Ultravidvinkelobjektiv

Et ultra-vidvinkelobjektiv  er et objektiv med kort kast , hvis vinkelfelt overstiger 90° diagonalt over rammen, og hvis brændvidde er kortere end den korteste side af en rektangulær ramme [1] . For et kamera i lille format betragtes alle objektiver med en brændvidde på mindre end 24 mm som ultravidvinkel, da størrelsen af ​​en sådan ramme er 24 × 36 mm. For et filmkamera i Super 35 -format med en billedafstand på 4 perforeringer betragtes ethvert objektiv, der er kortere end 18 mm, som ultravidvinkel. Både prime-objektiver og zoomobjektiver kan være supervidvinklede , hvis rækkevidden af ​​brændvidder for sidstnævnte falder inden for de nævnte grænser.

For fotosystemer med forskellige rammeformater kan linser med forskellige brændvidder betragtes som ultravidvinkel:

Klassifikation

Der er to hovedtyper af ultra-vidvinkellinser: forvrængning (sjældnere, forvrængning) og ortoskopiske [2] [3] . Sidstnævnte udgør den største gruppe, da de bygger et billede, der nøje overholder lovene for lineært perspektiv [4] . Lige linjer vises lige af sådanne linser, og formen på objekter bevarer en geometrisk lighed . Forvrængende linser er karakteriseret ved stor ukorrigeret forvrængning og meget store vinkelfelter , der når op til 180° og endda overstiger denne vinkel [5] . I hverdagen kaldes sådanne linser " fiskeøje " og adskiller sig fra ortoskopiske linser i udtalte forvrængninger. Lige linjer i billedet vises som buer, og i det "cirkulære fiskeøje" har hele billedet form som en cirkel, helt indskrevet i en rektangulær eller firkantet ramme. Forvrængede ultravidvinkler kan bruges som et lyst visuelt værktøj, men de har kun fundet massebrug i specielle områder, såsom meteorologi eller videoovervågning [2] .

Historisk baggrund

Den første masseproducerede Periscope -linse , som har et vinkelfelt på 90° tilstrækkeligt til en ultra-vidvinkel, blev opnået i 1865 fra to simple Monokler af den tyske  optiker Hugo Adolph Steinheil [6 ] . Det symmetriske design gjorde det muligt at slippe af med forvrængning , der er uacceptabel for et vidvinkelobjektiv . Det var først i 1900, at den førende optiker fra Goerz- firmaet ,  Emil von Höegh , formåede at øge vinkelfeltet til 135° ved hjælp af Hypergon-objektivet, designet til at fotografere på fotografiske plader 18 × 24 cm [7] [8] . Dens design lignede de tidligere og bestod af to symmetrisk placerede meget tynde menisker [9] . Et enormt synsfelt blev opnået på grund af deres ultimative bøjning og egenskaberne af det bedste "Jena" optiske glas på det tidspunkt [10] . Det er bemærkelsesværdigt, at ud over forvrængning og koma, blev linsen delvist korrigeret selv fra astigmatisme og feltkrumning [11] .

Den største ulempe ved alle disse objektiver var den ekstremt lave blændeåbning , som ikke oversteg f/22. Dette forstyrrede dog ikke applikationen inden for arkitektonisk og interiørfotografering , som ultravidvinkeloptik primært var beregnet til: stillscener kan optages med lukkerhastigheder af enhver varighed. Luftfartens hurtige udvikling og udbredelsen af ​​fotografisk rekognoscering i den første fjerdedel af det 20. århundrede gav den stærkeste impuls til yderligere udvikling, som førte til fremkomsten af ​​ultravidvinkler med høj blænde, især efterspørgsel efter rutefotografering fra lav højde . I 1934 patenterede den tyske optiker Robert Richter "Zeiss Topogon"-objektivet, designet til topografisk luftfotografering, hvilket afspejles i navnet [10] . Ved at tilføje yderligere to symmetriske menisker blev blændeforholdet bragt til f / 6,3 med et synsfelt på 100 °. Samme år beregnede den sovjetiske optiker Mikhail Rusinov Liar-6-linsen med lignende egenskaber, som blev stamfaderen til Russar-ultravidvinkelfamilien [ 12] .

