Дисторсия: что это за эффект и как его применять
Дисторсия — это оптический дефект, который можно использовать как интересный эффект. В чем суть этого явления, как исправить искаженные снимки или напротив усилить искажение для усиления визуальной привлекательности изображения, читайте в этой статье.
Дисторсией называется оптический эффект, который вызывает искривление прямых линий на фотографии.
Это явление характерно для широкоугольных линз и бывает двух основных видов:
- бочкообразная дисторсия — выпуклое искривление, нередко называемое «Рыбий глаз»;
- подушкообразная дисторсия — вогнутое искривление.
Третьим типом дисторсии выступает комплексная деформация. При ней искажения в разных зонах фотографии имеют разный вид и интенсивность.
Объективы Fish Eye («Рыбий глаз») имеют сильную выпуклую дисторсию. Они создают эффект натянутости картинки на шар и позволяют делать необычные снимки. В таких фотографиях дисторсия — не недостаток, а специальный прием, не подлежащий корректировке. Благодаря ему можно в новом ракурсе показать привычные вещи и добавить картинке привлекательности.
Лучше всего искажение заметно, если в кадре присутствуют прямые линии: есть архитектурные строения, колонны, столбы, стволы деревьев, горизонт… Сильнее всего деформации выражены на краях кадра. Выпуклое искажение часто становится проблемой при съемке портретов на сверхширокоугольные объективы.
Подушкообразная дисторсия — специфическая черта телеобъективов. Несмотря на то, что степень искажения у них, как правило, невысокая, этот недостаток «уплощает» изображение, делает его менее объемным и выразительным, поэтому подлежит исправлению.
Исправление и имитация дисторсии
Если хочется использовать данный эффект для усиления визуальной привлекательности снимка, его можно имитировать в программе-обработчике, собственно, как и в обратном порядке — удалить дисторсию с помощью инструментария ПО. В случае необходимости любое искажение легко исправляется. Часто к коррекции приходится прибегать для сохраняя пропорций архитектурных строений и возвращения глубины пейзажным снимкам.
Коррекция в Photoshop
Чтобы сделать исправления в фотошопе, достаточно загрузить снимок и зайти в пункт меню Filter, во вкладку Distort, где выбрать Lens Correction. Теперь двигая ползунок в разных направлениях можно работать над кадром, добиваясь желаемого результата.
Коррекция в Lightroom
После импорта изображения в программу, нужно перейти в меню Develop, а оттуда — в Lens Corrections и сделать нужную корректировку. Можно также активировать профиль Enable Profile Corrections, чтобы исправления производились автоматически. Ручной режим запускается во вкладке Amount — Distortion, в качестве альтернативы можно использовать также режим Manual.
На коррекцию фотографий уходит много времени, но можно и избежать постобработки. Для многих фотографов настоящей панацеей становится программа DXO Optic Pro, которая корректирует дисторсию (и не только ее) автоматически.
Самое главное, понять, выиграет ли картинка от коррекции дисторсии. Если искажения не видно невооруженным глазом, вполне можно оставить все как есть.
← Вернуться к списку статей
АБЕРРАЦИИ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ • Большая российская энциклопедия
АБЕРРА́ЦИИ ОПТИ́ЧЕСКИХ СИСТЕ́М (от лат. aberratio – уклонение), искажения изображений, создаваемых оптич. системами. Проявляются в том, что оптич. изображения не вполне отчётливы, неточно соответствуют объектам или оказываются окрашенными. Существует неск. видов аберраций. Наиболее распространёнными являются хроматическая аберрация и следующие геометрич. аберрации: сферическая, астигматизм, кома, дисторсия, кривизна поля изображения.
Сферическая аберрация заключается в том, что световые лучи, испущенные одной точкой объекта и прошедшие одни из них вблизи оптич. оси, а другие через отдалённые от оси части системы, не собираются в одной точке. Вследствие этого изображение, создаваемое параллельным пучком лучей на перпендикулярном оси экране, имеет вид не точки, а кружкá с ярким ядром и ослабевающим по яркости ореолом (т. н. кружок рассеяния). Специальным подбором линз (собирающих и рассеивающих) сферич. аберрацию можно почти полностью устранить.
Рис. 1. Световой пучок, прошедший через оптическую систему, обладающую астигматизмом. Внизу показаны сечения пучка плоскостями, перпендикулярными оптической оси системы.
Астигматизм проявляется в том, что изображение точки, не лежащей на главной оптич. оси, представляет собой не точку, а две взаимно перпендикулярные линии, расположенные в разных плоскостях на некотором расстоянии друг от друга. Изображения точки в промежуточных между этими плоскостями сечениях имеют вид эллипсов (рис. 1). Астигматизм обусловлен неодинаковостью кривизны оптич. поверхности в разных плоскостях сечения падающего на неё светового пучка и возникает либо вследствие асимметрии оптич. системы (напр., в цилиндрич. линзах), либо в обычных сферич. линзах при падении светового пучка под большим углом к оси. Астигматизм исправляют таким подбором линз, чтобы одна компенсировала астигматизм другой. Астигматизмом может обладать человеческий глаз (см. Астигматизм глаза).
При наклонном падении лучей на оптич. систему в результате нарушения симметрии пучка возникает ещё одна аберрация – кома, при которой изображение точки имеет вид несимметричного пятна рассеяния. Её размеры пропорциональны квадрату угловой апертуры оптич. системы и угловому удалению точки-объекта от оптич. оси. Кома велика в телескопах с параболич. зеркалами. Исправляют кому подбором линз.
Рис. 2. Дисторсия.
Для дисторсии характерно нарушение геометрич. подобия между объектом и его изображением. Дисторсия обусловлена неодинаковым линейным увеличением оптич. системы на разных участках изображения. Пример искажений, которые даёт система, обладающая дисторсией, приведён на рис. 2. Слева от центрального квадрата показано его изображение, искажённое за счёт подушкообразной (положительной) дисторсии, справа – искажённое за счёт бочкообразной (отрицательной) дисторсии. Дисторсия устраняется подбором линз.
Кривизна поля – аберрация осесимметричной оптич. системы, она заключается в том, что изображение плоского предмета получается плоским не в плоскости, как должно быть в идеальной системе, а на искривлённой поверхности. В сложных оптич. системах кривизну поля исправляют, сочетая линзы с поверхностями разной кривизны.
Оптич. системы могут обладать одновременно неск. аберрациями, устранить их все сразу – очень сложная задача. Обычно аберрации устраняют частично в зависимости от назначения оптич. системы. В некоторых случаях используют методы адаптивной оптики.
Хроматич. аберрация связана с зависимостью показателя преломления сред от длины волны света.
Несовершенства изображений, формируемых оптич. системой, возникают также в результате дифракции света на оправах линз, диафрагмах и т. п. Такие аберрации принципиально неустранимы, хотя и могут быть уменьшены. Но они обычно не так сильно влияют на изображение, как геометрические и хроматические.
Дисторсия — что это? | БЛОГ ДМИТРИЯ ЕВТИФЕЕВА
Дисторсия — это аберрация, вызывающая искажение изображения прямых линий, в результате чего нарушается подобие между объектом и его изображением.
к содержанию ↑
Дисторсия является одним из видов оптической аберрации, или говоря проще искажением изображения. Дисторсия — это геометрическая аберрация, т.е. она меняет правильную геометрию снимка. Также бывают хроматические аберрации, которые связаны с цветом изображения.
Дисторсия бывает двух видов – бочкообразная (выпуклая дисторсия) и подушкообразная (вогнутая дисторсия):
Если вы посмотрите на фотографии выше, то заметите что все линии не ровные, это яркий пример оптической дисторсии. Теперь наведите на фотографию мышкой и увидите, как должно быть. Итак, дисторсия это оптическое искажение, которое характерно для вашего объектива.
к содержанию ↑
Бочкообразная дисторсия
к содержанию ↑
Подушкообразная дисторсия
Дисторсия характерна для широкого угла. Вы не заметите дисторсию на телевиках или на портретниках.
Причем в случае зум-объектива она может быть подушкообразной на одном конце и бочкообразной на другом.
Чаще всего дисторсию приходится корректировать когда вы фотографируете на широкоугольную линзу. Особенно дисторсия ощутима если на фотографии много прямых линий через весь кадр, например, когда вы фотографируете архитектуру сверхширокоугольной линзой вам обязательно придется исправлять дисторсию.
к содержанию ↑
И все-таки дисторсия это не всегда плохо. Дисторсию можно использовать как художественный приём или для того, чтобы разместить в кадре то, что на обычном объективе не помещалось бы.
снято на Canon EF 24/1.4 II USM
снято на Bower 14/2.8
к содержанию ↑
Далее несколько примеров, где можно наводить и убирать курсор, наблюдая как выглядит кадр с дисторсией и без.
к содержанию ↑
Canon EF 24/1.4 II USM
к содержанию ↑
Carl Zeiss Distagon 25/2 ZE
к содержанию ↑
Bower 14/2.8
к содержанию ↑
Исправляется дисторсия в большей степени “асферическим” элементом, т.е. линзой, у которой более сложная поверхность, не сферическая, как у большинства других линз в объективе.
асферический элемент
к содержанию ↑
Автоматически
Остаточную дисторсию можно подправить в графическом редакторе. Для многих объективов существуют профили исправления дисторсии, которые можно подгрузить в Adobe Camera Raw с помощью Adobe Lens Profile Downloader
Дальше вы заходите в программу Adobe Camera Raw, открываете свой снимок и во вкладке Lens Corrections активизируете профиль объектива.
к содержанию ↑
Вручную
Бывают случаи, когда для объектива нет профиля. Ведь профиль основан на связке камеры и объектива и потому велика вероятность, что именно для вашей камеры правильного профиля нет. Или у вас редкий объектив для которого профиля нет.
Легко убрать дисторсию вручную. Для этого вам понадобится или программа Adobe Camera Raw или Adobe Photoshop.
к содержанию ↑
Adobe Camera Raw
Открываете ваш снимок в программе Adobe Camera Raw и заходите в раздел Lens Corrections. Там выбираете вкладку Manual. И ползунком в подпункте Distortion добиваетесь устранения дисторсии.
к содержанию ↑
Adobe Photoshop
Открываете ваш снимок в Adobe Photoshop и идёте в меню в раздел Filters. Там вы в меню найдете пункт Lens Correction.
В правой части открывшегося окошка выбираете режим исправления Custom. И двигаете ползунком Remove Distortion до полного её исправления.
Думаю, также будет полезно прочесть официальную брошюру Carl Zeiss по дисторсии
Метод определения суммарной дисторсии цифровых изображений Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»
МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ СУММАРНОЙ ДИСТОРСИИ ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ
Жимбуева Л.Д.
Восточно-Сибирский государственный технологический университет
Аннотация
Описывается метод определения суммарной дисторсии цифровых изображений. Разработан алгоритм решения задачи, который состоит из следующих этапов: создание идеального изображения тестового объекта по его реальному изображению, построение векторной диаграммы дисторсии изображения, нелинейный регрессионный анализ аппроксимируемых функций, решение задачи интерполяции, корректировка изображения детали и восстановление плоского контура детали. В качестве тестового объекта использована квадратная сетка. Модуль «Нелинейное оценивание системы STATISTICA» позволяет разработать математическую модель дисторсии изображения. При использовании полинома третьего порядка величина достоверности аппроксимации исследуемой функции составляет 0,98 — 0,99. Разработанный метод позволяет повысить точность восстановления контуров плоских деталей, что актуально при использовании систем технического зрения в интеллектуальных ро-бототехнических системах, при распознавании объектов и т.д.
Ключевые слова: аберрация изображений, дисторсия, нелинейный регрессионный анализ, корректировка изображения, точность восстановления контура.
Введение
Оснащение робототехнических комплексов системами технического зрения обеспечивает существенное расширение их технологических и функциональных возможностей, наделяет их адаптивными возможностями и элементами искусственного интеллекта [1 — 2]. Промышленные системы технического зрения широко используются для бесконтактного контроля геометрических размеров, поиска и обнаружения самых разнообразных дефектов продукции бесконтактным способом, позволяют заменить человека на операциях сортировки и отбраковки продукции, полностью автоматизировать контроль сборки деталей в процессе производства, контроль качества упаковки готовой продукции. Системы технического зрения и видеодатчики являются одним из наиболее эффективных инструментов в задачах идентификации и автоматизации учёта продукции в производственном процессе.
В системах технического зрения можно использовать относительно недорогие цифровые камеры. Конечно, такие камеры по точности результатов не в состоянии конкурировать со специальной аппаратурой, используемой в фотограмметрии, но имеется большой круг задач, где они могут успешно применяться.
При реализации любой методики с использованием реальной камеры требуется знание внутренних и внешних параметров калибровки камеры. Паспортные данные таких сведений не содержат.
Одним из значимых внутренних параметров калибровки камеры является дисторсия цифрового изображения, которая в камерах, не предназначенных для измерительных целей, может достигать заметных величин.
Измерению дисторсии изображения посвящено множество работ [3 — 31]. Условно их можно разделить на две группы. Первая группа работ посвящена аттестации оптических систем на предмет дистор-сии при расчёте оптических систем и оценке их качества. Вторая группа работ посвящена задаче ка-
либровки камеры с целью определения её элементов внутреннего ориентирования (ЭВО), в том числе дисторсии изображения.
В первой группе нормативным документом является стандарт [3], устанавливающий два метода измерения дисторсии съёмочных объективов, один -для измерения дисторсии на оптической скамье для предмета, расположенного в бесконечности, и второй — для измерения дисторсии объективов, рассчитанных для работы с конечного расстояния.
При аттестации и юстировке объективов на предмет дисторсии важно разделение дисторсии на центрированную и нецентрированную и аппроксимация дисторсии полиномами различных видов. В большинстве случаев рассматривается математический аппарат обработки измерений координат изображений тестовых марок, и расчёт коэффициентов глобальной аппроксимации дисторсии по полиномам Цернике, известным в оптике как базис разложения волновых аберраций. Например, в [4] предусмотрено получение до 98 коэффициентов глобального разложения волновой аберрации, вызванной дисторсией. При разложении волновой аберрации по полиномам Цернике коэффициенты этого разложения, как известно [5], показывают непосредственный вклад аберрации каждого вида в среднеквадратичную волновую аберрацию. Для определения коэффициентов дисторсии по Цернике полученные после измерений составляющие дисторсии трактуются в качестве поперечных аберраций как частные производные волновой аберрации [6].
Известны методы аттестации и юстировки объективов на предмет дисторсии, основанные на измерении искажений квадратной сетки [7] по двум ортогональным осям. Формируемые при этом элементы двух массивов чисел ДА’и А У суммируют в себе расчётную дисторсию и дисторсию, вызванную разными типами погрешностей изготовления и сборки деталей объектива, погрешностями установки объ-
ектива при контроле дисторсии, погрешностями измерений. Это обстоятельство не позволяет эффективно использовать массивы АХ, А У непосредственно для аттестации и юстировки объективов.
В задаче калибровки камеры это обстоятельство наоборот имеет преимущество, так как учитывает суммарную погрешность измерений, независимо от причин их возникновения. Суммарные погрешности искажений изображения многими авторами рассматриваются как систематическая погрешность объектива камеры.
При калибровке камеры в основном используются тестовые объекты, как плоские, так и пространственные. Отмечается, что для определения ЭВО камеры достаточны плоские тестовые объекты. По искажениям изображений тестовых объектов формируются массивы для измерения дисторсии камеры. Сейчас имеется опыт успешных аэросъёмок цифровой камерой и попытки определения параметров цифровых камер [8 — 11].
Известны способы калибровки аэрофотографической системы с использованием снимков звёзд [12]. Преимущества этого метода — в простоте реализации, в отсутствии необходимости дополнительного оборудования, кроме точных часов. Основным недостатком метода является то, что условия калибровки отличаются от реальной съёмки. Этот факт ограничивает применение метода калибровки по снимкам звёзд.
Более эффективным по сравнению с предыдущими методами выглядит метод калибровки камеры по снимкам специального стенда или испытательного полигона. Данный метод калибровки является наиболее распространённым и легко реализуемым на практике [13 — 19]. Сущность метода — получение калибровочных поправок, учитывающих влияние всех источников систематических искажений, существующих при реальной съёмке. При этом дистор-сия может описываться полиномами Эбнера, Якобсона, Грюна, Брауна и т.д. [19].
Использование данного метода калибровки даёт заметное повышение точности измерений. Сложность практической реализации данного метода связана с необходимостью создания дорогостоящих полигонов в различных областях страны. И до настоящего времени не сформулированы оптимальные параметры калибровки камеры по тестовому полигону.
В работах других авторов [19 — 27] решение задачи калибровки с необходимой точностью достигалось путём вывода новых математических зависимостей и алгоритмов. Так, в [21] поле дисторсии определяется по изображению плоского тест-объекта и описывается полиномом третьего порядка. Полиномы Цернике использованы в работе [27] для разделения направления децентрировок. Затем с учётом порядка разложения сформированы наборы косинусных и синусных полиномов, что позволяет оценить присутствие в оптической системе ошибок сборки и изготовления.
Также известны работы, в которых описывается аналитический метод самокалибровки [12, 28]. Сущ-
ность метода состоит в том, что одновременно определяются аналитически поправки к приближённым элементам внешнего ориентирования, координатам точек местности, элементам внутреннего ориентирования и суммарные поправки к координатам точек за влияние всех источников систематических ошибок.
Преимущество данного метода перед методом испытательного полигона состоит в том, что он не требует специального полигона, дополнительных измерений. Поправки в координаты определяются для снимков, по которым строится сеть фототриангуляции, а не по специальным снимкам полигона.
Очевидно, что метод самокалибровки — эффективный способ учёта систематических ошибок снимка, но нет единодушных практических рекомендаций. В работах представлены самые разнообразные полиномы с количеством членов до 20 и со степенью от 1 до 12. В работе [12] отмечается, что нахождение оптимального полинома для описания систематических искажений снимка невозможно, что полином должен формироваться внутри программы при решении конкретной задачи, а не даваться неизменным извне.
Несмотря на многообразие полиномов [12], все они составлены по двум основным идеям. Первая -интегральная систематическая ошибка ф, описываемая полиномом, представлена как сумма членов отдельных систематических искажений (дисторсии, деформации и т. д.).
Вторая идея состоит в том, что представление полиномом интегральной ошибки не связывается с отдельными видами искажений. Интегральная ошибка описывается степенным многочленом.
Этот способ представления дополнительных параметров, вероятно, более правильный, как отмечается в работе [12], так как не связан с определёнными видами искажений. Полиномы же первого вида могут не учесть искажений, которые ещё не изучены или просто не описаны математически.
Другая проблема, с которой сталкиваются исследователи при выборе дополнительных параметров, -это корреляция коэффициентов полинома между собой и другими неизвестными, элементами внешнего ориентирования, координатами точек местности. Это снижает точность фототриангуляции, а иногда сводит на нет попытки увеличения точности за счёт использования самокалибровки. Эта трудность может быть преодолена путём отбраковки сильно коррелированных коэффициентов в процессе уравнивания сети фототриангуляции.
Не сложилось ещё единого мнения по выбору оптимальной длины полинома. Здесь много противоречий. С одной стороны, увеличение количества членов полинома детализирует описание систематических искажений, с другой стороны, ухудшается обусловленность матрицы нормальных уравнений, загружается память ЭВМ. Очевидно, что существуют определённые пределы количества членов полинома, обусловленные исходными материалами, а также памятью ЭВМ. Поэтому длина и вид полинома могут изменяться для различных исходных данных.
Изложенные в работах [6 — 28] способы определения оптических аберраций камеры в основном реализованы в виде программных комплексов.
