Как откорректировать дисторсию. Дисторсия
- 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 . При таких искажениях некоторые параллельные линии на изображении выглядят не параллельными, некоторые вертикальные линии - наклонными. Но к дисторсии это не относится ( ).
Теория
При наличии дисторсии третьего порядка (а для асимметричных оптических систем дисторсии бывают только нечётных порядков: 3‑го, 5‑го, 7‑го и т. п.) в формулу добавляют дополнительное слагаемое: R → = b 0 r → + F 3 r 2 r → , {\displaystyle {\vec {R}}=b_{0}\,{\vec {r}}+F_{3}\,r^{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». |
Очень многие фотографы и любители в самом начале своего творческого пути сталкиваются с такой неприятной штукой на фотографии, как дисторсия. Данная статья поможет вам разобраться, что такое дисторсия, почему она возникает и как можно предотвратить ее появление. Итак, под понятием «дисторсия » обычно подразумеваются геометрические искривления объектов, искажения линий, появляющиеся в процессе формирования изображений.
Виды дисторсии
Наиболее распространенными видами данного дефекта считаются «подушкообразная », а также «бочкообразная » дисторсии. Для бочкообразной дисторсии характерно выгибание линий наружу, при этом изображение становится выпуклым, главным образом это касается, линий по краям кадра. А для подушкообразной - изгиб линий, который направляется ближе к центру кадра, линии при этом как бы вогнуты. Кроме того, подушкообразную дисторсию иногда ещё называют отрицательной, и она является характерной для широкого угла. А бочкообразная, или положительная дисторсия, чаще всего может проявляться на длинных фокусах.
Почему возникает дисторсия
Дисторсия может возникать по нескольким причинам. Одной из них является схождение параллельных линий, когда фотоаппарат находится в наклонном положении или его наклоняет фотограф — чаще всего это искажение возникает во время съемки высоких зданий с нижнего ракурса. Кроме того, дисторсия может возникнуть и в случае использования дешевых объективов сомнительного качества. Вообще, данная особенность свойственна зум-объективам, то есть, объективам с переменным фокусным расстоянием. А объективы, у которых фокусное расстояние является постоянным, обеспечивает безупречно четкую композицию безо всяких геометрических искажений.
Как избежать появления дисторсии
Для того, чтобы избежать появления дисторсии на фотографиях, лучше всего приобрести дорогой и качественный объектив . В некоторых случаях данную проблему сможет решить использование более широкоугольного объектива . А еще можно попробовать давно известный и проверенный прием — отойти от объекта съемки на более отдаленное расстояние и воспользоваться функцией приближения. Устранить дисторсию уже с готового фотоснимка и сделать его более пропорциональным и гармоничным можно при помощи специальной простой опции в Adobe Photoshop или любом другом графическом редакторе.
Дисторсия как художественный инструмент
Не во всех случаях дисторсию можно считать недостатком и искажением. Иногда она представляет собой своеобразный художественный метод. Существуют даже определенные типы объективов, которые призваны не только не устранять дисторсию, но и намеренно подчеркивать ее. Одним из таких типов объективов является Fish-Eye , что в переводе означает «рыбий глаз». Это одна из наиболее необычных оптических систем для зеркальных фотокамер. Угол изображения этого сверхширокоугольного объектива с выпуклой передней линзой составляет 180 градусов, а иногда и более. В результате получается круговая картинка, а сам кадр при этом остается прямоугольным. Объективы данного типа присутствуют в арсенале практически всех ведущих производителей фототехники — Nikon , Canon и других.
Другим видом объективов с намеренной (положительной) дисторсией являются Tilt /Shift объективы . Чаще всего их применяют во время архитектурной либо технической фотосъемки. Основной особенностью Tilt /Shift объектива является контроль перспективы, а также возможность ее коррекции. Это оптическая конструкция со сдвигом и возможностью наклона. Самым первым в мире объективом такого типа является f/3.5 PC-Nikkor , который был сконструирован и собран знаменитой компанией Nikon в 1961 году. Чаще всего эти объективы используют на 35-миллиметровых и среднеформатных однообъективных зеркальных фотоаппаратах. В настоящее время всё более востребованными становятся Tilt /Shift объективы с фокусным расстоянием 24, 28, 35, 45, 85, а также 90 миллиметров.
Дисторсия и перспектива
Никогда не следует путать между собой такие понятия, как перспектива и геометрические искажения. Их объединяет один важный фактор — угол зрения объектива. Однако, если дисторсия, то есть, геометрическое искажение, является существенным дефектом композиции, то перспектива представляет собой особое свойство мира и нашего собственного восприятия. Человеческие глаза способны видеть все практически на 180 градусов. С этой точки зрения нам всегда необходим широкий угол, дающий перспективу. О сайте fotomtv .
