Подушкообразная дисторсия. Исправляем дисторсию и перспективу на фотографиях в Lightroom. Виньетирование можно разбить на две основные категории

Коррекция искажений помогает скомпенсировать огрехи, присутствующие практически в каждом снимке камеры. К ним могут относиться затемнение углов кадра, искривление исходно прямых линий или цветная кайма вокруг контрастных границ. Несмотря на то, что они могут быть не особо заметны в исходном снимке, польза от их компенсации есть всегда. Однако при неаккуратном применении коррекция искажений может даже ухудшить снимок, и к тому же, в зависимости от предмета съёмки, некоторое несовершенство может оказаться только на пользу.

Результаты коррекции виньетирования, дисторсии и хроматических аберраций.
В масштабе 1:1 разница была бы ещё более заметна.

Общие сведения

Чаще всего коррекция призвана выправить один из трёх недостатков:

1. Виньетирование проявляется как нарастающее затемнение по направлению к краям кадра.
2. Дисторсия выражается в искривлении исходно прямых линий внутрь (бочка) или наружу (подушка).
3. Хроматические аберрации приводят к появлению цветной каймы на контрастных границах.

Однако программы коррекции искажений, вносимых объективом, обычно способны повлиять лишь на один вид искажений, потому важно уметь их различать. Следующие разделы описывают типы и причины появления искажений, рассказывают, когда их можно скорректировать, а также объясняют, как для начала минимизировать их влияние.

Всё, что написано в этой главе, в той или иной мере касается любой программы коррекции искажений, но уместно упомянуть и наиболее известные из них: это Adobe Camera RAW, Lightroom, Aperture, DxO Optics и PTLens.

1. Виньетирование

Этот термин описывает прогрессирующее снижение освещённости по направлению к углам кадра, и оно, пожалуй, проще всего поддаётся наблюдению и коррекции.

Внутреннее виньетирование	Физическое виньетирование	Коррекция виньетирования

Обратите внимание, что внутреннее виньетирование наиболее очевидно только
в левом верхнем и правом нижнем углах в связи с особенностями предмета съёмки,
хотя в действительности эффект во всех углах одинаков.

Типы и причины . Виньетирование может быть отнесено к одной из двух категорий:

• Физическое виньетирование зачастую не поддаётся коррекции, иначе как кадрированием или ручным осветлением/клонированием. Проявляется как сильное, резкое затемнение, обычно только на самых краях кадра. Возникает вследствие применения серии фильтров или фильтров с толстой оправой, бленд и других объектов, физически блокирующих свет по краям кадра.
• Внутреннее* виньетирование обычно легко устранить. Проявляется как прогрессирующее и обычно слабое затемнение по направлению от центра снимка. Возникает вследствие особенностей конструкции объектива и камеры. Обычно наиболее заметно на низших f-ступенях, в широкоугольных и телеобъективах, при наведении на удалённые объекты. Цифровые зеркальные камеры с урезанными сенсорами обычно менее подвержены виньетированию, поскольку затемнённые края оказываются откадрированы (при использовании полнокадровых объективов).

*Техническое примечание: внутреннее виньетирование делится на две подкатегории: оптическое и натуральное виньетирование. Первое можно минимизировать, закрыв диафрагму объектива (увеличив f-ступень), однако второе не зависит от настройки объектива. Как следствие, его невозможно избежать, если только нет возможности использовать объектив с меньшим углом зрения или же специальный компенсирующий фильтр, который задерживает часть света по направлению к центру изображения (не распространены, за исключением фильтров для камер большого формата).

Photoshop: регуляторы
коррекции виньетирования

Коррекция . Виньетирование зачастую может быть исправлено простым изменением регулятора количества (amount), хотя порой требуется также задать центр виньетирования, используя регулятор центральной точки (midpoint), хотя нужно это редко. Однако коррекция попутно усилит визуальный шум по краям, поскольку принцип её работы заключается по сути в применении радиального градиентного нейтрального светофильтра .

