Fisheye (" Fishay ", transskription fra engelsk fish-eye ) er en type ultra-vidvinkellinser med målrettet øget forvrængning , et andet navn er en forvrængende (eller "forvrængende") linse [1] . Den adskiller sig fra almindelige ( ortoskopiske ) kortfokuserede linser ved en udtalt tøndeformet forvrængning [2] , som tillader visning af rum og objekter ved hjælp af azimutale , ortografiske eller stereografiske projektioner , afhængigt af det specifikke optiske design. På grund af kraftige forvrængninger kan "fiskeøjet"'s vinkelfelt nå 180° eller endda overstige denne værdi, hvilket er utilgængeligt for ortoskopisk optik, der implementerer den gnomoniske projektion af det omgivende rum [3] .
Hovedtræk ved fiskeøjelinser er karakteristiske forvrængninger, der ligner refleksionen i en spejlkugle. Lige linjer, der ikke krydser den optiske akse , vises som buede kurver, og objekter, når de bevæger sig væk fra midten til rammens kanter, komprimeres kraftigt i radial retning [4] . Samtidig opnås der ikke altid et rekord halvkugleformet billede, og for forvrængning af zoomobjektiver kan synsfeltet ændres, mens forvrængning bevares [5] [* 1] .
Navnet "fiskeøje" understreger ligheden mellem billedet givet af en sådan linse med " Snell-vindue "-effekten , på grund af hvilken undervandsindbyggere ser hele den øvre halvkugle af overfladeverdenen inden for en kegle, der er omkring 90 grader bred [7] . Dette skyldes Snells lov , det vil sige et kraftigt fald i brydningsindekset ved grænsen mellem vand og luft. Udtrykket "fiskeøje" blev første gang brugt i 1911 af den amerikanske eksperimentelle fysiker Robert Williams Wood i hans bog "Physical Optics" [ 8 ] . Fem år tidligere havde han modelleret et lignende optisk system ved at placere en fotografisk plade i bunden af en spand fyldt med vand, og i halvdelen af dybden over den en linse med et nålehul [9] . Det resulterende billede demonstrerede på trods af den lave kvalitet muligheden for at opnå et halvkugleformet billede [7] . Senere forbedrede Wood filmkameraet ved at fylde en forseglet metalkasse med et hul med vand [10] .
Prioriteten i at skabe en forvrængende linse tilhører den engelske biokemiker Robin (Robert) Hill , som i december 1923 patenterede et tre-linse optisk system bestående af en stærk negativ menisk placeret foran en positiv limet achromat [11] . En sådan enhed kunne give et vinkelfelt, der dækker hele himlen og tilstrækkeligt til at registrere alle skyerne [12] . I dette tilfælde bliver et 180° synsfelt tilgængeligt på billedet af den endelige størrelse på grund af den ukorrigerede forvrængning. En ortoskopisk linse er ikke i stand til at give en sådan dækning, da billeddimensionerne i dette tilfælde har en tendens til uendelig [13] .
Hills første linse, kaldet Hill Sky Lens, blev lavet i 1924 af Beck fra London [14] [15] . På trods af den ekstremt lave f/22- blænde , producerede objektivet et meget skarpt billede i form af en cirkel, og gjorde det muligt for én ramme at fange hele himmelhalvdelen ved hjælp af et kamera med samme navn Hill Sky Camera. I 1929 beregnede den sovjetiske optiker Vladimir Churilovsky det optiske design af et lignende vidvinkelkamera, hvis linse består af en negativ forvrænger med to linser og en ortoskopisk linse af typen " Tessar " placeret bagved . Kombinationen gav et vinkelfelt på 127° ved f/5.6 blænde [16] . I 1933, på grundlag af Churilovsky-objektivet, blev teknologien til luftfotografering af store områder af området implementeret med afkodning af billeder ved hjælp af en optisk orthotransformator, som introducerer omvendte forvrængninger [17] .
Snart blev der også skabt et fiskeøje med høj blænde i Tyskland: I 1932 modtog AEG patent nr. 620.538 for et fem-lins Weitwinkelobjektiv udviklet af Hans Schulz [19] [ 20] [21] . Objektivet var så godt, at det gav mulighed for øjeblikkelige optagelser, og allerede i 1935 skød fotografen Umbo spektakulære reportager med det [22] . I 1938, på grundlag af den tyske udvikling, arvet af Japan under Stålpagten , blev Fish-eye Nikkor 16 / 8.0 skabt, efter krigen blev den produceret til " rollefilmen " [23] [24] . Samme år designede den tyske optiker Robert Richter Zeiss Pleon med seks linser, som blev brugt under Anden Verdenskrig til fotografisk rekognoscering [16] [25] . Det moderne "fiskeøje" til småformatkameraer og "beskåret" digitalkameraer har sin oprindelse i den næste tyske udvikling Zeiss Sphaerogon, designet før krigen af optiker Willy Merté , og i 1947 udtaget af den amerikanske hær sammen med andre udstillinger af Carl Museum Zeiss [26] [27] .
