плоской.

Кривизну поля принято считать аберрацией, поскольку при фотографировании плоского объекта (тестовой таблицы или кирпичной стены) с фокусировкой по центру кадра, его края неизбежно окажутся не в фокусе, что может быть ошибочно принято за нерезкость объектива. Но в реальной фотографической жизни мы редко сталкиваемся с плоскими объектами – мир вокруг нас трёхмерен, – а потому свойственную широкоугольным объективам кривизну поля я склонен рассматривать скорее как их достоинство, нежели недостаток. Кривизна поля изображения – это то, что позволяет получить одинаково резкими и передний, и задний план одновременно. Посудите сами: центр большинства широкоугольных композиций находится вдалеке, в то время как ближе к углам кадра, а также внизу, располагаются объекты переднего плана. Кривизна поля делает и то, и другое резким, избавляя нас от необходимости закрывать диафрагму сверх меры.

Кривизна поля позволила при фокусировке на дальние деревья получить резкими ещё и глыбы мрамора внизу слева.
Некоторая нерезкость в области неба и на дальних кустах справа меня в этой сцене мало беспокоила.

Следует, однако, помнить, что для объективов с выраженной кривизной поля изображения непригоден способ автоматической фокусировки, при котором вы сперва фокусируетесь на ближнем к вам объекте, используя центральный фокусировочный датчик, а затем перекомпоновываете кадр (см. «Как пользоваться автофокусом »). Поскольку объект при этом переместится из центра кадра на периферию, вы рискуете получить фронт-фокус вследствие кривизны поля. Для идеального фокуса придётся сделать соответствующую поправку.

Дисторсия

Дисторсия – это аберрация при которой объектив отказывается изображать прямые линии прямыми. Геометрически это означает нарушение подобия между объектом и его изображением вследствие изменения линейного увеличения по полю зрения объектива.

Выделяют два наиболее распространённых типа дисторсии: подушкообразная и бочкообразная.

При бочкообразной дисторсии линейное увеличение уменьшается по мере удаления от оптической оси объектива, в результате чего прямые линии по краям кадра изгибаются наружу, и изображение выглядит выпуклым.

При подушкообразной дисторсии линейное увеличение, напротив, возрастает с удалением от оптической оси. Прямые линии изгибаются внутрь, и изображение кажется вогнутым.

Кроме того, встречается комплексная дисторсия, когда линейное увеличение сперва уменьшается по мере удаления от оптической оси, но ближе к углам кадра снова начинает возрастать. В таком случае прямые линии приобретают форму усов.

Дисторсия наиболее выражена в зум-объективах, особенно с большой кратностью, но заметна и в объективах с фиксированным фокусным расстоянием. Для широкоугольных объективов характерна преимущественно бочкообразная дисторсия (экстремальный пример такой дисторсии – объективы типа fisheye или «рыбий глаз»), в то время как телеобъективам чаще свойственна подушкообразная дисторсия. Нормальные объективы, как правило, наименее подвержены дисторсии, но полностью исправляется она только в хороших макрообъективах.

У зум-объективов часто можно наблюдать бочкообразную дисторсию в широкоугольном положении и подушкообразную дисторсию в телеположении при практически свободной от дисторсии середине диапазона фокусных расстояний.

Степень выраженности дисторсии может также изменяться в зависимости от дистанции фокусировки: у многих объективов дисторсия очевидна, когда они сфокусированы на близлежащем объекте, но делается почти незаметной при фокусировке на бесконечность.

В XXI в. дисторсия не является большой проблемой. Практически все RAW-конвертеры и многие графические редакторы позволяют исправлять дисторсию при обработке фотоснимков, а многие современные камеры и вовсе делают это самостоятельно в момент съёмки. Программное исправление дисторсии при наличии надлежащего профиля даёт прекрасные результаты и почти не влияет на резкость изображения.

Хочу также заметить, что на практике исправление дисторсии требуется не так уж часто, ведь дисторсия бывает заметна невооружённым глазом только тогда, когда по краям кадра присутствуют заведомо прямые линии (горизонт, стены зданий, колонны). В сценах же, не имеющих на периферии строго прямолинейных элементов, дисторсия, как правило, совершенно не режет глаз.

Хроматические аберрации

Хроматические или цветовые аберрации обусловлены дисперсией света. Не секрет, что показатель преломления оптической среды зависит от длины световой волны. У коротких волн степень преломления выше, чем у длинных, т.е. лучи синего цвета преломляются линзами объектива сильнее, чем красного. Как следствие, изображения предмета, формируемые лучами различного цвета, могут не совпадать между собой, что приводит к появлению цветных артефактов, которые и называются хроматическими аберрациями.

В чёрно-белой фотографии хроматические аберрации не так заметны, как в цветной, но, тем не менее, они существенно ухудшают резкость даже чёрно-белого изображения.

Различают два основных типа хроматических аберраций: хроматизм положения (продольная хроматическая аберрация) и хроматизм увеличения (хроматическая разность увеличения). В свою очередь, каждая из хроматических аберраций может быть первичной или вторичной. Также к хроматическим аберрациям относят хроматические разности геометрических аберраций, т.е. различную выраженность монохроматических аберраций для волн разной длины.

Хроматизм положения

Хроматизм положения или продольная хроматическая аберрация возникает, когда лучи света с разной длиной волны фокусируются в разных плоскостях. Иными словами, лучи синего цвета фокусируются ближе к задней главной плоскости объектива, а лучи красного цвета – дальше, чем лучи зелёного цвета, т.е. для синего цвета наблюдается фронт-фокус, а для красного – бэк-фокус.

Хроматизм положения.

К счастью для нас, хроматизм положения научились исправлять ещё в XVIII в. путём комбинирования собирательной и рассеивающей линз, изготовленных из стёкол с разными показателями преломления. В результате продольная хроматическая аберрация флинтовой (собирательной) линзы компенсируется за счёт аберрации кроновой (рассеивающей) линзы, и лучи света с различной длиной волны могут быть сфокусированы в одной точке.

Исправление хроматизма положения.

Объективы, в которых исправлен хроматизм положения, называются ахроматическими. Практически все современные объективы являются ахроматами, так что о хроматизме положения на сегодняшний день можно спокойно забыть.

Хроматизм увеличения

Хроматизм увеличения возникает за счёт того, что линейное увеличение объектива различается для разных цветов. В результате изображения, формируемые лучами с различной длиной волны, имеют немного разные размеры. Поскольку изображения разного цвета отцентрированы по оптической оси объектива, хроматизм увеличения отсутствует в центре кадра, но возрастает к его краям.

Хроматизм увеличения проявляется на периферии снимка в виде цветной каймы вокруг объектов с резкими контрастными краями, такими как, например, тёмные ветви деревьев на фоне светлого неба. В областях, где подобные объекты отсутствуют, цветная кайма может быть незаметной, но общая чёткость всё равно падает.

При конструировании объектива хроматизм увеличения исправить значительно труднее, чем хроматизм положения, поэтому эту аберрацию можно в той или иной степени наблюдать у весьма многих объективов. Этому подвержены в первую очередь зум-объективы с большой кратностью, особенно в широкоугольном положении.

Тем не менее, хроматизм увеличения не является сегодня поводом для беспокойства, поскольку он достаточно легко исправляется программными средствами. Все хорошие RAW-конвертеры в состоянии устранять хроматические аберрации в автоматическом режиме. Кроме того, всё больше цифровых фотоаппаратов снабжаются функцией исправления аберраций при съёмке в формате JPEG. Это означает, что многие объективы, считавшиеся в прошлом посредственными, сегодня с помощью цифровых костылей могут обеспечить вполне приличное качество изображения.

Первичные и вторичные хроматические аберрации

Хроматические аберрации подразделяются на первичные и вторичные.

Первичные хроматические аберрации – это хроматизмы в своём исходном неисправленном виде, обусловленные различной степенью преломления лучей разного цвета. Артефакты первичных аберраций окрашены в крайние цвета спектра – сине-фиолетовый и красный.

При исправлении хроматических аберраций хроматическая разность по краям спектра устраняется, т.е. синие и красные лучи начинают фокусироваться в одной точке, которая, к сожалению, может не совпадать с точкой фокусировки зелёных лучей. При этом возникает вторичный спектр, поскольку хроматическая разность для середины первичного спектра (зелёных лучей) и для его сведённых вместе краёв (синих и красных лучей) остаётся не устранённой. Это и есть вторичные аберрации, артефакты которых окрашены в зелёный и пурпурный цвета.

Когда говорят о хроматических аберрациях современных ахроматических объективов, в подавляющем большинстве случаев имеют в виду именно вторичный хроматизм увеличения и только его. Апохроматы, т.е. объективы, в которых полностью устранены как первичные, так и вторичные хроматические аберрации, чрезвычайно сложны в производстве и вряд ли когда-нибудь станут массовыми.

Сферохроматизм – это единственный заслуживающий упоминания пример хроматической разности геометрических аберраций и проявляется как едва заметное окрашивание зон вне фокуса в крайние цвета вторичного спектра.