В настоящее время в программных комплексах реализованы два основных способа: полиномиальный, например, работы [19, 21], и способ зон [29]. Для исправления изображения с помощью зон осуществляется поиск формулы преобразования в виде нелинейной функции Е от наблюдаемых координат. Предлагается разбивка поля изображения на отдельные клеточные области с предположением линейности закона внутри каждой клетки.
Кроме того, на рынке присутствует больше десятка цифровых фотограмметрических станций (ЦФС) («Дельта» — Н1111 «Геосистема»; Photomod — компания «Ракурс»; «ЦФС Талка», «Талка ГИС», «Талка КПК» — компания «Талка» и ряд других). Каждая из данных программ обладает своими достоинствами и недостатками.
Область применения ЦФС — фотограмметрия, где используются очень дорогие и точные камеры для формирования изображений, в частности, это космические изображения, предназначены они в основном для картографических работ и обеспечивают возможности вР8-навигатора [30].
Наиболее близким по назначению для нашей работы является программное обеспечение РТЪепБ [31]. Оно предназначено для исправления искажений оптики цифровых камер. Чтобы исправить искажение, программа считывает ЕХШ-информацию из ДРЕв-файла, находит ближайшие соответствия в базе данных калибровок камер и автоматически исправляет искажения. Результаты использования программы при корректировке контура цифрового изображения квадратной сетки показали, что программа довольно точно исправляет искажения отдельных линий сетки, но неточно определяет местоположение линии на изображении. Поэтому программа РТЬеш, предназначенная в основном для корректировки изображений архитектурных сооружений, не приемлема для калибровки камеры.
Таким образом, нужно отметить, что в задачах аттестации и юстировки объективов важно разделение дисторсии на центрированную и нецентриро-ванную, определение причин их возникновения. В задаче же калибровки камеры при определении её внутренних параметров необходимо учитывать суммарную дисторсию, вызванную разными типами погрешностей изготовления и сборки деталей объектива, погрешностями установки объектива при контроле дисторсии, погрешностями измерений, погрешностями установки ПЗС-матрицы камеры. При этом суммарные погрешности искажений изображения надо рассматривать как систематическую погрешность объектива камеры.
Дисторсия изображений
Целью данной работы является разработка метода определения суммарной дисторсии цифровых изображений независимо от причин их возникновения, с дальнейшим исследованием зависимостей
дисторсии от фокусного расстояния камеры, расстояния от камеры до исследуемого объекта.
Дисторсия характерна тем, что её величина нелинейно зависит от величины предмета, и приводит к искажению прямых линий, не проходящих через ось [32 — 35]. При этом квадратный предмет изображается в виде подушки при положительной дистор-сии и в виде бочки при отрицательной дисторсии.
Для вычисления дисторсии необходимо определить точку идеального изображения, в которой должно находиться изображение по законам гауссовой оптики. Если кроме дисторсии нет других аберраций, то точка А трёхмерного пространства изображается в виде точки А (а1, У), не совпадающей с точкой идеального изображения А’0 (Х0, у0) (рис. 1).
Рис. 1. Дисторсия
Тогда отклонения координат точки А — точки пересечения реального луча с плоскостью изображения — от координат точки А’0 идеального изображения и есть дисторсия ДУ, Ду соответственно по осям X и у [32]:
Дх = х 0 — х, (1)
Ду = У о— У’-
Величина дисторсии различна для разных точек поля изображения и является функцией от реальных координат точек изображения хр, ур:
Дх’ = Дх'(хр, Ур X
ДУ’ = ДУ'(хр, Ур).
(2)
Допустимая относительная дисторсия (т.е. дис-торсия, при которой нет ощущения, что изображение искажено) около 5-10%. Величина максимально допустимой дисторсии в оптических системах зависит от области их применения. Например, в оптической литографии допуск на абсолютную дисторсию не должен превышать 20 нм [32]. В фотограмметрии погрешность измерений не должна превышать 1 мм. Недорогие цифровые камеры со значительной дис-торсией не предназначены для измерений, потому для них нет требований по погрешностям измерений. Тем не менее, в системах технического зрения довольно широко стали использовать неметрические камеры, и известны методы калибровки камер, позволяющие значительно уменьшить дисторсию до 0,3 — 1 пикселя.
Общее описание метода
В приосевой, так называемой параксиальной области оптическая система близка к идеальной. Поэтому в центральной области реального изображения искажения близки к нулю. В этой области точка изображается точкой, прямая линия — прямой. На основе анализа структуры центральной области реального изображения возможно формирование идеального изображения объекта.
В нашей работе определение суммарной дистор-сии цифровых изображений основано на измерении искажений квадратной сетки (далее в тексте просто сетки) по двум ортогональным осям.
Сформированные при этом массивы чисел Да1, ДУ позволяют разработать математическую модель нелинейной зависимости дисторсии от реальных координат узловых точек изображения сетки. Алгоритм решения задачи следующий:
— восстановление контура реального изображения сетки;
— создание идеального изображения сетки;
— определение отклонений узловых точек сетки на реальном изображении от соответствующих точек на её идеальном изображении и построение векторной диаграммы дисторсии изображения;
— представление функций Да1, Ay дисторсии в матричной форме;
— нелинейный регрессионный анализ аппроксимируемых функций методом наименьших квадратов, подбор вида функции, достоверно описывающей характер изменения дисторсии;
— вычисление значений функций Да1, Ay в точках, отличных от узловых, т. е. решение задачи интерполяции;
— корректировка реального изображения детали с учётом дисторсии и восстановление плоского контура детали.
Создание идеального изображения сетки
Реальный контур сетки представляет собой линии опредёленной толщины, причём горизонтальные линии сетки имеют верхнюю и нижнюю, вертикальные — левую и правую границы. Восстановление граничных линий сетки выполняется сравнением яркостей пикселей изображения с выбранным значением порога бинаризации.
Далее определяются осевые линии между соответствующими граничными линиями и на пересечении вертикальных и горизонтальных осевых линий определяются узловые точки сетки.
Для восстановления контура реального изображения сетки использованы алгоритмы обработки изображений [34], на основе которых разработана программа в среде Delphi.
Контур изображения сетки в его центральной области зависит от взаимного расположения плоскостей изображения и предмета. Если плоскости параллельны, то перспективные искажения на изображении отсутствуют. Изображение будет представлять собой в общем случае прямоугольную сетку (если коэффици-
енты масштабирования разные по осям X и У). Тогда по размерам прямоугольной сетки довольно легко сформировать идеальное изображение сетки.
Если плоскости не параллельны, то проявляются перспективные искажения. Центральная часть реального изображения будет представлять собой четырёхугольники с перспективными искажениями сторон. В этом случае для формирования идеального изображения сетки можно воспользоваться точками схода противоположных сторон четырёхугольника и гармоническими свойствами полного четырёхугольника [36].
Векторная диаграмма дисторсии изображения
На рис. 2 приведена векторная диаграмма дис-торсии изображения, которая представляет собой совокупность векторов из узловых точек реального изображения в соответствующую ей узловую точку на идеальном изображении сетки. Как видно из рисунка, направления и модули векторов погрешностей различны для разных точек поля, причём характер изменения нелинейный.
Yv V V- т- г- = Ч 7 <
+ + 4- 1″ — ■н -i -К ■Y
1
1 1
1 1 1
Г Г
1 1
1 1
1 1 1 Г
1 1
rl-ir 1
гМ- л Г 1 4
iH- н т +
я™ т «— — — -» Н т -к т «К + ■к
ft 3- ¡L г п — — — — -Ч Гг X ч S
Рис. 2. Векторная диаграмма дисторсии изображения В матричной форме функции поперечной аберрации X, У будут иметь вид:
х ° Ы, у° Ы, (3)
где Ху, у у — элементы матриц, представляющие величины погрешности в у узловой точке сетки. Размер прямоугольной матрицы — тхп, где т, п — соответственно количество горизонтальных и вертикальных линий сетки.
Для практического использования функции, представленной в матричной форме (3), необходимо выполнить аппроксимацию функций Дх1, Ду, зависящих от координат узловых точек реального изображения сетки. Как правило, регрессионный анализ данных производится методом наименьших квадратов [37].
Нелинейный регрессионный анализ исследуемой зависимости Классические методы аппроксимации и регрессии функции реализованы во всех современных матема-
тических системах (MathCAD, MatLAB, Mathematica, STATISTICA и пр.у+ a3 x+ a4y + щ xy+
+a5 x2 у + a5 xf + a5 x3 + a5 у3.
Дальнейшее увеличение степени полинома не дало ощутимого эффекта в повышении точности обработки данных.
Корректировка изображения
Корректировка изображения предмета заключается в переопределении координат точек контура реального изображения предмета и последующей за ним аппроксимации массива переопределённых точек для восстановления контура предмета. Для определения искажения координат точек изображения предмета решается задача интерполяции, т. е. вычисление значений функций Ax1, Ду в точках, отличных от узловых точек сетки, но принадлежащих контуру изображения предмета. Координаты точек контура скорректированного изображения предмета определяются по формуле:
x ‘0 = x’+ Ax’,
0 . А (5)
Уо = у + ду.
Экспериментальные исследования
Для экспериментальных исследований применялась система технического зрения, в составе которой использована камера марки Sony DSC-H50. Были проведены несколько серий экспериментов, в которых варьировались размеры сетки, фокусное расстояние и разрешение камеры, расстояние от камеры до сетки. В ходе экспериментов выявлено, что дис-торсия цифрового изображения значимо зависит от величины фокусного расстояния и незначимо — от расстояния до предмета. Полученные результаты позволяют оптимизировать процесс формирования цифрового изображения и при необходимости переопределить координаты точек контура изображения. Более подробно результаты изменения дисторсии от условий съёмки будут изложены в другой статье.
В данной же работе важно принципиальное подтверждение результатами экспериментов корректности разработанного метода в целом. Результативность метода оценивается на примере обработки изображений объектов, приведённых на рис. 3: сетки с расстоянием в 10 мм между линиями и правильного шестиугольника с длиной стороны 80 мм.
Рис. 3. Объекты исследований
Полутоновое цифровое изображение сформировано в формате *.jpeg. Плоскости изображения и предмета параллельны. На изображении наблюдается отрицательная дисторсия (рис. 4).
/
/
/
/ \
/ \
с \
\
! \
\ \
\
\ / 7*-
т-
у-
у-
7*»
Рис. 4. Реальное изображение исследуемых объектов
По цифровому изображению вначале восстанавливается контур реального изображения, затем создаётся идеальное изображение сетки. По отклонениям координат соответствующих узловых точек реального и идеального изображений формируются два массива исходных данных X, У в матричной форме.
Аппроксимация экспериментальных данных полиномом третьей степени показала довольно высокую точность, величина достоверности 1=0,98 — 0,99. График аппроксимирующей функции АХ представлен на рис. 5.
Используемый в работе аппроксимирующий полином третьей степени не накладывает ограничения на линейное или угловое поле зрения тестируемого объектива.
В табл. 1 приведены результаты расчёта координат вершин изображения шестиугольника в пикселях.
На рис. 6 приведены контуры шестиугольника до и после корректировки с учётом суммарной дистор-сии изображения на фоне реального и идеального контуров сетки. Внутренний контур (пунктирная линия) — контур изображения шестиугольника до корректировки, причём стороны шестиугольника имеют отклонения от прямых линий. Наружный
контур (сплошная линия) — контур после корректировки представлен линейными сегментами.
Рис. 5. График аппроксимирующей функции Ах’
Таблица 1. Результаты корректировки положений вершин шестиугольника в пикселях
№ в е р 1 Реальные координаты Погрешности Скорректированные координаты
x1 829,2 У 1407,7 АХ 5,23 ДУ -11,87 Хо 823,97 Уо 1419,57
2 1484,6 1234,5 -3,69 -5,83 1488,25 1240,28
3 1653,7 582,9 -11,17 5,46 1664,82 577,40
4 1173,5 110,4 -5,14 18,10 1178,60 92,30
5 524,9 284,3 8,85 12,87 516,01 271,44
6 350,2 930,1 12,88 -4,28 337,32 934,36
г т т T T- r- Г» 1″ Г» -] 1 1 Г Г T H
L -11 4- F I F 1 1
I- -t- 1- I +— I —i i 1 -+ -h
1 т f ‘Г I | i ■ i i | «Г
1 1
\
1 1 I I f \ -t -1
I* i 1 1
j ‘ \
и 1 J_ I H- .4 — .1 1 -1
h н- I I— I \ ■ 1 r\ 1 1 i .4 1 4
l 1 ‘ (_ [ 1 1
L -1- l __| J
h -t- __ F 1 -1- -1
I- т T 4— __ _L ■J- -+ -h 1 -t- 1 7
L J. -L. — __ L- _ — __i —4 _ _L J- J
Рис. 6. Контуры шестиугольника до и после корректировки
Результаты расчёта длин сторон шестиугольника до и после корректировки с учётом суммарной дис-торсии цифрового изображения в мм приведены в табл. 2.
Из табл. 2 видно, что при восстановлении контура правильного шестиугольника по реальному изображению максимальная погрешность при определении длин сторон составляет ~2,07 мм, после корректировки изображения она уменьшается до ~0,10 мм.
Это свидетельствует о значительном повышении точности восстановления контура шестиугольника после корректировки изображения.
Таблица 2. Результаты расчёта длин сторон шестиугольника в мм
Заключение
В задаче калибровки камеры при определении её внутренних параметров необходимо учитывать суммарную дисторсию, вызванную разными типами погрешностей изготовления и сборки деталей объектива, погрешностями установки объектива при контроле дисторсии, погрешностями измерений, погрешностями установки ПЗС матрицы камеры. При этом суммарные погрешности искажений изображения надо рассматривать как систематическую погрешность объектива камеры.
Использование квадратной сетки в качестве тестового объекта по сравнению с другими объектами (геометрическими фигурами) имеет большое преимущество, так как более полно иллюстрирует нелинейный характер погрешностей оптических аберраций по всему полю изображения. Уменьшая расстояние между линиями сетки, можно увеличить точность аппроксимации функции погрешностей А Я, Ду.
Создание идеального изображения по реальному изображению тестового объекта позволяет формировать статистические данные для аппроксимации функций погрешностей Ах1, Ау.
Для разработки математической модели зависимости погрешностей оптических аберраций от координат узловых точек изображения можно использовать математические системы, имеющие в своём составе универсальный аппарат для решения задач аппроксимации и регрессионного анализа.
Использованный в работе модуль «Нелинейное оценивание системы STATISTICA» показал довольно высокие результаты аппроксимации исследуемой функции полиномом третьего порядка. Величина достоверности аппроксимации R = 0,98 — 0,99.
Результаты исследований свидетельствуют о значительном увеличении точности восстановления контуров плоских деталей после корректировки изображения с учётом дисторсии объектива камеры.
Проблема повышения точности восстановления контура исследуемых объектов имеет важное прикладное значение. Например, позволит увеличить точность калибровки систем технического зрения, что немаловажно для интеллектуальных робототех-нических комплексов, особенно при решении измерительных задач.
№ Длина стороны шестиугольника, мм
до корректировки после корректировки
1 78,91 80,09
2 78,42 79,91
3 78,44 79,98
4 78,17 79,90
5 77,93 79,98
6 78,77 80,02
Рассматриваемая задача важна также и для фундаментальных исследований при решении задач сегментации изображений и распознавания образов.
Благодарности Работа выполнена при поддержке Министерства образования и науки в рамках НИР «Исследование геометрических вопросов интеллектуальных робо-тотехнических комплексов» по Единому заказ-наряду, научный руководитель д.т.н., проф., проректор Восточно-Сибирского государственного технологического университета Найханов В.В.
Литература
1. Хорн, Б.К.П. Зрение роботов: / Б.К.П. Хорн, пер. с англ. — М.: Мир, 1989. — 487 с.
2. Мошкин, В.И. Техническое зрение роботов / В.И. Мошкин, В.С. Титов, Ю.Г. Якушенков; под общ ред. Ю.Г. Якушенкова. — М.: Машиностроение, 1990. -272 с.
3. ГОСТ 20825-75. Объективы съёмочные. Методы измерений дисторсии. — Введ. 01.07.76. — М.: Издательство стандартов. — 12 с.
4. Родионов, С.А Автоматизация проектирования оптических систем / С.А. Родионов — Л.: Машиностроение, 1982.
5. Вычислительная оптика: Справ. / под общей ред. М.М. Русинова. — Л.: Машиностроение, 1984.
6. Родионов, С.А. Обработка результатов измерения дисторсии проекционных объективов / С.А. Родионов, Н.Б. Вознесенский, Э.М. Щекольян // Изв. вузов. Приборостроение, 1991. — Т. XXXIV, № 7. — С. 61-68.
7. Tatian, B. Aberration balancing in rotationally symmetric lenses / B. Tatian // JOSA. — 1974. — Vol. 64. — P. 1083.
8. Гонин, Г.Б. Экспериментальная цифровая аэросъёмка / Г.Б. Гонин, В.И. Микеров // Геодезия и картография, 1997. — № 9. — С. 39-42.
9. Шоломицкий, А.А. Цифровые съёмки открытых горных разработок / А.А. Шоломицкий // Физико-технические проблемы горного производства: сб. н. тр., -Вып. 2. — Донецк, 1999. — С. 127-133.
10. Гельман, Н.Р. Опыт использования и калибровки цифровых камер при совместной аэрофотосъёмке с АФА / Н.Р. Гельман, Н.Ю. Никитин, А.Л. Дунц // Геодезия и картография. — 2001. — № 6. — С. 25-31.
11. Гельман, Н.Р. Ещё об оценке точности одиночной фотограмметрической модели / Н.Р. Гельман // Геодезия и картография. — 2000. — № 12. — С. 19-23.
12. Курков, В.М. Методы учёта систематических искажения аэроснимка. Самокалибровка / В.М. Курков // Изв. вузов. Геодезия и аэрофотосъёмка. — 1980. — № 6. — С. 75-79.
13. Дубиновский, В.Б. Калибровка снимков / В.Б. Дуби-новский — М.: Недра, 1982. — 224 с.
14. Шоломицкий, А.А. Создание испытательного стенда для калибровки цифровых камер / А.А. Шоломицкий, А.С. Шатохин, [Электронный ресурс]: — Режим доступа: http://info.dgtu.done1sk.ua/el izdan/geolog/sborniki/sbornik
ggf N45 2002/M4.pdf
15. Шоломицкий, А.А. Новая технология измерения стенда для калибровки цифровых камер / А.А. Шоломицкий, А.А. Лунев // Проблеми прського тиску. — 2005. -№ 1. — С. 333.
16. Лунев, АА Выбор оптимальных параметров калибровки цифровой камеры / А.А. Лунев [Электронный ресурс]: Ре-
жим доступа: http://www.info.donntueduua/el izdan/geolog/ sborniki/ggfl 11t2.pdf
17. Matsuoka, R. A new calibration system of a non_metric digital camera / R. Matsuoka [et al.] // Procs. 6th Conference on Optical 3D Measurement Techniques, Zurich, Switzerland, September 22-25, 2003. — P. 130-137.
18. Технология фотограмметрической калибровки цифровых камер. — 4 мая 2008 [Электронный ресурс]: Режим доступа: http ://photo grammetria.ru/17-tekhno lo gija-foto-grammetrichesko j j -kalibro vki. html.
19. Комиссаров, Д.В. Методика калибровки цифровых неметрических камер для наземных лазерных сканеров / Д.В. Комиссаров, А.В. Комиссаров, [Электронный ресурс]: 2006. — Режим доступа: http://www.geoprofi.ru/de-fault.aspx?mode=binary&id=671.
