Оптикалық бұрмалаулар және түзу сызықты проекциядан ауытқулар
Distortion (optics)
Оптикада бұрмалау – түзу сызықтардың бұзылуы. Объективтерде, әсіресе зум-объективтерде кездеседі. Мақалада түрлері (бочка, жұлдызша, мұрт) жайлы ақпарат бар.
Ағылшыншамен салыстырыңыз: абзацты басыңыз — түпнұсқа терезеде ашылады. Абзац астындағы EN түймесі оны мәтін ішінде көрсетеді.
Мазмұны
Кіріспе
Тура сызықты проекциядан ауытқу (оптика)
Deviation from rectilinear projection (optics)
Геометриялық оптикада бұрмалау – тура сызықты проекциядан ауытқу, яғни көріністегі түзу сызықтар суретте түзу болып сақталанатын проекция. Бұл оптикалық аберрацияның бір түрі.
In geometric optics, distortion is a deviation from rectilinear projection; a projection in which straight lines in a scene remain straight in an image. It is a form of optical aberration.
Пайда болуы
Фотографияда бұрмалану, әсіресе зум линзалармен, оның ішінде үлкен диапазонды зумдармен байланысты, бірақ оны негізгі линзаларда да кездестіруге болады және бұл фокустық қашықтыққа байланысты. Мысалы, Canon EF 50mm 1.4 өте қысқа фокустық қашықтықтарда шешік бұрмалануын (barrel distortion) көрсетеді. Шешік бұрмалануы кең бұрышты линзаларда кездеседі және көбінесе зум линзаларының ең кең бұрышты жағында байқалады, ал ойыс бұрмалануы (pincushion distortion) көбінесе ескі немесе төменгі деңгейдегі телеобъективтерде кездеседі. Мұстах бұрмалануы, әсіресе кең бұрышты зумдарда, кейбір ретрофокус линзаларында және соңғы кезде Nikon 18–200 мм сияқты үлкен диапазонды зумдарда байқалады. Ойыс бұрмалануының белгілі бір деңгейі визуалды оптикалық құралдарда, мысалы, бинокльдерде кездеседі, онда ол шар тәрізді эффектіні теңестіруге көмектеседі. Бұл бұрмалануларды түсіну үшін олардың радиалды ақаулар екенін есте ұстаған жөн; аталған оптикалық жүйелерде айналу симметриясы бар (радиальды емес ақауларды ескермейміз), сондықтан оқулыққа сәйкес тесттік кескін бір-бірінен тең арақашықтықта орналасқан концентрлі шеңберлер жиынтығы болуы керек – мысалы, нысанадағыдай. Содан кейін осы жиі кездесетін бұрмаланулардың нысаннан кескінге сызықты емес радиус картасын білдіретінін байқауға болады: көрінетін ойыс бұрмалануы, шын мәнінде, кішкентай радиустармен салыстырғанда үлкен радиустар үшін күшейтілген радиус картасы ғана. Радиус түрленуін көрсететін график (нысаннан кескінге) жоғарғы (оң жақ) бөлігінде тік болады. Керісінше, шешік бұрмалануы – бұл кішкентай радиустармен салыстырғанда үлкен радиустар үшін радиус картасының азаюы. Радиус түрленуін көрсететін график (нысаннан кескінге) жоғарғы (оң жақ) бөлігінде көбірек көлбеу болады.
In photography, distortion is particularly associated with zoom lenses, particularly large range zooms, but may also be found in prime lenses, and depends on focal distance – for example, the Canon EF 50mm 1.4 exhibits barrel distortion at extremely short focal distances. Barrel distortion may be found in wide angle lenses, and is often seen at the wide angle end of zoom lenses, while pincushion distortion is often seen in older or low end telephoto lenses. Mustache distortion is observed particularly on the wide end of zooms, with certain retrofocus lenses, and more recently on large range zooms such as the Nikon 18–200 mm. A certain amount of pincushion distortion is often found with visual optical instruments, e. g., binoculars, where it serves to counteract the globe effect. In order to understand these distortions, it should be remembered that these are radial defects; the optical systems in question have rotational symmetry (omitting non radial defects), so the didactically correct test image would be a set of concentric circles having even separation – like a shooter's target. It will then be observed that these common distortions actually imply a nonlinear radius mapping from the object to the image: What is seemingly pincushion distortion, is actually simply an exaggerated radius mapping for large radii in comparison with small radii. A graph showing radius transformations (from object to image) will be steeper in the upper (rightmost) end. Conversely, barrel distortion is actually a diminished radius mapping for large radii in comparison with small radii. A graph showing radius transformations (from object to image) will be less steep in the upper (rightmost) end.