Сферохроматизм возникает из-за того, что сферическая аберрация, о которой говорилось выше , редко бывает в равной степени скорректирована для лучей разного цвета. В результате пятна нерезкости на переднем плане могут иметь лёгкую пурпурную кайму, а на заднем плане – зелёную. Сферохроматизм в наибольшей степени свойственен светосильным длиннофокусным объективам, при съёмке с широко открытой диафрагмой.

О чём стоит беспокоиться?

Беспокоиться не стоит. Обо всём, о чём следовало побеспокоиться, разработчики вашего объектива, скорее всего, уже побеспокоились.

Идеальных объективов не бывает, поскольку исправление одних аберраций ведёт к усилению других, и конструктор объектива, как правило, старается найти разумный компромисс между его характеристиками. Современные зумы и так содержат по двадцать элементов, и не стоит усложнять их сверх меры.

Все криминальные аберрации исправляются разработчиками весьма успешно, а с теми, что остались легко поладить. Если у вашего объектива есть какие-то слабые стороны (а таких объективов – большинство), научитесь обходить их в своей работе. Сферическая аберрация, кома, астигматизм и их хроматические разности уменьшаются при диафрагмировании объектива (см. «Выбор оптимальной диафрагмы »). Дисторсия и хроматизм увеличения устраняются при обработке фотографий. Кривизна поля изображения требует дополнительного внимания при фокусировке, но тоже не смертельна.

Иными словами, вместо того чтобы обвинять оборудование в несовершенстве, фотолюбителю следует скорее начать совершенствоваться самому , досконально изучив свои инструменты и используя их в соответствии с их достоинствами и недостатками.

Спасибо за внимание!

Василий А.

Post scriptum

Если статья оказалась для вас полезной и познавательной, вы можете любезно поддержать проект , внеся вклад в его развитие. Если же статья вам не понравилась, но у вас есть мысли о том, как сделать её лучше, ваша критика будет принята с не меньшей благодарностью.

Не забывайте о том, что данная статья является объектом авторского права. Перепечатка и цитирование допустимы при наличии действующей ссылки на первоисточник, причём используемый текст не должен ни коим образом искажаться или модифицироваться.

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.

(PDF) DEFINITION LENS DISTORTION CAMERA WHEN PHOTOGRAMMETRIC IMAGE PROCESSING

Вестник Дагестанского государственного технического университета. Технические науки. №4 (35), 2014

9

В случае не учета погрешности, вызванной дисторсией, радиус-вектор

каждой точки при фотограмметрических измерениях аэрофотоснимка будет со-

держать систематическую погрешность. Нарушение ортоскопии в центриро-

ванных оптических системах объясняется неравенством углов между входящим

лучом в объектив β и выходящим из него β’, как показано на рис.1.

Рисунок 1 — Схема действия дисторсии в объективах фотокамер

При этом, изображение точки М получится в точке М’, т. е. сместится на

величину Δr. В данном случае если β’ > β, то смещение изображения происхо-

дит в сторону увеличения радиус – вектора r и дисторсия считается положи-

тельной, и наоборот, если β’ < β дисторсия считается отрицательной. Смещение

Δr изображения точки М зависит от величины радиус-вектора rо и имеет нели-

нейный характер. При этом, окружность, имеющая постоянный радиус, изоб-

ражается окружностью, которая будет содержать постоянную погрешность по

всей длине, а все остальные геометрические фигуры будут претерпевать иска-

жения нелинейного характера. В случае положительной дисторсии, точки,

имеющие большие радиус – векторы относительно главной точки снимка будут

иметь большие искажения, а точки, имеющие меньшие радиус – векторы, ма-

лые искажения. В случае отрицательной дисторсии изображение геометриче-

ской фигуры будет иметь обратный эффект. Например, фигура квадрата в слу-

чае положительной дисторсии будет иметь подушкообразное изображение, и

бочкообразное изображение – в случае отрицательной дисторсии, так как r2 >

r1, где r1 и r2 радиус-векторы середины стороны квадрата и вершины соответ-

ственно.

Величину суммарной дисторсии, т. е. абсолютной дисторсии, вычисляют

при помощи полинома вида 1

Δr = r — rо = kо r + k1r3 + k2r5 + k3r7 (1)

Первый член этого полинома представляет линейное увеличение изобра-

жения, которое имеет наибольшее значение, которое можно исключить измене-

нием положения плоскости изображения Р в положение Р’, т.е. изменяя фокус-

ное расстояние на величину Δf

kоr = r (Δf / f) (2)

При этом, фокусное расстояние, как видно из рис. 1, увеличится на вели-

чину Δf и станет:

Оптические аберрации (искажения) зрительной системы человека.

Что такое дисторсия объектива и как она проявляется на фотографиях

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

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.

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 .

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. 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:

Особенно сложно снимать людей на сверх широкоугольные объективы:

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.

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. 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.

Вы считаете, что мой дорогой объектив не идеален?

Все объективы имеют оптические дефекты, поэтому они создают образы, которые не являются совершенными копиями фотографируемых предметов. Но производители упорно пытаются создать безупречную оптику, не смотря на то, что пока не существует способа изготовления объектива, который не страдал бы в какой-то степени от искажений и хроматических аберраций.

Если я куплю более дорогой объектив, то буду получать менее искаженную картину?

Стоимость не обязательно является показателем качества. Количество искажений в объективе в значительной степени зависит от типа объектива и его конструкции. Цена играет роль, но не менее важны такие факторы, как фокусное расстояние.

Например, чем шире угол объектива, тем труднее прямой линии не оказаться изогнутой. Уменьшение фокусного расстояния также способствует искажению, потому что невозможно корректировать аберрации при каждом фокусном расстоянии.

Никто не утверждает, что премьер-объектив безупречен, но чем больше диапазон зума, тем более заметны становятся эти искажения.

Я никогда не замечал никаких проблем со своим объективом.

И это вполне может быть правдой для многих потребителей. Дело в том, что строение объективов за последние годы значительно улучшилось. Стремительная эволюция новейших цифровых датчиков с высокой точностью ускорила и прогресс в конструкции объектива. Сочетание мощного сенсора с качественным объективом сводит искажения к минимуму, но они все же остаются.

Неужели раньше не было такого качества?

Это бесспорно. Но есть проблемы, которые не утратили своей актуальности. Например, потемнение в углу изображения по-прежнему остается неразрешимой задачей в современной фотографии, так же, как это было во времена зарождения фотоискусства. Этот эффект, называемый виньетированием, не настолько настойчиво проявляется в наши дни, но все же имеет место. Мы действительно вынуждены констатировать, что фотографии немного темнее по краям, но не значительно. Так что даже не все это замечают, а некоторые преднамеренно делают темные углы, используя Photoshop для усиления эффекта.

Сфотографируйте равномерно освещенную белую поверхность и внимательно посмотрите на нее на мониторе вашего компьютера. Вы сможете разглядеть едва заметную яркость в центре и затенение в углах. Этот эффект потемнения может быть устранен с помощью пользовательских настроек, которые предусмотрены в некоторых камерах, либо с помощью стандартного программного обеспечения для редактирования изображений.

Сколько есть различных типов оптических искажений?

Существуют десятки этих дефектов, в том числе астигматизм, но есть два-три, на которые стоит обратить особенное внимание.

Начнем с самых простых для понимания

Начнем с криволинейных искажений. Они бывают нескольких различных типов, но самое распространенное, это бочкообразное искажение. Легко возникает при использовании ультра-широкоугольного объектива, и вызывает выпуклость прямых линий. Этот эффект еще более очевиден при съемке объективом «рыбий глаз», где такие деформации остаются неисправленными, так как дизайнеры стремятся к ним преднамеренно. Они используют этот прием, чтобы получить как можно более широкое поле зрения.

Какие еще существуют криволинейные искажения?

Подушкообразное искажение часто возникает при использовании длинных телеобъективов. Линии при этом становятся вогнутыми. Эффект, как правило, едва заметен, если вы фронтально фотографируете прямоугольный предмет. Некоторое масштабирование способно спровоцировать признаки искажений, где изображение может показаться подушкообразным или бочкообразным.

Чего еще я должен остерегаться?

Самая большая проблема в фотографии с современной зеркальной фотокамерой это хроматические аберрации. Поскольку мы изменяем масштаб во время съемки, то на изображениях возникает цвет окантовки, особенно в тех местах кадра, где имеется большой цветовой контраст. Для пленочного фотоаппарата такое искажение не настолько характерно и могло проявиться лишь при сильном увеличении снимка.

Где я, скорее всего, увижу хроматические аберрации?

Это свойственно объективам всех фокусных расстояниях, но более выраженным будет на максимальном фокусном расстоянии, причем с недорогой моделью. Также стоит взглянуть на тесты этого явления, проведенные с разными объективами, потому что хроматические аберрации для некоторых моделей характерны в большей степени, чем для других. Вы обнаружите их по краям предметов, а также вдоль края изображения. Проще всего увидеть их там, где у вас есть белая линия, пересекающая темную область, например, оконная рама.

Что я могу с этим сделать?

