Lentila cu unghi ultra larg

O lentilă cu unghi ultra-larg  este o lentilă cu rază scurtă al cărei câmp unghiular depășește 90° în diagonală pe cadru și a cărei distanță focală este mai mică decât cea mai scurtă latură a unui cadru dreptunghiular [1] . Astfel, pentru o cameră de format mic , toate obiectivele cu o distanță focală mai mică de 24 mm sunt considerate cu unghi ultra larg, deoarece dimensiunea unui astfel de cadru este de 24 × 36 mm. Pentru o cameră video în format Super 35 cu un pas al cadrului de 4 perforații , orice obiectiv mai scurt de 18 mm este considerat unghi ultra larg. Atât obiectivele prime cât și obiectivele zoom pot fi super-unghi larg , dacă intervalul de distanțe focale ale acestora din urmă se încadrează în limitele menționate.

Pentru sistemele foto cu formate de rame diferite, lentilele cu diferite distanțe focale pot fi considerate cu unghi ultra-larg:

Clasificare

Există două tipuri principale de lentile cu unghi ultra-larg: distorsiuni (mai rar, distorsiuni) și ortoscopice [2] [3] . Aceștia din urmă alcătuiesc cel mai mare grup, deoarece își construiesc o imagine care respectă cu strictețe legile perspectivei liniare [4] . Liniile drepte sunt afișate drept de astfel de lentile, iar forma obiectelor păstrează o similitudine geometrică . Lentilele distorsionante se caracterizează prin distorsiuni mari necorectate și câmpuri unghiulare foarte mari , ajungând până la 180° și chiar depășind acest unghi [5] . În viața de zi cu zi, astfel de lentile sunt numite „ ochi de pește ” și diferă de lentilele ortoscopice prin distorsiuni pronunțate. Liniile drepte din imagine sunt afișate ca arce, iar în „ochiul de pește circular” întreaga imagine are forma unui cerc, înscrisă în întregime într-un cadru dreptunghiular sau pătrat. Unghiurile ultra-larg distorsionate pot fi folosite ca instrument vizual strălucitor, dar au găsit utilizare în masă doar în zone speciale, precum meteorologia sau supravegherea video [2] .

Context istoric

Prima lentilă Periscop produsă în masă , care are un câmp unghiular de 90 ° suficient pentru un unghi ultra-larg, a fost obținută în 1865 din doi monoculi simpli de către opticianul german  Hugo Adolph Steinheil [6 ] . Designul simetric a făcut posibilă eliminarea distorsiunii care este inacceptabilă pentru un obiectiv cu unghi larg . Abia în 1900, opticianul principal al companiei Goerz ,  Emil von Höegh , a reușit să mărească câmpul unghiular la 135 ° folosind obiectivul Hypergon, conceput pentru fotografierea pe plăci fotografice de 18 × 24 cm [7] [8] . Designul său a fost similar cu cele anterioare și a constat din două meniscuri foarte subțiri situate simetric [9] . Un câmp vizual uriaș a fost obținut datorită îndoirii lor finale și a caracteristicilor celei mai bune sticle optice „Jena” la acea vreme [10] . Este de remarcat faptul că, pe lângă distorsiuni și comă, lentila a fost parțial corectată chiar și din cauza astigmatismului și a curburii câmpului [11] .

Principalul dezavantaj al tuturor acestor obiective a fost diafragma extrem de scăzută , care nu depășea f/22. Cu toate acestea, acest lucru nu a interferat cu aplicația în fotografia de arhitectură și de interior , pentru care a fost destinată în primul rând optica cu unghi ultra-larg: scenele statice pot fi filmate la viteze de expunere de orice durată. Dezvoltarea rapidă a aviației și răspândirea recunoașterii fotografice în primul sfert al secolului al XX-lea a dat cel mai puternic impuls dezvoltărilor ulterioare, ceea ce a dus la apariția unghiurilor ultra-large cu deschidere mare, în special în cererea pentru fotografia de rută de la altitudini joase. . În 1934, opticianul german Robert Richter a brevetat obiectivul „Zeiss Topogon”, destinat fotografiei aeriene topografice, ceea ce se reflectă în denumire [10] . Prin adăugarea a încă două meniscuri simetrice, raportul de deschidere a fost adus la f / 6,3 cu un câmp vizual de 100 °. În același an, opticianul sovietic Mihail Rusinov a calculat lentila Liar-6 cu caracteristici similare, care a devenit strămoșul familiei cu unghi ultra-larg Russar [ 12] .

