Как настроить рыбий глаз

Алгоритм коррекции геометрических искажений, вносимых объективом «рыбий глаз» в изображения и видео

Введение

К настоящему времени фото и видеокамеры с объективами «рыбий глаз» получили очень широкое распространение. Это обусловлено тем, что такое монокоробочное решение в отличие от применения нескольких стационарных или меньшего числа поворотных камер позволяет охватывать область зрения в половину от полного телесного угла (угол обзора 180° по горизонтали и вертикали), а иногда даже и более. В то же время из-за существенных вносимых таким объективом в получаемые изображения или видеокадры геометрических искажений для удобства восприятия получаемой полезной информации приходится использовать цифровую обработку исходных данных, компенсирующую такие искажения. В частности, ставшим уже классическим подходом к решению указанной проблемы является модель Brown–Conrady. Однако до сих пор предлагаются все новые и новые способы решения этой проблемы. И связано это со следующими обстоятельствами. Дело в том, что полная коррекция геометрических искажений сопряжена с соответствующим проецированием изображения со сферической или сфероподобной поверхности на плоскость. А это, в свою очередь, при сохранении пространственного разрешения в центральной области изображения ведет к резкому увеличению размеров «выпрямленного» изображения. Так что приходится это выпрямленное изображение подрезать по периметру и, соответственно, частично терять то даваемое объективом «рыбий глаз» преимущество по полю зрения. И поскольку принципиально невозможно одновременное удовлетворение трех противоречащих друг другу требований (неуменьшение пространственного разрешения изображения, неувеличение размера изображения в пикселях и полная компенсация геометрических искажений), то разработка все более и более сбалансированных моделей является весьма актуальной темой и будет оставаться таковой и в будущем.

Теория и полученные результаты

Рассмотрим одну из таких наиболее часто используемых на практике оптических схем объектива «рыбий глаз», как эквидистантная схема, которая при качественных оптических компонентах имеет лишь радиальную составляющую бочкообразной дисторсии. Её коррекцию в более общей форме по сравнению с классическим представлением в виде степенного ряда по r можно осуществить с помощью равенства

Это равенство однозначно ставит в соответствие значение яркости пикселя для выровненного монохромного изображения (или три значения яркости для выровненного цветного изображения), характеризуемого (характеризуемых) отсчитываемым от центра изображения радиус-вектором r_p = (x_p, y_p), со значением яркости пикселя (значениями яркости пикселей) для исходного изображения, которое характеризуется (которые характеризуются) отсчитываемым от центра изображения радиус-вектором r_s = (x_s, y_s). То есть, равенство (1) с помощью функции f задает правило пересчета принадлежащих плоскости пикселей с координатами r_p через принадлежащие полусфере пиксели с соответствующими координатами r_s.

Для рассматриваемой оптической схемы можно получить строгое аналитическое выражение для функции f. Оно имеет следующий вид:

Здесь R₀ = 2r₀, r₀ (R₀) – это радиус (в пикселях), отвечающий углу pi / 4 (pi / 2) радиан на исходном изображении относительно оси симметрии объектива. Этот параметр уникален для каждой конкретной оптической системы. Равенство (2), очевидно, может быть разложено в ряд Тейлора с оставлением нескольких членов ряда и перенормировкой коэффициентов перед ними для представления функции f в стандартном по модели Brown–Conrady виде. Однако далее будет рассматриваться именно точное выражение для функции f.

Рисунок 1 – Функция преобразования координат из rp в rs согласно равенству (2) при R0 = 1

Согласно рис.1 при условии сохранения исходного пространственного разрешения (здесь и далее имеется ввиду центральная часть изображения) и его размеров после коррекции дисторсии угол обзора оптической системы со 180° сужается до 115° (см. результат на рис.2).

Рисунок 2 – Полная коррекция дисторсии согласно равенству (2) для rp

Если же увеличить размер выходного изображения по площади вчетверо при сохранении пространственного разрешения, то угол обзора оптической системы увеличится до 145°. Однако дальнейшее значительное увеличение размеров изображения не приводит к существенному увеличению угла обзора. Чтобы разрешить указанное противоречие необходимо модифицировать функцию f в F так, чтобы, с одной стороны, она была максимально близка к исходной в окрестности нуля по r_s, а с другой стороны, для минимизации вторичных искажений была максимально линейной в окрестности единицы по r_s. Таким требованиям, в частности, очень хорошо удовлетворяет функция F в виде

0.> \end \right. (4) \end» alt=»\begin \left\ < \begin<> <\Theta (x) = 0, x \le 0,>\\ <\Theta (x) = 1, x >0.> \end \right. (4) \end» src=»https://habrastorage.org/getpro/habr/upload_files/a2e/717/faa/a2e717faadf26d6c9527701dab991bce.svg» width=»185″ height=»51″/>

Хотя использование равенства (3) вместо равенства (2) при увеличении площади изображения вчетверо и сохранении пространственного разрешения или при сохранении размеров изображения и уменьшения вдвое пространственного разрешения позволяет зафиксировать широкий угол обзора (180°), в то же время, такая модификация функции f не устраняет бочкообразную дисторсию периферической части изображения (см. рис.3).

