Введение

Широкоугольный фотографический объектив с сильной бочкообразной дисторсией.
Термин "рыбий глаз" был придуман в 1906 году американским физиком и изобретателем Робертом В. Вудом, основываясь на том, как рыба видит ультраширокий полусферический обзор из-под воды (феномен, известный как окно Снелла). Он использовал их для изучения образования облаков, назвав их объективами "всего неба". Угол обзора объектива "рыбий глаз" обычно составляет от 100 до 180 градусов, и они обычно используются из-за их уникального, искаженного вида. Для популярного формата пленки 35 мм типичные фокусные расстояния объективов "рыбий глаз" составляют 8 мм для создания круглых изображений и 12 мм для диагональных изображений, заполняющих весь кадр. Для цифровых камер, использующих меньшие сенсоры, такие как ПЗС или КМОП-сенсоры формата 1 и 1 дюйма, фокусное расстояние "миниатюрных" объективов "рыбий глаз" может быть всего 1 мм. Объективы "рыбий глаз" также имеют другие применения, например, для репроектирования изображений, изначально снятых через объектив "рыбий глаз" или созданных с помощью компьютерной графики, на полусферические экраны. Они также используются в научной фотографии, например, для записи полярных сияний и метеоров, для изучения геометрии крон деревьев и для расчета солнечной радиации вблизи земной поверхности. В повседневной жизни они, пожалуй, чаще всего встречаются в качестве дверных глазков, обеспечивающих широкий угол обзора.

История и развитие

Панорамы с искажением "рыбьего глаза" предшествовали фотографии и объективу "рыбий глаз". В 1779 году Гораций Бенедикт де Соссюр опубликовал свой вид Альп, направленный вниз, с эффектом "рыбьего глаза": "Все объекты изображены в перспективе из центра". В 1906 году Вуд опубликовал статью, в которой подробно описал эксперимент, в ходе которого он сконструировал камеру в ведре, наполненном водой, начиная с фотопластины на дне, короткофокусного объектива с игольчатой диафрагмой, расположенной примерно на середине высоты ведра, и стеклянного листа по краю для подавления ряби на воде. Этот эксперимент был попыткой Вуда "узнать, как внешний мир воспринимают рыбы", поэтому статья была названа "Виды рыбьим глазом и зрение под водой". Полусферический объектив Бонда также уменьшил потребность в игольчатой диафрагме для обеспечения резкости, что позволило сократить время экспозиции.

Линзы на холме

[[Файл:Hill Sky Lens (1924).svg|thumb|right|Объектив Hill/Beck Sky Lens (1923, GB 225,398) Искажения неизбежны в объективе, охватывающем угол обзора более 125°, но Hill и Beck утверждали в патенте, что стереографическая или равнопромежуточная проекция являются предпочтительными функциями отображения. Объектив Hill Sky Lens устанавливался на камеру для съемки всего неба, обычно используемую в паре на расстоянии друг от друга для стереоизображений, и оснащался красным фильтром для повышения контрастности; в своей первоначальной форме объектив имел фокусное расстояние и создавал изображение диаметром в мм. Конрад Бек описал систему камеры в статье, опубликованной в 1925 году. По крайней мере, один экземпляр был восстановлен.

Развитие Германии и Японии

Файл:AEG Weitwinkelobjectiv (1932). svg|thumb|right|Schulz/AEG Weitwinkelobjektiv (1932, DE 620538) По сравнению с объективом Hill Sky Lens 1923 года, Weitwinkelobjektiv 1932 года имел два расходящихся менисковых элемента перед диафрагмой и использовал склеенную ахроматическую группу в собирающей части. Умбо использовал объектив AEG в художественных целях, фотографии были опубликованы в выпуске журнала Volk und Welt в 1937 году. AEG Weitwinkelobjektiv послужил основой для более позднего 16-мм Fisheye Nikkor объектива Nippon Kogaku (Nikon) 1938 года, который использовался в военных и научных (для наблюдения за облачностью) целях. Nikon, имевшая контракт на поставку оптики Императорскому японскому флоту, возможно, получила доступ к конструкции AEG в рамках «Стального пакта». Этот объектив использовался для воздушной разведки во время Второй мировой войны. Собирающая задняя группа Плеона была симметричной и произошла от 4-линзового объектива Topogon, разработанного Рихтером для Zeiss в 1933 году. Испытания захваченного объектива после войны показали, что Плеон обеспечивал равнопромежуточную проекцию, покрывающую поле зрения примерно в 130°, а негативы печатались с использованием специального увеличителя с функцией коррекции искажений.

Дизайн

В отличие от прямолинейных объективов, объективы «рыбий глаз» не полностью описываются только фокусным расстоянием и диафрагмой. Угол обзора, диаметр изображения, тип проекции и покрытие сенсора варьируются независимо от этих параметров.

Диаметр изображения и охват

Типы использования формата: Круглый, Обрезанный круг, Полный кадр. 134px, 134px, 134px. 3:2, 52% сенсор, 78% FOV, 92% сенсор. 59% FOV, 4:3, 59% сенсор, 86% FOV, 90% сенсор. 61% FOV. 134px. Круговой "рыбий глаз" для 35 мм. 134px. "Рыбий глаз" полного кадра с примитивным блендой. 134px. Изображение VLT от ESO, полученное с помощью кругового "рыбьего глаза". 134px. Круговой "рыбий глаз" 35 мм с камерой формата DX. 134px. Диагональный "рыбий глаз", используемый в замкнутом пространстве (Nikkor 10,5 мм).