Да, вы можете исправить это во время редактирования. Даже, ваша камера может поставляться с программой, которая поможет вам решить такую проблему. Photoshop CS имеет несколько хороших инструментов для минимизации влияния аберраций на ваши фотографии. Пользователям Elements 8 меньше повезло, но отдельные коррекции искажения все же доступны. Неплохо подходит PTLens и стоит всего $ 25.

Виды искажений объектива

Ниже приведены примеры самых распространенных видов искажений объектива иллюстрирующие, как они влияют на ваши композиции.

Бочкообразное искажение

Бочкообразное искажение создает образ, в котором линии отклоняются наружу к краям (выпуклость). Что делает прямоугольники бочкообразными.

Подушкообразное искажение

Подушкообразное искажение создает вогнутость линии к центру. Прямоугольники выглядят, как контуры подушки.

Хроматическая аберрация

Хроматическая аберрация (или ахроматизм) обычно наблюдается в виде цветной окантовки. Она создает на линии и по краям в изображении не характерный для оригинала цвет.

Виньетирование

Все типы объективов создают образ, который темнее по краям, чем в центре. Такое явление известно как виньетирование, и может быть намеренно использовано как стилистический прием.

Без искажений

Нет искажений объектива. Все линии прямые, как в реальности. Здесь нет затемнения по краям, и все цвета сосредоточены в одной точке.

Почему возникают хроматические аберрации?

Цель объектива — преломлять свет, направлять прямой путь лучей в сторону датчика.

К сожалению, световые волны различной длины, поэтому преломляются не в одной точке, а это означает, что путь красного цвета поворачивается на угол, отличный от синего цвета, который также не совпадает с преломлением зеленого цвета.

Затем различные цвета сосредотачиваются в различных точках, так что это создает цветную окантовку.

Производители объективов на многое идут, чтобы свести к минимуму влияние этого неизбежного закона физики. Некоторые элементы объектива используются в комбинации для устранения, возникающих аберраций.

Есть два типа хроматической аберрации. Траверс (боковая) хроматическая аберрация, которая создает цветную окантовку. Она вызвана тем, что увеличение изображения изменяется в зависимости от длины волны.

Продольная (осевая) хроматическая аберрация вызывается волнами различной длины, сосредоточенными на различных расстояниях.

Оптические искажения появились вместе с объективами, это как бы их маленькое свойство. Но если оно действительно маленькое – проблем с не будет. Чтобы свести к минимуму проблему оптического искажения, читайте нашу статью!

Дорогой объектив – не значит идеальный

Любой объектив имеет оптический дефект, именно поэтому он не создает точную копию объекта, который мы фотографируем. Конечно, производители с каждым годом стараются создать оптику все более идеальной, несмотря на то, что пока не существует способа изготовления объектива, который не страдал бы в какой-то степени от искажений.

Действительно, высокая цена не всегда означает качество в отношении оптических дефектов. А что же важно? Это тип и конструкция оптики. Цена играет роль, но куда важнее фокусное расстояние.

К примеру, чем шире угол объектива, тем труднее прямой линии не оказаться изогнутой. Уменьшение фокусного расстояния также способствует искажению, потому что невозможно корректировать отклонения при каждом фокусном расстоянии.

Никто не утверждает, что премьер-объектив безупречен, но чем больше диапазон зума, тем более заметны становятся эти искажения.

Тест на искажение

Зеркала в автомобиле делают выгнутыми, так они расширят угол обзора, отдаляя все, что в них отражается. Что-то подобное происходит и в объективе – в качестве теста можно сфотографировать лист бумаги “в клеточку” и затем рассмотреть его в фотошопе (для этого вам нужно включить линейки Ctrl-R и с них “перетащить” мышкой направляющие синего цвета – так легче будет увидеть кривизну получившихся клеток)

Виды искажений

Есть достаточно много видов искажений, но мы остановимся на особо важных.

Криволинейные. Их существует несколько подвидов, из которые самое частое – бочкообразное. Как оно возникает? Если вы используете ультра-широкий объектив, то линии, что были прямыми, становятся выпуклыми. Сейчас есть тренд, снимать на “рыбий глаз”, так это и есть данное искажение, просто используемое в усиленном виде и как фишка.

Подушкообразное. В основном проявляется в длинных телеобъективах. Оно противоположно предыдущему, то есть линии вогнуты внутрь. В принципе, это малозаметно, но если масштабировать объект во время съемки или обработки – будет видно.

Хроматические аберрации. Это огромнейшая проблема в современной фотографии. Ее суть в том, что на снимках возникает цвет окантовки, особенно заметен и без увеличения фотографии. Такое случается с объективами любого фокусного расстояния, но особенно с самыми дешевыми моделями или же с “мыльницами”.

Виньетирование, иными словами затемнение областей по краям кадра. Обычно его можно заметить на широкоугольных объективах при максимально открытой диафрагме. Этот эффект встречается довольно редко.

Редактор в помощь

Adobe Photoshop имеет хорошие инструменты для спасения искаженной фотографии.

Напрямую с оригинальным фоном не работаем (думаю, вы в курсе). Так что первое, что мы наклацаем – это Дублировать слой / Duplicate Layer .

После: Filter/Фильтры > Distort/Искажение > Lens Correction/Оптические искажения. Нажав, вы увидите окно с кучами настроек, из которых нам нужен только верхний блок справа, сразу под клавишами.

Там мы передвигаем вручную ползунок до получения желаемого результата. Двигать нужно очень аккуратно, так как, как правило, сильнее -7 искажает очень мало объективов. Значит править нужно до появления значения +4 или +5, что, в большинстве случаев, достаточно для многих компактных цифровых фотоаппаратов. Можно также эти цифры вбить от руки, контролируя результат по сетке, находящейся в поле предпросмотра самого фильтра. Можно поступить еще проще, нажав в левом верхнем углу кнопку и затем “нарисовав” воображаемую линию от края к центру (опять же, очень аккуратно).

Попытаемся сделать несколько попыток коррекции и по достижении результата нажмем “ОК”. Казалось бы, всё…

Есть, однако, небольшая проблема: фильтр появился только в CS2. Если вы пользуетесь более ранними версиями фотошопа, увеличьте на 30% размер холста (Image/Изображение > Canvas Size/Размер холста > в процентах 130 по вертикали и горизонтали ) и откройте Filters/Фильтры > Distort/Искажение > Spherize :

В нем, напротив, ползунок нужно передвинуть в отрицательное положение (в нашем случае, -5). Жмем ОК.

После правки у вас могут “провиснуть” края изображения, поэтому вам нужно будет воспользоваться инструментом “кадрирование”.

Сравним результат:

После

Есть и альтернативные, зато совсем недешевые варианты правки оптических искажений. Так, Томас Ниман в свое время выпустил плагин ptLens , который оставался бесплатным до выхода на проектную мощность. Сегодня стоит около $15. Преимущество – встроенные профили объективов и фотоаппаратов, автоматическое их определение по данным exif файла изображения и правка прочих искажений, таких как виньетирование (затемнение к краям кадра) и хроматическая аберрация (синие или красные ореолы вокруг высококонтрастных объектов). Стоит скачать и, как минимум, попробовать исправить не более 10 кадров. Есть также набор более дорогих фильтров от DxO optics, которые, по слухам, работают лучше.

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

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.

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.

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.

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.

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.

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.

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

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.

Пусть — информация в форме, допускающей дискретизацию, имеющаяся в так называемой плоскости изображения. Произвольная точка на этой плоскости задается радиус-вектором х. Функциональная

зависимость от х записывается как

Функциональные зависимости всех других величин, заданных в плоскости изображения, представляются аналогичным образом.

Предположим теперь, что информация подвергается инвариантному во времени искажению, определяемому функцией значение функции в точке «размывается» на плоскости изображения в соответствии с видом функции Это означает, что рассматриваются только линейные искажения, так что искаженный сигнал может быть в достаточно общем виде записан следующим образом:

где через обозначен элемент площади с центром в точке (плоскости изображения), определяемой радиус-вектором В выражении (3.2) указан двойной интеграл ввиду двумерности плоскости изображения. Бесконечные пределы просто говорят о том, что интегрированием охватывается все изображение.

Если искажение имеет столь общий характер, что выражение (3.2) невозможно конкретизировать и упростить, то редко удается успешно восстановить функцию но функции Широко применимые методы восстановления и реконструкции были разработаны для пространственно-инвариантных искажений (характеризующихся тем, что размытие получается одним и тем же для всех точек х), либо для искажений. которые можно представить как пространственно-инвариантные одним из двух методов. Первый метол основан на геометрическом преобразовании изображения для перевода иространственно-зависимого искажения в пространственно-инвариантное. Во втором методе изображение с пространственно-зависимым искажением разбивается на ряд фрагментов, в каждом из которых его можно рассматривать как пространственно-инвариантное. Оба эти метода подробно рассматриваются в § 15.