Alle disse linser er designet med maksimal ortoskopicitet, der kræves i fotogrammetri og arkitektonisk fotografering. I 1911 beskrev amerikaneren Robert Williams Wood i sin bog "Physical Optics" først en ny type ultra-vidvinkel med ukorrigeret forvrængning og opfandt samtidig udtrykket "fiskeøje", hvilket understregede ligheden mellem det resulterende billede med " Snell-vindueseffekt observeret af undervandsbeboere på grund af brydningsegenskaber vand [13] . Det første praktiske design af en sådan linse blev beregnet af biokemikeren Robin (Robert) Hill og var beregnet til fotografisk optagelse af skyer inden for hele himlens halvkugle [14] [15] . I 1924 fremstillede det britiske firma Beck of London den første Hill Sky Lens kaldet "Hill Sky Lens" til optagelseskameraet af samme navn [16] [17] . I 1932 blev tysk patent nr. 620 538 for et mere avanceret Weitwinkelobjektiv fiskeøjeoptisk design opnået af AEG . Efter krigen dukkede forvrængende ultravide linser op i katalogerne for de fleste optiske virksomheder, der supplerede andre typer linser. Ud over linser begyndte produktionen af ​​afokale vedhæftninger til konventionel optik, hvilket gav lignende forvrængninger og et halvkugleformet synsfelt [13] .

Tekniske funktioner

Ujævn belysning af billedfeltet

Ifølge Lambert -formlen falder belysningen ved billedfeltets kanter samtidig med en forøgelse af synsvinklen [18] . Dette skyldes stigningen i forskellen i strålernes vejlængde til billedets centrum og kanter, og belysningen ændres samtidig i forhold til cosinus af fjerde grad [19] [20] :

hvor er belysningen genereret af strålerne skråtstillet til den optiske akse i en vinkel , og er belysningen genereret af den aksiale stråle. Ligestilling gælder for ethvert objektiv, men bliver afgørende for ultra-vidvinkeloptik.

Så for en vinkel på 23° (en halv feltvinkel på 46°), som er typisk for de fleste normale objektiver , vil belysningen i rammens hjørner være 0,72 af belysningen i midten. For halvdelen af ​​den minimale feltvinkel for den ultra-vide vinkel, som er 45°, er den fjerde potens af cosinus 0,25, hvilket svarer til en firdobling (med to eksponeringstrin ) i belysningen uden at tage hensyn til vignettering . En yderligere forøgelse af feltvinklen fører til endnu stærkere mørklægning. For eksempel fører en udvidelse af synsfeltet med kun 10° til et fald i belysningen ved rammens kanter til 0,17 fra midten. For at kompensere for skyggen af ​​billedets kanter i tidlig fotografering blev der brugt forskellige mekaniske shaders, som kunstigt reducerede belysningen i midten af ​​billedet [18] . Nogle gange var det nødvendigt selv at ty til sådanne tricks som at installere en roterende stjerneformet farvetone med et pneumatisk drev i midten af ​​frontlinsen [9] [21] [10] .

Den tyske designer Adolf Mite løste problemet ved hjælp af et gradient lysfilter limet fra en tonet plan-konveks linse og en transparent plano-konkav en [22] . Senere begyndte en gennemskinnelig metalbelægning at blive påført på en af ​​objektivlinserne [23] . Belysningsfald var næsten uundgåeligt i symmetriske ultravidvinkelobjektiver egnet til montering på ikke-reflekskameraudstyr, såsom afstandsmålerkameraer eller langdistancekameraer [19] . Omhyggeligt udvælgelse af linser, under hensyntagen til aberrationsvignettering, gjorde det muligt at reducere graden af ​​cosinus til 3 (" Russar ") [24] , og i de bedste designs til 2,5 ("Zeiss Hologon"), men ensartetheden af eksponering givet af ultravidvinkellinser forblev stadig utilfredsstillende [25] .

