Что такое автоматическая коррекция дисторсии на изображениях. Оптические искажения объективов

Восстановление постоянной составляющей.

Полутоновые (градационные) искажения.

Качество ТВ изображения. Для полностью тождественной передачи изображения окружающего нас мира необходима стереоцветная система с очень высокими качественными параметрами. Пока подобную систему реализовать не представляется возможным, и поэтому к качественным параметры ТВ изображения относятся: число строк, число кадров, число мельканий в одну с, число полутонов и их распределение в динамическом диапазоне изменения яркости, цветовой охват и др, которые определяют номинальное качество ТВ изображения , воспроизводимого данной системой. Кроме этих ограничений соответствие изображения оригиналу уменьшается из-за искажений, возникающих практически во всех элементах ТВ системы. Объективная и субъективная оценки параметров и искажений ТВ системы, условия наблюдения и обработка результатов также регламентированы.

Рассмотрим основные виды искажений и методы их оценки.

9.1. Геометрические (координатные) искажения.

Геометрические искажения возникают из-за изменения координат передаваемых элементов, проявляются в виде нарушения геометрического подобия ТВ изображения оригиналу. Геометрическое подобие нарушается в основном из-за не идентичности формы растра и относительных скоростей строчной и кадровой разверток при анализе и синтезе изображения.

Различают линейные и нелинейные растровые искажения.

На рис.9.1 представлены основные типы линейных растровых искажений, к которымотносятся: подушкообразные, бочкообразные, трапецеидальные.

Оценка производится по специальным квадратным или прямоугольным элементам, входящим в состав специализированных или универсальных испытательных таблиц с помощью коэффициентов геометрических искажений, визуально ее легче производить по испытательным элементам в форме окружностей и по всему полю изображения.

Рис.9.1. Геометрические искажения изображения “шахмотного поля”, возникающие из-за искажений формы растра

Подушкообразные искажения растра возникают из-за несоответствия линейной скорости развертывающего луча в центральной и периферийной части экрана за счет проекции на плоский экран электронных лучей отклоняемых по радиусу. При постоянной угловой скорости движения луча по мере удаления от центра экрана увеличивается длина луча, что приводит к возрастанию его линейной скорости, а следовательно к растягиванию изображения в по краям экрана (рис. 9.1а ). Для борьбы с подушкообразными искажениями применяют специальные методы коррекции формы отклоняющего тока, замедляющие скорость перемещения луча периферийной части экрана или изменяя размеры срок, увеличивая центральные и сжимая по краям.

Бочкообразные искажения возникают в результатеперекоррекции подушкообразных (рис 9.1.б ).

Подушкообразные и бочкообразные искажения оцениваются коэффициентом геометрических искажений по следующим формулам:

или

Трапециидальные искажения возникают из-за нарушения оптической и электрической оси к плоскости изображения (рис. 9.1.в ).

Искажения формата кадра могут возникать из-за нарушения соотношения величин отклоняющих токов строчной и кадровой разверток (рис.9.1.г, д.). Оценка величин данного типа искажений нецелесообразна, так как они легко корректируются органами регулировок размеров изображения по горизонтали и вертикали.

Нелинейные геометрические искажения (рис.9.2) возникают из-за непостоянства скоростей движения лучей по вертикали или горизонтали, то есть из-за нелинейности токов кадровой (рис.9.2.а) или строчной развертки (рис.9.2.б).

Рис.9.2. Геометрические искажения изображения, возникающие из-за нелинейности строчной и кадровой разверток

Коэффициенты геометрических искажений в вертикальном и горизонтальном направлении оцениваются следующим образом:

Человеческий глаз слабо замечает нелинейные искажения. Так нелинейность развертки до 5% в любом направлении практически незаметны, а при 8…12% изображение воспринимается как хорошее.

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.