20. Юрченко, В.И. Способ аналитической обработки неметрических снимков / В.И. Юрченко // Геодезия и картография. — 2000. — № 11. — С. 23-30.
21. Гельман, Р.Н. Лабораторная калибровка камер с большой дисторсией / Р.Н. Гельман, А. Л. Дунц // Геодезия и картография. — 2002. — № 7. — С. 23-31.
22. Grenzdoerfer, G. Konzeption, Entwicklung und Erprobung eines digitalen integrierten flugzeuggetragenen Fernerkundungssystems fuer Precisin Farming (PFIFF). DGK Reiche C, Heft 552: Universitaet Muenchen / G. Grenzdoerfer, 2002. — P. 142.
23. Глотов, В. Особливоси визначення фокусно! ввдсташ цифрових фототеодолггних камер / В. Глотов // Геоде-зш, картографш i аерофотозшмання. — 2003 — № 63. -С. 122-127.
24. Zhang, Z. A Flexible New Technique for Camera Calibration. Technical Report MSRTR- 98-71, Microsoft Research, December 1998. Available together with the software at http://research.microsoftcom/zhang/Calib/ [Электронный ресурс]: режим доступа: http://research.microsoft.com/en-us/um/people/zhang/papers/TR98-71.pdf.
25. Труфанов, М.И. Адаптивное оптико-электронное устройство автоматической трёхмерной калибровки на основе нечёткой логики / М.И. Труфанов. — Дис. … канд. техн. наук: 05.13.05. — Курск, 2005. — 148 с.
26. Remondino, F. Digital camera calibration methods: considerations and comparisons / F. Remondino, C. Fraser // ISPRS Commission V Symposium «Image Engineering and Vision Metrology». Volume XXXVI, Part 5, Dresden: 25-27 September 2006. — P. 266-272.
27. Ежова, К.В. Математическое моделирование фотограмметрической дисторсии / К.В. Ежова // Научно-технический вестник Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики. — 2006. — Вып. 26. — С. 235-239.
28. Pollefeys, M. Stratified self-calibration with the modulus constraint / M. Pollefeys, L.V. Gool // IEEE Transactions on pattern analysis and machene intelligence. — August 1999. — Vol. 21, N 8. — P. 707-724.
29. Овчинников, А.М. Разработка алгоритмических и программных средств реализации и визуализации локальных гиперспектральных данных: Автореф. дис…канд. физ.-мат. наук: 05.13.11 / А.М. Овчинников. — М., 2009. — 18 с.
30. Работа с GPS [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://gis.talka2000.ru/gisgps.htm
31. Сайт http ://nnm.ru/blo gs/SHAH/ptlens/
32. Родионов, С.А. Основы оптики: конспект лекций / С.А. Родионов. — СПб: СПб ГИТМО (ТУ), 2000. — 167 с. [Электронный ресурс]: Режим доступа: http://aco.if-mo.ru/el_books/basics_optics/index.html.
33. Заказнов, Н.П. Теория оптических систем: учеб. пособие для вузов / Н.П. Заказнов, С.И. Кирюшин, В.И. Кузичев — СПб.: Лань, 2008. — 446 с.
34. Гонсалес, Р. Цифровая обработка изображений / Р. Гон-салес, Р. Вудс. — Москва: Техносфера, 2005. — 1072 с.
35. Карнаухов, А.В. Многофункциональная цифровая модель системы искажения и восстановления изображений / А.В. Карнаухов, Н.С. Мерзляков, О.П. Милюкова // Компьютерная оптика. — 2000. — Т. 20. — С. 118-121.
36. Четверухин, Н.Ф. Проективная геометрия: учебник для пед. ин-тов. / Н.Ф. Четверухин, изд. 8-е. — М.: Просвещение, 1969.
37. Херн, Д. Компьютерная графика и стандарт OpenGL, 3-е изд.: / Дональд Херн, М. Паулин Бейкер. — пер. с англ. — М.: Издательский дом «Вильямс», 2005. -1168 с.
38. Боровиков, В.П. Прогнозирование в системе STATI-STICA в среде Windows. Основы теории и интенсивная практика на компьютере: учеб. пособие / В.П. Боровиков, Г.И. Ивченко. — М.: Финансы и статистика, 2000. — 384 с.
39. Боровиков, В.П. STATISTICA. Искусство анализа данных на компьютере: Для профессионалов. 2-е изд. (+CD) / В.П. Боровиков. — СПб.: Питер, 2003. — 688 с.
40. Халафян, А.А. STATISTICA 6. Статистический анализ данных: учебник, / А. А. Халафян — 3-е изд. — М.: ООО «Бином-Пресс», 2007. — 512 с.: ил.
References
1. Horh, B.K.P. Robot vision / B.K.P. Horh. — Moscow: «Mir» Publisher, 2005. — 487 p. — (in Russian).
2. Moshkin, V.I. Machine vision of robots / V.I. Moshkin, V.S. Titov, Yu.G. Yakushenkov; Under the general. ed. Yu.G. Yakushenkov. — Moscow: «Mashinostroenie» Publisher, 1990. — 272 p. — (in Russian).
3. GOST 20825-75. Lenses shooting. Methods of measurement distortion. — Intr. 07/01/1976. — Moscow: Publishing the standards. — 12 p. — (in Russian).
4. Rodionov, S.A Computer-aided design of optical systems. / S.A. Rodionov — Leningrad: «Mashinostroenie» Publisher, 1982. — (in Russian).
5. Computational optics: reference / Ed. M.M. Rusinov. — Leningrad: «Mashinostroenie» Publisher, 1984. — (in Russian).
6. Rodionov, S.A. Processing the measurement results of distortion of the projection lenses / S.A. Rodionov, N.B. Voznesensky, E.M. Schekolyan // Proceedings of the universities. Instrumentation. — 1991. — T. XXXIV, N 7. -P. 61-68. — (in Russian).
7. Tatian, B. Aberration balancing in rotationally symmetric lenses / B. Tatian // JOSA. — 1974. — Vol. 64. — P. 1083.
8. Gonin, G.B. An experimental digital aerial / G.B. Gonin, V.I. Mikerov // Geodesy and Cartography. — 1997. — N 9. — P. 39-42. — (in Russian).
9. Sholomitskii, A.A. Digital photography opencast mining / Physical and technical problems of mining industry // Proceedings of Issue 2. Donetsk. — 1999. — P. 127-133. — (in Russian).
10. Gelman, N.R. Experience in the use and calibration of digital cameras for aerial photography together with the AFA / N.R. Gelman, N.J. Nikitin, A.L. Dunts // Geodesy and Cartography. — 2001. — N 4. — P. 25-31. — (in Russian).
11. Gelman, N.R. More on assessing the accuracy of a single photogrammetric model / N.R. Gelman // Geodesy and Cartography. — 2000. — N 12. — P. 19-23. — (in Russian).
12. Kurkov, V.M. Methods to account for the systematic distortion of aerial photographs. Self-calibration / V.M. Kur-
kov // Proceedings of the universities. Surveying and aerial photographs. — 1980. — N 6. — P. 75-79. — (in Russian).
13. Dubinovsky, V.B. Calibration images / V.B. Dubinovsky.
— Moscow: «Nedra» Publisher, 1982. — 224 p. — (in Russian).
14. Sholomitskii, A.A. Creating a test bench for calibration of digital cameras / A.A. Sholomitskii, A.S. Shatokhin [Electronic resource]: — Mode of access: http://info.dgtu.do-netsk.ua/el_izdan/geolog/sborniki/sbornik_ggf_N45_2002 /M4.pdf. — (in Russian).
15. Sholomitskii, A.A. New techniques to measure the stand for the calibration of digital cameras / A.A. Sholomitskii, A.A. Lunev // Problems of Mining delagirskogo gripe. -2005. — N 1. — P. 333. — (in Russian).
16. Lunev, A.A. Selection of optimal calibration parameters digital camera / A.A. Lunev [Electronic resource]: Mode of access: http://www.info.donntu.edu.ua/el izdan/geo-log/sborniki/ggf111t2.pdf. — (in Russian).
17. Matsuoka, R. A new calibration system of a non_metric digital camera / R. Matsuoka [et al.] // Procs. 6th Conference on Optical 3D Measurement Techniques, Zurich, Switzerland, September 22-25, 2003. — P. 130-137.
18. Technology photogrammetric calibration of digital cameras. — May 4, 2008 [Electronic resource]: Mode of access: http ://photogrammetria.ru/17-tekhnologija-fotogram-metricheskojj-kalibrovki.html. — (in Russian).
19. Komissarov, D.V. Nonmetric technique for calibrating digital cameras for terrestrial laser scanners [Electronic resource] / D.V. Komissarov, A.V. Komissarov. — 2006. -Mode of access: http://www.geoprofi.ru/default.aspx?mo-de=binary&id=671. — (in Russian).
20. Yurchenko, V.I. Method analytical processing nonmetric images / V.I. Yurchenko // Geodesy and Cartography. -2000. — N 11. — P. 23-30. — (in Russian).
21. Gelman, R.N. Laboratory calibration of cameras with a large distortion / R.N. Gelman, A.L. Dunts // Geodesy and Cartography. — 2002. — N 7. — P. 23-31. — (in Russian).
22. Grenzdoerfer, G. Konzeption, Entwicklung und Erprobung eines digitalen integrierten flugzeuggetragenen Fernerkundungssystems fuer Precisin Farming (PFIFF). DGK Reiche C, Heft 552: Universitaet Muenchen / G. Grenzdoerfer, 2002. — P. 142.
23. Glotov, V. Features defining the focal distance of digital cameras fototeodolitnyh / V. Glotov // Geodesy, cartography and aerial photography. — 2003 — N 63. — P. 122-127.
— (in Russian).
24. Zhang, Z. A Flexible New Technique for Camera Calibration. Technical Report MSRTR- 98-71, Microsoft Research, December 1998. [Электронный ресурс]. — Available together with the software at htp://research.micro-soft.com/zhang/Calib/. Mode of access: htp://research.mi-crosoftcom/en-us/um/people/zhang/papers/TR98-71.pdf.
25. Trufanov, M.I Adaptive optical эlektronnoe a device for automatic three-dimensional calibration based on fuzzy logic / M.I. Trufanov [Electronic resource]: Thesis for the degree of candidate of technical sciences: 05.13.05. -Kursk, 2005. — 148 p. — (in Russian).
26. Remondino, F. Digital camera calibration methods: considerations and comparisons / F. Remondino, C. Fraser, // ISPRS Commission V Symposium «Image Engineering and Vision Metrology». — Volume XXXVI, Part 5, Dresden: 25-27 September 2006. — P. 266-272.
27. Ezhov, K.V. Mathematical modeling of photogrammetric distortion / K.V. Ezhov // Scientific and Technical Bulletin, St. Petersburg State University of Information Technologies, Mechanics and Optics. — 2006. — Vol. 26. -P. 235-239. — (in Russian).
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
Pollefeys, M. Stratified self-calibration with the modulus constraint / M. Pollefeys, L.V. Gool // IEEE Transactions on pattern analysis and machene intelligence. — August 1999. — Vol. 21, N 8. — P. 707-724.
Ovchinnikov, A.M. The development of algorithmic and software implementation and visualization of local hyper-spectral data: Summary of thesis for degree of Candidate of Physical and Mathematical Sciences: 05.13.11 / A.M. Ovchinnikov. — Moscow, 2009. — 18 p. — (in Russian). Working with GPS [Electronic resource]: Mode of access: http://gis.talka2000.ru/gisgps.htm. — (in Russian). Site Web http://nnm.ru/blogs/SHAH/ptlens/ — (in Russian). Rodionov, S.A. Optics bases. Lecture notes [Electronic resource] / S.A. Rodionov. — St.-Petersburg, 2000 — 167 p. — Mode of access: http://aco.ifmo.ru/el books/basics op-tics/index.html . — (in Russian).
Zakaznov, N.P. The theory of optical systems: The Manual for high schools / N.P. Zakaznov, S.I. Kiryashin, V.I. Ku-zichev. — St-Petersburg: Lan, 2008. — 446 p. — (in Russian). Gonzalez, R.C. Digital Image Processing / Rafael C. Gonzalez, Richard E. Woods. — Moscow: «Technosphere» Publisher, 2005. — 1072 p. — (in Russian). Karnaukhov, A.V. Multipurpose digital model of system of distortion and restoration of images / A.V. Karnaukhov,
N.S. Merzlyakov, O.P. Milyukova // Computer Optics. -2000. — Vol. 22. — P. 118-121. — (in Russian).
36. Chetverukhin, N.F. Projective geometry. The edition 8. The textbook for teacher training colleges / N.F. Chetverukhin. — Moscow: «Prosveshenie» Publisher, 1969. — (in Russian).
37. Hearn, D. Computer Graphics with OpenGL, 3rd ed.: Trans. from English / Donald Hearn, M. Pauline Baker. -Moscow: The publishing house «Vilyams», 2005. — 1168 p. — (in Russian).
38. Borovikov, V.P. Forecasting in system STATISTICA in Windows environment. Bases of the theory and intensive practice on the computer: the Manual / V.P. Borovikov, G.I. Ivchenko. — Moscow: «Finanse i statistics» Publisher, 2000. — 384 p. — (in Russian).
39. Borovikov, V.P. STATISTICA. Art analysis of the data on the computer: For professionals. 2 edition. (+CD) / V.P. Borovikov. — Saint-Petersburg: «Peter» Publisher, 2003. -688 p. — (in Russian).
40. Khalafyan, A.A STATISTICA 6. The statistical analysis of the data 3 edition, the Textbook / A.A. Khalafyan. — Moscow: «Binom-Press» Publisher, 2007. — 512 p. — (in Russian).
METHOD OF DETERMINING THE TOTAL DISTORTION DIGITAL IMAGES
L.D. Zhimbueva The East-Siberian State Technological University
Abstract
The article describes the method for determining the total distortion of digital images. The algorithm for the solution of the problem is developed and consists of the following steps: (i) creating the ideal image of test object according to its real image, (ii) construction of the image distortion vector diagram, (iii) nonlinear regression analysis of the approximable functions, (iv) solution of the interpolation problem, object image correction and object plane contour reconstruction. The square grid is used as a test object. The mathematical model of the image distortion is built using the Nonlinear estimation package of the STATISTICA system. The reliability value of the investigated function approximation is 0.98-0.99 with cubic polynomial applied. The developed method makes it possible to improve the object plane contour reconstruction accuracy. The method may be used in COMPUTER VISION SYSTEMS in intellectual robot-technical systems, pattern recognition etc.
Key words: image aberration, distortion, nonlinear regression analysis, image correction, contour reconstruction accuracy.
Сведения об авторе
Жимбуева Любовь Дамбиевна, кандидат технических наук, доцент кафедры инженерной и компьютерной графики Восточно-Сибирского государственного технологического университета. Область научных интересов: техническое зрение роботов, обработка изображений, калибровка камеры.
E-mail: Zhimbueva@mail.ru .
Lubov Dambievna Zhimbueva, candidate of engineering sciences, docent of Academic department «Engineering and computer graphics», East-Siberian State Technological University. Interests: robot vision, processing of images, camera calibration.
Поступила в редакцию 2 апреля 2010 г.
К вопросу о выборе объектива
Планируя развернуть систему видеонаблюдения, вы неизбежно задаетесь вопросами: куда и сколько установить камер? Как определить наилучшие места их расположения, чтобы избежать «слепых зон»? На каком расстоянии от объектов наблюдения установить камеры, чтобы в итоге получилось достаточно четкое изображение нужных деталей?
На вид и качество изображения большое влияние оказывают не только параметры видеокамеры и объектива, но и их правильное сочетание. Так, иногда отличный, дорогой объектив может давать даже худшее изображение, чем альтернативная дешевая модель.
Расскажем об основных факторах, влияющих на качество и масштаб видеоизображения, которые следует учитывать при выборе объектива для камеры, чтобы по максимуму использовать их возможности и при этом избежать ненужных затрат.
Угол обзора объектива
Одной из важных характеристик систем видеонаблюдения является угол обзора объектива. От него напрямую зависит количество и возможные места установки камер на объекте. Угол обзора объектива определяет величину видимого объекта и масштаб изображения в кадре.
Из этой схемы видно, что на величину угла обзора напрямую влияет не только фокусное расстояние объектива, но и размеры матрицы:
И если с фокусное расстояние определить довольно легко, зная модель объектива, то с размером матриц не все так просто.
Размер матрицы видеокамеры
В зависимости от соотношения сторон (4:3 или 16:9), у матриц с одной и той же диагональю физические размеры различны (Таблица 1). Поэтому, например, камера на матрице 1/3’’ с соотношением сторон 4:3 дает больший угол обзора по вертикали и меньший по горизонтали, чем камера на матрице с такой же диагональю, но соотношением 16:9.
| Формат матрицы | Диагональ матрицы (мм) | Соотношение сторон | |||
| 4:3 | 16:9 | ||||
| Ширина (мм) | Высота (мм) | Ширина (мм) | Высота (мм) | ||
| 1/4 | 4.23 | 3.39 | 2.54 | 3.69 | 2.08 |
| 1/3 | 5.64 | 4.52 | 3.39 | 4.92 | 2.77 |
| 1/2.8 | 6.05 | 4.84 | 3.63 | 5.27 | 2.96 |
| 1/2.7 | 6.27 | 5.02 | 3.76 | 5.47 | 3.07 |
| 1/2.5 | 6.77 | 5.42 | 4.06 | 5.90 | 3.32 |
| 1/2 | 8.47 | 6.77 | 5.08 | 7.38 | 4.15 |
В целях облегчения подбора совместимой оптики и расчета углов обзора обычно заявляют ближайшее из стандартных значений для диагонали матрицы: 1’’, 1/2’’, 1/2.5’’, 1/2.7’’, 1/2.8’’, 1/3’’, 1/4’’. При этом измерять ее принято в видиконовых дюймах. Эта единица измерения, равная 2/3 обычного дюйма, была введена со времен зарождения телевидения, когда приёмным элементом в телекамере служила электронная трубка («видикон»), а размер обозначал её диаметр (в который должен был вписываться с запасом снимаемый кадр).
Помимо этого необходимо помнить, что на некоторых режимах работы камеры часть пикселей матрицы не используется. Поэтому при определении угла обзора следует говорить не столько о размере матрицы, сколько о размере активной области матрицы.
Для наглядности приведем несколько примеров:
N1000 (Рис. 2): для всех возможных режимов работы активная область матрицы остается неизменной.
Рис. 2 N1000. 0.3 Мп, VGA, 1/4’’Размер матрицы: 3.7 х 2.77мм, диагональ 4,62 мм=1/3.67 видиконовых дюйма (ближайшее значение 1/4’’).
N37210 (Рис. 3): в зависимости от режима работы активная область матрицы изменяется почти на 30% по вертикали и 25% по горизонтали.
Рис. 3 N37210. 2 Мп, FullHD, 1/2.7’’Размер матрицы: 5.71 х 3.14 мм, диагональ 6.52 мм=1/2.6 видиконовых дюйма (ближайшее значение 1/2.7’’). При разрешении 1024х768 размер активной области матрицы уменьшается до 4.58 х 2.32 мм.
BD2570 (Рис. 4): в зависимости от режима работы активная область матрицы изменяется почти на 50% по вертикали и 25% по горизонтали.
Рис. 4 BD2570. 5 Мп, 1/2.5’’Размер матрицы: 5.61 х 4.31 мм, диагональ 7.08 мм=1/2.39 видиконовых дюйма (ближайшее значение 1/2.5’’). При разрешении 1280х720 размер активной области матрицы уменьшается до 4.22 х 2.21 мм.