De første forvrængende linser blev designet til at fange hele billedcirklen, som var indskrevet i en firkantet eller rektangulær ramme. I 1963 udgav Asahi optical den første full-frame eller "diagonale" Fish-eye Takumar 18mm f/11, der kun dækkede en hel rektangulær ramme med et halvkugleformet billede diagonalt [28] . Denne type fiskeøje har vist sig at være mere eftertragtet af fotografer, da den producerer et billede med en velkendt form. Siden midten af 1960'erne har forvrængningsoptik indtaget en fast plads i optiske virksomheders kataloger, solgt både til specielle formål og som en tilføjelse til standardlinjen af ortoskopiske linser. I USSR blev forvrænget optik tilgængelig for almindelige fotografer i slutningen af 1970'erne med fremkomsten af "civile" modeller " Zodiak-2" og "Zodiac-8 " [* 2] . Alle var "diagonale" og fyldte henholdsvis hele småformat- og mellemformatrammerne [30] [31] . Senere lancerede BelOMO produktionen af cirkulære linser " Peleng " [32] .
"Fiskeøjet" er blevet brugt i fotojournalistik , fotokunst og biograf som et levende udtryksmiddel. Ultravidvinkelobjektiverne i det første moderne bredformat biografsystem , Todd-AO , blev designet til at være let forvrænget til naturlig perspektivgengivelse [33] [34] . Sfæriske kinematografiske systemer (for eksempel IMAX DOME ) var oprindeligt baseret på brugen af fiskeøjeobjektiver til at optage og projicere et billede på en halvkugleformet skærm [35] . På grund af skærmens form kompenseres de forvrængninger, der er iboende i sådan optik, og seerne observerer objekter i et normalt perspektiv i store vinkler, der forstærker virkningen af tilstedeværelse [36] . På samme måde udføres projektionen af billedet af stjernehimlen i moderne helkuppelplanetarier [ 37] .
Alle fiskeøjelinser er normalt opdelt i to hovedvarianter afhængigt af fyldningsgraden af kameraets rammevindue : "cirkulære" og "diagonale" [38] . Begge typer billeder kan realiseres samtidigt i et zoomobjektiv , der fungerer som et cirkulært fiskeøje ved den mindste brændvidde og som et diagonalt ved det maksimale [6] .
Cirkulær
Diagonal
skærecirkel
Cirkulær
skærecirkel
En anden variant er mellemliggende, og linsens billedcirkel fylder ikke helt den rektangulære ramme, men registreres ikke helt på den, forbliver afskåret på begge sider. I dette tilfælde er diameteren af cirklen indskrevet langs den lange side, og ikke langs den korte side, som med cirkulære linser. Billedet af cirkulære fuldformatobjektiver monteret på et beskåret kamera, samt nogle zoomobjektiver i en mellemposition af zoomringen, ligner hinanden.
Når de opretter konventionelle vidvinkellinser, stræber de efter at reducere forvrængning til nul - krumningen af lige linjer, der ikke passerer gennem midten af rammen. Derfor svarer billedet givet af en ortoskopisk linse til en gnomonisk projektion af en kugle på et plan. I dette tilfælde er det umuligt at opnå et vinkelfelt på 180°, da kanten af synsfeltet vil være uendeligt fjern [13] . For at opnå et halvkugleformet billede, indføres negativ forvrængning bevidst i linsen under dens udvikling , hvilket giver en specifik visning af rummet, afhængigt af forvrængningsintensiteten svarende til en eller anden geometrisk projektion [40] [41] . De fleste objektiver, der er tilgængelige for fotografer, implementerer Lambert Equal Area Azimuth Projection , som kan opnås med minimal optisk kompleksitet. I dette tilfælde er forholdet mellem linsens brændvidde og dets synsfelt mere kompliceret end i ortoskopiske linser og afhænger af mængden af forvrængning, der bestemmer typen af projektion af kuglen på planet [42] .