Дисторсия в фотографии — это оптический эффект, при котором искривляются линии на фотографии

Дисторсия бывает в основном двух типов — бочкообразная (выпуклая, Barrel distortion) и подушкообразная (вогнутая, Pincushion distortion). Обычно дисторсию называют по простому ‘бочкой ‘ и ‘подушкой ‘. Но бывает и сложная или комплексная дисторсия (complex distortion), при которой искажения в разных областях изображения имеют разный тип и интенсивность. Комплексную дисторсию довольно сложно исправить с помощью графических редакторов, так как там дисторсия может идти ‘волнами’. Профессиональные фотографы комплексную дисторсию ласково именуют ‘верблюдом’, иногда ‘двугорбым верблюдом ‘, так как такая дисторсия часто дает своеобразные визуальные горбы и впадины на изображении. В зарубежной литературе можно встретить и другие интересные имена для дисторсии.

Объективы класса ‘Рыбий Глаз ‘ (Fish Eye) имеют очень сильную бочкообразную дисторсию, использование этих объективов позволяет создавать необычные фотографии, в которых дисторсия часто играет ключевую роль для создания нужного визуального эффекта. Обычно никто не корректирует дисторсию с объективов Fish Eye. Ниже пример снимка на объектив .

Пример фотографии с объектива Зенитар 16mm F2.8 MC Рыбий Глаз. Видны изогнутые прямые линии домов.

Рыбий глаз является широкоугольным объективом, потому его часто используют в помещениях с ограниченным пространством.

Фотографии людей на рыбий глаз. Съемка шахматного турнира.

Из-за того, что дисторсия в основном присуща широкоугольным объективам , а сами широкоугольные объективы особым способом передают перспективу изображения, то эффект дисторсии и особая передача перспективы могут придавать фотографиям необычный вид:

Особенно сложно снимать людей на сверх широкоугольные объективы:

Если у вас нет специализированного объектива класса Рыбий Глаз или супер-широкоугольного объектива, то эффект сильной дисторсии можно легко имитировать практически любой программой-обработчиком. Ниже я специально усилил бочкообразную дисторсию для создания визуального эффекта.

Обычно дисторсию легко откорректировать с помощью ПО, практически все редакторы имеют возможность компенсировать эффект дисторсии объектива, достаточно найти ползунок Distortion и покрутить его туда-сюда. Правда, при компенсации бочкообразной дисторсии обычно приходится обрезать часть кадра, так как в поле изображения попадает пустое пространство. Много камер имеют функцию автоматической коррекции дисторсии , при этом камера учитывая параметры объектива и максимально эффективно может откалибровать исходный снимок.

Корректировка дисторсии в Lightroom. Усиление подушкообразной дисторсии. Усиление бочкообразной дисторсии. Оригинал.

Подушкообразной дисторсией обычно страдают теле объективы, но уровень дисторсии у них достаточно низкий, чтобы визуально заметить недостаток на изображении. Из-за наличия подушкообразной дисторсии у теле объективов, говорят, что объективы делают изображение ‘плоским’, так как подушкообразность визуально уменьшает объем.

Личный опыт

На большинстве снимков заметить дисторсию довольно сложно, но есть моменты, когда дисторсия очень сильно мешает. При исправлении дисторсии в RAW конвертере не всегда можно добиться нужно результата. В общем случае, современные стандартные объективы имеют хорошо исправленную дисторсию. Дисторсию сложно заметить если на фотографии отсутствуют прямые линии.

Выводы:

Оптическая дисторсия — это искривление прямых линий на фотографиях. Дисторсия создает интересные визуальные эффекты, которые могут навредить фотографии, но могут и помочь создать необычный снимок. Исправить легкую дисторсию с помощью ПО не представляет труда.

Помощь проекту. Спасибо за внимание. Аркадий Шаповал.

Очень многие фотографы и любители в самом начале своего творческого пути сталкиваются с такой неприятной штукой на фотографии, как дисторсия. Данная статья поможет вам разобраться, что такое дисторсия, почему она возникает и как можно предотвратить ее появление. Итак, под понятием «дисторсия » обычно подразумеваются геометрические искривления объектов, искажения линий, появляющиеся в процессе формирования изображений.