Из этих примеров видно, что величина матрицы может отличаться от указанной в паспорте, а размер ее активной области — меняться в зависимости от режима работы.
Однако, при вычислении угла обзора следует учитывать не только эту особенность, но и тот факт, что аберрации реального объектива приводят к усложнению расчетов.
В большинстве объективов, используемых в CCTV, повышение качества изображения осуществляется путем усложнением оптической системы с целью уменьшения аберраций, влияющих на разрешающую способность. Это часто приводит к увеличению геометрических аберраций, таких как дисторсия (рис. 5), воспринимаемых как побочный эффект.
Рис. 5 Идеальное изображение без дисторсии (а), изображение с дисторсией типа «подушка» (б), изображение с дисторсией типа «бочка» (в)Например, положительная дисторсия сокращает угол обзора непропорционально быстро при уменьшении активной области матрицы (синяя рамка на рис. 6).
Рис. 6 Кадры, сделанные объективом с дисторсией (а) и объективом без дисторсии (б)Этот эффект наблюдается как при смене режимов работы одной и той же камеры, так и при установке объектива на матрицы разных форматов. Например, видимый угол обзора у 8-мм дисторзирующего объектива на матрице 1/2 может быть как у 6-мм, а на матрице 1/3 — как у 7-мм.
Непропорциональное уменьшение угла обзора реального объектива с положительной дисторсией объясняется смещением фокальной плоскости в центре кадра, в отличие от идеального объектива (рис. 7), для которого верны соотношения
Рис. 7 Оптическая схема идеального объектива (а) и реального объектива с положительной дисторсией (б)Таким образом, спрогнозировать, какими будут качество и масштаб видеоизображения для пары «камера-объектив» можно достаточно точно только если учитывать все влияющие на это параметры видеосистемы. Универсальный калькулятор BEWARD позволяет не просто вычислить области видимости и углы обзора, но и подобрать подходящие объективы для камер BEWARD.
Дисторсия. Как откорректировать дисторсию. Основы фотографии. Оптические искажения объектов
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.
Я думаю, многие читатели не раз замечали, что изображение на фотографии отличается от того, что мы видим своими глазами. Отчасти это связано с особенностями передачи перспективы при разном фокусном расстоянии. Об этом подробнее можно почитать в статье про . Помимо этого, на изображении могут появляться дефекты в виде цветовых ореолов на контрастных участках, затемнения кадра по краям и изменения геометрии объектов. Эти недостатки можно смело отнести к оптическим искажениям объективов, вот о них и поговорим в сегодняшней статье.
Дисторсия
Дисторсия — это геометрическое искажение прямых линий, когда они выглядят искривленными. Не стоит путать дисторсию и искажение перспективы, в последнем случае прямые параллельные линии становятся сходящимися, но не искривляются. Существует два типа дисторсии по виду воздействия на картинку: подушкообразная — когда линии вогнутые и бочкообразная — когда они выпуклые.
Подушкообразная дисторсия, нормальное изображение и бочкообразная дисторсия
Конечно на практике изображение редко принимает такие уродливые формы, как на схеме. Более реальным примером эффекта может служить фотография в начале статьи с небольшой бочкообразной дисторсией.
В первую очередь дисторсия видна на зум-объективах, причем чем больше кратность зума, тем сильнее она заметна. Обычно в широкоугольном положении можно наблюдать «бочку», а в теле — «подушку». Между крайними положениями объектива недостатки оптики становятся не такими заметными. Кроме этого уровень искажений может изменятся и от дистанции до объекта, в некоторых случаях близкий объект может быть им подвержен, а отдаленный получится на фотографии нормально.
Хроматически аберрации
Второй вид оптических искажений, которые мы рассмотрим — это хроматические аберрации, довольно часто можно встретить сокращенное «ХА». Хроматические аберрации вызваны разложением белого света на цветовые составляющие, из-за чего объект на снимке имеет немного разные размеры в разных цветах и как следствие по его краю появляются цветные контуры. Часто невидимые в центре кадра, они становятся заметны у объектов расположенных ближе к краям изображения. ХА не зависят ни от значения фокусного расстояния, ни от диафрагмы, но чаще и сильнее проявляются опять же в зум-объективах. Это обусловлено необходимостью внесения в оптическую схему дополнительных элементов для устранения эффекта, что для объективов с переменным фокусным расстоянием заметно сложнее, чем для фиксов.
На снимке слева ХА особенно заметны на волосах (фиолетовый контур) и на решетке окон (бирюзовый).
Нельзя сказать, что хроматические аберрации сильно портят снимок, но на конрастных объектах, особенно в контровой подсветке они становятся весьма заметны и довольно сильно бросаются в глаза.
Виньетирование
Последний пункт — виньетирование, иными словами затемнение областей по краям кадра. Обычно его можно заметить на широкоугольных объективах при максимально открытой диафрагме. Этот эффект встречается довольно редко.
Не стоит путать виньетирование вызванное недостатками оптики и появившееся из-за дополнительных аксессуаров. На картинке выше края получились черными из-за нескольких достаточно толстых светофильтров накрученных на объектив. Аналогичный эффект может получится и при навинчивании длинной бленды.
Изначально все оптические искажения напрямую зависят от класса и типа оптики, которую вы используете. Дорогие серии объективов имеют сложные схемы расположения линз и множество дополнительных элементов, что сводит к минимуму подобные нежелательные эффекты. Более дешевые объективы, особенно зумы, вследствие упрощения конструкции, намного сильнее подвержены подобным проблемам.
Спешу разочаровать читателей, объективов полностью лишенных вышеперечисленных проблем просто нет. В той или иной степени даже дорогие модели оптики с постоянным фокусным расстоянием все равно искажают картинку, правда заметно это в основном по краям кадра. Хорошая новость в том, что в большинстве своем эти эффекты не очень сильно портят картинку и довольно легко могут быть устранены программно (об этом поговорим в следующей статье). Кроме этого на камерах с неполноформатной матрицей, а это все любительские зеркалки, края изображения в любом случае обрезаются и при использовании хорошей оптики видимые искажении минимальны.
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.
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
Что такое дисторсия в фотографии
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
Читать подробнее
Часто бывает так, что изображение на фотографии отличается от того, какое мы видим собственными глазами. Эти отличия выражаются в изменении геометрии объектов и перспективы, затемнении кадра по краям или появлении цветовых ореолов. Такие недостатки связаны с оптическими искажениями объективов, ведь любые стекла или зеркала немного искажают картинку. Поэтому, как это ни странно, но оптические искажения объектива практически невозможно полностью устранить, можно лишь уменьшить их проявление на готовой фотографии.
Зачастую в небольших искажениях объектива никакой особой проблемы нет, они совершенно незаметны на снимке. Но в некоторых случаях оптические искажения серьезно меняют характер снимка, и тут уже приходится задумываться над тем, как же бороться с искажениями снимков, сформированных системой оптики.
Тип и характер оптических искажений напрямую зависят от используемого объектива. Как известно, все объективы имеют такие важные характеристики, как фокусное расстояние, резкость, угол обзора и глубина резкости. Резкость оптики – это способность объектива различить и передать самую маленькую деталь в сцене. При отсутствии резкости говорят, что объектив «мылит». Сам по себе объектив представляет собой сложную оптическую систему, которая требует высокой точности и качества изготовления. Вследствие этого даже объективы из одного модельного ряда и с одинаковыми характеристиками могут отличаться друг от друга по качеству.
Большинство объективов характеризуются присутствием всевозможных аберраций, то есть оптическими искажениями на снимке, которые напрямую связаны с системой оптики. Эти аберрации по своему происхождению могут быть хроматическими или геометрическими. Многие фотографы-любители, впрочем, и не замечают этих искажений, просто потому что не знают, на что нужно смотреть, чтобы заметить аберрации.
Хроматические аберрации
Хроматические аберрации – это довольно распространенный вид оптических искажений объектива, который характеризуется появлением ненужных цветных ореолов и контуров на границах цветов. Хроматические аберрации вызваны не идеальностью оптики фотокамер, когда белый свет в линзах вначале расщепляется на цветовые составляющие, а затем соединяется назад в пучок. Но некоторая неточность этого соединения приводит к неприятным искажениям на снимке.
Хроматические (цветовые) аберрации на границе контрастных сред
Яркие разноцветные контуры, обрамляющие контрастные объекты — это и есть хроматическая аберрация. Такие искажения редко видны в центре кадра, зато они становятся заметны у объектов, расположенных ближе к краям изображения. Чаще всего этот вид оптических искажений можно наблюдать при использовании зум-объективов. Но на самом деле в той или иной степени хроматические аберрации присущи любому объективу.
В принципе, хроматические аберрации не так сильно портят снимок, ведь они проявляются, главным образом, по краям изображения. К тому же, зачастую они просто не слишком заметны. Но иногда, особенно при съемке контрастных объектов, подобные оптические искажения на готовой фотографии начинают резко бросаться в глаза.
Для того, чтобы снизить возможность возникновения неприятных хроматических аберраций, сегодня используются особые ахроматические линзы, состоящие из двух различных сортов стекла – крона и флинта. Если крон характеризуется низким коэффициентом преломления, то флинт, наоборот, высоким. Соответственно, грамотное сочетание этих двух материалов в оптической системе позволяет снизить вероятность появления хроматических аберраций практически до нуля.
Геометрические аберрации
Если хроматические аберрации связаны с искажениями цвета, то геометрические характеризуют свойство объектива искажать геометрию снимаемых объектов. Начинающие фотографы наверняка сталкивались с таким явлением, когда на фотографиях прямые линии вдруг выгибаются наружу, а стены неожиданно становятся кривыми. Все это геометрические искажения или дисторсия , бороться с которой можно при помощи регулировки диафрагмы. Уменьшая диаметр диафрагмы, фотограф, тем самым, уменьшает количество световых лучей, попадающих на края объектива.
Однако если слишком сильно прикрыть диафрагменное отверстие, то возникает другой оптический эффект, называемый дифракцией . Дифракция ограничивает детальность снимка вне зависимости от установленного разрешения изображения. То есть чрезмерное уменьшение диаметра диафрагмы приводит к тому, что достигнутая резкость перекрывается сглаживающим действием дифракции, вследствие чего уже возникают проблемы с детализацией изображения.
Геометрические аберрации делятся на два отдельных вида — бочкообразные и подушкообразные. Бочкообразные искажения характерны для широкоугольных объективов, когда центр кадра расположен ближе, чем края, вследствие чего центральная часть приобретает более выпуклую форму, а прямые линии выгибаются наружу.
Обратное «бочке» явление – это подушкообразные искажения, когда прямые линии, наоборот, выгибаются внутрь, вследствие чего кадр становится «вогнутым». Подушкообразные искажения характерны, в частности, для телевиков. Появлению бочкообразной дисторсии на фотографии способствует применение фотографом минимального значения зума, а подушкообразной – максимального зума. Чем больше кратность зум-объектива, тем более заметной на снимке выглядит дисторсия. Также на заметность геометрических аберраций влияет и дистанция до снимаемого объекта. В частности, близкий объект съемки может быть более подвержен геометрическим искажениям в кадре.
Различные проявления дисторсии объективов, то есть искривления прямых линий на снимке, можно убирать или корректировать с помощью средств современных графических редакторов. Профессиональные фотографы для этой цели обычно используют специальные программы для коррекции искажений, в числе которых можно назвать AdobeCamera RAW, Lightroom, Aperture и PTLens. Кроме того, в том же Photoshop существует инструмент LensCorrection с помощью которого можно корректировать оптические искажения.
Правда, к коррекции аберраций в графических редакторах необходимо подходить внимательно и осторожно, ведь при неаккуратной коррекции одни искажения будут просто меняться на другие, что может привести только к ухудшению снимка. Кроме того, не стоит забывать о том, что небольшие оптические искажения объектива и связанное с этим несовершенство снимка, в конечном счете, может пойти фотографии даже на пользу.
Иногда в практике фотографов встречаются и такие оптические искажения, как кривизна поля изображения. Этот эффект характеризуется, например, появлением размытых углов и нечетких краев. То есть в фокусе может находиться только либо центр изображения, либо его края. Нередко на фотографиях можно наблюдать и искажения перспективы, которые проявляются в сходимости на снимке двух исходно параллельных прямых. Такие искажения возникают, главным образом, из-за положения камеры, то есть линия зрения фотоаппарата не перпендикулярна параллельным прямым.
Наконец, довольно редко можно встретить эффект, называемый виньетированием . Это искажения, которые характеризуются падением яркости изображения от центра к краям, то есть затемнением картинки по краям кадра. Подобный эффект встречается при использовании широкоугольного объектива и максимально открытой диафрагме.
Итак, оптических искажений, вызванных особенностями оптической системы, большое количество. Тут важно понимать, что не существует ни одного объектива без каких-либо аберраций. Даже самые дорогие объективы от известных производителей могут демонстрировать некоторые искажения изображения. Это, в свою очередь, означает, что при выборе оптики не стоит ориентироваться исключительно на высокую цену объектива, полагая, что чем дороже, тем качественнее. Не стоит гнаться и за новыми, разрекламированными моделями объективов, если Вы уже являетесь обладателем оптики, которая Вас полностью устраивает.
Конечно, в дорогостоящих объективах, как правило, реализована более сложная конструкция с уникальной схемой расположения линз и множества дополнительных элементов, что должно свести к минимуму возникновение всевозможных оптических искажений. Однако, как мы уже отметили, ни один из объективов не может похвастаться тем, что он полностью лишен вышеупомянутых недостатков. Поэтому нужно выбирать оптику, которая нравится только Вам и соответствует Вашему ощущению фотографического качества. Стоит верить не техническим характеристикам объектива, заявленным компанией-производителем, а только хорошим, качественным фотографиям.
Но даже если Вы стали обладателем объектива, который иногда демонстрирует некоторые искажения изображений – это не беда. Ведь если досконально изучить особенности «поведения» конкретного объектива, то все его недостатки можно умело компенсировать своим фотографическим мастерством. В любом случае большинство оптических искажений объектива не так сильно портит картинку и их можно легко устранить программными средствами при обработке отснятых фотоизображений.
Дисторсия объектива что это: как она появляется при фотографировании
Что такое дисторсия объектива и как её убрать
Дисторсия – это оптическое искривление прямых линий объекта, характерное для широкоугольных линз.
Результирующая картинка не будет геометрически подобна исходной, разве что в середине, но чем ближе к краям, тем заметнее будет искривление. На резкость картинки дисторсия не повлияет.
Виды
Дисторсия объектива при фотографировании может быть бочкообразной (выпуклой) и подушкообразной (вогнутой). Фотографы называют их куда проще: «бочка» и «подушка».
С вогнутой дисторсией больше знакомы обладатели телеобъективов, именно у них получается более плоская картинка.
Встречается и комплексная дисторсия, характеризующаяся искажениями разного типа и интенсивности на различных участках картинки. Такую сложно будет исправить в фоторедакторах, потому что искривление будет идти «волнами».
Причины возникновения
Снимая на портретник или телевик, вы вряд ли увидите дисторсию. Особенно заметной она становится, если через весь кадр проходят прямые линии, например, в съемке архитектуры сверхширокоугольным объективом.
У нашего мозга своеобразное восприятие «правильного», он считает, что, например, стены здания параллельны, и если они сходятся на фото, то картинка противоречит действительности. А с точки зрения техники, это не искажение, а естественная передача 3D-пространства.
Дисторсия возникает в случае, если разные части изображения различаются при линейном увеличении. Например, если Вы снимаете высокие здания с нижнего ракурса, так, что фотоаппарат наклонен, дисторсия практически неизбежна, особенно если у вас дешевенький зум-объектив. Отдайте предпочтение объективам с постоянным фокусным расстоянием и качественным дорогим стеклам – с переменным.
Как избежать
Во-первых, приобретайте качественные объективы. Думайте о цели съемки: иногда ситуацию спасает использование более широкоугольного объектива. И больше двигайте ножками: отходите от объекта съемки дальше и пользуйтесь функцией приближения, если у Вас качественный зум.
Во-вторых, в определенных случаях решить такую проблему возможно, если воспользоваться объективом еще более широкими углами.
В тройке самых востребованных для профессиональных фотографов они оказались «в компании» объективами для портретов и телевизионными объективами. Объектив, снабженный широкими углами, изменяет перспективу, раздвигая рамки необходимого фото.
Обратите внимание
Тогда приближенные объекты придвигаются, становясь ближе, а дальние удаляются еще на большее расстояние. Это дает в дальнейшем хорошие шансы свободнее кадрировать снимок.
В-третьих, убрать дисторсию с уже сделанного фото, приведя его к более гармоничному и пропорциональному виду возможно, пользуясь уникальной и простейшей опцией в Adobe Photoshop, или же поработать с фото в каком-то другом доступном редакторе для графических изображений. Этим тоже нередко пользуются профессионалы в своей работе.
Но рациональнее всего купить себе качественный (дорогой) объектив, чтобы избегать проявления оптических искажений изображения на снимках.
Хотя, правды ради, стоит заметить, что дисторсия – это не заведомо отрицательный эффект. Если вы хоть однажды фотографировали на фишай (рыбий глаз), то это тоже своего рода фишка, которая многим нравится.
И выглядит это достаточно ярко и необычно, хоть и есть яркой демонстрацией дисторсии.
Если уже на съемке вы понимаете, что коррекция дисторсии обязательна, то сразу снимайте «с запасом» по краям фотографии: та композиция, что Вы выстраиваете сейчас, сильно порежется при компенсации искривлений.
Но не гонитесь за идеальным объективом: его не существует. При нынешних технических возможностях невозможно зафиксировать объект на фотографии именно таким, какой он в реальности, все равно будут незначительные искажения. Ваша задача при выборе оптики – остановиться на той, что минимизирует возможные несовершенства.
Если Вы когда-нибудь держали в руках объектив fisheye (рыбий глаз), то уже должны были видеть яркий пример дисторсии, только на фишае это фишка, которая всем знакома и нравится. Фотографии, снятые рыбьим глазом, корректируют крайне редко. Результатом съемки на фишай становится круговая картинка, а кадр по-прежнему прямоуголен. Такие объективы есть и у Canon, и у Nikon.
Важно
Также при фотографировании создадут дисторсию tilt-shift объективы, к которым намеренно прибегают любители архитектурной и технической съемки. Эта оптическая конструкция с возможностью наклона и сдвигом, позволяющими контролировать перспективу.
Если Вам жаль денег на такой объектив, можете попробовать добиться похожего эффекта в фотошопе.
Избавляемся от проблемы в фотошопе
Итак, Вы пришли к мысли о том, что искажения на фотографии заметны невооруженным глазом простому зрителю, и думаете, как убрать дисторсию в фотошопе, то это всё это дело займёт у вас всего пару минут.
Вкладки: Filter -> Distort -> Lens Correction, либо в другой версии программы Filter -> Lens Correction.
Вам останется просто подвигать ползунок влево и вправо до получения оптимального результата.
В лайтруме вам нужны будут модули Develop -> LensCorrections.
Если актировать профиль коррекции объектива «Enable Profile Corrections», то исправление дисторсии программой происходит автоматически.
Если она чуть ошибется, подправьте вручную во вкладке Amount -> Distortion. Если Вы любитель всё контролировать, Для Вас есть Manual – абсолютно ручной режим коррекции искривлений.
Есть и другие программы для коррекции, например, DXOOpticPro, исправляющая искривление (и не только) автоматически.
Учтите, что после компенсации нежелательного эффекта в картинку добавится пустое пространство, придется ее кадрировать, а это может печально сказаться на композиции.
В принципе, если дисторсия не так уж бросается в глаза, можно не тратить время на коррекцию.