Пространственная инвариантность означает, что функция, задающая искажение, имеет вид

Если функцию (3.3) подставить в выражение (3.2), то мы получим так называемый интеграл свертки. Операцию свертки будем обозначать звездочкой, поставленной в качестве знака умножения. Тогда выражение (3.2) с учетом равенства (3.3) можно записать в компактной форме

Даже если искажение является пространственно-инвариантным, не существует каких-либо априорных ограничений, налагаемых на вид ялра свертки Олнако на практике часто встречаются вполне определенные вилы этой функции, четыре из которых приведены в табл. 1.1 (см. пример 1 в конце данной главы). Линейный смаз возникает, если фотографируемый объект перемещается в процессе экспозиции по прямой линии (или же, что эквивалентно, если камера случайно качнется, а объект неподвижен). Промежуточный профиль, изображенный в табл. 1.1 в случае смаза, показывает, как движется фотографируемый объект в ходе экспозиции (резкий срез профиля на краях отвечает очень быстрому срабатыванию затвора камеры). Если высота сечения постоянна в процессе экспозиции, то такой линейный смаз называется однородным.

Другая обычная причина фотографического искажения — эффект расфокусировки. В этом случае функция имеет вид, очень близкий к кругу. (Это можно сказать из простых соображений геометрической оптики: данный круг есть пересечение плоскости изображения с конусом лучей, исходящим из дальней точки поля фотокамеры, который сходился бы в точку в плоскости изображения, если бы камера находилась в фокусе; тогда плоскость изображения была бы фокальной плоскостью.) Когда объект рассматривается через турбулентную среду при помощи оптической системы с высоким разрешением, искажение в случае короткой экспозиции (на протяжении которой состояние среды не успевает измениться) часто хорошо описывается функцией имеющей форму набора случайных импульсов. В случае же длительных экспозиций форма функции приближается к гауссовской. Хотя причины этих четырех видоп искажения могут быть самыми разными, указанные выше, пожалуй, наиболее типичны.

Обратимся теперь к процессу формирования изображений в оптической системе, отделенной от объекта искажающей средой. Мы будем предельно кратки. Подробный анализ можно найти в литературе. Указанная в § 1 произвольная точка в плоскости, на которую падает излучение, характеризуется радиус-вектором Если поле излучения в каждой точке представляет собой просто модулированное по амплитуде и фазе поле, которое существовало бы в этой точке в отсутствие искажения, то искажение называется изопланатическим. Изопланатизм — очень простое понятие, но оно имеет весьма важное практическое значение, а поэтому целесообразно дать и другое его определение. Рассмотрим луч, исходящий из произвольной точки источника излучения и приходящий в точку Будем характеризовать ослабление и задержку этого луча, отвечающие искажению, модулем и фазой комплексного числа Условием

изоиланатичности является независимость комплексного числа от т. е. равенство

Подчеркнем, что на практике при изопланатическом искажении комплексное число может сильно меняться в зависимости от точки Чем больше линейные размеры источника излучения, тем менее вероятно выполнение условия (3.5) для произвольной конкретной искажающей среды. К тому же, тобы условие (3.5) оставалось справедливым, размеры «ячеек» среды, которая вводит искажение, должны превышать некоторое минимальное значение, определяемое геометрией источника и среды. Таким образом, мы приходим к понятию участка изопланатизма. размер которого есть наибольший «эффективный размер» источника излучения. Удобно выражать размеры участка изопланатизма в угловой мере. Если во всех точках видимые угловые размеры источника излучения меньше размеров участка изопланатизма, то искажение является изопланатическим.

Обозначим поле излучения в произвольный момент времени в точке через а его фурье-образ через (§ 6). Предположим, что точка лежит в плоскости зрачка (т. е. в плоскости апертурной диафрагмы) устройства, формирующего изображение (например, телескопа, ультразвукового преобразователя, радиоантенны). Если фокальную поверхность такого устройства отождествить с плоскостью изображения, введенной в § 1, то сигнал будет «мгновенным изображением», формируемым этим устройством.

Введем теперь понятие аналитического сигнала. Эго сигнал, который не имеет отрицательных временных частот. Аналитический сигнал обязательно является комплексным, причем его мнимая часть связана преобразованием Гилъберта с его вещественной частью. За вещественную часть аналитического сигнала обычно принимают фактически измеряемый сигнал. Самый простой аналитический сигнал — экспоненциальная функция , где постоянная угловая частота, постоянная фаза. Вещественный сигнал, соответствующий этой функции, равен . В данной книге аналитические сигналы будут встречаться мало, и поэтому здесь мы не будем подробно останавливаться на них (исчерпывающее изложение теории аналитических сигналов лано в литературе, указанной в § I). Однако подчеркнем, что всюду, где будет вводиться сигнал, явным образом зависящий от времени он будет считаться комплексным и не имеющим отрицательных временных частот.

Свойства «изображения», формируемого соответствующим устройством, зависят от степени пространственной когерентности источника излучения. В формируемом изображении степень

пространстве иной когерентности находит выражение в том, как зависит от величина

где интервал времени, достаточно большой для рассматриваемого приложения. Полная когерентность имеет место, когда величина для любых двух точек х их, в которых величины конечны, тоже отлична от нуля. В случае полной пространственной некогерентности величина (3.6) равна нулю при значениях превышающих наименьший линейный размер самой малой детали, которая может быть разрешена устройством, формирующим изображение.

Отметим, что чертой над любой функцией времени в данной книге всегда обозначается усреднение по времени.

Излучение с пространственной когерентностью, промежуточной между полной и нулевой, почти не применяется, а потому далее будут рассматриваться только крайние случаи полной пространственной когерентности и полной пространственной некогерентности. Конечно, эти крайние случаи — идеализация, но на практике возможно то или иное приближение к ним. Например, это имеет место при отражении и преломлении излучений, испускаемых радио- и СВЧ-передатчиками, ультразвуковыми преобразователями и лазерами, с одной стороны, и различными естественными источниками излучения в природе — с другой. Поэтому и имеет смысл рассматривать только эти два предельных случая когерентности.

При оценке степени пространственной когерентности для удобства обычно рассматривают отдельные спектральные составляющие (изображений и излучений), считая их монохроматическими. Например, мгновенное изображение рассматривается в виде Идеальное записываемое изображение, которое мы будем обозначать символом выражается через следующим образом:

Отметим, что усреднение по времени в определении (3.7) должно проводиться по большому числу периодов центральной частоты поля, падающего на фокальную поверхность устройства, формирующего изображение. Временной интервал такого усреднения обычно составляет малую долю длительности реального процесса записи (например, экспонирования пленки, сканирования одного элемента

многоэлементного фотоприемника, получения достаточно большого сигнала СВЧ-приемника). Заметим, что миллион периодов видимого спета составляют только несколько наносекунд, а для большей части СВЧ-диапазона временной интервал в охватывает более тысячи периодов. С точки зрения обработки изображений различие между случаями пространственной когерентности и пространственеюй некогерентноети сводится к следующему:

В данной книге обработка изображений пространственно-когерентных полей не рассматривается главным образом из-за практических трудностей, связанных с реализацией «оптических» вычислений (§ 2). Далее там, где специально не оговаривается противное, предполагается, что

Если пренебречь шумом, который неизбежно вносится при записи изображений, а также считать искажение идеально изопланатичсским, функция совпадает с функцией в формуле (3.4). Это — следствие теоремы о свертке для фурье-образов (см. § 7, а также § 8, в котором далее рассматривается вопрос об изображениях пространственно-некогерентных источников). В соответствии с условием (3.9) в данной книге всюду, где специально не оговаривается противное, предполагается, что

Подчеркнем, что дифракционно-ограниченное изображение, поскольку диаметр апертуры (или зрачка) любого устройства, формирующего изображение, обязательно конечен. Если X — центральная длина волны излучения, то устройство, формирующее изображение, не может разрешить детали реальной картины источников, которые соответствуют углам, меньшим . В принципе сверхразрешение возможно, но лишь при условии, что размеры разрешаемых деталей в исходном изображении значительно превышают размер одного элемента изображения.

Искажения, обсуждавшиеся до сих пор в данном параграфе, могут компенсироваться методами, излагаемыми в гл. 3 и 6. Методы, вводимые

в гл. 7-9, пригодны как для компенсации указанных искажений, гак и для коррекции геометрических искажений и улучшения визуального качества изображений (см. соответствующие определения в § 2).

Искажения изображений возникают не только вследствие влияния среды распространения и несовершенства или неверной настройки устройства, формирующего изображение. Иногда они связаны с тем, что не допускают измерения или отсутствуют некоторые очень важные данные, как в задачах, рассматриваемых в гл. 4. В других случаях они могут быть связаны с процедурой измерений, которая, хотя в конечном счете и идеальна, вносит искажения, так что без дополнительной обработки изображения практически непригодны для использования, как в приложениях, обсуждаемых в гл. 5.

Аберрация, дисперсия и дисторсия объектива

Аберрациями в фотографии называют искажения снимков, сформированные системой оптики. В зависимости от природы происхождения аберрации бывают хроматическими и геометрическими.  Причиной возникновения хроматических (то есть цветовых) аберраций является неидеальность оптики фотоаппаратов. Фактически этот вид искажения можно назвать свойством объектива, потому что в той или иной мере оно присуще любому из них. Чем ниже качество используемой оптики, тем больше цветовых искажений наблюдается на снимках. Часто на фотографиях, сделанных дешевыми «мыльницами», наблюдается яркая разноцветная кайма, обрамляющая контрастные объекты. Это и есть хроматическая аберрация.