Toate aceste lentile au fost proiectate cu ortoscopicitatea maximă necesară în fotogrammetrie și fotografia de arhitectură. În 1911, americanul Robert Williams Wood în cartea sa „Physical Optics” a descris pentru prima dată un nou tip de unghi ultra-larg cu distorsiuni necorectate și, în același timp, a inventat termenul „ochi de pește”, subliniind asemănarea imaginii rezultate cu „ Fereastra Snell „ efect observat de locuitorii subacvatici datorită proprietăților de refracție a apei [13] . Primul design practic al unui astfel de obiectiv a fost calculat de biochimistul Robin (Robert) Hill și a fost destinat pentru înregistrarea fotografică a norilor din întreaga emisferă a cerului [14] [15] . În 1924, compania britanică Beck din Londra a fabricat primul obiectiv Hill Sky numit „Hill Sky Lens” pentru camera de înregistrare cu același nume [16] [17] . În 1932, AEG a obținut brevetul german nr. 620 538 pentru un design optic Weitwinkelobjektiv cu ochi de pește mai avansat . După război, în cataloagele majorității companiilor de optică au apărut lentilele ultra-wide distorsionante, completând alte tipuri de lentile. Pe lângă lentile, a început producția de atașamente afocale pentru optica convențională, oferind distorsiuni similare și un câmp de vedere emisferic [13] .

Caracteristici tehnice

Iluminarea neuniformă a câmpului de imagine

Conform formulei Lambert , concomitent cu o creștere a unghiului câmpului de vedere, iluminarea la marginile câmpului de imagine scade [18] . Acest lucru se datorează creșterii diferenței în lungimea traseului razelor către centrul și marginile imaginii, iar iluminarea se schimbă în același timp proporțional cu cosinusul gradului al patrulea [19] [20] :

unde este iluminarea generată de fasciculele înclinate față de axa optică la un unghi , și este iluminarea generată de fasciculul axial. Egalitatea este valabilă pentru orice obiectiv, dar devine critică pentru optica cu unghi ultra-larg.

Deci, pentru un unghi de 23° (jumătate de unghi de câmp de 46°), care este tipic pentru majoritatea lentilelor normale , iluminarea în colțurile cadrului va fi de 0,72 din iluminarea din centru. Pentru jumătate din unghiul minim de câmp al unghiului ultra-larg, care este de 45 °, a patra putere a cosinusului este 0,25, ceea ce corespunde unei scăderi de patru ori (cu doi pași de expunere ) a iluminării fără a ține cont de vignetare . O creștere suplimentară a unghiului câmpului duce la întunecare și mai puternică. De exemplu, extinderea câmpului vizual cu doar 10° duce la o scădere a iluminării la marginile cadrului la 0,17 din centrul acestuia. Pentru a compensa umbrirea marginilor imaginii în fotografia timpurie, s-au folosit diverse shadere mecanice, reducând artificial iluminarea în centrul cadrului [18] . Uneori a fost necesar să se recurgă chiar și la astfel de trucuri precum instalarea unei nuanțe rotative în formă de stea cu o acționare pneumatică în centrul lentilei frontale [9] [21] [10] .

Designerul german Adolf Mite a rezolvat problema folosind un filtru de lumină gradient lipit dintr-o lentilă plan-convexă colorată și una transparentă plano-concavă [22] . Ulterior, pe una dintre lentilele obiectivului a început să se aplice un strat de metal translucid [23] . Scăderea iluminării a fost aproape inevitabilă în lentilele simetrice cu unghi ultra-larg potrivite pentru montarea pe echipamente cu camere non-reflex, cum ar fi camerele cu telemetru sau camerele cu rază lungă de acțiune [19] . Selecția atentă a lentilelor, ținând cont de vignetarea aberației, a făcut posibilă reducerea gradului de cosinus la 3 (" Rusar ") [24] , iar în cele mai bune modele la 2,5 ("Zeiss Hologon"), totuși, uniformitatea expunerea dată de lentilele cu unghi ultra-larg a rămas încă nesatisfăcătoare [ 25] .