Выводы
- Не жалейте деньги на покупку хороших объективов, которые позволят Вам снимать с минимизацией постобработки фотографий.
- Если Вам очень хочется сфотографировать объект, но с собой не те стёкла, лучше снимайте с искажениями, чем не снимайте вовсе. Потом скорректируете дисторсию в фоторедакторе.
- Дисторсия может испортить Ваш снимок или сделать его необычным. Оцените, нужна ли коррекция дисторсии изображения в фотошопе, или именно в этом конкретном случае получился красивый художественный эффект? Оставляйте как есть, если фотография выглядит оригинально
Источник: http://StuffOnly.net/uroki/osnovy-fotografii/teoriya/distorsiya.html
Что такое дисторсия в фотографии
Категории: ФототехникаСтили в фотографииСвоими рукамиРедактированиеТеория
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».
Совет
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.
Источник: http://FotoMtv.ru/stati/chto_takoe_distorsiya_v_fotografii/
Дисторсия объектива — что это такое и как влияет на съемку
Когда при ведении фотосъемки используются широкоугольные объективы, возникает искажение прямых линий предметов.
Получается дисторсия объектива, что это изменение прямолинейности и потеря геометрической совершенности во время фотографирования.
Если сравнивать исходные сцены и получаемые после фотографирования, то будут заметны различные искривления, в особенности на крайних участках кадра.
Различаются разные виды данного явления, поэтому профессионалам и любителям фото приходится сталкиваться с:
- Выпуклыми дисторсиями,
- Вогнутыми искривлениями,
- Комплексными искажениями.
И каждый вариант искривления имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при получении очередного кадра с использованием широкоугольных линз.
Почему появляются дисторсии?
Если любители не знакомы с таким понятием, как дисторсия объектива, что это, то профессиональные фотографы нередко сталкиваются с подобными явлениями и им известны причины их появления и даже методы борьбы с ними. Вогнутые искривления чаще всего возникают при пользовании телеобъективами, а вот комплексные дисторсии могут появиться и на широкоугольниках.
Иногда фотографу попадаются такие кадры, где один участок получается бочкообразным, а другой – вогнутым. Хотя современные фотографы оснащены новейшим оборудованием и имеют возможность редактировать полученные кадры, но это не всегда спасает при наличии комплексных искажений.
Обратите внимание
Всевозможные искажения с трудом воспринимаются человеческим мозгом, и поэтому зрителю сложно смириться с потерей геометрической правильности. Причиной возникновения такого явления может стать сильное различие между участками фотографируемых объектов.
Если ведется фотосъемка с нижнего ракурса многоуровневого сооружения при наклоненном фотоаппарате. Нужно иметь мощный и качественный широкоугольный объектив с постоянной фокусировкой, чтобы избежать подобных искажений.
Каким образом избегать дисторсии?
Если вы уже знаете, дисторсия объектива что это, то следующим этапом становится желание узнать, как этого неприятного явления избежать. Необходимо пользоваться при фотосъемке качественными фотообъективами, а также нужно ставить перед фотографированием задачи, чтобы не провоцировать появление искривлений.
Во время проведения съемки необходимо выполнять больше движений, чтобы получить максимально удобный ракурс, и тогда есть шанс уйти от возникновения дисторсии. Даже если появятся небольшие искривления, их можно быстро исправить при редактировании фотографии.
Не всегда фотограф располагает достаточным количеством времени, чтобы долго настраиваться и выбирать расстояние для фотографирования, кроме того, экскурсии обычно проходят быстро и сложно успеть запечатлеть памятник архитектуры правильно.
Но есть отличный вариант – это фотографирование с запасом, и тогда у вас будет возможность удалить в процессе редактирования все ненужные участки, а качественный снимок останется. Нужно компенсировать искажения, и вы всегда сможете добиться положительного результата.
Полностью отразить реальность на фотоаппарате все равно не получится, каким бы современным и инновационным он не был, поэтому погоня за идеальными кадрами все равно ни к чему не приведет.
Еще одним выходом из подобной ситуации может стать объектив fisheye, который после получения кадра не требует дополнительной обработки. Подобные виды оборудования выпускаются известными брендами Canon и Nikon. Отличные кадры с минимальным количеством искажений получаются при использовании tilt-shift объективов.
Архитектурная и техническая фотосъемка может стать быстрой и качественной, если пользоваться данными типами объективов. При помощи таких оптических устройств можно вести постоянный контроль за перспективой.
Но если все-таки искажения получились слишком заметными и они портят кадр, возникает необходимость поработать в таком программном обеспечении, как фотошоп, где имеются различные инструменты, созданные специально для этих целей.
Необходимо овладеть программой и периодически использовать ее для проведения редактирования.
Источник: http://novoptic.ru/distorsiya-obektiva-chto-yeto-takoe-i-ka/
Аберрация, дисперсия и дисторсия объектива
Аберрациями в фотографии называют искажения снимков, сформированные системой оптики. В зависимости от природы происхождения аберрации бывают хроматическими и геометрическими. Причиной возникновения хроматических (то есть цветовых) аберраций является неидеальность оптики фотоаппаратов.
Фактически этот вид искажения можно назвать свойством объектива, потому что в той или иной мере оно присуще любому из них. Чем ниже качество используемой оптики, тем больше цветовых искажений наблюдается на снимках.
Часто на фотографиях, сделанных дешевыми «мыльницами», наблюдается яркая разноцветная кайма, обрамляющая контрастные объекты. Это и есть хроматическая аберрация.
Хроматические (цветовые) аберрации на границе контрастных сред
Для минимизации этого вида искажений были созданы специальные ахроматические линзы, состоящие из двух различных сортов стекла.
Важно
Один из них – крон, обладает низким коэффициентом преломления, второй – флинт, наоборот, высоким. Правильное сочетание этих двух материалов позволяет свести видимую хроматическую аберрацию практически к нулю.
Само же оптическое явление, при котором лучи света с разными длинами волн преломляются под разными углами, называется дисперсией стекла.
Не меньшей головной болью начинающих фотографов, чем цветовые, являются аберрации геометрические.
Искажение, при котором точки объекта, расположенные за пределами оптической оси, на снимке отображаются в виде затемнений или линий, называется астигматизмом. Объекты на фотографии при астигматизме выглядят искривленными, изогнутыми и немного размытыми. Таким образом, астигматизм наряду с хроматическими аберрациями оказывает влияние на резкость изображения (пусть и в меньшей степени).
Астигматизм в фотографии
Если контуры объектов на фотографии имеют неестественно вогнутую или выпуклую форму, и это не является художественным замыслом, такой вид геометрической аберрации называется дисторсией. В первом случае (когда линии вогнуты внутрь) речь идет о бочкообразном искажении, во втором – о подушкообразном.
Бочкообразность – дом и забор наклонены к центру кадра
Дисторсии возникают в результате изменения линейного увеличения, обеспеченного оптикой, по полю изображения.
Иными словами, световые лучи, проходя через центр линзы, сливаются в точке, расположенной дальше от линзы, чем лучи, которые проходят через ее края.
Появлению бочкообразной дисторсии, как правило, способствует применение минимального значения зума, подушкообразной – соответственно, максимального. Наиболее явно искажение проявляется при использовании широкоугольных объективов.
Для снижения дисторсий применяется асферическая оптика. Благодаря включению в конструкцию объектива линзы с эллиптической или параболической поверхностью геометрическое подобие между объектом фотографии и его изображением восстанавливается. Разумеется, стоимость производства таких линз значительно превосходит цену изготовления сферической оптики.
Незначительные проявления дисторсии легко корректируются средствами графического редактора.
Совет
Вид геометрической аберрации, препятствующий формированию объективом плоского изображения, называется кривизной поля изображения. При таком искажении в фокусе может находиться или центр изображения, или его края.
Корректировка кривизны поля изображения осуществляется внесением изменений в сборку объектива. При этом обязательным условием является соблюдение правила Пецвала, определяющего качество элементов объектива.
Если обратная величина произведения фокусного расстояния и показателя преломления одного элемента в сумме с общим числом элементов дает ноль, значит, этот элемент хорош.
Результат этих расчетов именуется суммой Пецвала.
Интересно, что техникой исправления кривизны поля фотографы не владели вплоть до середины XIX века. Но это ничуть не мешало им заниматься художественным фото. Размытые углы и нечеткие края прикрывались замысловатыми виньетками, а портреты (с целью минимизации искажений) обрамлялись в овальные рамы.
Сложная аберрация, влияющая исключительно на световые лучи, проходящие через объектив под углом, называется коматической (или просто комой). На снимках кома проявляется в размытости отдельных точек изображения в форме кометы.
«Хвост» кометы при этом может быть направлен к краю снимка (позитивная кома) или к его центру (негативная кома). Это искажение тем заметнее, чем ближе точка к краю снимка.
Те же лучи света, которые проходят четко через центр объектива, коматической аберрации не подвержены.
Большинство геометрических аберраций можно снизить при помощи регулировки диафрагмы. Уменьшая ее диаметр, фотограф уменьшает одновременно и количество лучей, попадающих на края объектива. Но пользоваться этой возможностью нужно аккуратно. Потому что чрезмерное дифрагмирование приводит к росту величины дифракции.
Дифракция – это оптический эффект, ограничивающий детальность снимка вне зависимости от установленного разрешения изображения. Причиной его возникновения является рассеивание светового потока при прохождении через диафрагму.
Многие новички, стремясь увеличить глубину резкости, прикрывают диафрагменное отверстие до такой степени, что достигнутая резкость перекрывается сглаживающим действием дифракции. Этот эффект принято называть дифракционным пределом. Знание его величины позволяет избежать проблем с детализацией изображения.
Для расчета дифракционного предела используется специальный калькулятор, доступный для бесплатного скачивания на большинстве специализированных сайтов.
Дифракция
При выборе фотоаппарата следует помнить, что объективов без аберраций не существует. Во всяком случае, пока. Даже самая дорогая оптика демонстрирует некоторые искажения изображений.
Обратите внимание
Корректировка одного вида нарушений ведет к усилению другого – и этот процесс не имеет конца. Но для того, чтобы стать хорошим фотографом, совершенно необязательно дожидаться изобретение идеальной линзы.
Достаточно изучить особенности конкретного объектива – и нивелировать его недостатки собственным мастерством.
Источник: Фотокомок.ру – изучаем основы фотографии (при копировании или цитировании активная ссылка обязательна)
Источник: http://www.fotokomok.ru/aberraciya-dispersiya-i-distorsiya-obektiva/
Как провести коррекцию объектива камеры
Коррекция объектива помогает скомпенсировать несовершенства, присутствующие почти в каждом снимке. Среди может быть затемнение по краям кадра, прямые линии могут искривляться, а вокруг предметов появится цветная обводка.
Хотя подобные вещи часто незаметны на исходной фотографии, преимущества от их отсутствия почти всегда есть. Однако, при неосторожном подходе коррекция объектива только ухудшит снимки.
В зависимости от субъекта, некоторые несовершенства могут даже быть выгодными.
До редактирования
После редактирования
Результат после избавления от виньетирования, дисторсии и хроматических аберраций. Разница станет еще очевиднее, если смотреть в полноэкранном режиме.
Обзор
Три самых распространенных коррекции объектива направлены на устранение следующих проблем:
Виньетирование
Дисторсия
Хроматическая аберрация
- Виньетирование. Его эффект – постепенное затемнение по краям изображения.
- Дисторсия. Прямые линии выгибаются внутрь или наружу.
- Хроматическая аберрация. Эта проблема проявляется как цветная обводка вокруг высококонтрастных граней.
Однако, ПО для коррекции объектива обычно может исправить только некоторые типы каждого несовершенства, поэтому главное – распознать их. В следующих разделах будут описаны типы и причины возникновения каждого дефекта. Вы узнаете, когда можно применить коррекцию, и в первую очередь как минимизировать несовершенства.
Для этого урока подойдет большинство программ, но самые популярные варианты среди прочих: Adobe Camera RAW, Lightroom, Aperture, DxO Optics и PTLens.
1. Виньетирование
Этот дефект описывается как постепенное уменьшение света вокруг краев фотографии и это, пожалуй, самая заметная и простая в устранении проблема.
Внутреннее виньетирование
Физическое виньетирование
Обратите внимание на то, что внутреннее виньетирование наиболее проблемно лишь в верхнем левом и нижнем правом углах из-за предмета съемки, даже учитывая, что эффект одинаково применяется со всех сторон.
Дефект устранен
Виньетирование можно разбить на две основные категории:
Физическое. Часто его невозможно исправить кроме как прибегая к обрезке или ручному освещению/клонированию. Выглядит как сильное, резкое затемнение, появляющееся обычно только в самих углах снимка. Причины – нагроможденные/большие фильтры, крышки объектива или другие объекты, физически блокирующие свет вокруг края кадра.
Внутреннее. Обычно легко корректируется. Выглядит как плавное, часто слабое затемнение от центра изображения. Появляется из-за внутренней работы определенного объектива или камеры.
Обычно этот тип становится наиболее заметным с меньшими f-числами, при использовании зума или широкоугольных объективов, а также при фокусировании на отдаленных предметах.
Цифровые зеркальные камеры с кропнутым сенсором обычно менее подвержены появлению виньетирования из-за того, что темные грани просто обрезаются (в отличие от полнокадровых моделей).
- Техническое примечание: Внутреннее виньетирование состоит из двух категорий: оптическое и натуральное. Первое можно минимизировать, диафрагмируя объектив (использовать большие f-числа), но второй тип не зависит от настроек объектива. Поэтому натуральное виньетирование неизбежно, если не использовать объектив с меньшим углом обзора или специальный корректирующий фильтр, который отбрасывает свет к центру изображения (редко используется где-то кроме крупноформатных камер).
Коррекция
Виньетирование часто можно исправить при помощи одного только слайдера «количество», хотя иногда может потребоваться изменить центр коррекции, используя слайдер «средняя точка» (он используется редко). Однако, коррекция увеличит количество шума вокруг краев, так как цифровое осветление снимка одинаково усиливает сигнал и шум.
Слайдеры коррекции виньетирования в Photoshop.
Искусственное виньетирование. Некоторые фотографы намеренно добавляют эффект виньетирования своим фотографиям, чтобы привлечь внимание к центральному субъекту и сделать края кадра менее резкими. Однако, вам может потребоваться применить эффект после того, как снимок будет обрезан (иногда это называют «виньетирование после обрезки»).
2. Дисторсия: Бочка, подушка и перспектива
Этот вид несовершенства заставляет прямые линии выглядеть выгнутыми наружу или вогнутыми внутрь, а также влияет на передачу глубины.
Подушкообразная дисторсия
Бочкообразная дисторсия
К самым распространенным категориям дисторсии относятся:
Подушкообразная. Прямые линии будто вгибаются внутрь снимка. Обычно появляется у телеобъективов или на телефотографическом конце зумного объектива.
Бочка. Прямые линии выгибаются наружу. Чаще всего проявляется при работе с широкоугольными объективами или на широкоугольном конце зумного объектива.
Искажение перспективы. Проявляется, когда параллельные линии сходятся. Причина – камера не направлена перпендикулярно этим параллельным линиям; при съемке деревьев и архитектуры это обычно значит, что камера не направлена на горизонт.
При работе с пейзажной фотографией дисторсию горизонта и деревьев обычно наиболее легко заметить. Размещение горизонта вдоль центра изображения поможет минимизировать проявление всех трех типов дисторсии.
Синяя точка – направление камеры; красные линии – сходящиеся параллельные линии.
- Техническое примечание: Дисторсия перспективы – не совсем настоящая дисторсия из-за того, что она является естественной характеристикой трехмерного зрения. Мы видим это своими глазами, но наш мозг знает корректное расположение объектов в 3D-пространстве и поэтому не воспринимает линии как сходящиеся. Если хотите узнать больше, почитайте уроки о широкоугольных объективах и использовании tilt-shift объективов для контроля перспективы.
Коррекция
К счастью, каждый из вышеперечисленных типов можно исправить. Однако, это стоит делать только в случае необходимости, например, с субъектами, включающими прямые линии или чем-то очень геометричным. Например, архитектурная фотография – самая чувствительная сфера, в то время как при ландшафтной съемке дисторсия почти не присутствует.
Слайдеры коррекции дисторсии в Photoshop
У ПО для обработки обычно есть слайдеры для исправления подушко- и бочкообразной дисторсии, а также горизонтальное/вертикальное исправление перспективы. Однако, убедитесь, что используете функцию наложения сетки (если она имеется), чтобы иметь возможность оценить результат своей работы.
Недостатки
Коррекция дисторсии обычно требует обрезки искривленных граней кадра, что может повлиять на композицию.
Она также перераспределяет разрешение снимка; при избавлении от подушкообразного искривления, края станут немного более резкими (за счет центра), в то время как устранение бочкообразной дисторсии сделает резким центр (за счет граней).
При работе с широкоугольным объективом, бочкообразная дисторсия – неплохой способ компенсации смягчения граней, которое является частым последствием использования этого объектива.
3. Хроматические аберрации
Хроматическая аберрация (ХА) выглядит как неприглядная цветная обводка вокруг высококонтрастных краев. В отличие от двух других недостатков, хроматические аберрации обычно заметны только при большом масштабе на компьютере или при крупной печати.
Снимок до коррекции
До и после с масштабом 100%
Вышеприведенная коррекция эффективна, так как ХА в большинстве принадлежала к легко устраняемому латеральному типу.
Типы и причины
Хроматические аберрации – пожалуй, самый разнообразный и сложный дефект. Его распространение во многом зависит от субъекта. К счастью, ХА легко понять, разделив их как минимум на три феномена:
Латеральные (Боковые).
Осевые.
Блюминг.
- Техническое примечание: Чистые боковые ХА случаются, когда цветовые составляющие изображения сняты с разными относительными размерами (но они все резко сфокусированы). В случае с осевыми ХА, они появляются при одинаковом относительном размере цветовых составляющих, но некоторые из них оказываются вне фокуса. Блюминг же проявляется, когда обе проблемы присутствуют в малом масштабе на микролинзе сенсора вместо проявления по всей ширине снимка на объективе камеры.
Латеральные (Боковые). Самый простой в коррекции тип. Проявляется как противоположная двухцветная кайма, идущая радиально от центра снимка, увеличиваясь по краям. Самая распространенная комбинация цветов – бирюзовый/пурпурный вместе с потенциальным синим/желтым компонентом.
Осевые. Не поддаются исправлению или поддаются лишь частично с побочными эффектами. Проявляются как одноцветное сияние вокруг всех краев контрастных деталей, также менее варьируются в зависимости от позиции на снимке. Сияние часто багрянистое, но его цвет и размер может иногда быть скорректирован смещением автофокуса вперед или назад.
Блюминг. Обычно можно исправить.
Это – уникальный феномен цифровых сенсоров, который становится причиной обрезки избыточного света, создавая разнообразную цветовую обводку на уровне сенсора, обычно синего или багрового цвета.
Чаще всего проявляется при резкой, обрезанной зеркальной подсветке на компактных камерах с высоким разрешением. Классический пример – края верхушек деревьев и листва на фоне яркого белого неба.
Все снимки имеют определенные комбинации вышеперечисленных типов, хотя их относительная распространенность может очень сильно варьироваться в зависимости от содержимого снимка и объектива. Латеральные и осевые ХА чаще присутствуют в недорогих объективах, в то время как блюминг проявляется в более старых компактных камерах; при этом, все аберрации более заметны в высоком разрешении.
- Техническое примечание: Хотя осевые ХА и блюминг обычно распределяются равномерно вокруг всех краев, они могут не проявляться равномерно во всех направлениях, в зависимости от цвета и яркости конкретного края. Из-за этого их часто можно спутать с латеральными ХА. Латеральные и осевые ХА иногда также называют поперечными и продольными соответственно.