Хроматикалық аберрация
Толқын ұзындығына байланысты радиалды бұрмалау "жанама хроматикалық аберрация" деп аталады – "жанама", себебі радиалды, "хроматикалық", себебі түске (толқын ұзындығына) байланысты. Бұл суреттің шеттеріндегі жоғары контрастты аймақтарда түсті жиектердің пайда болуына себеп болуы мүмкін. Бұл ассиалды (бойлық) хроматикалық аберрациямен шатастырылмауы керек, ол бүкіл көріс аумағында аберрацияларға, әсіресе күлгін жиектерге әкеледі.
Radial distortion that depends on wavelength is called "lateral chromatic aberration" – "lateral" because radial, "chromatic" because dependent on color (wavelength). This can cause colored fringes in high contrast areas in the outer parts of the image. This should not be confused with axial (longitudinal) chromatic aberration, which causes aberrations throughout the field, particularly purple fringing.
Терминдердің шығу тегі
Бұл бұрмалаулардың атаулары көзге ұқсас таныс заттардан шығарылған.
The names for these distortions come from familiar objects which are visually similar.
Қарым-қатынас құбылыстары
Радиалды бұрмалау — линзаның түзу сызықты болу қабілетінің жоқтығы, яғни сызықтарды сызықтар ретінде бейнелеуге келмейтін жағдай. Егер фотосурет тік бұрыштан түсірілмесе, тіпті толыққанды түзу сызықты линзамен де, тіктөртбұрыштар трапеция тәрізді болып көрінеді: сызықтар сызықтар ретінде бейнеленеді, бірақ олардың арасындағы бұрыштар сақталмайды (бұл конформды бейнелеу емес). Бұл әсерді перспективалық түзету линзасын қолдану арқылы немесе кейін өңдеу кезінде түзетуге болады. Перспективаға байланысты, камералар кубты шаршы трапеция тәрізді денеге (трапеция қабырғалары бар қиық пирамида) айналдырып бейнелейді. Бұл перспективаны құрайды, ал бұл масштабтаудың жылдамдығы (қашықтықтағы нысандардың қаншалықты жылдам кішіреюі) көріністің терең немесе жапсарлы екенін сезінуге мүмкіндік береді. Бұл өзгертілмейді немесе түзетілмейді, себебі ол 3D ақпаратты, атап айтқанда көріністегі нысандардың тереңдігін қажет етеді. Бұл эффект перспективалық бұрмалау деп аталады; суреттің өзі бұрмаланбайды, бірақ қалыпты қарау қашықтығынан қарағанда бұрмаланғандай сезіледі. Егер суреттің ортасы жиектерінен жақын болса (мысалы, беттің тік түсірілімі), онда бочка тәрізді бұрмалау және кең бұрышты бұрмалау (жақыннан түсіру) екеуі де орталықтың мөлшерін арттырады, ал жұмсақ бұрмалау және телеобъективтік бұрмалау (алыстан түсіру) екеуі де орталықтың мөлшерін азайтады. Дегенмен, радиалды бұрмалау тура сызықтарды (сыртқа немесе ішке) иілтеді, ал перспективалық бұрмалау сызықтарды иілмейді, бұл екі түрлі құбылыс. «Балық көзі» линзалары — кең бұрышты линзалар, олар күшті бочка тәрізді бұрмалауға ұшырайды, сондықтан суреттің ортасындағы нысандар (жақын қашықтықтан түсірілгенде) айқын үлкейтіледі: тіпті бочка тәрізді бұрмалау түзетілсе де, алынған сурет кең бұрышты линзадан алынған болады және кең бұрышты перспективаны сақтайды.
Radial distortion is a failure of a lens to be rectilinear: a failure to image lines into lines. If a photograph is not taken straight on then, even with a perfect rectilinear lens, rectangles will appear as trapezoids: lines are imaged as lines, but the angles between them are not preserved (tilt is not a conformal map). This effect can be controlled by using a perspective control lens, or corrected in post processing. Due to perspective, cameras image a cube as a square frustum (a truncated pyramid, with trapezoidal sides) – the far end is smaller than the near end. This creates perspective, and the rate at which this scaling happens (how quickly more distant objects shrink) creates a sense of a scene being deep or shallow. This cannot be changed or corrected by a simple transform of the resulting image, because it requires 3D information, namely the depth of objects in the scene. This effect is known as perspective distortion; the image itself is not distorted, but is perceived as distorted when viewed from a normal viewing distance. Note that if the center of the image is closer than the edges (for example, a straight on shot of a face), then barrel distortion and wide angle distortion (taking the shot from close) both increase the size of the center, while pincushion distortion and telephoto distortion (taking the shot from far) both decrease the size of the center. However, radial distortion bends straight lines (out or in), while perspective distortion does not bend lines, and these are distinct phenomena. Fisheye lenses are wide angle lenses with heavy barrel distortion and thus exhibit both these phenomena, so objects in the center of the image (if shot from a short distance) are particularly enlarged: even if the barrel distortion is corrected, the resulting image is still from a wide angle lens, and will still have a wide angle perspective.