Apariția opticii de tip retrofocus , concepută pentru camerele reflex cu un singur obiectiv și camerele de cinema cu obturator de oglindă , a făcut posibilă rezolvarea parțială a problemei legii cosinusului. Secțiunea posterioară alungită a unor astfel de lentile reduce unghiul lor de câmp al imaginii , reducând diferența dintre traseele fasciculelor axiale și de margine la valorile tipice pentru lentilele normale. Lentilele ochi de pește distorsionate au fost construite inițial conform unei scheme de retrofocalizare și, prin urmare, iluminarea neuniformă a câmpului nu era caracteristică pentru ele. Iluminarea uniformă și vignetarea minimă sunt obținute în cele mai recente unghiuri ultra-large datorită telecentricității parțiale sau complete în spațiul imaginii [26] .

Aberații

O problemă la fel de serioasă în proiectarea lentilelor cu unghi ultra-larg este aberațiile , care cresc brusc pe măsură ce fasciculele se abat de la axa optică. Astigmatismul și aberația cromatică cresc în mod deosebit brusc . Distorsiunea a fost aproape complet corectată deja în primele modele datorită simetriei lor [27] . Introducerea calculatoarelor pentru calcularea schemelor optice, precum și răspândirea și ieftinirea lentilelor asferice , au făcut posibilă aducerea calității imaginii lentilelor cu unghi ultra-larg mai aproape de toate celelalte tipuri de optice.

Distorsiuni

Atât lentilele ortoscopice, cât și cele cu unghi ultra-larg distorsionante modifică forma obiectelor afișate, deoarece orice proiecție a unei vederi sferice pe un plan duce inevitabil la distorsiuni [28] . Cu câmpuri vizuale mici, acestea sunt cu greu vizibile, dar încep să apară odată cu creșterea unghiului de vizualizare [29] . Lentilele distorsionante oferă cea mai vie imagine a distorsiunii, corespunzătoare proiecțiilor azimutale , ortografice sau stereografice , în funcție de designul optic și de gradul de distorsiune [30] .

Liniile drepte care nu traversează axa optică sunt afișate sub formă de curbe, al căror grad de curbură crește pe măsură ce vă deplasați spre marginea cadrului. Orizontul se transformă într-un arc, a cărui convexitate este îndreptată în direcția opusă abaterii axei optice de la orizontală [31] . Obiectele situate la marginile câmpului vizual sunt comprimate cu o intensitate care depinde de proiecția implementată: compresia este cea mai pronunțată în ortografic, și mai puțin vizibilă în stereografic [30] . Orice scenă filmată cu un astfel de obiectiv capătă o anumită convenționalitate, care poate fi foarte expresivă, dar este inacceptabilă ca mediu vizual permanent.

Distorsiunile introduse de lentilele ortoscopice sunt mai puțin vizibile, dar nu mai puțin semnificative, corespunzătoare proiecției gnomonice . La unghiuri mici ale câmpului vizual, aceste distorsiuni sunt practic insesizabile, apărând doar în lentilele cu unghi ultra-larg cu o înclinare mare a fasciculelor laterale în spațiul obiectului. În cazul limitativ al abordării marginilor câmpului vizual de 180°, aria imaginii obiectelor cu dimensiuni finite tinde spre infinit [32] . Prin urmare, chiar și în absența distorsiunii, orice optică ortoscopică întinde obiectele care sunt fotografiate pe măsură ce se îndepărtează de centrul cadrului din cauza proiecției oblice. Drept urmare, același obiect de la marginile cadrului pare mai întins decât în ​​centru. În cele mai multe parcele, acest lucru este aproape imperceptibil, dar se manifestă pe obiecte a căror formă este recunoscută sau cunoscută. O față umană prinsă pe marginea unui cadru cu unghi ultra larg este întinsă larg și uneori înclinată spre colțurile imaginii. Din acest motiv, obiectivele cu unghi ultra larg sunt practic nepotrivite pentru fotografii de portret și de grup [33] .