Fremkomsten af ​​retrofokus- optik , designet til reflekskameraer med enkelt linse og biografkameraer med en spejlobturator , gjorde det muligt delvist at løse problemet med cosinusloven. Den aflange bageste sektion af sådanne linser reducerer deres billedfeltvinkel , hvilket reducerer forskellen mellem banerne for de aksiale og kantstråler til de værdier, der er typiske for normale linser. Forvrængende fiskeøjeobjektiver blev oprindeligt bygget efter et retrofokusskema, og derfor var ujævn belysning på tværs af feltet ukarakteristisk for dem. Ensartet belysning og minimal vignettering opnås i de nyeste ultravidvinkler på grund af delvis eller fuldstændig telecentricitet i billedrummet [26] .

Aberrationer

Et lige så alvorligt problem i designet af ultra-vidvinkellinser er aberrationer , som øges kraftigt, når strålerne afviger fra den optiske akse. Astigmatisme og kromatisk aberration øges især kraftigt . Forvrængning blev næsten fuldstændig korrigeret allerede i de allerførste designs på grund af deres symmetri [27] . Introduktionen af ​​computere til beregning af optiske skemaer samt spredning og billigelse af asfæriske linser gjorde det muligt at bringe billedkvaliteten af ​​ultravidvinkellinser tættere på alle andre typer optik.

Forvrængninger

Både ortoskopiske og forvrængende ultravidvinkellinser ændrer formen på de viste objekter, da enhver projektion af et sfærisk billede på et plan uundgåeligt fører til forvrængninger [28] . Med små synsfelter er de næsten ikke mærkbare, men begynder at dukke op med en forøgelse af synsvinklen [29] . Forvrængende linser giver det mest levende billede af forvrængning, svarende til azimutale , ortografiske eller stereografiske projektioner , afhængigt af det optiske design og mængden af ​​forvrængning [30] .

Lige linjer, der ikke krydser den optiske akse, vises som kurver, hvis krumningsgrad øges, når du bevæger dig mod kanten af ​​rammen. Horisonten omdannes til en bue, hvis konveksitet er rettet i retning modsat afvigelsen af ​​den optiske akse fra vandret [31] . Objekter placeret ved kanterne af synsfeltet komprimeres med en intensitet, der afhænger af den implementerede projektion: komprimeringen er mest udtalt i det ortografiske, og mindst mærkbart i det stereografiske [30] . Enhver scene, der er optaget med et sådant objektiv, opnår en vis konventionalitet, som kan være meget udtryksfuld, men som er uacceptabel som et permanent visuelt medie.

Forvrængningerne introduceret af ortoskopiske linser er mindre iøjnefaldende, men ikke mindre signifikante, svarende til den gnomoniske projektion . Ved små synsvinkler er disse forvrængninger praktisk talt umærkelige, idet de kun optræder i ultra-vidvinkellinser med en stor hældning af sidestrålerne i objektrummet. I det begrænsende tilfælde, hvor man nærmer sig kanterne af synsfeltet på 180°, tenderer billedområdet af objekter med endelige dimensioner til uendeligt [32] . Derfor, selv i fravær af forvrængning, strækker enhver ortoskopisk optik de objekter, der skydes, når de bevæger sig væk fra midten af ​​billedet på grund af skrå projektion. Som et resultat ser det samme objekt ved kanten af ​​rammen mere strakt ud end i midten. I de fleste plots er dette næsten umærkeligt, men det viser sig på genstande, hvis form er genkendelig eller kendt. Et menneskeansigt fanget på kanten af ​​en ultravidvinkelramme strækkes bredt og nogle gange skævt mod billedets hjørner. Af denne grund er ultravidvinkelobjektiver praktisk talt uegnede til portræt- og gruppefotografering [33] .