Рисунок 3 – Неполная коррекция дисторсии согласно равенству (3) для rp

Чтобы устранить бочкообразную дисторсию периферической части изображения может быть использована существенно нелинейная по r деформация окружностей в квадраты со сглаженными углами в разной степени в зависимости от r (в идеале, по внешнему периметру изображения окружность должна деформироваться в квадрат). Далее приведены выражения, с помощью которых можно осуществлять соответствующую попиксельную трансформацию

Для окончательной коррекции остаточной дисторсии к полученному с помощью равенства (5) промежуточному результату ещё необходимо применить равенства (1) и (3) в виде

Ниже на рисунках представлены результаты последовательных трансформаций изображений согласно равенствам (5) и (8) с учетом равенств (3), (4), (6) и (7).

Рисунок 4 – Коррекция дисторсии первого изображения Рисунок 5 – Коррекция дисторсии второго изображения

Как видно из этих рисунков, при сохранении пространственного разрешения с увеличением площади исходного изображения всего вчетверо, а также сохранении широкого угла обзора (180°) бочкообразная дисторсия весьма эффективно подавляется по всему полю изображения.

Черные области на всех представленных изображениях отвечают переходам между r_s и r_p, когда вычисляемый вектор r_s лежит за пределами исходного изображения.

Источник

Снимаем пейзаж на «рыбий глаз»

Не видите ничего необычного на фотографии? А между тем она снята на фишай (или по другому — «рыбий глаз»).

Не видите ничего необычного на фотографии? А между тем она снята на фишай (или по другому — «рыбий глаз»).

Широкие углы съемки всегда манят фотографов своей необычностью. В первую очередь — необычными искажениями пропорций. Можно найти маленький камушек, внести его на передний план фотографии и он превратится в огромный валун 🙂 Но всегда есть опасность получить такие искажения, которые будет трудно поправить. И уж тем более, когда мы снимаем на фишай.

Если вы затрудняетесь понять что же такое этот «рыбий глаз», то представьте дверной глазок: максимальный угол обзора с весёлыми искажениями 🙂

Как на этой фотографии с Русланом Асановым 🙂 При использовании подобных объективов в фотографии угол обзора достигает 180 градусов, что влечет за собой те самые искажения. Давайте разбираться?

Дисторсия

Не задумывались ли вы почему дорогие профессиональные широкоугольные объективы такие большие по размерам? Все дело в том, что производители пытаются максимально исправить искажения, неизбежно возникающие на широких углах оптическими способами. И именно это и влечет за собой бóльшее количество линз, бóльший размер и вес.

Вот основные виды дисторсий. При съемки на «рыбий глаз» мы будем иметь ярко выраженную бочкообразную дисторсию. Как будто нашу фотографию начали «натягивать» на сферу. И чем дешевле объектив и чем шире угол — тем сильнее дисторсия.

Как это выглядит в применении к пейзажу? А вот так:

Что из этого следует? А вывод прост: если мы выставляем камеру по уровню и располагаем линию горизонта по центру, то визуально не наблюдаем бочкообразных искажений.

На этом можно было бы остановиться, но на практике мы редко когда снимаем пейзаж с линией горизонта по центру 🙂 Как же любимое правило третей? 🙂 Хорошо, пусть не это правило, но композиционная составляющая кадра в пейзаже так же важна, как и в любом другом направлении фотографии. И выбирая ракурс с кадрированием, чаще мы получаем линию горизонта не в центре кадра.

Тут нам поможет принцип соблюдения баланса («И на елку влезть и пятую точку не ободрать»):

• стараемся держать линию горизонта ближе к центру кадра;
• снимаем панораму, выставив камеру по уровню и меняя только высоту съемки.

Редактирование

Ну вот мы сняли, получили искажение… выкидывать кадр? Не торопитесь. Мало того, я рекомендую тем, кто имеет подобные объективы снять один и тот же кадр с разными степенями искажений и попытаться выровнить их для того, чтобы реально оценить свой уровень владения Фотошопом и в последствии опираясь на это знание снимать уже так, чтобы можно было исправить нашу бочку.

Вернемся к кадру, который стоит в шапке этой статьи. Вот его оригинал (тут немного подтянуты только тени, так как кадр снят в ненодержку):

Источник

«Рыбий глаз» или фишай: как правильно искажать пространство

Объектив «рыбий глаз» — это сверхширокоугольный объектив для цифровой зеркальной камеры, который захватывает полусферическое (круглое) изображение. Это создает отчетливое визуальное искажение, которое часто используется в творческой фотографии. В результате получается изображение, которое выглядит так, как если бы края изображения были обернуты вокруг сферической формы.

Что делает объектив «рыбий глаз» сверхшироким?

Угол, который может захватывать объектив «рыбий глаз», и угол около 180 градусов, поэтому он считается сверхширокоугольным объективом.

