Что вызывает бочкообразную дисторсию?

Бочкообразная дисторсия — это форма дисторсии (не путать с другими аберрациями ). Это часто встречается с более короткими фокусными расстояниями, такими как объектив в телефоне, особенно у тех, кто пытается получить широкое, а не узкое поле зрения.

Это искажение также часто наблюдается при использовании одноэлементных линз, например, связанных с увеличительным стеклом .

Если объектив демонстрирует бочкообразную дисторсию, она будет присутствовать на всех расстояниях фокусировки. Однако вам, вероятно, будет труднее заметить искажение на чем-то далеком, чем на близком.

Способ исправить это — использовать более сложную линзу, которая корректирует это.

(из HyperPhysics: многоэлементные линзы )

Здесь нужно понимать, особенно с системами, в которых камера не является основной частью, - на самом деле не стоит делать более сложные объективы. Их сложнее производить, они стоят дороже и в первую очередь не должны быть высокого качества (цена).

Что касается более сложных линз, в которых существует бочкообразная дисторсия, то это часто либо старые конструкции, в которых отсутствовали производственные и оптические технологии (мы создавали стекло со все более высокими показателями преломления и разрабатывали новые способы полировки асферических линз), либо бочкообразная дисторсия была меньшее из зол аберрации, которые исправлялись. Большинство считает, что астигматизм, хроматические аберрации и аберрации комы более важны для исправления, чем бочкообразная дисторсия (которую можно в некоторой степени исправить на постобработке легче, чем другие).

Особенность эффекта в том, что свет на краю линзы искривляется сильнее, чем в центре линзы ( ref ). Особенно это заметно на объективах с малым диаметром (опять же тот самый телефон).

Решением этой проблемы является использование объектива большего размера (большие датчики требуют линз большего размера, которые, в свою очередь, имеют меньшее бочкообразное искажение, присущее конструкции). Если возможно, используйте объектив большего размера (поместите полнокадровый объектив на кроп-сенсор или объектив среднего формата на 35-мм сенсор). Другой вариант — использовать более длинный объектив и немного отступить. Ни то, ни другое не всегда может быть практичным.

К счастью, бочкообразная дисторсия довольно предсказуема. Большинство программ постобработки позволяют исправить это, если вы знаете, насколько сцена искажена. Сфотографируйте шахматную доску и исправьте ее, и вы будете знать, как исправлять все фотографии с этим объективом в будущем.

Бочкообразное искажение также является следствием реальной тригонометрии и перспективы.

Пожалуйста, выполните поиск изображений по термину "Точка схода", особенно в связи с рисованием.

Теперь давайте проведем мысленный эксперимент.

Если вы стоите на очень длинной прямой траншее с железнодорожными путями, вы увидите, как будто рельсы сходятся в воображаемой точке очень далеко (эта точка называется точкой схода). Теперь представьте, что вы стоите рядом с очень длинным поездом (со всеми вагонами одинакового размера), который стоит на этой прямой траншеи пути.

По логике вы знаете, что линия крыши вагонов параллельна рельсам. Теперь вы берете камеру с очень широкоугольным объективом. Эта линза может одновременно видеть переднюю часть поезда и заднюю часть. В каждом конце поезда есть точка схода, где сходятся линия рельса и линия крыши.

Итак, что произойдет, если две параллельные линии сойдутся в обоих концах, сохраняя при этом среднюю часть разделённой? Очевидно, что это невозможно сделать, сохраняя обе линии прямыми, но если мы их согнем, то получится форма, похожая на очень вытянутый глаз.

Этот эффект происходит справа налево, вверх-вниз и фактически на 360 градусов. Вот почему, когда мы снимали квадратный или прямоугольный объект очень широкоугольным объективом, его границы в середине расходились дальше друг от друга.

Так мы на самом деле видим мир, но мозг «знает», что линии на самом деле параллельны, и мы забываем об этом.

Так как перспектива — это факт реальной жизни, она влияет на все линзы, но некоторые линзы предназначены для компенсации этого, а другие могут на самом деле преувеличивать ее.

Вот быстрый рисунок, который пытается лучше объяснить себя:

В вопросе используется неправильный термин. Искажение, которое появляется, когда вы подходите слишком близко с широким углом, на самом деле является нежелательной принудительной перспективой.

Подумайте: если я сфотографирую нос моей собаки на самом близком расстоянии фокусировки моей камеры — около фута. Тогда его нос находится на расстоянии 1 фута, а ноги — на расстоянии 3 фута. Что-то в 3 раза дальше выглядит как 1/3 размера.

Эта форма перспективы присутствует всякий раз, когда у нас есть объекты на разном расстоянии от камеры.

Большую часть времени между близкими и дальними объектами существует ряд вещей, поэтому мы понимаем это. Или есть очевидная точка перехода, где ваш разум оставляет запасное расстояние, согласно другим визуальным подсказкам. Вы особенно замечаете это, когда два объекта расположены таким образом, что нет четких признаков глубины в отношении относительного расстояния, или «самая простая» интерпретация делает один из объектов слишком большим.

В качестве примера посмотрите на наборы интерьеров для «Властелина колец».

Цилиндр и игольчатая подушечка — результат конструкторских решений при изготовлении объектива. Увеличение изменяется по мере удаления от оси.

Когда я был щенком, эти две формы искажения вызывали большое беспокойство, так как исправить их в фотолаборатории было практически невозможно. Теперь это легко сделать в Lightroom или Photoshop.