Искусственное виньетирование . Некоторые фотографы в действительности добавляют виньетку к своим снимкам, чтобы привлечь внимание к центральному предмету, а также чтобы визуально уменьшить жёсткость границ кадра. Однако применять её стоит уже после финального кадрирования (заимствуя из английского, этот приём называют виньетированием "пост-кроп").

2. Дисторсия: бочка, подушка и перспектива

Этот термин описывает искривление исходно прямых линий внутрь или наружу, которое может повлиять на отображение объёма:

Синяя точка отображает направление
камеры; красные линии отмечают
сходимость параллельных прямых.

• Подушка . Она появляется, когда исходно прямые линии искривляются внутрь кадра. Обычно ей подвержены телеобъективы или дальнее фокусное расстояние вариобъектива (зума).
• Бочка . Появляется, когда исходно прямые линии искривляются наружу. Обычно присуща широкоугольным объективам или широкоугольному (ближнему) фокусному расстоянию вариобъектива.
• Искажение перспективы* . Проявляется в сходимости исходно параллельных прямых. Его причиной является положение камеры (оно появляется, если линия зрения камеры не перпендикулярна параллельным прямым); на примере деревьев или архитектуры это обычно означает, что камера не направлена к линии горизонта.

При съёмке пейзажей обычно наиболее заметны искажения горизонта и деревьев. Положение линии горизонта в центре кадра может помочь минимизировать влияние всех трёх видов дисторсии.

Коррекция . К счастью, каждый из вышеприведенных типов дисторсии поддаётся коррекции. Однако применять её следует, только когда это необходимо, - например, когда предмет съёмки содержит выраженно прямые линии или имеет чёткую геометрию. Чаще всего наиболее чувствительна к дисторсии архитектурная съёмка, тогда как в пейзажах она значительно менее заметна.

Программы обработки изображений обычно предлагают регуляторы для бочки/подушки, а также перспективных искажений по горизонтали и вертикали. Не забудьте использовать координатную сетку (если возможно), чтобы упростить себе оценку результатов обработки на предмет прямоты и параллельности линий.

Недостатки . Поскольку края кадра в процессе коррекции дисторсии искривляются, обычно требуется кадрирование, которое может повлиять на композицию. Кроме того, коррекция перераспределяет разрешение в изображении; в результате удаления подушки края станут несколько резче (за счёт центра), тогда как удаление бочки усилит резкость в центре (за счёт краёв). Например, для широкоугольных объективов бочка обычно является способом борьбы с размытием краёв, которое типично для объективов этого типа.

3. Хроматические аберрации

Хроматические аберрации (ХА) проявляются как неприглядная цветная кайма на контрастных границах. В отличие от предыдущих двух недостатков объективов, хроматические аберрации обычно видны только при просмотре снимка на экране в полном размере или в отпечатках большого размера.

Вышеприведенная коррекция эффективна, поскольку присутствуют
преимущественно радиальные ХА, которые легко удалить.

Типы и причины . Хроматические аберрации, пожалуй, наиболее разнообразны и сложны в подавлении, а их влияние существенно зависит от предмета съёмки. К счастью, феномен ХА можно достаточно легко понять, разделив его на три составляющих:

Технические примечания. Чистые радиальные ХА случаются, когда каналы цветности изображения записывают различные относительные размеры (однако все они находятся в чётком фокусе). Чистые соосные ХА возникают, когда каналы цветности имеют одинаковый относительный размер,
но некоторые из них находятся не в фокусе. В случае окрашивания может иметь место комбинация
радиальных и соосных ХА, однако в масштабах микролинзы сенсора , а не объектива .

• Радиальные хроматические аберрации устранить проще всего. Они проявляются как двуцветная кайма в направлениях от центра изображения и нарастают к его краям. Обычно кайма бывает сине-фиолетовой, но может присутствовать и сине-жёлтый компонент.
• Соосные хроматические аберрации коррекции не поддаются, либо она возможна лишь частично, с нежелательными эффектами в других частях изображения. Проявляются как одноцветное гало вокруг контрастной границы и меньше зависят от положения в кадре. Гало зачастую приобретает пурпурный оттенок, его цвет и размер могут порой быть улучшены некоторым смещением фокусировки объектива вперёд или назад.
• Окрашивание засветок обычно коррекции не поддаётся. Это уникальный феномен цифровых сенсоров , который приводит к избирательным засветкам - на уровне сенсора создаются цветные пятна, обычно синие или пурпурных оттенков. Наиболее часто они случаются в резких, зеркальных засветках при использовании компактных камер с высоким разрешением. Классическим примером являются границы верхушек деревьев и листва в ярком белом небе.