 

Хроматические (цветовые) аберрации на границе контрастных сред

Для минимизации этого вида искажений были созданы специальные ахроматические линзы, состоящие из двух различных сортов стекла. Один из них – крон, обладает низким коэффициентом преломления, второй – флинт, наоборот, высоким. Правильное сочетание этих двух материалов позволяет свести видимую хроматическую аберрацию практически к нулю. Само же оптическое явление, при котором лучи света с разными длинами волн преломляются под разными углами, называется дисперсией стекла.

 

Не меньшей головной болью начинающих фотографов, чем цветовые, являются аберрации геометрические.

 

Искажение, при котором точки объекта, расположенные за пределами оптической оси, на снимке отображаются в виде затемнений или линий, называется астигматизмом. Объекты на фотографии при астигматизме выглядят искривленными, изогнутыми и немного размытыми. Таким образом, астигматизм наряду с хроматическими аберрациями оказывает влияние на резкость изображения (пусть и в меньшей степени).

 

Астигматизм в фотографии

Если контуры объектов на фотографии имеют неестественно вогнутую или выпуклую форму, и это не является художественным замыслом, такой вид геометрической аберрации называется дисторсией. В первом случае (когда линии вогнуты внутрь) речь идет о бочкообразном искажении, во втором – о подушкообразном.

 

Бочкообразность — дом и забор наклонены к центру кадра

Дисторсии возникают в результате изменения линейного увеличения, обеспеченного оптикой, по полю изображения. Иными словами, световые лучи, проходя через центр линзы, сливаются в точке, расположенной дальше от линзы, чем лучи, которые проходят через ее края. Появлению бочкообразной дисторсии, как правило, способствует применение минимального значения зума, подушкообразной – соответственно, максимального. Наиболее явно искажение проявляется при использовании широкоугольных объективов.

 

Для снижения дисторсий применяется асферическая оптика. Благодаря включению в конструкцию объектива линзы с эллиптической или параболической поверхностью геометрическое подобие между объектом фотографии и его изображением восстанавливается. Разумеется, стоимость производства таких линз значительно превосходит цену изготовления сферической оптики.

 

Незначительные проявления дисторсии легко корректируются средствами графического редактора.

 

Вид геометрической аберрации, препятствующий формированию объективом плоского изображения, называется кривизной поля изображения. При таком искажении в фокусе может находиться или центр изображения, или его края.

 

Корректировка кривизны поля изображения осуществляется внесением изменений в сборку объектива. При этом обязательным условием является соблюдение правила Пецвала, определяющего качество элементов объектива. Если обратная величина произведения фокусного расстояния и показателя преломления одного элемента в сумме с общим числом элементов дает ноль, значит, этот элемент хорош. Результат этих расчетов именуется суммой Пецвала.

 

Интересно, что техникой исправления кривизны поля фотографы не владели вплоть до середины XIX века. Но это ничуть не мешало им заниматься художественным фото. Размытые углы и нечеткие края прикрывались замысловатыми виньетками, а портреты (с целью минимизации искажений) обрамлялись в овальные рамы.

 

Сложная аберрация, влияющая исключительно на световые лучи, проходящие через объектив под углом, называется коматической (или просто комой). На снимках кома проявляется в размытости отдельных точек изображения в форме кометы. «Хвост» кометы при этом может быть направлен к краю снимка (позитивная кома) или к его центру (негативная кома). Это искажение тем заметнее, чем ближе точка к краю снимка. Те же лучи света, которые проходят четко через центр объектива, коматической аберрации не подвержены.

 

Большинство геометрических аберраций можно снизить при помощи регулировки диафрагмы. Уменьшая ее диаметр, фотограф уменьшает одновременно и количество лучей, попадающих на края объектива. Но пользоваться этой возможностью нужно аккуратно. Потому что чрезмерное дифрагмирование приводит к росту величины дифракции.

 

Дифракция – это оптический эффект, ограничивающий детальность снимка вне зависимости от установленного разрешения изображения. Причиной его возникновения является рассеивание светового потока при прохождении через диафрагму. Многие новички, стремясь увеличить глубину резкости, прикрывают диафрагменное отверстие до такой степени, что достигнутая резкость перекрывается сглаживающим действием дифракции. Этот эффект принято называть дифракционным пределом. Знание его величины позволяет избежать проблем с детализацией изображения. Для расчета дифракционного предела используется специальный калькулятор, доступный для бесплатного скачивания на большинстве специализированных сайтов.

 

Дифракция

При выборе фотоаппарата следует помнить, что объективов без аберраций не существует. Во всяком случае, пока. Даже самая дорогая оптика демонстрирует некоторые искажения изображений. Корректировка одного вида нарушений ведет к усилению другого – и этот процесс не имеет конца. Но для того, чтобы стать хорошим фотографом, совершенно необязательно дожидаться изобретение идеальной линзы. Достаточно изучить особенности конкретного объектива – и нивелировать его недостатки собственным мастерством.

Источник: Фотокомок.ру – изучаем основы фотографии (при копировании или цитировании активная ссылка обязательна)

Разработан алгоритм устранения дисторсии фотообъективов

 

Ученые из Физического института им. П.Н. Лебедева РАН (ФИАН) разработали простой алгоритм устранения дефектов изображений, связанных с дисторсией фотообъективов. Полуавтоматический процесс обработки изображения обладает высокой точностью — 0,03 пикселя, и занимает всего несколько минут.

 

Каким бы качественным ни был объектив фотоаппарата, но если поднести его вплотную, скажем, к лицу человека, то часть лица получится раздутой, например, нос, а часть сожмется, например, щеки. Этот оптический дефект называется дисторсией, или проще говоря, искривлением линий, и возникает из-за неидеальности оптической системы. По виду дисторсионные искажения делятся на два вида – бочкообразная и подушкообразная дисторсия. Проблема ее компенсации актуальна во многих областях – в фотограмметрии (например, в картографии и геодезии), в задачах, связанных с компьютерным зрением, а также в физических измерениях, использующих цифровую регистрацию информации (например, в исследованиях потоков в газах и жидкостях).
Чаще всего для определения дисторсии используют калибровочный объект, состоящий из набора отдельных реперных точек. Он фотографируется, и по соответствию координат точек фотографии и объекта определяется величина дисторсии. Но в этом случае измерения проводятся не сплошь по всему пространству кадра, а в небольшом количестве точек, после чего результаты измерений аппроксимируются на все изображение в целом. Научные сотрудники ФИАН Александр Крайский и Татьяна Миронова задались целью разработать простой алгоритм определения дисторсии сразу на всем пространстве кадра.

«В нашем алгоритме, — рассказывает руководитель работы кандидат физико-математических наук Александр Крайский, — в основу которого положен корреляционный метод обработки изображения, выявляется центр тяжести смещения. Для этого мы используем плоское изображение случайного распределения черных и белых точек, реализованное в любом графическом формате, например, BMP. Это наш калибровочный объект. Отображаем его на плоскость и фотографируем получившуюся картину тестируемой камерой. Затем фотография сравнивается с содержимым исходного графического объекта для небольшой окрестности любой точки кадра и определяется, насколько среднее значение положения картинки смещено относительно координат на оригинале. После обработки всего кадра на выходе получается величина дисторсионного смещения в каждой точке».

Для проверки работоспособности разработанного метода ученые откалибровали ряд цифровых фотоаппаратов и сменных объективов.


Абсолютные значения смещений для фотоаппарата Canon Power Shot A570. Максимум искажения — 30 пикселей. По горизонтальным осям отложен размер кадра — 1280х960 пикселей.


«Видимо, при наличии зума, то есть возможности изменения фокусного расстояния, — делится Александр Крайский, — нельзя сделать бездисторсионный объектив. Дисторсия зависит от фокусного расстояния, например, при малом фокусном расстоянии она большая и, как правило, бочкообразная. При увеличении фокусного расстояния она уменьшается и даже может стать подушкообразной».

Для разных объективов дисторсия ведет себя по-разному. Вследствие этого и компенсация искажения должна быть индивидуальной для каждого объектива.

«Компенсировать дисторсию очень просто, — говорит Татьяна Миронова, — для этого мы определяем матрицу смещений и с ее помощью делаем обратное преобразование, то есть узнаем размер смещения и смещаем участок изображения в обратную сторону — получается исправленная картинка».

Точность определения смещения достигает 0,03 пикселя. При этом никаких прецизионных установок, измерений и априорных предположений о свойствах функции дисторсии не требуется. К тому же на выходе можно получить не только компоненты дисторсионной матрицы, но и хроматические искажения — смещения цветовых компонент изображения (красной, зеленой, синей) друг относительно друга.