Uundgåeligheden af ​​sådanne forvrængninger ved store vinklede felter i 1950'erne førte til skabelsen af ​​panoramisk biograf , hvor et bredt synsfelt er opdelt i tre dele, optaget af tre linser roteret til den passende vinkel [34] . Billedet opnået på denne måde genskabes derefter af tre projektorer på en stærkt buet skærm med en cylindrisk profil. Imidlertid viste panoramabiografsystemer sig at være for komplekse og uegnede til iscenesatte biografer, hvilket gav plads til widescreen- og widescreen - systemer . I kinematografi og tv er forvrængningen af ​​ultravidvinkeloptik især mærkbar ved panorering , og samtidig ligner det en unaturlig "flow" af rummet fra den ene kant af billedet til den anden, der bremser i midten . Af denne grund er det at foretrække at bruge sådanne objektiver, når kameraet er stationært. Samtidig understreger ultravidvinklen i et levende billede tilgangen eller fjernelse af tegn, der er mindre mærkbare med andre linser [35] [36] .

Funktioner ved brug

Ortoskopiske ultravidvinkellinser giver det samme billede som linser med andre brændvidder. Hovedforskellen ligger i den understregede perspektivkontraktion, som forklares med en unaturligt stor betragtningsvinkel, når man ser det færdige billede fra normal afstand [37] .

Uanset type har alle ultravidvinkelobjektiver en meget stor dybdeskarphed , der kræver lidt eller ingen præcis fokusering. Dette gør det muligt at bruge en meterskala eller en simpel indstilling til hyperfokal afstand . De fleste tidlige fiskeøjeobjektiver havde slet ikke en fokusmekanisme, da de kom i " fix focus "-rammer. En anden fordel ved ultravidvinkelobjektiver er deres lave følsomhed over for rystelser, hvilket gør det muligt at optage motionsvideo selv uden optiske stabilisatorer eller enheder såsom Steadicams . Mindre vinkelbevægelser af kameraet er næsten umærkelige ved så store betragtningsvinkler. Det giver også mulighed for relativt langsomme lukkertider, når du fotograferer uden stativ under dårlige lysforhold.

Lyskilder i rammen

Med et stort vinkelfelt, specielt bredt til fiskeøjeobjektiver, er det næsten umuligt at skabe en effektiv modlysblænde . Derfor er det meget svært at undgå, at lyskilder trænger ind i billedet, hvilket giver uønskede pletter på billedet [38] . Dette kan undgås ved at vælge de passende skydepunkter, og i nogle tilfælde kan blænding bruges som billedteknik. De fleste ultra vidvinkelobjektiver har en modlysblænde, der ikke er aftagelig, som en del af rammen.

Filtre

Et andet træk ved alle typer ultravidvinkellinser er umuligheden af ​​at installere filtre , inklusive beskyttende, foran frontlinsen. I de fleste designs har den en sådan krumning og diameter, at filterrammen uundgåeligt ville falde ind i synsfeltet. Derfor er både " fixes " og " zoom " af disse områder designet til brug af lysfiltre installeret på baglinsen med en lille diameter. I nogle tilfælde, for at opretholde de nødvendige optiske egenskaber, er der tilvejebragt en regulær plan-parallel plade i en passende ramme bag den sidste komponent. Udskiftning af det med et lysfilter af samme tykkelse fører ikke til en ændring i det bagerste segment, mens objektivets optiske egenskaber bevares. Imidlertid anvendes oftere gelatinefiltre på et tyndt underlag, til skæring, hvor der medfølger en metalskabelon i linsesættet. Ved brug af polariserende eller gradientfiltre med ultravidvinkeloptik skal man huske på, at polariseret lys kun optager den del af himlen , hvor der ikke er sol, så der kan opstå en uønsket gradient, som ligner eksponeringsujævnheder i billede [38] .