Некоторая комбинация разных типов ХА присутствует в любом снимке, однако их сравнительное влияние может существенно меняться в зависимости об выбранного объектива и предмета съёмки. Как радиальные, так и соосные ХА более заметны в дешёвых объективах, тогда как окрашивание засветок более заметно в старых компактных камерах; все они становятся более заметны при высоком разрешении.

Примечание : хотя соосные ХА и окрашивание обычно равномерны по всем границам, они могут не выглядеть таковыми, в зависимости от яркости и цвета конкретной границы. В связи с этим их зачастую путают с радиальными ХА. Радиальные и соосные ХА порой также называют поперечными (латеральными) и продольными, соответственно.

Коррекция хроматических аберраций может существенно повлиять на резкость и качество изображения - особенно по краям кадра. Однако лишь некоторые компоненты ХА могут быть удалены практически полностью. Сложность состоит в том, чтобы определить и применить соответствующий инструментарий к каждому из компонентов по отдельности - не усугубив при этом остальные. Например, подавляя соосные ХА в одной части изображения (ошибочно используя для этого инструментарий для радиальных ХА), вы скорее всего ухудшите внешний вид остальных частей.

Начните с обработки высококонтрастной границы вблизи края кадра и контролируйте процесс, используя для оценки эффективности экранный масштаб 100-400%. Зачастую лучше всего начинать с радиальных ХА, используя регуляторы красно-голубого и сине-жёлтого, посколькуих проще всего удалить. Затем всё, что осталось, скорее всего является комбинацией соосных ХА и окрашивания, которые можно уменьшить, используя инструмент для удаления каймы (Photoshop: "Defringe"). Неважно, с каких параметров настройки вы начнёте, здесь результата добиваются исключительно опытным путём.

Фрагмент из верхнего левого угла предыдущего снимка.

Впрочем, не стоит надеяться на чудо; некоторое окрашивание и соосные ХА практически всегда присутствуют. Особенно это заметно на источниках освещения ночью, звёздах и прямых отражениях от металла и воды.

Автоматические профили коррекции объективов

Многие современные программы обработки снимков в формате RAW могут корректировать недостатки объективов, используя предустановки для широкого набора сочетаний камер и объективов. Если эта возможность доступна, она может сэкономить массу времени. Adobe Camera RAW (ACR), Lightroom, Aperture, DxO Optics и PTLens предоставляют такую возможность в своих последних версиях.

Не бойтесь регулировать корректировку от стандартного значения до 100% (полная коррекция). Кто-то предпочтёт сохранить некоторую виньетку и дисторсию, но при этом полностью устранить хроматические аберрации, например. В случае ХА, впрочем, наилучшие результаты обычно достигаются последующей доводкой вручную.

Если вы используете коррекцию объектива как часть процесса обработки фотографий, очерёдность её применения может повлиять на результат. Шумоподавление обычно более эффективно до коррекции ХА, однако повышение резкости следует производить после удаления ХА, поскольку может на него повлиять. Впрочем, если вы используете программы обработки формата RAW, незачем беспокоиться о порядке применения - он будет правильным.

Дополнительная информация

Смежные темы освещаются в следующих статьях:

• Порядок обработки изображений
  Хороший способ понять, на каком этапе должна производиться коррекция объектива.
• Качество объектива: ЧКХ, разрешение и контраст
  Обзор остальных параметров объектива, влияющих на качество изображения.
• Что такое объективы
  Интерактивная визуализация принципов работы объектива для начинающих.

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.

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.

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

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.

С.В. УТОЧКИН,
директор CCTVCAD Software
Опубликовано в журнале

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.