Максимальные значения дисторсионных искажений для ряда цифровых фотоаппаратов и сменных объективов (для объективов с зумом при минимальном фокусном расстоянии).
Числа показывают диапазон фокусных расстояний. Белые линии – без учета масштаба, черные линии — после восстановления масштаба.


АНИ «ФИАН-информ»

 

Исправление искажения объектива

Главная   Пожертвовать   Новое    Поиск   Галерея   Практические инструкции   Книги   Ссылки   Семинары   О нас   Контакт

Исправление Искажение объектива
© 2010 KenRockwell.com

Откуда камера

Бочка исправлено искажение @ +6.00

Исправлены трапецеидальные и бочкообразные искажения.

 

Исправление Перспектива

Исправление Боковая хроматическая аберрация и цветовая полоса

 

ВВЕДЕНИЕ

Это тривиально с Photoshop CS2, CS3, CS4 и CS5. Эта конкретная функция отсутствует в более ранние версии Photoshop, но я объясню, как это сделать с ними внизу.

Это работает с любым изображением, JPG, RAW, сканом пленки или чем-либо еще.

 

ВЫШЕ ПРИМЕР

Вот что делает этот фильтр, бесплатно входящий в состав Photoshop CS2 и более поздних версий. может сделать с плохим изображением цифровой камеры.

Исходное изображение вверху слева получено с Nikon D70 с объективом 18-70 мм, установленным на 18 мм. При 18 мм у 18-70 мм есть не только ствол искажение, оно имеет сложную бочкообразную дисторсию, которую трудно правильный.Как видите, даже такое нелинейное бочкообразное искажение очень хорошо корректируется. Большинство других объективов исправить еще проще. Я выбрал это как самый сложный пример, который я мог найти.

Бочка искажение — вот что сделало верхнюю часть отеля изогнутой. В исправленном изображение, сделанное установкой ползунка, я объясню ниже на +6,00, крыша теперь прямо.

Большинство любители были бы счастливы просто выпрямить изогнутые линии вне.Профессионалы также хотят, чтобы вертикали были закреплены. Так как Я навел камеру вверх, здание выглядит так, как будто оно падает назад. Я подробно описываю, как исправить сходящуюся перспективу линии в финальном большом изображении здесь.

 

Фотошоп CS2, CS3, CS4 и CS5

От меню в верхней части экрана в CS2 просто выберите: ФИЛЬТР > ИСКАЗАТЬ > КОРРЕКЦИЯ ОБЪЕКТИВА.Быть уверенным чтобы сетка была включена для справки.

Начиная с CS5, он находится в меню ФИЛЬТР > КОРРЕКЦИЯ ОБЪЕКТИВА.

Есть есть три способа выбора величины коррекции:

1. ) Введите его в поле «Удалить искажение» или

.

2.) Переместите ползунок или

3.) Используйте Удалить искажение Инструмент (D) в левом верхнем углу экрана. Выберите его и возьмите середине искаженной линии.Перетащите его, пока он не будет выглядеть правильно. Выпуск.

Почувствуй свободно настраивать по своему усмотрению.

Большинство объективам нужны только значения от +5 до -3, так что полегче. В моем тесты объектива. Теперь я перечисляю значения, которые нужно ввести в поле, чтобы спасти нас. все время.

Хит Хорошо, когда вы закончите тонкую настройку. Вуаля!

 

До Фотошоп CS2

Назад в темные дни Photoshop CS и до того, как я обычно используется команда «Сферизация» в разделе «ФИЛЬТР»> «ИСКАЗАТЬ». > СФЕРИЗИРОВАТЬ.Сначала увеличьте размер холста на 50–100%, чтобы исправить весь образ.

 

СЛОЖНЫЕ ИСКАЖЕНИЯ

CS2 фильтр отлично работает для простых линейных искажений первого порядка. Они просто изгибают линии в широкие кривые.

Подробнее сложные искажения изгибают линии в более сложные формы, такие как усы. Фильтр дисторсии объектива CS2 не может полностью их исправить.

Для сложное искажение, возможно, вы захотите попробовать сторонние инструменты, которые я объясняю здесь, такие как DxO и бесплатные инструменты панорамы.

 

Помогите мне помочь вам         наверх

Я поддерживаю свою растущую семью через этот веб-сайт, каким бы сумасшедшим он ни казался.

Самая большая помощь, когда вы используете любую из этих ссылок на Adorama, Amazon, B&H, eBay, Ritz, Calumet и J&R и когда ты получишь свои вкусности. Это вам ничего не стоит, и это самый большой источник поддержки для этого сайта и, следовательно, для моей семьи. eBay — это всегда азартная игра, но во всех других местах всегда лучшие цены и обслуживание, поэтому я использовал их еще до того, как появился этот сайт.Всем рекомендую лично .

Если вы найдете это страница так же полезна, как книга, которую вам, возможно, пришлось купить, или мастер-класс, который вы, возможно, пришлось взять, не стесняйтесь помочь мне продолжать помогать всем.

Если вы получили свое снаряжение по одной из моих ссылок или помогли иным образом, вы семья. Это замечательные люди, такие как вы, которые позволяют мне постоянно добавлять на этот сайт. Спасибо!

Если вы еще не помогли, пожалуйста, сделайте это и рассмотрите возможность помочь мне подарком в размере 5 долларов.00.

Поскольку эта страница защищена авторским правом и официально зарегистрирована, изготовление копий, особенно в виде распечаток для личного пользования, является незаконным. Если вы хотите сделать распечатку для личного использования, вам предоставляется разовое разрешение, только если вы платите мне 5,00 долларов США за распечатку или ее часть. Спасибо!

Спасибо за прочтение!

Мистер и миссис Кен Роквелл, Райан и Кэти.

Главная   Пожертвовать   Новинка    Поиск   Галерея   Практические руководства   Книги   Ссылки   Семинары   О нас Контакты

Как измерить искажение

ISO

1 — это стандарт, определяющий методы измерения объектива, отделенного от камеры.Однако иногда вы не можете снять объектив с камеры (например, с мобильного телефона), и поэтому трудоемкие методы, описанные в ISO 9039, будут недостаточными. В результате был введен стандарт ISO 17850 2 для определения методов измерения искажений с использованием комбинации объективов камеры.

Метод телевизионных искажений (ISO 9039)

Самым старым методом, в котором используется комбинация камеры и объектива, является метод телевизионных искажений, созданный для анализа систем телевизионных камер. Для этого метода требуется тестовая диаграмма с регулярной сеткой геометрических структур, как показано ниже.

Рис. 2. Точечный график TE260 (слева) и сетка TE251 — две популярные диаграммы для измерения искажений

Метод телевизионных искажений — это, по сути, система, которая показывает постоянно увеличивающееся искажение от центра изображения к углам. Изгиб прямой линии в исходном изображении количественно определяется по верхнему краю изображения (см. рисунки ниже). Отношение изгиба по высоте изображения, умноженное на 100, представляет собой процент искажения высоты изображения. Этот метод соответствует процессу, описанному в EBU Tech 3249 3249 3 .

$$D=\frac{\Delta H}{H}\cdot 100$$

Рис. 3. Искажение высоты изображения из-за бочкообразной формы (негативное изображение)

Определенные системы линз (особенно маленькие в мобильных устройствах) корректируют искажения на максимальной высоте изображения. Эти системы показывают самый высокий уровень искажений на меньших расстояниях от оптического центра. Результирующий тип искажения часто представляет собой смесь бочкообразного и подушкообразного искажения и описывается термином волновое искажение.

Рисунок 5: Линейное геометрическое искажение, создающее эффект подушечки

Для систем с волновым искажением измеренное искажение высоты изображения может быть нулевым или близким к нулю, даже если на изображении видны сильные искажения. Мы можем разбить метод линейного геометрического искажения на три различных метода измерения искажения этих систем, как указано в ISO 17850.

1) Искажение горизонтальной линии

Этот метод применим, когда вертикальная линия Ai расположена ближе к вертикальной линии в центре изображения, чем к Bi, используйте формулу 2: $$Dhi=\frac{\left(Bi-Ai\right)}{2V }\times100%$$

В противном случае используйте формулу 3: $$Dhi=\frac{\left(Ai-Bi\right)}{2V}\times100%%$$

Где:
i  =   суффикс, представляющий каждую высоту изображения;
Ai, Bi и V должны быть представлены количеством пикселей выходного изображения.

2) Искажение вертикальной линии

Используйте этот метод, когда горизонтальная линия αi расположена ближе к горизонтальной линии, проходящей через центр изображения, чем к βi, используйте формулу 4: $$Dvi=\frac{\left(\beta i-\alpha i\right) {2V}\times100%$$

В противном случае используйте формулу 5: $$Dvi=\frac{\left(\alpha i-\beta i\right)}{2V}\times100%$$

Где:
i — суффикс, обозначающий ширину каждого изображения;
αi, βi и V должны быть представлены количеством пикселей в выходном изображении.2}%$$

Знак Dlinei представляет большее абсолютное значение горизонтального или вертикального искажения линии.