Se også

Noter

  1. ↑ Sovjetisk foto, 1988 , s. 42.
  2. ↑ 1 2 Fotografisk optik, 1978 , s. 329.
  3. ↑ Pædagogisk bog om fotografi, 1976 , s. 44.
  4. ↑ Photokinotechnics, 1981 , s. 421.
  5. ↑ Theory of Optical Systems, 1992 , s. 268.
  6. ↑ Foto&video, 2004 , s. 69.
  7. ↑ Sammensætning af optiske systemer, 1989 , s. 9.
  8. ↑ Sovjetisk foto, 1966 , s. 47.
  9. ↑ 1 2 Praktisk fotografi, 1905 , s. 26.
  10. ↑ 1 2 3 Marco Cavina. La storia definitiva dei super-grandangolari simmetrici  (italiensk) . Memorie di luce & memorie del tempo (24. september 2007). Hentet 7. september 2019. Arkiveret fra originalen 20. september 2019.
  11. ↑ Beregning af optiske systemer, 1975 , s. 233.
  12. ↑ Rusinov, Mikhail Mikhailovich . Geodæsiens historie (25. november 2014). Hentet 7. september 2019. Arkiveret fra originalen 29. august 2019.
  13. ↑ 12 Michel Thoby . Fisheye linse historie . Om panografi. Hentet 7. september 2019. Arkiveret fra originalen 7. juni 2017.  
  14. ↑ Beregning af optiske systemer, 1975 , s. 278.
  15. ↑ Vladimir Rodionov. Fiskeøjne og kompakte kameraer . iXBT.com (25. september 2008). Hentet 21. april 2020. Arkiveret fra originalen 4. januar 2018.
  16. ↑ History of the photographic linse, 1989 , s. 146.
  17. ↑ Vladimir Rodionov. Panasonic Lumix DMC-GF1 . Billede i tal . iXBT.com (22. januar 2010). Hentet 26. august 2013. Arkiveret fra originalen 25. september 2013.
  18. ↑ 1 2 Beregning af optiske systemer, 1975 , s. 431.
  19. ↑ 1 2 Fotografisk optik, 1978 , s. 78.
  20. ↑ Cameraman's Handbook, 1979 , s. 154.
  21. ↑ B. P. Bakst. Genetik af absolut vision . Fotomester DCS. Hentet 16. april 2020. Arkiveret fra originalen 19. marts 2020.
  22. ↑ Praktisk fotografi, 1905 , s. tyve.
  23. ↑ Pædagogisk bog om fotografi, 1976 , s. 41.
  24. ↑ Sammensætning af optiske systemer, 1989 , s. 248.
  25. ↑ Fotografisk optik, 1978 , s. 372.
  26. ↑ Tutorial om telecentriske linser  . Opto Engineering. Hentet 13. december 2018. Arkiveret fra originalen 15. april 2019.
  27. ↑ Pædagogisk bog om fotografi, 1976 , s. 23.
  28. ↑ Illusioner af hjernen. Kortprojektioner . Habr (15. november 2016). Hentet 7. september 2019. Arkiveret fra originalen 8. november 2020.
  29. ↑ Panoramiske billedprojektioner . Cambridge i farver. Hentet 7. september 2019. Arkiveret fra originalen 2. april 2019.
  30. ↑ 1 2 Thoby, Michel. Om de forskellige projektioner af de fotografiske objektivlinser (6. november 2012). Hentet 6. november 2018. Arkiveret fra originalen 1. august 2018.
  31. ↑ Arsen Alaberdov. Et fiskeøjebillede af verden . Foto Himmel. Hentet 31. august 2020. Arkiveret fra originalen 23. marts 2022.
  32. ↑ Sammensætning af optiske systemer, 1989 , s. 255.
  33. ↑ Optagelse af mennesker med et vidvinkelobjektiv . LiveJournal (8. maj 2011). Hentet 24. marts 2019. Arkiveret fra originalen 24. marts 2019.
  34. ↑ Fundamentals of film production, 1975 , s. 34.
  35. ↑ The Movie Lover 's Reference Book, 1977 , s. 26.
  36. ↑ Fundamentals of film technology, 1965 , s. 62.
  37. ↑ Photokinotechnics, 1981 , s. 237.
  38. ↑ 1 2 OPTAGELSE MED ET VIDVINKELINSE: OPTISKE EGENSKABER OG DERES ANVENDELSE . Fotoskolen "Genesis" (16. februar 2012). Hentet 24. marts 2019. Arkiveret fra originalen 24. marts 2019.

Litteratur

Links

 Typer af film og fotolinser
Linser
Konvertere
se også