Inevitabilitatea unor astfel de distorsiuni la câmpuri unghiulare mari în anii 1950 a condus la crearea cinematografului panoramic , unde un câmp vizual larg este împărțit în trei părți, înregistrate de trei lentile rotite la unghiul corespunzător [34] . Imaginea obtinuta in acest fel este apoi recreata de trei proiectoare pe un ecran foarte curbat de profil cilindric. Cu toate acestea, sistemele cinematografice panoramice s-au dovedit a fi prea complexe și nepotrivite pentru cinematograful în scenă, făcând loc sistemelor cu ecran lat și ecran lat . În cinematografie și televiziune, distorsiunea opticii cu unghi ultra-larg este deosebit de vizibilă la panoramă și, în același timp, arată ca un „flux” nenatural al spațiului de la o margine la cealaltă a cadrului, încetinind în centrul său. . Din acest motiv, este de preferat să folosiți astfel de obiective când camera este staționară. În același timp, într-o imagine în mișcare, unghiul ultra-larg subliniază apropierea sau îndepărtarea caracterelor care sunt mai puțin vizibile cu alte lentile [35] [36] .

Caracteristici de utilizare

Lentilele ortoscopice cu unghi ultra-larg oferă aceeași imagine ca și lentilele de orice altă distanță focală. Principala diferență constă în contracția perspectivă accentuată, care se explică printr-un unghi de vizualizare nefiresc de mare atunci când se vizualizează imaginea finită de la o distanță normală [37] .

Indiferent de tip, toate lentilele cu unghi ultra-larg au o adâncime de câmp foarte mare , necesitând o focalizare mică sau deloc precisă. Acest lucru face posibilă utilizarea unei scale de contor sau o setare simplă la distanța hiperfocală . Majoritatea lentilelor ochi de pește timpurii nu aveau deloc un mecanism de focalizare, venind în cadre cu „ focalizare fixă ”. Un alt avantaj al obiectivelor cu unghi ultra larg este sensibilitatea lor scăzută la tremur, ceea ce face posibilă filmarea video în mișcare chiar și fără stabilizatori optici sau dispozitive precum Steadicams . Mișcările unghiulare minore ale camerei sunt aproape imperceptibile la unghiuri de vizualizare atât de mari. De asemenea, permite viteze relativ mici ale obturatorului atunci când fotografiați fără trepied în condiții de lumină scăzută.

Surse de lumină în cadru

Cu un câmp unghiular mare, mai ales larg pentru lentilele ochi de pește, este aproape imposibil să creați un parasolar eficient. Prin urmare, este foarte dificil să evitați sursele de lumină să intre în cadru, dând pete nedorite pe imagine [38] . Acest lucru poate fi evitat prin alegerea punctelor de fotografiere adecvate, iar în unele cazuri, strălucirea poate fi folosită ca tehnică picturală. Majoritatea lentilelor cu unghi ultra larg au un parasolar care nu este detașabil, ca parte a cadrului.

Filtre

O altă caracteristică a lentilelor cu unghi ultra larg de toate tipurile este imposibilitatea instalării filtrelor , inclusiv a celor de protecție, în fața lentilei frontale. În majoritatea modelelor, are o astfel de curbură și diametru încât cadrul filtrului ar cădea inevitabil în câmpul vizual. Prin urmare, atât „ fixele ” cât și „ zoomurile ” ale acestor game sunt concepute pentru utilizarea filtrelor de lumină instalate la lentila din spate cu diametru mic. În unele cazuri, pentru a menține caracteristicile optice necesare, în spatele ultimei componente este prevăzută o placă obișnuită plan-paralelă într-un cadru adecvat. Înlocuirea acestuia cu un filtru de lumină de aceeași grosime nu duce la o modificare a segmentului din spate, păstrând în același timp proprietățile optice ale lentilei. Cu toate acestea, mai des se folosesc filtre de gelatină pe un substrat subțire, pentru tăiere, pentru care un șablon metalic este prevăzut în kitul de lentile. Când utilizați filtre polarizante sau gradient cu optică cu unghi ultra-larg, trebuie avut în vedere faptul că lumina polarizată ocupă doar acea parte a cerului în care nu există soare, astfel încât poate apărea un gradient nedorit, care arată ca neuniformitatea expunerii în poza [38] .