Виды дисторсии

Наиболее распространенными видами данного дефекта считаются «подушкообразная », а также «бочкообразная » дисторсии. Для бочкообразной дисторсии характерно выгибание линий наружу, при этом изображение становится выпуклым, главным образом это касается, линий по краям кадра. А для подушкообразной - изгиб линий, который направляется ближе к центру кадра, линии при этом как бы вогнуты. Кроме того, подушкообразную дисторсию иногда ещё называют отрицательной, и она является характерной для широкого угла. А бочкообразная, или положительная дисторсия, чаще всего может проявляться на длинных фокусах.

Почему возникает дисторсия

Дисторсия может возникать по нескольким причинам. Одной из них является схождение параллельных линий, когда фотоаппарат находится в наклонном положении или его наклоняет фотограф — чаще всего это искажение возникает во время съемки высоких зданий с нижнего ракурса. Кроме того, дисторсия может возникнуть и в случае использования дешевых объективов сомнительного качества. Вообще, данная особенность свойственна зум-объективам, то есть, объективам с переменным фокусным расстоянием. А объективы, у которых фокусное расстояние является постоянным, обеспечивает безупречно четкую композицию безо всяких геометрических искажений.

Как избежать появления дисторсии

Для того, чтобы избежать появления дисторсии на фотографиях, лучше всего приобрести дорогой и качественный объектив . В некоторых случаях данную проблему сможет решить использование более широкоугольного объектива . А еще можно попробовать давно известный и проверенный прием — отойти от объекта съемки на более отдаленное расстояние и воспользоваться функцией приближения. Устранить дисторсию уже с готового фотоснимка и сделать его более пропорциональным и гармоничным можно при помощи специальной простой опции в Adobe Photoshop или любом другом графическом редакторе.

Дисторсия как художественный инструмент

Не во всех случаях дисторсию можно считать недостатком и искажением. Иногда она представляет собой своеобразный художественный метод. Существуют даже определенные типы объективов, которые призваны не только не устранять дисторсию, но и намеренно подчеркивать ее. Одним из таких типов объективов является Fish-Eye , что в переводе означает «рыбий глаз». Это одна из наиболее необычных оптических систем для зеркальных фотокамер. Угол изображения этого сверхширокоугольного объектива с выпуклой передней линзой составляет 180 градусов, а иногда и более. В результате получается круговая картинка, а сам кадр при этом остается прямоугольным. Объективы данного типа присутствуют в арсенале практически всех ведущих производителей фототехники — Nikon , Canon и других.

Другим видом объективов с намеренной (положительной) дисторсией являются Tilt /Shift объективы . Чаще всего их применяют во время архитектурной либо технической фотосъемки. Основной особенностью Tilt /Shift объектива является контроль перспективы, а также возможность ее коррекции. Это оптическая конструкция со сдвигом и возможностью наклона. Самым первым в мире объективом такого типа является f/3.5 PC-Nikkor , который был сконструирован и собран знаменитой компанией Nikon в 1961 году. Чаще всего эти объективы используют на 35-миллиметровых и среднеформатных однообъективных зеркальных фотоаппаратах. В настоящее время всё более востребованными становятся Tilt /Shift объективы с фокусным расстоянием 24, 28, 35, 45, 85, а также 90 миллиметров.

Дисторсия и перспектива

Никогда не следует путать между собой такие понятия, как перспектива и геометрические искажения. Их объединяет один важный фактор — угол зрения объектива. Однако, если дисторсия, то есть, геометрическое искажение, является существенным дефектом композиции, то перспектива представляет собой особое свойство мира и нашего собственного восприятия. Человеческие глаза способны видеть все практически на 180 градусов. С этой точки зрения нам всегда необходим широкий угол, дающий перспективу. О сайте fotomtv .

Показать html-код для вставки в блог