Метод локального геометрического искажения (ISO 17850)

Метод локального геометрического искажения используется, когда одного числа для искажения недостаточно. Другими словами, нам нужна функция искажения для исправления искажения при обработке изображения. Имейте в виду, что когда вам нужно обратиться к определенной высоте изображения, локальные геометрические искажения более надежны.

При измерении локальной геометрической дисторсии мы предполагаем, что дисторсия вблизи оптического центра равна нулю. Затем вы можете рассчитать обычную сетку на основе геометрических положений девяти структур (3×3) в центре изображения. Эта сетка расширяется на все изображение и определяет номинальные позиции для каждой из структур.

Рисунок 6: H-значения для определения локальной геометрической дисторсии

Искажение затем измеряется по следующей формуле:

Где:

H* — расстояние точки от центра изображения

H — номинальное расстояние точки от центра изображения на основе расширенной регулярной сетки.

При выводе одного числа из локального геометрического искажения максимальное искажение, измеренное для любой из геометрических структур изображения, является тем, о котором сообщается.

ISO 17850 подробно описывает этот метод.

Об искажении объектива

В идеале объектив будет отображать прямые линии как прямые. Реальность такова, что многие объективы не идеальны, и прямые линии отображаются кривыми.Величина кривой может сильно различаться от объектива к объективу и от фокусного расстояния к фокусному расстоянию в пределах одного и того же объектива.

Искажение объектива наиболее заметно, когда прямые линии проходят параллельно краю кадра и близко к нему. Пользовательская тестовая диаграмма искажения шахматной доски предоставляет эти линии для наихудшего результата.

Фотографии стоят тысячи слов. Ниже приведены четыре примера искажения — используйте ссылки под изображением, чтобы увидеть назначенный тип искажения.

 
Бочкообразное искажение проявляется в виде выпуклости в центре изображения. Подушкообразное искажение — противоположный эффект. Усы или волнообразные искажения сочетают в себе бочкообразные искажения в центре и подушкообразные искажения в углах. создание старомодной формы усов в линиях, которые следуют за краем верхней части кадра.

Кому какое дело?

Некоторые типы фотографии лучше переносят искажения, чем другие.Пейзажным фотографам, снимающим сцену с океаном, не понравится непрямой горизонт. Фотографы-архитекторы не примут криволинейные здания на своих фотографиях, как и их клиенты. Даже кадрирование уровня сцены затруднено из-за искажений в видоискателе.

Другие типы фотографии гораздо более терпимы к искажению изображения. Если в кадре нет прямых линий, может быть трудно увидеть эффект искажения на ваших изображениях.У людей нет прямых линий, и они могут даже оценить небольшой эффект прореживания из-за подушкообразного искажения.

Целевое выравнивание искажения

Поскольку цель шахматной доски настолько неумолима, малейшая ошибка кадрирования становится заметной. Вращательное выравнивание действительно трудно добиться идеального — особенно если смотреть через линзу с искажениями — так что вы можете заметить небольшие отклонения в этом отношении. Выравнивание цели контролируется лазером.

Размер диаграммы

Основная цель искажения шахматной доски имеет размеры 47,25 «x 31,5» (1200 мм x 800 мм). Фокусное расстояние более 460 мм можно проверить на цели меньшего размера.

Искажение объектива можно исправить с помощью программного обеспечения

Программное обеспечение может быть использовано для выпрямления ваших линий — удаления искажений с изображения (хотя волновые искажения исправить сложнее). Но эта коррекция является деструктивным процессом.Вы теряете качество изображения в процессе переназначения пикселей на изображении. Объектив без искажений обеспечивает лучшее конечное изображение.

Обработка изображений

Изображения, снятые в формате RAW, преобразуются в черно-белые (удаляются эффекты CA) с очень высокой настройкой контрастности. Для всех образцов используется диафрагма f/8.

Что такое маленькая серая рамка?

Маленькая серая рамка, видимая в результатах полнокадрового объектива, представляет АПС-С/1.6-кратный кроп-фактор поля зрения (FOVCF) встречается во многих цифровых зеркальных камерах Canon. Сенсоры Nikon APS-C имеют 1,5-кратное (или 1,55-кратное?) FOVCF, поэтому рамка APS-C немного тесна для полнокадровых объективов Nikon. Если вы используете одну из камер APS-C DSLR (и не планируете переходить на полнокадровую камеру в ближайшем будущем), вы можете игнорировать результаты искажения за пределами серой рамки.

Назад к сравнению искажений объектива

Lens Distortion — обзор

29.2.1 Калибровка и предварительная обработка

Моделирование геометрии камеры является требованием для многих приложений, таких как удаление искажений объектива, оценка позы, трехмерная реконструкция и предоставление навигационной информации с помощью дополненной реальности (AR). Обычно расширенная модель обскуры используется для описания того, как точки из 3D-сцены проецируются на 2D-изображение [119,42].

Калибровка камеры — это процесс определения параметров модели, внутренних (главная точка, фокусное расстояние, дисторсия объектива) и внешних параметров (смещение относительно мировой системы координат или другой камеры, напримерг., в стереосистеме). Для объекта с известной геометрией (например, шахматной доски; см. рис. 29.4) существует несколько методов восстановления параметров камеры [44, 119, 133].

Рисунок 29.4. (A) Объект калибровки шахматной доски. Изображение демонстрирует радиальное искажение, характерное для эндоскопических изображений; (B) Зеркальные блики во время торакоскопической операции (из [97]).

Широкоугольная оптика, которая особенно распространена в эндоскопах, вносит заметные искажения линз, особенно радиальные искажения (см.29.4). Если их игнорировать, эти искажения могут привести к ошибкам в дополненной реальности, визуальном отслеживании и других приложениях [31], что делает необходимым использование методов коррекции искажений объектива [102, 104].

Часто эндоскопы и микроскопы имеют функцию масштабирования, при использовании которой некоторые параметры калибровки камеры, такие как фокусное расстояние, становятся недействительными. Повторная калибровка камеры во время операции каждый раз при изменении коэффициента масштабирования нецелесообразна. Наличие камеры с дискретными уровнями масштабирования, такой как операционный микроскоп, позволяет калибровать каждый уровень масштабирования отдельно [29].Метод автоматической адаптации фокусного расстояния эндоскопической стереокамеры во время операции был представлен в [109]. Здесь фундаментальная матрица оценивается во время операции, из которой затем выводится фокусное расстояние. Ранее в [125] был предложен более общий подход к калибровке уровня масштабирования камеры. В этом случае необходимо иметь информацию о двигателе масштабирования, которая не всегда доступна, и сопоставлять ее с различными значениями фокусного расстояния.

Если камера отслеживается через внешнюю систему слежения, например.например, с помощью оптического маркера или манипулятора робота можно выполнить калибровку «рука-глаз», чтобы определить смещение между системой координат камеры и системой слежения [45].

29.2.1.1 Предварительная обработка

Перед дальнейшим анализом и интерпретацией изображений, полученных во время вмешательства, выполняются определенные этапы предварительной обработки для улучшения качества изображения и его пригодности для таких задач, как трехмерная реконструкция и регистрация. Как упоминалось ранее, при наличии откалиброванной камеры можно исправить определенные эффекты искажения объектива в режиме реального времени [58, 102, 104].Для облегчения решения проблемы соответствия при стереофонической реконструкции заданная пара стереоизображений выпрямляется. Для этого изображения проецируются на общую плоскость изображения, что сокращает поиск соответствия заданной точки горизонтальной линии [35].

Интервенционные изображения обычно содержат артефакты, характерные для хирургии, такие как зеркальные блики из-за отражающих свойств ткани, артефакты движения от инструментов и обесцвечивание ткани из-за крови [33,58].В частности, артефакты из-за зеркальных бликов могут мешать задачам сегментации и отслеживания (см. рис. 29.4). Было предложено несколько методов коррекции зеркальных бликов на хирургических изображениях, начиная от подходов, основанных на обнаружении и окрашивании [7,97], до временной регистрации [111] и подходов, основанных на машинном обучении [33].

Понимание дисторсии объектива | Шанхайская оптика

Дисторсия объектива — это оптическая аберрация косметического типа, которая не уменьшает количество информации в изображении.Это происходит, когда информация смещается геометрически, и хотя она меняет форму изображения, это не приводит к размытию изображения.

Коррекция искажений может выполняться в фоторедакторе после обработки, поскольку степень искажения, вносимого объективом, может быть математически определена в любой заданной точке. Искажение зависит от длины волны, и в ситуациях, когда используется узкая полоса света, его можно вычислить для центральной длины волны. Цифровые программы тонкой настройки часто используются для коррекции объектива и устранения нежелательных искажений конечного изображения.

В некоторых ситуациях искажение встроено в систему. Есть много причин, по которым может быть желателен эффект искажения объектива. В лазерных приложениях линзы f-theta выбираются для внесения определенного искажения в оптическую систему. В камерах создатели изображений используют библиотеку эффектов, которая включает в себя радиальное искажение, бочкообразное искажение, искажение перспективы и искажение подушечки, чтобы привнести в свои изображения новые эффекты. Широкоугольные объективы и зум-объективы также создают характерные искажения.