Vezi și

Note

  1. ↑ Foto sovietică, 1988 , p. 42.
  2. ↑ 1 2 Optica fotografică, 1978 , p. 329.
  3. ↑ Carte educațională despre fotografie, 1976 , p. 44.
  4. ↑ Fotokinotehnică, 1981 , p. 421.
  5. ↑ Teoria sistemelor optice, 1992 , p. 268.
  6. ↑ Foto&video, 2004 , p. 69.
  7. ↑ Compoziția sistemelor optice, 1989 , p. 9.
  8. ↑ Foto sovietică, 1966 , p. 47.
  9. ↑ 1 2 Fotografie practică, 1905 , p. 26.
  10. ↑ 1 2 3 Marco Cavina. La storia definitiva dei super-grandangolari simmetrici  (italiană) . Memorie di luce & memorie del tempo (24 septembrie 2007). Preluat la 7 septembrie 2019. Arhivat din original la 20 septembrie 2019.
  11. ↑ Calcul sistemelor optice, 1975 , p. 233.
  12. ↑ Rusinov, Mihail Mihailovici . Istoria geodeziei (25 noiembrie 2014). Preluat la 7 septembrie 2019. Arhivat din original la 29 august 2019.
  13. ↑ 12 Michel Thoby . Istoricul lentilelor Fisheye . Despre panografie. Preluat la 7 septembrie 2019. Arhivat din original pe 7 iunie 2017.  
  14. ↑ Calcul sistemelor optice, 1975 , p. 278.
  15. ↑ Vladimir Rodionov. Ochi de pește și camere compacte . iXBT.com (25 septembrie 2008). Preluat la 21 aprilie 2020. Arhivat din original la 4 ianuarie 2018.
  16. ↑ Istoria obiectivului fotografic, 1989 , p. 146.
  17. ↑ Vladimir Rodionov. Panasonic Lumix DMC-GF1 . Imagine în cifre . iXBT.com (22 ianuarie 2010). Preluat la 26 august 2013. Arhivat din original la 25 septembrie 2013.
  18. ↑ 1 2 Calculul sistemelor optice, 1975 , p. 431.
  19. ↑ 1 2 Optica fotografică, 1978 , p. 78.
  20. ↑ Manualul cameramanului, 1979 , p. 154.
  21. ↑ B. P. Bakst. Genetica viziunii absolute . Photomaster DCS. Preluat la 16 aprilie 2020. Arhivat din original la 19 martie 2020.
  22. ↑ Fotografie practică, 1905 , p. douăzeci.
  23. ↑ Carte educațională despre fotografie, 1976 , p. 41.
  24. ↑ Compoziția sistemelor optice, 1989 , p. 248.
  25. ↑ Optica fotografică, 1978 , p. 372.
  26. ↑ Tutorial lentile telecentrice  . Opto Engineering. Consultat la 13 decembrie 2018. Arhivat din original la 15 aprilie 2019.
  27. ↑ Carte educațională despre fotografie, 1976 , p. 23.
  28. ↑ Iluziile creierului. Proiecții hărți . Habr (15 noiembrie 2016). Preluat la 7 septembrie 2019. Arhivat din original la 8 noiembrie 2020.
  29. ↑ Proiectii de imagini panoramice . Cambridge în culoare. Preluat la 7 septembrie 2019. Arhivat din original la 2 aprilie 2019.
  30. ↑ 1 2 Thoby, Michel. Despre diferitele proiecții ale obiectivelor fotografice (6 noiembrie 2012). Preluat la 6 noiembrie 2018. Arhivat din original la 1 august 2018.
  31. ↑ Arsen Alaberdov. O privire de pește asupra lumii . Foto Sky. Preluat la 31 august 2020. Arhivat din original la 23 martie 2022.
  32. ↑ Compoziția sistemelor optice, 1989 , p. 255.
  33. ↑ Fotografierea oamenilor cu un obiectiv cu unghi larg . LiveJournal (8 mai 2011). Preluat la 24 martie 2019. Arhivat din original la 24 martie 2019.
  34. ↑ Fundamentele producției cinematografice, 1975 , p. 34.
  35. ↑ The Movie Lover 's Reference Book, 1977 , p. 26.
  36. ↑ Fundamentele tehnologiei filmului, 1965 , p. 62.
  37. ↑ Fotokinotehnică, 1981 , p. 237.
  38. ↑ 1 2 ÎNREGISTRARE CU OBIECTIBIL LARGE: PROPRIETĂȚI OPTICE ȘI APLICAȚII LOR . Fotoșcoala „Geneza” (16 februarie 2012). Preluat la 24 martie 2019. Arhivat din original la 24 martie 2019.

Literatură

Link -uri

 Tipuri de film și lentile foto
Lentile
Convertoare
Vezi si