Показать html-код для вставки в блог
Что такое дисторсия в фотографии
Очень многие фотографы и любители в самом начале своего творческого пути сталкиваются с такой неприятной штукой на фотографии, как дисторсия. Данная статья поможет вам разобраться, что такое дисторсия, почему она возникает и как можно предотвратить ее появление
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.
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).
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.
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.
– 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.
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.
Продолжаю цикл статей по компьютерной обработке фотоагрфий. Темой сегодняшнего нашего разговора будет исправление дисторсии и перспективы на фотографии. Напомню, что дисторсия - это искривление прямых линий, проявляющееся по краям кадра, из-за чего картинка выглядит выпуклой или, наоборот, вогнутой. Эффект перспективы - это оптический эффект, состоящий в схождении параллельных прямых на фотографии. Дисторсия и перспектива - это настоящий бич при съемке интерьеров и архитектуры. Именно из-за них стены зданий выглядят искривленными, а сами здания вместо прямоугольной формы имеют форму трапеции.
Однако, иногда дисторсия и перспектива играют положительную роль и используются в качестве художественного приема, позволяющего лучше передать идею фотографии зрителю (хотя, это все на любителя).
Тем не менее, зачастую встает вопрос - как "подчинить" перспективу и дисторсию и заставить их "работать на себя". Для этого придумано немало средств, как "железных", так и программных. Для начала поговорим о перспективе .
Как исправить перспективу?
Использование объектива "тилт-шифт"
Тилт-шифт (tilt-shift, поворот-сдвиг) - это объектив специальной конструкции, позволяющий копменсировать перспективные искажения. Примером такого объектива является Canon TS-E 24mm f/3.5 L II. Объектив состоит из 2 частей, соединенных подвижным шарниром, имеющим две степени свободы - "морду" объектива можно двигать вверх-вниз параллельно плоскости кадра (для компенсации перспективы) или поворачивать в вертикальной плоскости (для управления расположением зоны ГРИП.
Более подробно почитать об этом объективе можно на сайте photozone.de (правда на английском языке), а посмотреть картинки на этой странице - примеры использования объектива tilt-shift - весьма интересно! Объектив "тилт-шифт" - незаменимый аксесуар для профессиональных фотографов, снимающих архитектуру и интерьеры. Однако, стоимость такой оптики редко опускается ниже 4-значной долларовой отметки. Редкий фотолюбитель может себе такое позволить.
Компоновка кадра, исключающая перспективное искажение
Если вы заметили, то эффект перспективы проявляется только когда расположение оптической системы (фотоаппарат + объектив) отлично от горизонтального. Стоит "задрать" голову, сразу получаем падающие стены! С другой стороны, если скомпоновать кадр так, чтобы горизонт был посередине (то есть, аппарат стоит строго горизонтально), то перспективного завала не будет. Однако, при этом необходимо сильно кадрировать изображение. Примерно так (пример сделан "пост-фактум", поэтому прошу извинить за возможную неточность передачи картинки): 
Минусы очевидны - значительный проигрыш в разрешающей способности, необходимость иметь мощный широкоугольник. Советовать использование такого метода на практике не рискну, однако, на самый крайний случай может пригодиться.
Исправление перспективы в Adobe Photoshop Lightroom
Если у вас есть эта программа и вы имеете привычку снимать все в RAW, вы можете вздохнуть с облегчением, вы избавлены от многих мучений. Открываем фотографию в Lightroom (как это сделать - читайте в ). 
Нам нужно выполнить 4 действия: 1. Выбрать раздел Develop 2. Промотать список опций вниз до Lens Correction 3. Выбрать режим Manual 4. Поиграть движком Vertical При наведении курсора мыши на движок Vertical, на изображении появляется сетка, которая помогает "вывести" вертикали. 
Все почти хорошо за исключением того, что в нижней части фотографии образовалась полукруглая "выемка", от которой избавляемся кадрированием. 
Вот и все!
Итак, с перспективой разобрались. Осталось победить дисторсию. А если не победить, то использовать с выгодой для себя.
Эксперименты с дисторсией
Единственный минус - детализация по углам кадра становится просто никакой. Однако, учитывая разницу в стоимости между Зенитаром 16/2.8 и "эквивалентным" ему широкоугольником Canon EF 16-35/2.8L или Canon EF 14/2.8L советскому фишаю можно простить абсолютно все! По крайней мере, подобный эксперимент может дать вам примерное представление - "а как будет это выглядеть, если снять это сверхширокоугольником?" Это может повлиять на ваше решение о (не) целесообразности покупки широкоугольной "эльки".
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.