Величина искажения оптики обычно может быть выражена в процентах от заданной высоты изображения.

Искажение определяется как

, где y — фактическая высота в плоскости изображения, а y p — заданная высота в плоскости изображения.

Искажение объектива камеры

Для обычного объектива камеры предполагаемая или идеальная высота изображения y p может быть рассчитана с помощью уравнения 2.

у р = ? ∙ ???? (2)

, где    y p = высота изображения

               ? = фокусное расстояние объектива

               ? = угол поля

Искажение, описывающее отклонение фактической высоты изображения y от высоты идеального изображения ?∙????, определяется как

Искажение может быть положительным (подушкообразное искажение) или альтернативно отрицательным (бочкообразное искажение), как показано на рисунке 1.

Дисторсия в простом объективе представляет собой аберрацию третьего порядка, которая увеличивается пропорционально кубу высоты поля зрения. Поскольку искажение влияет на форму изображения, его внешний вид очень важен, особенно в зрительных системах. Обычно искажение порядка 2-3% является приемлемым визуально. На рис. 2 представлены изображения прямолинейного объекта с нулевой дисторсией и дисторсией -3%.

 

Как и в случае с другими аберрациями, объектив с большим полем зрения, как правило, будет давать большее искажение.Объектив типа «рыбий глаз» или сверхширокоугольный объектив создают сильные визуальные искажения. На рис. 3 показана дисторсия объектива «рыбий глаз» с эффективным фокусным расстоянием 3,0 мм. На рис. 4 показано смоделированное изображение широкоугольного объектива с искажением -50%.

 

 

 

Для многоэлементного объектива искажение обычно бывает положительным или отрицательным, но оно может быть нелинейным по всему изображению. Также следует помнить, что уровень искажений может меняться по мере изменения рабочего расстояния и зависит от длины волны.

Некоторые объективы с очень низким уровнем искажения могут иметь как положительное, так и отрицательное искажение. Этот тип искажения называется усиками или волновым искажением и требует особого внимания к длине волны при калибровке программного обеспечения для удаления искажения из конечного изображения.

Дисторсия объектива F-тета

Линзы

F-theta (используемые в системах лазерного сканирования) обычно предназначены для создания определенного искажения (бочкообразного искажения), так что высота изображения пропорциональна углу поля θ.Идеальную высоту изображения линзы f-theta можно рассчитать с помощью уравнения 4

.

                             y p = ? ∙ ? (4)

В системе линз F-Theta фактическая высота изображения рассчитана на соответствие соотношению ?∙?, которое меньше идеальной высоты изображения ?∙???? в обычной системе объектива камеры. Поскольку оптическая система не может полностью исправить все аберрации, объектив f-Theta не может полностью соответствовать линейному соотношению.Искажение F-тета, которое описывает относительное отклонение фактической высоты изображения y от ?∙?, определяется как

                      

Как и другие аберрации, искажение F-тета определяется оптической конструкцией объектива. Shanghai Optics Inc. имеет более чем 55-летний опыт разработки и производства объективов f-theta с малым искажением. На рис.5 показан F-Theta

.

 

Дисторсия в сканирующем объективе с максимальным углом отклонения 29ᵒ.

Трапецеидальное искажение

В отличие от других типов искажений, которые являются частью неотъемлемых свойств объектива, трапецеидальное искажение вызвано неправильным выравниванием матрицы линз. Когда свет попадает на каждую линзу и передается дальше, лучи пересекаются, что приводит к параллаксу и трапециевидному изображению. Трапецеидальных искажений часто можно избежать, уделяя особое внимание выравниванию при создании массивов линз, а также их можно исправить при постобработке.

Шанхайская оптика и дисторсия объектива

Наш обширный оптический опыт и современное метрологическое оборудование позволяют нам тестировать каждую линзу, которую мы производим в Shanghai Optics, и мы можем предоставить кривые дисторсии для конкретных линз по запросу.Хотя искажение в первую очередь носит косметический характер, оно остается важным качеством каждого объектива, и уровень искажения может сильно повлиять на простоту извлечения информации из системы или нагрузку на ЦП, необходимую для постобработки.

Работа с дисторсией объектива

Искажение объектива может затруднить компоновку, поскольку характеристики объектива могут привести к деформации областей отснятого материала, что затруднит правильное размещение ресурсов.Один из способов обойти эту проблему — неискажать пластину перед началом работы над композицией, а затем повторно искажать и объединять только работу VFX для создания окончательной композиции.

Оригинальная табличка

Пластина недеформированная и комп

Комп после переделки

Рекомендуется снимать сетки с теми же объективами, которые вы используете для создания видеоряда, так как это упрощает оценку искажений.Если у вас есть свойства объектива, такие как Фокусное расстояние и Размер сенсора , и сетка, снятая тем же объективом, вы обнаружите, что этот процесс намного менее болезненный.

Узел LensDistortion

Nuke позволяет вам не искажать или искажать изображение в соответствии с несколькими моделями радиального искажения, которые поставляются с Nuke, или пользовательской моделью, которую вы определяете сами. Вы можете рассчитать деформацию для использования на входном изображении или вывести деформацию в STMap для использования в другом месте сценария.

Вот краткий обзор рабочего процесса:

1. Считайте входную последовательность, подключите ее к узлу LensDistortion (Transform > LensDistortion) и подключите вывод к средству просмотра.

Примечание:  При желании вы можете рассчитать искажение объектива на одном изображении и применить это искажение к другому изображению с помощью узла STMap. Дополнительные сведения см. в разделе Работа с STMaps.

4. Добавьте свою работу VFX к неискаженной последовательности.

Как исправить искажение объектива в PaintShop Pro

  1. Обучение
  2. Практические руководства
  3. Исправить искажение объектива

Искажение объектива происходит, когда свет попадает на датчик камеры неправильно, что приводит к искажению ощущения глубины. Хотя искажение объектива может быть отличным творческим инструментом, если оно не преднамеренное, оно может отвлекать от важных элементов вашего изображения.К счастью, вы можете использовать PaintShop Pro и научиться корректировать дисторсию объектива и получать идеально сфокусированные изображения.

1. Установите PaintShop Pro

Чтобы установить программное обеспечение для редактирования фотографий PaintShop Pro на свой компьютер, загрузите и запустите указанный выше установочный файл. Продолжайте следовать инструкциям на экране, чтобы завершить процесс установки.

2.Выберите коррекцию перспективы

На панели инструментов «Инструменты» выберите инструмент «Коррекция перспективы». На изображении появится ограничительная рамка с угловыми маркерами.

3. Выберите настройки

На палитре параметров инструмента выберите настройки для следующих элементов управления:

  • Линии сетки — позволяет ввести или установить количество отображаемых линий сетки
  • Обрезать изображение — кадрирование изображения до прямоугольной формы после применения перспективы

Примечание: При установке флажка Обрезать изображение области изображения, выходящие за пределы прямоугольника, удаляются.

4. Отрегулировать положение

Перетащите каждый маркер в угол объекта, который должен быть прямоугольным. Нажмите кнопку Применить.

2. Выберите слой

На палитре «Слои» выберите слой для исправления.

3. Выберите «Сетка» в меню «Вид»

Выберите «Вид» > «Сетка», чтобы отобразить линии сетки. Линии сетки помогают исправить линии на фотографии, которые должны быть вертикальными или горизонтальными. Примечание: Чтобы настроить параметры сетки, выберите «Вид» > «Изменить свойства сетки, направляющей и привязки» , а затем используйте элементы управления на странице «Сетка» диалогового окна.

4. Выберите инструмент Указатель

На панели инструментов «Инструменты» выберите инструмент «Указатель» . Вокруг всего слоя появится ограничительная рамка. Примечание. Может оказаться полезным развернуть окно изображения, чтобы вы могли видеть все угловые маркеры текущего слоя. Чтобы развернуть окно изображения, перетащите его за угол или сбоку.

4.Отрегулировать положение

Удерживая нажатой клавишу Ctrl, перетащите угловой маркер на выбранный слой. Изображение обновится, когда вы закончите перетаскивание. Продолжайте корректировать перспективу, пока изображение не станет правильным.

Загрузите бесплатную пробную версию и начните устранять искажения объектива уже сегодня

Инструменты редактирования изображений PaintShop Pro позволяют быстро и легко исправить дисторсию объектива.

PaintShop Pro не просто устраняет дисторсию объектива

Ознакомьтесь с некоторыми другими функциями редактирования фотографий в Paintshop Pro, такими как цветокоррекция фото, фотокорректор, удалить людей с фото, и больше! Создавайте высококачественные фотографии в забавном и простом в использовании фоторедакторе и сделайте свои фотографии более заметными, чем когда-либо.

Правильный цвет фото Удалить шум с изображения Исправить недоэкспонированные фотографии Исправить переэкспонированные фотографии

Скачать лучшее решение для исправления дисторсии объектива, что есть

У вас было небольшое нежелательное искажение объектива на вашей последней фотосессии? Мы обещаем, что вам понравятся простые в использовании функции коррекции искажений объектива в PaintShop Pro.

alexxlab

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.