Коррекция
Сокращение хроматических аберраций может создать огромную разницу в резкости и качестве снимка – особенно вокруг краев кадра. Однако, убрать можно только некоторые компоненты ХА.
Трюк состоит в том, что нужно распознать и применить правильные инструменты отдельно для каждого компонента, не ухудшив остальные.
Например, сокращение осевых ХА в одной области (при ошибочном применении инструментов для латеральных ХА) сделает остальные участки хуже.
Слайдеры коррекции хроматических аберраций в Photoshop
Начните с высококонтрастных краев рядом с углом фотографии, просматривая ее в полном экране с масштабом 100-400%, чтобы оценить эффективность коррекции.
Обычно лучше всего начинать с латеральных ХА, используя слайдеры красный/бирюзовый, а затем синий/желтый, поскольку от них легче всего избавиться. Все, что останется после, является комбинацией осевых ХА и блюминга.
От их можно почистить при помощи инструмента Убрать кайму (Defringe) в Photoshop. Не важно, с какими настройками вы начинаете, ключ к нужному результату – экспериментирование.
Кусочек взят из верхней левой части снимка с закатом, приведенным ранее.
Однако, не ждите чудес; почти всегда некоторая доля блюминга и осевых ХА останется. Это особенно правдиво в случаях с яркими источниками света при ночной съемке, звездами и прямыми отражениями на металле или воде.
Осевое ХА и блюминг
Дефекты сокращены (но все же присутствуют)
Автоматические профили коррекции объективов
Современные программы для работы с RAW часто оборудованы функцией коррекции объектива при помощи заранее подготовленных параметров для огромного количества сочетаний камер и объективов. Если такая возможность есть, она может сохранить множество времени. Adobe Camera RAW (ACR), Lightroom, Aperture, DxO Optics и PTLens имеют эту функцию в самых свежих версиях.
Не бойтесь использовать их не только с настройками по умолчанию в 100% (полная коррекция). Некоторые, например, предпочитают сохранять небольшое виньетирование и дисторсию, но полностью корректировать хроматические аберрации. Хотя в случае с ХА, лучшие результаты обычно достигаются при ручной работе.
Если вы используете коррекцию объектива как часть процесса постобработки, порядок выполнения может влиять на результат. Удаление шума обычно эффективнее перед удалением ХА, но усиление резкости нужно производить после, так как это может помешать чистке ХА. Хотя, если вы используете программы для работы с RAW, можете особо не волноваться о порядке – все коррекции будут разумно применены.
Источник: https://photo-monster.ru/books/read/kak-provesti-korrektsiyu-obyektiva-kameryi.html
Дисторсия. Как откорректировать дисторсию
Я обожаю фотографировать на широкий угол. Если бы мне кто-то сказал выбрать один объектив, который я могу взять с собой в путешествие – это несомненно был бы широкоугольник! Как результат – у меня очень много фоток сделанных широким углом.
Основная проблема всех широкоугольников – это оптическое искривление, которое называется дисторсия (от distorsio лат. – искривление).
Если вы посмотрите на фотографию выше, то заметите что все линии не ровные, это яркий пример оптической дисторсии. Теперь наведите на фотографию мышкой и увидите, как должно быть. Итак, дисторсия это оптическое искажение, которое характерно для вашего объектива.
Важно
Дисторсия бывает двух видов – бочкообразная (выпуклая дисторсия) и подушкообразная (вогнутая дисторсия):
Дисторсия характерна для широкого угла. Вы не заметите дисторсию на телевиках или на портретниках. Поэтому чаще всего дисторсию приходится корректировать когда вы фотографируете на широкоугольную линзу.
Особенно дисторсия ощутима если на фотографии много прямых линий через весь кадр, например, когда вы фотографируете архитектуру какой-нибудь сверхширокоугольной линзой (к примеру Tokina 12-24mm) вам обязательно придется исправлять дисторсию.
И все-таки дисторсия это не всегда плохо. Если вы когда-либо фотографировали на фишай (рыбий глаз) то вы видели ярко выраженный пример оптической дисторсии, только на рыбьем глазе дисторсия это фишка, которая всем нравится. Выглядит это примерно так (Nikon Fisheye 10.5mm):
Наведите на последний кадр и вы увидите фотографию на которой скорректирована дисторсия.
Как убрать дисторсию.
Если у вас есть фотошоп, убрать дисторсию проще простого. Вам нужно зайти в меню Filter, перейти на вкладку Distort и выбрать подменю Lens Correction. Теперь, передвигайте ползунок влево или вправо, до необходимого результата:
Естественно на коррекцию дисторсию у вас уйдет немало времени, поэтому не каждый захочет её корректировать. И в этом случае есть панацея. Называется она DXO Optic Pro.
С помощью этой мудрённой программы вы можете корректировать дисторсию (и не только) автоматически. Все что вам нужно, это установить программу и загрузить плагин для вашей камеры и объектива, всё остальное программа сделает автоматически.
Последнюю фотографию снятую фишаем я корректировал именно в ней.
Самое главное, вы должны понять, стоит ли вам тратить время на коррекцию дисторсии или вы можете оставить все как есть. Лично я корректирую дисторсию крайне редко, и в том случае если она отчетливо видна невооруженным глазом.
Если вам понравилась статья, и вы хотите поддержать проект “Про Фото”, это легко сделать. Любая помощь будет принята с благодарностью.
Константин
Источник: http://review.lospopadosos.com/distorsiya-kak-otkorrektirovat-distorsiyu
Свойства объектива. Аберрация, а также дисперсия и дисторсия
В этой статье мы расскажем об особенностях некоторых объективов – аберрации, дисторсии и др. Что же это всё значит?
Хроматическая аберрация. Астигматизм
В фотографии аберрациями называют искажения изображений, сформированные самой системой оптики камеры. По своей природе происхождения аберрации разделяют на геометрические и хроматические.
Хроматические аберрации (или, как их ещё называют цветовые) возникают по причине неидеальности оптики фотокамер. Поэтому, практически, данный вид искажений можно смело причислять к свойствам объектива, поскольку оно присуще, в той или иной мере, любому из них.
Существует прямая связь между качеством используемой линзы и качеством получаемых впоследствии снимков. Чем ниже качество первого, тем больше различных цветовых искажений наблюдается на фотографиях.
Совет
Наверное, вам приходилось видеть, что на снимках, произведенных с помощью обычной дешевой «мыльницы», наблюдается яркая, радужная кайма, которая обрамляет контрастные объекты. Это явление и называется хроматической аберрацией.
Для того чтобы максимально минимизировать этот вид искажений, производителями объективов были изготовлены специализированные ахроматические линзы, которые, как правило, состоят из двух разных видов стекла. Один сорт стекла – крон. Он характеризуется низким коэффициентом преломления света.
Второй сорт – флинт, напротив, обладает высоким коэффициентом преломления. При условии правильного сочетания этих стекол, хроматическую аберрацию можно свести, фактически, к нулю.
Собственно же оптическое явление, где световые лучи, обладающие разными длинами волн, преломляются под различными углами, называют дисперсией стекла.
Тем не менее, геометрические аберрации, являются не меньшей головной болью фотографов, только начинающих свой фотографический путь.
Астигматизмом в фотографии называются искажения, при которых точки объекта, находящиеся за границами оптической оси, в кадре отображаются в виде линий или затемнений.
Объекты на снимке при астигматизме выглядят изогнутыми, искривленными и несколько размытыми.
Таким образом, наряду с хроматическими аберрациями, астигматизм оказывает влияние резкость снимков (хотя и меньше, нежели при цветовых аберрациях).
Геометрическая аберрация. Дисторсия
Дисторсией называется такой вид геометрической аберрации, где выглядящие неестественно выпуклыми либо вогнутыми контуры объектов не являются художественным замыслом фотографа. В первом случае (при вогнутых вовнутрь линиях) такое искажение называется «бочкообразным», во втором (при выпуклых) – подушкообразном.
Причиной дисторсий является изменение линейного увеличения, обеспечиваемого оптикой, по полю кадра.
Говоря иначе, лучи света, проходя сквозь центр линзы, производят слияние в точке, которая расположена дальше от линзы, в отличие от тех лучей, которые проходят по её краям.
Обратите внимание
Возникновению подушкообразной дисторсии, обычно, способствует использование максимального значения зума, а бочкообразной, соответственно, минимального. Наиболее часто с подобными искажениями, сталкиваются фотографы, использующие широкоугольные объективы.
Для снижения/устранения дисторсий изготавливается асферическая оптика. За счет включения в оптическую систему объектива линзы с параболической либо эллиптической поверхностью, геометрическое подобие между изображением объекта фотографии и ним самим восстанавливается. Конечно, при этом цена изготовления асферических линз заметно превышает стоимость производства сферической оптики.
Виды линз
Незначительное проявление дисторсии можно достаточно легко подкорректировать с помощью любого графического редактора.
Кроме подушко- и бочкообразности, есть ещё третий вид геометрической аберрации. Это явление именуется кривизной поля изображения, а появляется оно тогда, когда объектив не может сформировать плоское изображение. При подобном искажении, в фокусе камеры может находиться либо края изображения, либо его центр.
Корректирование кривизны поля изображения производится путем внесения изменений в сборку оптики. При этом обязательным для соблюдения каноном является правило Пецвала, обуславливающее качество элементов объектива камеры.
Если обратная величина произведения ФР и показателя светового преломления одного элемента, плюс общее число элементов дают ноль, тогда данный элемент является хорошим. Сумма Пецвала и есть результатом этих расчетов.
Интересный факт: искусство исправления кривизны поля не было известно фотографам, вплоть до середины 19 столетия. Однако это ничуть не мешало им осуществлять художественную фотографию. Нечеткие края снимков, вместе с размытыми углами прикрывались вычурными виньетками. Портреты же (для минимизации искажений) устанавливались в красивые овальные рамы.
Коматическая аберрация
Сложная аберрация, которая влияет только на лучи света, проходящие сквозь объектив под углом, именуется коматической (либо попросту комой). На фотографиях кома показывается в «хвостах» кометы, тянущихся за отдельными точками изображения.
При этом «хвост» такой кометы может быть направлен к центру фото (негативная кома) или к его краю (позитивная кома). Последнее искажение тем заметнее, чем ближе находится точка изображения к краю кадра.
Важно
Лучи же света, четко проходящие сквозь центр объектива, не подвержены коматической аберрации.
Большая часть геометрических аберраций поддается корректировке за счет взаимодействия с диафрагмой – методом её регулировки. Суживая диафрагму, фотограф единовременно уменьшает и количество световых лучей, которые попадают на края линзы. Тем не менее, пользоваться данной возможностью необходимо крайне осторожно, поскольку чрезмерное дифрагмирование ведет к возрастанию величины дифракции.
Дифракция
Дифракцией является оптический эффект, который ограничивает детальность фотографии независимо от установленного разрешения. Причина возникновения дифракции – рассеивание потока света при его прохождении сквозь диафрагму.
Множество новичков-фотографов, стремясь к увеличению глубины резкости, настолько прикрывают диафрагменное отверстие, что резкость, достигающаяся этой манипуляцией, полностью перекрывается дифракционным сглаживающим эффектом.
Данный эффект в фотомире называют дифракционным пределом. Знание его границ дает возможность избежать проблем детализации изображения. Рассчитать дифракционный предел может любой желающий, воспользовавшись специальным калькулятором, наличествующим на большинстве фотосайтов.
В процессе выбора фотокамеры, необходимо помнить, что объективов с отсутствующими аберрациями попросту не бывает. Во всяком случае, не было – до сегодняшнего дня. Даже самая «премиальная» и оптика обладает некоторыми искажениями изображения. Потому как, сколько производители объективов не бьются – корректировка одного вида аберраций, ведет к усилению вторых, третьих и т.
д., делая процесс совершенствования объективов бесконечным. Однако для того, чтобы по праву считаться хорошим фотографом, необязательно ждать свершения невозможного – изобретения идеальной линзы. Достаточно всего лишь изучить характеристики конкретного объектива (в частности, своего «штатника») и нивелировать его недочеты собственноручно – применяя все свое мастерство.
В нашем магазине Вы можете купить объектив, штатив, штативная головка и др
Источник: https://bomber.com.ua/stati/96-svojstva-ob-ektiva-aberratsiya-a-takzhe-dispersiya-i-distorsiya.html
Оптические дефекты изображения
Что такое хроматические аберрации, дисторсия, виньетирование? Все это — оптические дефекты изображения. В нашей статье мы расскажем о том, почему они появляются на фотографиях и как с ними бороться.
Хроматические аберрации
Хроматические аберрации — явление вызванное дисперсией света (разложение луча света на составляющие) проходящего через объектив. Дело в том, что лучи с разной длиной волны (разного цвета) преломляются под разными углами, поэтому из белого пучка образуется радуга.
Хроматические аберрации приводят к снижению чёткости изображения и появлению цветных контуров (особенно на контрастных объектах).
Часто, термин хроматические аберрации сокращают до «ХА».
Дисторсия
Дисторсия — геометрическое искажение прямых линий. Есть два вида дисторсии — подушкообразная и бочкообразная. Если прямые стали вогнутыми — это подушкообразная, если выпуклыми — бочкообразная.
Дисторсия наблюдается у зум-объективов при крайних значениях.
Виньетирование
Виньетирование — это падение яркости от центра к краям изображения. Как правило в центре нет затемнения, оно четко видно на углах.
Виньетирование вызвано конструктивными особенностями объективов, из-за которых обрезается световой поток сильно отклоняющийся от оси объектива. Соответственно сильнее всего виньетирование заметно на широкоугольных объективах. Так же виньетирование проявляется на объективах с большой светосилой при максимальной диафрагме.
Виньетирование используется так же как художественный элемент обработки изображения.
Бэк и Фронт фокус
У вас бывает, что иногда фокусируясь на объект вы получаете фотографию, на которой четкость смещена в сторону камеры? Это называется фронт фокус. Когда фокусировка смещена в обратную от камеры сторону — это бэк фокус.
В идеале объектив посылает все лучи всета точно на одну плоскость, на которой находится матрица. Но, если по какой-либо причине объектив несколько смещен — получается такая проблема. Исправляется это с помощью процесса юстировки, которая выполняется в сервис-центре.
Устранение дефектов оптики
Изначально все дефекты связаны с классом оптики, на бюджетных объективах они намного сильнее проявляются нежели на топовой оптике.
В той или иной степени все вышеперечисленные дефекты изображений кроме бэк/фронт фокуса устраняются программно. Виньетирование полностью исправляется с помощью стандартных инструментов самых распространенных графических программ: Lightroom и Photoshop (Camera Raw). Дисторсии несколько сложнее исправить, но и это не вызывает проблем. С Хроматическими аберрациями уже придется потратить время.
Источник: https://fototips.ru/praktika/opticheskie-defekty-izobrazheniya/
Дисторсия – это… Что такое дисторсия: определение
Добавлено в закладки: 0
Что такое дисторсия? Описание и определение термина
Дисторсия – это искривление.
Дисторсия – это универсальный термин
Во-первых это может быть искажение изображения предметов в оптических приборах из- за неодинаковой толщины линзы от центральной области к краям. В таком случае не будет нарушения резкости изображения.
Во-вторых, в медицине это растяжение связок или частичный их надрыв, он сопровождается отёком тканей около травмированного участка, болевыми ощущениями, ограничивает двигательную активность.
И в-третьих в экономике диспропорция в развитии взаимосвязанных экономических величин, изменения которых происходят согласно сложившейся закономерности.
Дисторсия в фотографии по своей сути это оптический эффект, в следствии которого искривляются линии на фотографии.
Дисторсия обычно в основном двух видов — бочкообразная (выпуклая, Barrel distortion) и подушкообразная (вогнутая, Pincushion distortion). Всегда такие дефекты называют просто ‘бочкой‘ и ‘подушкой‘.
Существует сложная или комплексная дисторсия (complex distortion), в следствии которой искажения в разных областях изображения имеют различный тип и интенсивность.
Комплексную дисторсию очень очень сложно исправить при помощи графических редакторов, так как там дисторсия может идти ‘волнами’.
Профессиональные фотографы комплексную дисторсию мягко называют ‘верблюдом’, или ‘двугорбым верблюдом‘, так как такая дисторсия не редко дает очевидные визуальные горбы и впадины при воспроизведении. В зарубежной литературе можно встречаются и другие интересные имена для дисторсии.
Рассмотрим более детально, что значит термин дисторсия. Дисторсия — это аберрация, в следствии искажения изображения прямых линий, в результате чего нарушается подобие между объектом и его изображением.
Дисторсия – это искажение или искривление.
Совет
Существует разница, о чём мы говорим . Дисторсия возникает по нескольким причинам. К примеру в фотографии. Одной из них можно считать схождение параллельных линий, из- за того что фотоаппарат находился в наклонном положении или это делает сам мастер.
Яркий пример такого искривления возникает при съемках больших зданий с нижнего ракурса. А так же , дисторсия может появляться и в случае применения дешевых объективов не хорошего качества. Закономерно, что, данная особенность свойственна зум-объективам, то есть, если используется объектив с переменным фокусным расстоянием.
А объективы, имеющие фокусное расстояние является постоянным, позволяет сделать безупречно четкую композицию безо любых геометрических искажений. Если вы хотите избавиться от дисторсии на фотографиях, лучше купите дорогой и качественный объектив.
Иногда возникшую трудность можно уладить коррекцией или использованием другого более широкоугольного объектива. А еще можно использовать давно известный и проверенный временем способ — отойдите от объекта съемки на более отдаленное расстояние и постарайтесь применить функцию 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.
Мы коротко рассмотрели термин дисторсия, постарались раскрыть его суть и виды.
Оставляйте свои комментарии или дополнения к материалу.
Источник: https://biznes-prost.ru/distorsiya.html
Изображение тела — Искажение изображения тела
Негативное изображение тела может сильно повлиять на самочувствие человека. Это может повлиять на социальную жизнь человека, уверенность в себе и настроение. В тяжелых случаях негативный образ тела может привести к расстройству пищевого поведения или дисморфии тела.
Когда плохой образ тела приводит к проблемам с психическим здоровьем, часто необходимо лечение. Сострадательный терапевт может помочь людям справиться с симптомами и научиться видеть свое тело в более здоровом свете. По мере того, как человек разовьет более эффективные способы управления своей неуверенностью, его эмоциональное и физическое здоровье, вероятно, улучшится.
ИСКАЖЕНИЕ И НЕУДОВЛЕТВОРЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ ТЕЛА
Образ тела обычно основывается больше на восприятии и чувствах, чем на реальном внешнем виде. Таким образом, он может быть подвержен искажениям. Искажение изображения тела относится к неправильному восприятию одной или нескольких особенностей тела. Например, человек с булимией может видеть свою талию шире, чем она есть на самом деле. Люди, испытывающие искаженное изображение тела, могут видеть в зеркале тело, которое значительно отличается от их реального физического тела.
Неудовлетворенность образом тела относится к негативным оценкам своего тела. Это часто происходит, когда человек воспринимает несоответствия между своим нынешним телом и своим идеальным телом. Неудовлетворенность телом часто ассоциируется с искажением образа тела, но эти два состояния не обязательно связаны. Человек может быть недоволен некоторыми аспектами своей внешности, не испытывая искажения образа тела.
ИЗОБРАЖЕНИЕ ТЕЛА И НАРУШЕНИЯ ПИТАНИЯ
Неудовлетворенность своим телом — сильный предиктор расстройств пищевого поведения.Некоторые люди могут подвергнуть свое тело тщательному изучению и зациклиться на достижении определенного размера. Они могут связать свою личную ценность с определенной формой. Культурные представления о худобе и физической форме могут усилить это нездоровое отношение. Люди могут прибегать к крайним действиям для достижения нереалистичных целей, таким как голод, чистка и чрезмерная физическая нагрузка.