Широкоугольный объектив может захватывать изображение шириной около 100 градусов. Это создает изображение, которое выглядит так, как будто оно было снято через глазок, как те, которые часто можно увидеть в дверях подъезда. Линзы «рыбий глаз» также имеют особый вид, так как внешнее стекло линзы имеет гораздо более заметный изгиб, чем широкоугольный объектив. Эта кривая позволяет объективу улавливать больший диапазон света и создавать фотографии шире, чем у обычного широкоугольного объектива.

Как работает линза Fisheye

Все объективы, кроме линз типа «рыбий глаз», называются прямолинейными линзами. Это потому, что свет проходит через линзу по прямому пути к датчику изображения. Это создает прямые линии, которые вы видите на большинстве фотографий. Линзы «рыбий глаз» предназначены для преломления света при его прохождении от внешних краев линзы к датчику изображения. В результате линза направляет свет к краям, и только самый центр линзы направляет свет по прямому пути, создавая очевидное искажение внешних краев фотографии, которые выглядят как кривые там, где обычно были бы прямые линии. Именно этот эффект делает эти линзы такими необычными.

Первый объектив «рыбий глаз» был создан в 1924 году компанией Becks of London, но объективы «рыбий глаз» не стали широко доступны для фотоаппаратов со сменными объективами до тех пор, пока в 1962 году Nikon ( Wikipedia ) не выпустила первый сменный объектив «рыбий глаз». Этот первый объектив «рыбий глаз» имел фокусное расстояние 8 мм и диафрагму F/8.

Многочисленные возможности использования объектива «рыбий глаз»

Одна из причин, по которой некоторые фотографы предпочитают использовать объектив «рыбий глаз», — получить эффект, называемый бочкообразным искажением. В большинстве видов фотографии бочкообразное искажение — это эффект, который фотографы игнорируют, но при съемке изображений через объектив «рыбий глаз» это именно то, чего хотят достичь некоторые фотографы. Однако есть два подхода к фотографии с объективом «рыбий глаз». Одна группа фотографов использует линзы как способ улучшения изображения так, чтобы при этом не было очевидно, что использовалась линза «рыбий глаз». Например, объектив «рыбий глаз» можно использовать при съемке заката, чтобы еще больше расширить горизонт, или использовать с изогнутым объектом, чтобы передать ощущение кривой без потери части изображения.

Другая группа фотографов использует объектив «рыбий глаз» специально для того, чтобы дать искажение, которое создает объектив. Это полезно в различных творческих стилях фотографии, но чаще всего используется в фотографии экстремальных видов спорта, где картинка, создаваемая линзой «рыбий глаз», имитирует вид, который видел бы человек.

Дополнительные типы фотографии «рыбий глаз»

У объективов «рыбий глаз» гораздо больше применений, чем просто для съемки горизонта и экстремальных видов спорта. Подводные фотографы нередко используют объектив «рыбий глаз», потому что он создает лучшее «ощущение» того, что значит быть под водой, позволяя зрителю видеть сцену более естественным образом. Еще одно творческое применение объектива «рыбий глаз» — это делать снимки с направленным вверх объективом. Это полезно при съемке городского пейзажа или даже при съемке пейзажей. Поднятый вверх угол линзы дает ощущение высоты при просмотре зданий, деревьев и других элементов. Некоторые фотографы также используют объективы «рыбий глаз» для других типов фотографий, таких как портреты (объект должен быть отцентрирован, а края будут искажены), астрофотография .

Круглые объекты также хорошо подходят для фотографий, снятых через линзы «рыбий глаз», поскольку сферическая природа изображений хорошо сочетается с круглой природой линз «рыбий глаз». Еще одно, немного неясное применение объективов типа «рыбий глаз» — это мобильная фотография. Мобильные объективы «рыбий глаз» часто создают изображения, заключенные в четкий круг, и некоторые творческие фотографы находят это интересным.

Искажение внешнего края и центральный фокус все еще присутствуют, как и в других типах фотографии «рыбий глаз», но очевидная подвижная природа круглых мобильных изображений — это отдельный жанр.

Постобработка изображений «рыбий глаз»

Постобработка может играть несколько разных ролей в фотографии «рыбий глаз»:

• Создание фотографий, похожих на «рыбий глаз»: некоторые фотографы предпочитают добавлять эффект «рыбий глаз» во время постобработки, а не снимать изображения через объектив «рыбий глаз». Это позволяет фотографу лучше контролировать степень искажения «рыбий глаз», расположение искажения и окружность эффекта «рыбий глаз»;
• Устранение искажений, вносимых объективом: некоторые фотографы снимают изображение с помощью объектива «рыбий глаз», а затем используют программное обеспечение для редактирования фотографий, чтобы исправить и выпрямить изображение по краям. В результате может получиться сверхширокое изображение, напоминающее панорамную фотографию.

Если вам понравился этот материал, вы можете поддержать меня лайком и подпиской на канал . Буду благодарен!

Источник