Et objekt | Det originale objekt i form af en tunnel, fotograferet fra dets centrum til venstre vinkelret på venstre væg (angivet med en pil) | ||||
---|---|---|---|---|---|
ortoskopisk | Fiskeøje [43] [44] | ||||
Gnomonisk | Stereografisk [45] | Lige langt | Azimuth | ortografisk | |
Ordning | |||||
Billedvisning _ |
|||||
Displayfunktion [* 3] [44] | [* fire] | ||||
Ejendommeligheder | Viser rummet i henhold til lovene for lineært perspektiv på samme måde som et camera obscura . Lige linjer vises lige, og objekternes form bevarer en geometrisk lighed. Ved meget brede betragtningsvinkler strækkes objekter ved kanterne af synsfeltet væk fra midten af rammen. | Bevarer vinkler mellem kurver. Foretrukken til fotografering, da den næsten ikke komprimerer objekter i kanten af synsfeltet. Synsfeltet for full-frame linser af denne type er større end for alle andre linser med et lige diagonalt synsfelt. Samyang er den eneste producent. | Bevarer vinkelmål. Foretrukken til vinkelmålinger, herunder astrofotografering. I det videnskabelige samfund betragtes det som en "ideal projektion". Equidistant projektion er tilgængelig i PanoTools applikationer til at flette panoramaer. | Bevarer arealforhold. Mest nyttigt, når du skal matche overflader, såsom skyer eller vegetation. Forvrængede linser af denne type er lettere og mere kompakte end andre. Den største ulempe er den stærke komprimering af objekter ved kanten af synsfeltet. | Der er stort set ingen vignettering , og lysstyrken er ensartet over hele feltet, hvilket gør disse mål til det foretrukne valg for fotometriske undersøgelser. Meget kraftigt komprimerer objekter ved kanten af synsfeltet, den smalleste af alle i den diagonale version. |
Maksimalt vinkelfelt | Mindre end 180°. Inden for 130-140° | Ubegrænset, kan nå 180° eller mere | Kan overstige 180°. Linser med 250° dækning er kendte [* 5] | Ubegrænset, kan nå 360° | Kan ikke overstige 180° |
Brændvidde [ *6] |
|||||
Eksempler [40] [46] [47] | Alle ortoskopiske linser |
|
|
|
Perspektiv, svarende til det, der skabes af fiskeøjeobjektiver, kan gengives ved computerfotografering ved at kombinere flere billeder taget med ortoskopisk optik til et enkelt billede. Teknologien er især populær inden for digital panoramafotografering . De fleste computerprogrammer, der er designet til at lime panoramaer, giver dig mulighed for at indstille forskellige projektioner af det endelige billede, inklusive stereografisk . Samtidig kan billedet opnået af "Fiskeøjet" programmæssigt transformeres til et konventionelt ortoskopisk billede, men med et uundgåeligt og stærkt kvalitetstab i kanten af feltet [49] .
Fartøjet " Akademik Ioffe "
Videnskabscenter i Glasgow
Natbillede af den himmelske halvkugle
Street shot
"cirkulær" linse
Interiør. "Diagonal" linse
Bilinteriør
"diagonal" linse
Ud over fuldgyldige fiskeøjeobjektiver kan en lignende type billede opnås med konventionel optik med en passende type afokal vidvinkelfastgørelse . I dette tilfælde øger vedhæftningen, der fungerer efter princippet om "omvendt teleobjektiv ", vinkelfeltet, mens der indføres forvrængning. Men med hensyn til kompleksitet og omkostninger er sådanne vedhæftede filer ikke ringere end lignende objektiver, og af denne grund er de ikke meget brugt i fotografering [38] .
Forvrængende dyser viste sig at være praktiske til at arbejde sammen med tv- zoomlinser , hvilket giver en karakteristisk forvrængning og øger betragtningsvinklen, men på grund af de optiske funktioner i zoomoptikken kan hele kombinationen kun betjenes i "makro"-positionen med zoom virker ikke [51] . Derudover er sådanne vedhæftede filer designet til meget tæt på hovedlinsen, hvilket pålægger visse begrænsninger på diameteren og designet af dens ramme. For nylig er forvrængningsdyser til kameratelefoner blevet udbredt , hvortil de er fastgjort med en magnetisk ring eller en speciel clips [52] . Synsfeltet for kameraer med sådanne vedhæftninger når ikke altid 180°, men den karakteristiske forvrængning giver den nødvendige visuelle effekt uden billedbehandling ved passende applikationer [53] .
På en fiskeøje-linse er det umuligt traditionelt at installere filtre foran en stor og konveks frontlinse: i dette tilfælde blokerer deres ramme uundgåeligt synsfeltet. Dette kræver øget opmærksomhed og nøjagtighed ved optagelser, især fra tætte afstande, da objektivet uden et beskyttende lysfilter let beskadiges. Om nødvendigt monteres filtre bag det bagerste optiske element, hvilket gør det vanskeligt at vælge deres position, hvilket er nødvendigt for gradient- og polarisationsfiltre . Da et ekstra optisk element bag objektivets bagerste linse påvirker dets optiske egenskaber, sørger designet for en plan-parallel glaskompensator, som om nødvendigt kan udskiftes med det nødvendige lysfilter [54] . Nogle producenter leverer en linseskaft med en speciel lomme til optisk neutrale gelatinefiltre på et tyndt fleksibelt substrat [55] . Ældre modeller af objektiver af denne type har indbyggede roterende diske med et standardsæt af gule, orange og røde filtre til sort/hvid fotografering [24] [56] . Det er også umuligt at installere en modlysblænde på objektivet på grund af den uundgåelige vignettering af synsfeltet. De fleste diagonale linser er udstyret med en fast modlysblænde integreret i stellet. Men på grund af sin lille størrelse er en sådan hætte ineffektiv og udfører for det meste funktionen som et beskyttende hegn til frontlinsen [55] .
Typer af film og fotolinser | |
---|---|
Linser | |
Konvertere | |
se også |