Искажение образа тела также присутствует у многих людей с анорексией или булимией. У этих людей часто есть неврологические различия в теменной коре, части мозга, которая помогает людям ощущать размеры своего тела.Другими словами, эти люди могут переоценивать размер своего тела, потому что их мозг дает им неточную информацию.
Большинство людей, которые теряют вес, могут обновить свое ментальное тело, чтобы оно соответствовало имеющейся у них сенсорной информации. Тем не менее, люди, истощенные из-за анорексии или булимии, могут иметь проблемы с обновлением своего ментального образа. Они все еще могут видеть прежнюю, более крупную версию своего тела, а не нынешнюю форму. Более того, они часто сосредотачиваются на предполагаемых недостатках, а не на своей внешности.(Например, сосредоточив внимание на их «мягком» животе и не обращая внимания на видимые ребра.)
Искажение образа тела может затруднить осознание того, что у людей есть проблема. Они могут не обращать внимания на беспокойство друзей и семьи, поскольку их слова противоречат тому, что видит человек. Во время лечения важно устранить искажение изображения тела, поскольку оно может сделать человека более склонным к рецидивам.
ДИСМОРФНОЕ ЗАБОЛЕВАНИЕ ТЕЛА (BDD)
Дисморфия тела или BDD — серьезная форма искажения образа тела.Он встречается у 2% населения и тесно связан с обсессивно-компульсивным расстройством (ОКР). Люди с BDD часто обращают внимание на незначительные или несуществующие отклонения во внешнем виде. Например, кто-то может беспокоиться, что его глаза неровные или что его руки слишком большие. Воспринимаемые недостатки часто гораздо более очевидны для человека, чем для окружающих его людей.
Люди с BDD часто считают, что из-за своих предполагаемых недостатков они выглядят ужасно или даже уродливо.Они часто проводят много времени, выполняя компульсии вокруг этого недостатка, например:
- Перепроверяем свой внешний вид в зеркало
- Обращение к окружающим относительно их внешнего вида
Дисморфия тела часто вызывает у людей тяжелые страдания. Некоторые могут избегать публичных выступлений из-за стыда за свою внешность. Тем не менее, они часто избегают обращения за помощью по поводу своих симптомов, опасаясь показаться тщетным.
В отличие от расстройств пищевого поведения дисморфия тела обычно не связана с опасениями по поводу веса.Вместо этого BDD обычно фокусируется на определенной части тела, например, на носу или ушах. (Исключением является мышечная дисморфия, форма BDD, при которой люди беспокоятся, что у них недостаточно мускулов.)
По данным Международного общества эстетической пластической хирургии, 8-15% людей с BDD обращаются за помощью к пластической хирургии. Однако 90% людей с BDD, перенесших косметическую операцию, недовольны результатами, и у многих симптомы ухудшаются. Уровень самоубийств среди людей с BDD в 45 раз выше, чем среди населения в целом.Таким образом, жизненно важно, чтобы люди с дисморфией тела получали лечение психического здоровья.
Люди с дисморфией тела, расстройствами пищевого поведения и другими проблемами могут найти здесь терапевта.
Артикул:
- Дисморфическое расстройство тела: Практические вопросы [PDF]. (2017, 20 мая). Международное общество эстетической пластической хирургии. Получено с https://www.isaps.org/wp-content/uploads/2018/01/Body-Dysmorphic-Disorder.pdf .
- Изображение тела.(нет данных). Национальная ассоциация расстройств пищевого поведения. Получено с https://www.nationaleatingdisorders.org/toolkit/parent-toolkit/body-image .
- Даканалис А., Гуадио С., Серино С., Клеричи М., Карра Г. и Рива Г. (2016, 21 апреля). Искажение образа тела при нервной анорексии. Nature Reviews Disease Primers, 2 (16026). Получено с https://www.nature.com/articles/nrdp201626 .
- Гроган, С. (2008). Образ тела: понимание неудовлетворенности телом у мужчин, женщин и детей (2-е изд.). Нью-Йорк: Рутледж.
- Hutchinson, N., & Calland, C. (2011). Образ тела в начальной школе . Нью-Йорк: Рутледж.
- Джарри, Дж. Л., и Кэш, Т. Ф. (2011). Когнитивно-поведенческие подходы к изменению образа тела. В T. F. Cash & L. Smolak (Eds.), Body Image: A Handbook of Science, Practice, and Prevention (2nd ed.), Pp. 415-423. Нью-Йорк: Guilford Press.
- Шеппхирд, С. Ф. (2010). 100 вопросов и ответов о нервной анорексии. Садбери, Массачусетс: издательство «Джонс и Бартлетт».
- Тылка, Т. Л. (2004). Связь между неудовлетворенностью телом и симптоматикой расстройства пищевого поведения: анализ регулирующих переменных. Журнал консультативной психологии, 51 (2), 178-191.
Искажение изображения тела — PubMed
Образ тела — это субъективное представление людей о собственном теле, независимо от того, как оно на самом деле выглядит.Образ тела — это сложная конструкция, состоящая из мыслей, чувств, оценок и поведения, связанных с телом. Неправильное восприятие образа тела распространено среди населения в целом, а также является основным компонентом нескольких серьезных заболеваний, включая дисморфическое расстройство тела, нервную анорексию и нервную булимию. Искажения образа тела неприятны и могут иметь трагические последствия. Плохой образ тела может повлиять на физическое и психологическое здоровье и может повлиять на самооценку, настроение, компетентность, социальное функционирование и профессиональную деятельность.Понимание нейротипических искажений здорового познания и искажений восприятия в клинических условиях необходимо для решения проблем, связанных с изображением тела, и позволяет страдающим людям вести более удовлетворенную и продуктивную жизнь. В этом упражнении мы обрисовываем роль образа тела в психологическом и физическом функционировании и описываем особенности различных состояний и расстройств, связанных с изображением тела.
Историческая перспектива
В начале 1900-х годов неврологи прилагали значительные усилия, чтобы понять необычные формы восприятия тела, о которых сообщают пациенты с черепно-мозговой травмой или фантомными ощущениями конечностей у людей с ампутированными конечностями.Ранние концепции образа тела действительно уходили корнями в невропатологию. Хед в 1920 году впервые определил образ тела как единство прошлых переживаний, созданных сенсорной кой головного мозга. Шильдер, невролог, предложил биопсихосоциальный подход к изображению тела, подчеркнув необходимость изучения его неврологических, психологических и социокультурных компонентов. Ньюэлл отметил, что образ тела динамичен и меняется с возрастом, настроением или даже одеждой. Крюгер предположил, что образ тела — это представление идентичности, полученной как из внешнего, так и из внутреннего опыта тела.
Определение
Что такое образ тела и почему он важен?
Образ тела — одна из составляющих идентичности личности. Образ тела — это фигура, которую человек имеет по своим антропометрическим размерам, контурам и форме тела; а также чувства, связанные с этими факторами, которые влияют на удовлетворенность телом или конкретными частями тела. Действительно, образ тела представляет то, как мы думаем, чувствуем, воспринимаем и ведем себя в отношении своего тела.
Образ тела — понятие многомерное. Сложность образа тела можно оценить, взглянув на его составляющие. Эти компоненты применимы к людям со здоровым и нездоровым восприятием своего тела и включают:
Когнитивный: мысли и убеждения о теле
Перцептивный: как люди воспринимают размер и форму своего тела и частей тела
Аффективный: чувства к телу
Поведенческие: действия, которые люди выполнять для проверки, ухода, изменения или сокрытия своего тела
Связанные, но разные термины часто используются взаимозаменяемо в литературе, касающейся состояния сознания, в котором есть измененное восприятие образа тела, включая искажение образа тела, неправильное восприятие образа тела, нарушение образа тела, негативный образ тела, измененный образ тела и неудовлетворенность телом. .Проблема переменных сроков усугубляется тем фактом, что некоторые исследования сосредоточены на пациентах психиатрических или медицинских учреждений, некоторые — на пациентах, не являющихся пациентами, а другие — на обеих группах.
Искажение образа тела — это многомерный симптом, включающий в себя различные компоненты образа тела. Наиболее широко распространенными являются когнитивные, перцептивные и аффективные компоненты. Когнитивный компонент исходит из мыслей и убеждений, касающихся формы и внешнего вида тела, а также ментального представления тела.Компонент восприятия включает в себя идентификацию и оценку тела, и он указывает на точность оценки людьми своего размера, формы и веса по сравнению с их фактическими пропорциями. Наконец, аффективный компонент включает чувства, которые люди развивают по отношению к своему телу, и удовлетворение или неудовлетворенность людей своим телом.
В этой связи нарушение образа тела может проявляться как нарушение восприятия (т.е., искажение) и концепцию (т. е. неудовлетворенность телом). Расстройство восприятия включает в себя неспособность точно оценить размер своего тела. Неудовлетворенность телом включает отношение или аффективное восприятие своего тела, а также негативные чувства и познания. Считается, что нарушения образа тела также проявляются на поведенческом уровне, например, избегание тела, проверка тела или соблюдение диеты.
Отрицательный образ тела обычно демонстрирует неудовлетворенность телом или частями тела, озабоченность внешним видом и участие в таких действиях, как частый просмотр зеркала, самовзвешивание или избегание публичных ситуаций.Негативный образ тела часто измеряется как неудовлетворенность телом. Неудовлетворенность телом объясняется несоответствием восприятия образа тела и его идеализированного образа.
Развитие образа тела
Есть некоторые дебаты относительно того, когда начинается развитие образа тела.
Прайс считает, что примитивное восприятие образа тела возникает в матке из-за спонтанных движений плода и соответствующей обратной связи от сенсорных и проприоцептивных сигналов.Образ тела — это явление, приобретенное на основе опыта как внутриутробного, так и постнатального развития, в котором важную роль играют кросс-корковые связи и зеркальные нейроны. Сложные взаимодействия между нейрофизиологическими, социокультурными и когнитивными факторами способствуют развитию и поддержанию образа тела. Различные факторы, такие как пол, мода, группы сверстников, образовательное и семейное влияние, развивающаяся социализация и физические изменения (рост волос, прыщи, развитие груди, менструация), помещают детей на неизвестную территорию с уязвимыми образами тела.
Первичная социализация происходит в раннем возрасте, и предполагается, что чувство самопознания развивается к двум годам. Дети в раннем детстве осознают свой пол. Они также открывают для себя социальные нормы, такие как конкурентоспособность и атлетизм для мужчин (сильные ноги, мускулы, большие руки) и красота или малость для женщин (блестящие волосы, идеальная кожа, тонкая талия, отсутствие бедер). Когда дети узнают о своем внешнем виде, они пытаются манипулировать своими родителями, чтобы получить восхищение и одобрение.Эта потребность в одобрении возрастает после поступления в школу, демонстрируя потребность в общественном признании. Кэш принимает образ тела как усвоенное поведение. Смолак предлагает детям в основном уделять внимание внешнему виду в контексте игрушек, которыми они играют, например, кукол Барби. По мере того, как дети растут и общаются, они начинают сравнивать себя с другими детьми, особенно по внешнему виду (например, маленькие дети хотят быть больше). К 6 годам все большее внимание уделяется форме тела (особенно мышцам и весу).Смолак сообщил, что среди школьников в возрасте от 6 до 12 лет 40–50% демонстрировали неудовлетворенность какой-либо частью своего размера или формы.
Подростковый возраст указывает на переход от детства к взрослой жизни и связан с физическими и социальными изменениями. Подростковый возраст — критический период в развитии образа тела. Образ тела у подростков также находится под влиянием родителей. Отношения между родителями и подростками существенно влияют на развитие неудовлетворенности телом у подростков.Родители посылают своим детям социально-культурные или критические сообщения об идеалах внешнего вида. Когда люди чувствуют себя в безопасности в своих отношениях, они более удовлетворены своим телом и с меньшей вероятностью будут думать так, как должны придерживаться идеалов внешнего вида, чтобы получить признание других. Исследования показали, что подростки с лучшими отношениями между родителями и подростками реже испытывают неудовлетворенность своим телом. Хотя у детей младшего возраста влияние семьи на формирование образа тела более значимо, чем влияние друзей, роль родителей уменьшается по мере взросления детей, и реакция сверстников становится более важной, чем семья.На образ тела у людей в возрасте от 14 до 27 лет сильно влияют их сверстники. Критическое событие или серия событий, таких как поддразнивание и отторжение, могут привести к неправильному восприятию образа тела. Исследования показали, что чем чаще насмехаются над размером и весом тела во время взросления, тем больше вероятность искажения образа тела и неудовлетворенности своим телом во взрослом возрасте.
Геометрическое искажение | Nikon’s MicroscopyU
Геометрические искажения
Искажение — это аберрация, обычно наблюдаемая в стереоскопических микроскопах, и проявляющаяся в изменении формы изображения, а не резкости или цветового спектра.Два наиболее распространенных типа искажения, положительный и отрицательный (часто называемые подушко-подушечкой и цилиндрический соответственно), часто могут присутствовать в очень резких изображениях, которые в противном случае корректируются на сферические, хроматические, коматические и астигматические аберрации. В этом случае истинная геометрия объекта больше не сохраняется на изображении.
Учебное пособие инициализируется микрофотографией интегральной схемы компьютерного микропроцессора, загруженной в окно просмотра микроскопа. Чтобы выбрать новое изображение, используйте раскрывающееся меню Выберите образец .Ползунок Distortion используется для введения либо подушкообразного (ползунок влево), либо бочкообразного (ползунок вправо) искажения как в изображение, так и в горизонтальную / вертикальную сетку, расположенную над ползунком. По мере того, как шаблон сетки изменяется для иллюстрации различной степени аберрации, приблизительный процент искажения отображается под шаблоном.
Введение искажения аберрации более очевидно у образцов, имеющих сеть регулярных периодических признаков, таких как диатомовые водоросли или микропроцессоры.Другие образцы, не имеющие такой периодичности, не выглядят сильно искаженными при просмотре под микроскопом, о чем свидетельствуют биологические образцы, выбираемые в раскрывающемся меню. Это не означает, что образцы с неправильными чертами невосприимчивы к аберрации искажения, просто аберрация должна быть гораздо более серьезной, чтобы вызвать заметные эффекты.
Хотя современные микроскопы исследовательского уровня корректируются для предотвращения распространения аберраций изображения точечного источника за пределы диска Эйри, геометрическое искажение изображения, формируемого объективами микроскопа, как правило, корректируется не так хорошо по сравнению с фотографическими объективами на тот же угол изображения.В оптической микроскопии искажения производятся в основном окулярами (от 5 до 10 процентов радиального расстояния), хотя некоторые искажения также обнаруживаются в объективах более низкого качества. Микроскопы можно контролировать на предмет искажений, визуализируя пересекающиеся линии решетки, такие как те, которые встречаются в гемоцитометрах, в режиме широкого поля. При просмотре через окуляры линии должны выглядеть прямыми и параллельными по всему полю изображения.
Большинство объективов, разработанных для использования в биологических микроскопах, могут иметь подушкообразные искажения до одного процента, однако объективы, разработанные для получения изображений полупроводников, практически не имеют искажений.Это необходимо, потому что большинство интегральных схем имеют поверхностные элементы с множеством сетчатых структур, состоящих из горизонтальных и вертикальных линий. Любые искажения, присутствующие в объективах при визуализации этих образцов, будут очевидны в окулярах и на микрофотографиях. Изображения, создаваемые объективами, окулярами и другими оптическими компонентами, которые были скорректированы на аберрацию геометрического искажения, называются ортоскопическими изображениями .
Происхождение геометрического искажения заключается в разнице между поперечным увеличением линзы и расстоянием до изображения вне оси.Когда это расстояние отклоняется от предсказанного параксиальной теорией для постоянного поперечного увеличения, может возникнуть искажение из-за различий в фокусных расстояниях и увеличениях через различные части объектива. При отсутствии других аберраций геометрическое искажение проявляется искажением формы изображения, даже если каждая точка изображения находится в резком фокусе, как обсуждалось выше. Количественно искажение можно описать уравнением :
Формула 1 — Искажения $$ ΔM = \ frac {(M_ {l} — M)} {M} $$, где M, — аксиальное поперечное увеличение, а M (l), — внеосевое увеличение в плоскости изображения.Если боковое увеличение увеличивается пропорционально удалению объекта от оси, искажение будет положительным, создавая эффект подушечки (рис. 1). В этом случае каждая точка изображения смещается радиально наружу от центра, при этом периферийные точки изображения перемещаются на наибольшее расстояние. В качестве альтернативы, когда увеличение уменьшается с увеличением расстояния до объекта вне оси, искажение становится отрицательным и наблюдается бочкообразная аберрация. Бочкообразное искажение соответствует ситуации, когда поперечное увеличение уменьшается с увеличением осевого расстояния, и каждая точка изображения перемещается радиально к центру изображения.
Рисунок 1 — Зависимость искажения линзы от радиусаКак правило, тонкие линзы демонстрируют незначительные искажения или совсем не показывают их, тогда как более толстые положительные и отрицательные простые линзы будут испытывать соответственно положительные и отрицательные искажения. Знак (или тип) и величина геометрического искажения зависят от положения апертурной диафрагмы по отношению к линзе (линзам). Когда апертурная диафрагма помещается перед положительной линзой, главный луч не формирует изображение в предсказанной точке Гаусса и возникает цилиндрическое искажение, тогда как когда диафрагма помещается за линзой (формируя выходной зрачок), возникает подушкообразное искажение. эффект наблюдается.
Искажение часто встречается в системах, использующих системы составных линз, содержащих мениск, двойной гаусс, телефото, ретрофокус, рыбий глаз и зум-объективы. В конструкциях телеобъективов и ретрофокусных линз передняя группа действует как диафрагма для задней группы, создавая подушкообразное искажение для отрицательной задней группы в телеобъективах и бочкообразное искажение для положительной задней группы в ретрофокусных линзах. Сложные системы линз, такие как конструкция зума, могут иметь довольно выраженное искажение, которое может меняться в зависимости от фокусного расстояния, создавая подушкообразное искажение при больших фокусных расстояниях и бочкообразное искажение при коротких фокусных расстояниях.По этой причине в стереоскопических микроскопах с трансфокатором обычно присутствует значительное количество искажений, и производители микроскопов приложили значительные усилия для устранения этой аберрации.
Назад к Введение в стереомикроскопию
Искажения
Искажение — это осесимметричная ошибка изображения, которая увеличивается от центра изображения к краю изображения. В ходе этого происходит локальное изменение масштаба изображения в плоскости изображения, что может быть очень неприятным для измерительных приложений.Если увеличение увеличивается по направлению к краям поля изображения, квадрат искажается в форме подушки. В обратном случае мы говорим о бочкообразной дисторсии.
Широкоугольные объективы с ретрофокусом (заднее фокусное расстояние больше, чем фокусное расстояние), как правило, создают бочкообразное искажение, телеобъективы (общее расстояние ниже фокусного расстояния) имеют тенденцию создавать подушкообразное искажение.
Определение оптических искажений
Процент максимального искажения измеряется от центра к углам изображения, так как именно здесь проявляется максимальное искажение. Ясно упрощенно, увеличение ошибки можно описать как линейное увеличение от центра изображения к краю изображения.
- Если погрешность меньше размера пикселя сенсора камеры, ее невозможно обнаружить путем измерений.
- Человеческий глаз способен воспринимать искажения только в том случае, если геометрическая погрешность превышает два процента. Но для многих приложений это уже может быть слишком много! Стоит определить искажение путем замеров!
- Эта ошибка возникает при использовании многих распространенных объективов и, в частности, при использовании широкоугольных объективов. С помощью тщательно продуманной конструкции линз это в основном можно исправить, хотя в случае широкоугольных объективов это очень дорого.
Источник оптического искажения
Несимметричная конструкция объектива и апертура перед или за оптическим центром объектива приводят к искажениям изображения.Изображение может быть изогнутым в виде бочонка или подушки.
Узел апертуры на задней стороне несимметричной линзы приводит к подушкообразному искажению:
Узел передней диафрагмы несимметричной конструкции объектива приводит к бочкообразному искажению:
Особенно при использовании зум-объективов эта ошибка может стать очень значительной в случае больших фокусных расстояний, поскольку группы линз, но не обязательно расположение диафрагмы, могут быть смещены.
Возможности коррекции и советы по машинному зрению
- Улучшение пользователя: последующая программная коррекция (коррекция нелинейных искажений изображения посредством преобразования изображения) может дополнительно оптимизировать изображение.
- Использование высококачественных линз с коррекцией и улучшенным расположением линз
- Применение более длинных фокусных расстояний, если большее рабочее расстояние может быть реализовано в качестве альтернативы конструкциям широкоугольной оптики.
- Отсутствие зум-объективов чревато компромиссом
- Остановка оптики не исправляет эту ошибку.
Приложения с экстремальными оптическими искажениями
Практически во всех приложениях беспокоят искажения. Однако крайняя перспектива «рыбий глаз» с очень коротким фокусным расстоянием может помочь в случае очень близких расстояний смотреть на стороны полости. Типичными примерами этого являются проверки отверстий, игольчатых роликоподшипников, шага резьбы и т. Д.
телескоп Ѳ фото.нетто ▪ ▪
▪ ▪
▪▪▪▪
▪
▪
▪
▪
▪
▪
▪
▪
▪ СОДЕРЖАНИЕ ◄
4.4. Расфокусировать
▐
4.6. Кривизна поля
► В виде аберрация волнового фронта, искажение изображения вызвано изменением увеличения с углом падения, с фактическим волновым фронтом формируется под наклоном относительно идеальной (гауссовской) эталонной сферы.Это следствие того, что световые конусы для косых углов входят под разными углами и используют разные части оптической поверхности (ов), чем приосевые конусы. Как в результате фактический волновой фронт наклоняется относительно гауссовой эталонной сферы, а фактическая точка изображения смещается в пространстве изображения. Величина сдвига увеличивается с третьей степенью угла падения, эффективное увеличение точки на изображении с разной высотой пространство.Результат — искажение геометрической формы изображения, но, поскольку волновой фронт остается сферическим — или аберрирован, что определяется другими факторами — качество точечного изображения само по себе не пострадал. Функция аберрации искажения определяется по формуле: Вес знак равно Gρcosθ (27) с G = gd α3 коэффициент аберрации пикового искажения, г коэффициент аберрации ( α — угол поля зрения и d радиус апертуры), а θ — это угол зрачка.Поскольку лучевая аберрация, вызванная искажением, не зависит от координат зрачка (ρ, θ) все лучи встречаются в точке изображения, которая радиально смещена в пропорционально кубу угла поля точки α ( ФИГ. 59 ). РИСУНОК 59 : Иллюстрация эффекта искажения изображения: Гауссово изображение квадрата с центром в поле имеет угловую точку C дальше далеко от центр поля O , чем его средняя точка M в 21/2 раза.Поскольку искажение увеличивается с третьей степенью смещения центра расстояние (собственно говоря, угол поля зрения, но для малых углов разница между скоростью изменения этих двух незначительно) в плоскости изображения угловая точка C смещена от его идеальные координаты фактор (21/2) 3 более радиально, чем точка середины стороны M (эта пропорция сохраняется постоянная, меняется только величина деформации).Другими словами, длина аберрированное расширение CC ‘ или CC » аберрированное изображение квадрата больше, чем MM ‘или ММ «, соответственно в (OC / OM) 3 раза. В результате изображение деформирован либо внутрь (отрицательное бочкообразное искажение ), либо наружу (положительный, или подушечка искажения). Поскольку количество сдвига от идеальной координаты пропорционально кубу внеосевой угол, α 3 , линейное искажение любой некруглой формы с центром в поле увеличивается с кубом его линейного диаметра; в результате, искажение формы увеличивается с α2. Коэффициент аберрации искажения для одинарная поверхность, преломляющая или отражающая, с упором на поверхность, выдается по: с козырьком коэффициент аберрации, G = gα 3 D / 2 (27.2), представляющий пик ошибка наклона волнового фронта относительно эталонной сферы с центром в Гауссов фокус вдоль оси аберрации ( n и n ‘ составляют показатель преломления падающей и преломляющей / отражающей среды, соответственно, а D — диаметр апертуры). Коэффициент аберрации равен нулю для обоих вогнутых зеркал (n = 1, n ‘= — 1) и тонкую линзу с упором диафрагмы на поверхности. Искажение вводится, если упор смещен, что означает, что он присутствует в многоэлементные системы с элементами более чем незначительной разделение. Исключение составляет сфера с остановкой на его центр кривизны, когда он также имеет нулевой искажение из-за его уникальной симметрии. В целом искажения незначительны для небольших угловых изображений, например, у телескопических объективов.Однако это становится заметным при больших углах, характерных для просматриваемых изображений через окуляры телескопа. На рисунке ниже показано поперечное сечение трассировки лучей окуляра AFOV с углом обзора 110 градусов с положительным (подушкообразным) искажением около 50% (входные конусы не являются почти ортогональными линзе Смита, поскольку этот конкретный окуляр был разработан для бинокулярного объектива). Конусы, входящие (фактически выходящие, поскольку это обратная трассировка лучей) окуляра справа, различаются по ширине, при этом конусы на краях поля заметно уже.Это следствие их увеличенного увеличения; при фактическом использовании входные конусы будут идентичны, а выходной зрачок краевого конуса будет меньше в соответствии с их увеличенным увеличением. ◄
4.4. Расфокусировать
▐
4.6. Кривизна поля
► Дом | Комментарии |
Как исправить искажение перспективы в CorelDRAW
- Обучение
- Практические руководства
- Коррекция искажения перспективы
Время от времени мы можем делать снимки и обнаруживать, что нам может потребоваться исправить искажение перспективы.К счастью, CorelPHOTO-PAINT позволяет легко исправить искажение перспективы.
1. Откройте образ
Есть несколько способов открыть изображение. На экране приветствия выберите Приступить к работе , а затем нажмите кнопку Открыть документ или выберите Файл> Открыть .
2.Коррекция искажения перспективы
Открыв изображение в PHOTO-PAINT, в панели инструментов нажмите и удерживайте 4-й значок, инструмент кадрирования . Это откроет вылет. Выберите инструмент «Коррекция перспективы ». Расположите четыре маркера так, чтобы соединяющие их линии проходили вдоль элементов, которые должны быть параллельны друг другу. Как только это будет сделано, нажмите Применить на панели интерактивных свойств .
3. Следующие шаги
Теперь, когда искажение перспективы было исправлено, вы можете сохранить файл или продолжить редактирование изображения.
CorelDRAW Graphics Suite не только исправляет искажение перспективы
Ознакомьтесь с некоторыми другими функциями графического дизайна в CorelDRAW Graphics Suite, такими как «Как использовать слои», «Как клонировать изображение», «Как создать прозрачный градиент изображения» и т. Д.! Создавайте высококачественные дизайны с помощью увлекательного и простого в использовании программного обеспечения для графического дизайна и сделайте свою работу ярче, чем когда-либо.
Как массово редактировать изображения Как пакетно изменить размер изображений Как сделать мем Как сделать картинку для цитатыУчебное пособие по исправлению искажения изображения в Photoshop — Удаление простого и сложного шрифта
Как удалить искажение изображения в Adobe Photoshop?Adobe Photoshop
Искажение изображения — неизбежная характеристика всех современных изображений из-за природы ограничений технологии линз и законов физики.Решение различных проблем искажения изображения стало намного проще в цифровой сфере благодаря постоянному развитию математического моделирования и измерений различных типов линз в цифровых камерах. Тем не менее, по-прежнему существуют ситуации, когда вы не можете полагаться на инструменты автоматического удаления искажений, и вам нужно попытаться решить проблему вручную. Помните, что не существует изображения со 100% -ным искажением изображения.
Навигация по статьям — быстрый переход к разделу
1.Базовая классификация искажений изображения по типу
2. Встроенные инструменты Photoshop
3. PT Lens
4. Корректор панорамы
5. Советы по коррекции панорамы
6. Коррекция перспективы
7. Видеоуроки
Например, камеры мобильных телефонов могут иметь совершенно неизвестные объективы и характеристики (и вы можете не знать, как выполнять тест и измерение поправочных коэффициентов). Кроме того, панорамные фотографии, объединенные из множества сшитых вместе фотографий, создают новые «виртуальные линзы» с совершенно неизвестными и гораздо более сложными схемами искажения, которые невозможно исправить с помощью каких-либо инструментов автоматического удаления искажений.
Базовая классификация искажений изображения по типу
Фотография — основные типы искажения изображения
- Ствол
- Подушка для иголок
- 2D вращение
- Наклон / вращение в 3D
- Перспектива
- Изогнутый горизонт
- Искажение панорамы (очень сложно полностью удалить)
- Сложные / Комбинированные искажения (сложнейшее удаление / исправление)
Barrel и Pincushion с научной точки зрения известны как отрицательные (выпуклые наружу) или положительные (вогнутые наружу) криволинейные искажения , а процесс реверсирования или устранения оптических искажений известен как прямолинейная коррекция .
Встроенные инструменты Photoshop
Для основных типов искажений достаточно заводских инструментов Photoshop для исправлений. Для сложных моделей искажения рекомендуются сторонние плагины.
- Инструмент для коррекции линз
- EDIT> Transform> FREE / SKEW / PERSPECTIVE / ROTATE / WARP / PUPPET WARP Инструменты искажения
СОВЕТ: Все инструменты искажения можно использовать как в деструктивном, так и в конструктивном отношении.Иногда вы можете получить забавные и захватывающие результаты, когда добавляете кривые искажения в свои изображения, подчеркивая движение, динамику, движение и т. Д.
Существует также инструмент преобразования «Марионеточная деформация», однако он ограничен локальными и конкретными аномалиями, мы, конечно, не рекомендуем его для общего использования, если вы не хотите экспериментировать. Он, безусловно, более мощный для различных типов искажений, однако требует тщательной подготовки и терпения.
СОВЕТ: Чтобы использовать ВСЕ встроенные инструменты преобразования Photoshop, ваш слой изображения должен быть разблокирован.Откройте вкладку «Слои» (или нажмите F7, если вы не можете ее найти) и дважды щелкните слой с изображением «Фоновый», чтобы разблокировать его. Другой вариант — выбрать его один раз с помощью мыши, щелкнуть правой кнопкой мыши и установить первый флажок «Слой из фона…». Переименуйте его во что угодно (имя по умолчанию — Layer 0) и нажмите OK.
Сторонние плагины Photoshop
Когда дело доходит до плагинов для удаления искажений, вы найдете несколько названий, однако наш выбор сводится всего к 2 именам в бизнесе:
- PT Lens (автоматический ствол / подушечка для иголок и ручная перспектива / перекос / удаление рыбьего глаза)
- Altostorm Panorama Corrector (только ручное устранение искажений — для сложных случаев)
PT Lens получил высокую оценку за свою большую базу данных камер и возможность автоматического устранения искажений типа «цилиндрический» / «подушкообразный».Есть большая вероятность, что ваша модель уже поддерживается в базе данных. Существует также раздел ручного удаления искажений (на случай, если вы не можете найти предустановку функции и параметров передачи линзы), который лишь незначительно лучше, чем уже встроенный инструмент коррекции линз Photoshop. Фактически, что касается всего остального, мы считаем, что встроенные инструменты намного лучше подходят для этой работы.
Плагин для фотошопа PT Lens
ОбъективPT не может автоматически определять перспективные и перекосные искажения, а также сложные / смешанные искажения, которые вы найдете на изображениях типа «рыбий глаз» и панорамных изображениях.Для этого вам нужно вручную отредактировать все изображения.
Открыв фотографию в Photoshop, вы просто запустите плагин ePaperPress PT Lens через меню «Фильтр». Ваша фотография ДОЛЖНА содержать данные EXIF, и ваша модель камеры / телефона должна поддерживаться. Данные EXIF автоматически считываются и, если распознаются PT Lens, автоматически устанавливает и применяет коррекцию цилиндра / подушечки. Вам не нужно ничего делать, кроме как нажать кнопку «ОК», чтобы исправить искажение цилиндра / подушечки!
Другие типы искажений (перекос / смещение перспективы и т. Д.) должны быть исправлены вручную внутри PT Lens или с помощью встроенных инструментов Photoshop и других плагинов.
КОРРЕКТОР ПАНОРАМЫPanorama Corrector — это наш настоятельно рекомендуемый плагин для Photoshop, так как с его помощью вы сможете исправить сильно искаженные изображения со сложными комбинациями искажений. Он в основном используется для панорам, но мы нашли его полезным для других точных и простых исправлений, в основном для перспективных, бочкообразных / подушкообразных и перекосных искажений.
Подключаемый модуль Photoshop Altostorm Panorama Corrector — Пример №1 Сетка сложных искажений
Panorama Corrector не идеален и не может исправить невозможные модели искажений, но он очень близок к идеальному инструменту исправления искажений, который должен быть в вашем арсенале.
Плагин Photoshop Altostorm Panorama Corrector — Пример № 2 Простое исправление перспективы и перекоса
Он может быть неоценим в области фотоизмерений и экспертизы цифровых изображений.
Подключаемый модуль Photoshop Altostorm Panorama Corrector — Пример № 3 Исправление более сложной перспективы
Например, Panorama Corrector не очень хорош, почти непригоден для макросъемки природы / дикой природы и полуавтоматической коррекции, так как у вас вряд ли есть какие-либо ориентиры для рисования линий.Если да — отлично! — будет отлично (как мы показали в третьем видео ниже). Однако на самом деле, например, если вы снимаете реальные объекты, вы можете только догадываться. С другой стороны, если вы снимаете геометрические объекты, они будут сиять наилучшим образом. Тем не менее, практика и опыт очень помогут в таких случаях.
Плагин Photoshop Altostorm Panorama Corrector — Пример №4 Исправление сложного шаблона искажения панорамы
Насадки для корректора Panorama
Перед применением коррекции с помощью подключаемого модуля Panorama Corrector всегда рекомендуется сгладить изображение, которое вы хотите исправить (если в нем много слоев), соответствующим образом увеличить размер холста и увеличить изображение с помощью высококачественного алгоритма изменения размера. .
ПЕРСПЕКТИВНАЯ КОРРЕКЦИЯ В ФОТОШОПЕ1) Всегда увеличивайте изображение ПЕРЕД обработкой
Мы пропустили этот шаг в наших видеоуроках, очевидно, чтобы сэкономить на CPU / RAM. Вы также можете использовать сторонние инструменты увеличения / изменения размера, такие как BenVista PhotoZoom Pro и алгоритм максимальной точности S-Spline (наш любимый). Поскольку алгоритмы машинного обучения / нейронных сетей / искусственного интеллекта становятся массовыми, вы также можете попробовать их (например, TensorZoom) — на самом деле все зависит от исходного материала и моделей обучения.)
2) Увеличьте размер холста, чтобы получить рабочее пространство
3) Всегда начинайте с простых линий 2-х или 3-х точечных, позже вы можете переключиться на кривые Безье для более тонкой настройки
4) Отрегулируйте ползунки (линейные коэффициенты), чтобы получить правильное соотношение Ш / В [ширина / высота]
5) Изогнутые линии коррекции (как горизонтальные, так и вертикальные) НЕ должны пересекаться друг с другом! Программа не сможет исправить такие изображения, поэтому мы должны вернуться к предыдущему шагу и исправить это.Помните, что горизонтальные линии НЕ должны касаться ВЕРХНЕЙ и НИЖНЕЙ сторон, а вертикальные линии НЕ должны касаться ЛЕВОЙ и ПРАВОЙ сторон. Вам нужно либо ограничить их внутри самого изображения, либо увеличить холст и нарисовать их снаружи в области виртуального изображения .
Сдвиг перспективы, вероятно, является наиболее распространенным типом искажения изображения, которое возникает при съемке зданий, городских пейзажей, архитектуры и т. Д.Это происходит потому, что у вас есть ограниченное пространство, чтобы дистанцироваться от объекта, который вы хотите сфотографировать, и частично из-за искажения линзы вы обычно получаете иллюзию «падающего здания» с изогнутыми краями / линиями.
Пошаговое руководство
Как исправить искажение «падающих зданий» в Photoshop? Как выровнять архитектурные образы, перекошенные здания и городские пейзажи с помощью нескольких простых шагов? Открыв изображение в Photoshop, выполните следующие действия, чтобы быстро исправить его:
ШАГ 1
Увеличьте РАЗМЕР ХОЛСТА вашего изображения (рабочую область), чтобы освободить место для редактирования.Это всегда полезно при работе с инструментом преобразования перспективы в Photoshop.
ШАГ 2
Разблокируйте слой изображения (если вы не видите вкладку «Слой», просто нажмите F7 на клавиатуре или выберите «Окно»> «Слой» в верхнем меню)
ШАГ 3
выберите «ПРАВКА»> «Трансформировать»> «Перспектива» и отрегулируйте точки / кадр как можно лучше, чтобы скорректировать угол изображения.
ШАГ 4
Нажмите галочку вверху, когда вы закончите и будете удовлетворены конечным результатом, или нажмите перечеркнутый кружок рядом с ним, чтобы ОТМЕНИТЬ все изменения / правки.
СОВЕТ: вы также можете нажать ESC (Escape) на клавиатуре, чтобы отменить все изменения и выйти из любого инструмента преобразования.
ШАГ 5
выберите EDIT> Free Transform (или сочетание клавиш CTRL + T или Command + T)
Теперь мы воспользуемся инструментом Free Transform, чтобы просто восстановить естественную ширину и высоту объекта.
Снова нажмите галочку вверху, когда закончите (или нажмите ENTER на клавиатуре)
ШАГ 6
Увеличьте изображение и внимательно проверьте исправление
STEP 7
Отлично смотрится! Все, что нам нужно сделать, это удалить (ОБРЕЗАТЬ) пустое пространство с изображения и сохранить его как новый файл (более подробную информацию смотрите в наших видеоуроках)
Пожалуйста, посмотрите всю серию видеоуроков, чтобы узнать больше об искажении изображения и о том, как его исправить в Photoshop.
ЧАСТЬ 1 — Содержание
00:05 Основные типы искажения изображения
00:35 Пример цилиндрического искажения и инструмент коррекции объектива
01:36 Пример цилиндрического искажения и инструмент преобразования WARP
ЧАСТЬ 2 — Содержание
00:40 Пример № 1 Сложная искаженная сетка
04:38 Пример № 2 Простая перспектива / перекос
06:33 Пример № 3 Искажение перспективы / перекоса
08:50 Пример № 4 Комплексное искажение панорамы
ЧАСТЬ 3 — Содержание
00:10 PT Пример корпуса съемного объектива / булавочной подушки
02:00 Цилиндр корректора панорамы / булавочной подушки / перспективы / перекоса
ЧАСТЬ 4 — Содержание
00:00 Коррекция / исправление сдвига перспективы с помощью встроенных инструментов преобразования Photoshop
02:20 Коррекция / исправление сдвига перспективы с помощью подключаемого модуля корректора панорамы
.