В круговом "рыбьем глазе" круг изображения вписан в область пленки или сенсора, а в диагональном ("полнокадровом") "рыбьем глазе" – описан вокруг нее. Это означает, что использовать "рыбий глаз" для формата, отличного от предназначенного, относительно легко (в отличие от ректилинейного объектива) и может изменить его характеристики. Кроме того, разные "рыбьи глаза" по-разному отображают ("искажают") изображения, и способ искажения называется их функцией отображения. Распространенным типом для потребительского использования является равновеликий угловой. Хотя цифровые эффекты "рыбьего глаза" доступны как в камере, так и в виде компьютерного программного обеспечения, ни один из них не может расширить угол обзора исходных изображений до очень большого угла обзора настоящего "рыбьего глаза".

Диагональные рыбьи глаза (также известные как полнокадровые или прямоугольные)

По мере того, как объективы «рыбий глаз» становились популярнее в общей фотографии, производители камер начали выпускать объективы «рыбий глаз» с увеличенным кругом изображения, чтобы покрывать весь прямоугольный кадр плёнки. Их называют диагональными, а иногда – «прямоугольными» или «полнокадровыми» объективами «рыбий глаз». (Это было задолго до появления цифровой фотографии, поэтому использование термина «полнокадровый» применительно к объективам «рыбий глаз» не связано с его использованием для обозначения цифрового сенсора размером 36x24 мм). Угол обзора, создаваемый диагональными объективами «рыбий глаз», составляет 180° по диагонали: у них диагональный угол обзора (AOV) равен 180°, при этом горизонтальный и вертикальный углы обзора будут меньше. Для равноугольного 15-миллиметрового полнокадрового объектива «рыбий глаз» горизонтальный AOV составит 147°, а вертикальный – 94°. Одним из первых массово производимых диагональных объективов «рыбий глаз» был Nikon Fisheye Nikkor F 16mm, выпущенный в начале 1970-х годов. Для достижения того же эффекта на цифровых камерах с меньшими сенсорами требуется меньшее фокусное расстояние. Nikon выпускает 10,5-миллиметровый объектив «рыбий глаз» для своих APS DX SLR. Несколько других компаний производят «полнокадровые», то есть диагональные, объективы «рыбий глаз» для камер APS и m43, см. следующий абзац.

Рыбные глаза с портретом или с обрезкой круга

Промежуточный между диагональным и круглым "рыбьим глазом" представляет собой круглое изображение, оптимизированное для ширины формата пленки, а не для высоты. В результате, на любом неквадратном формате пленки круглое изображение будет обрезано сверху и снизу, но при этом останутся черные края слева и справа. Этот формат называется "портретным" рыбьим глазом; исторически он был довольно редким, и только 12-миллиметровый объектив Accura (см. список ниже) напрямую следует принципу портретной ориентации. Однако сегодня эффект портретного рыбьего глаза легко достигается, используя объектив "рыбий глаз", предназначенный для полного покрытия меньшего формата сенсора, например, диагональный "рыбий глаз" APS на полнокадровой камере 35 мм или диагональный "рыбий глаз" M43 на APS.

Миниатюрные линзы рыбьего глаза

Миниатюрные цифровые камеры, особенно при использовании в качестве камер видеонаблюдения, часто оснащаются объективами «рыбий глаз» для максимального охвата. Миниатюрные объективы «рыбий глаз» разработаны для малоформатных CCD/CMOS-матриц, широко применяемых в потребительских и охранных камерах. Наиболее распространенные размеры матриц изображений – 1/4", 1/3" и 1/2". В зависимости от активной области матрицы, один и тот же объектив может формировать круглое изображение на матрице большего размера (например, 1/2 дюйма) и заполнять весь кадр на матрице меньшего размера (например, 1/4 дюйма).

Примеры и конкретные модели

Для полного списка всех текущих и всех ранее существовавших объективов «рыбий глаз» смотрите раздел «Внешние ссылки» ниже.

Примечательные рыбий глазные линзы для камер APS-C

Сенсор изображения APS-C, используемый в камерах Canon, имеет размер , или на диагонали, что немного меньше, чем размер сенсора, используемого другими популярными производителями камер с сенсорами APS-C, такими как Fuji, Minolta, Nikon, Pentax и Sony. Другие распространенные сенсоры APS-C имеют размеры от на длинной стороне и на короткой стороне, что дает диагональ от .

Круглые линзы APS-C для рыбьего глаза

Сигма 4,5 мм
Lensbaby 5,8 мм

Диагональные линзы APS-C

Nikon 10,5 мм для зеркальных камер Nikon F. Samyang 8 мм для различных APS-C зеркальных камер. Отличается стереографической проекцией. Samyang 8 мм для различных беззеркальных систем. Отличается стереографической проекцией. Sigma 10 мм для различных APS-C зеркальных камер.

Зум APS-C рыбий глаз

Pentax 10–17 мм = Tokina 10–17 мм (разработаны совместно) для различных APS DSLR-камер.

Зум-линзы рыбьего глаза

Canon EF 8–15mm L Fisheye USM обеспечивает 180° на всех фокусных расстояниях, но переключается с кругового на диагональный "рыбий глаз" на полнокадровой 35-мм камере, то есть изменяется вертикальный угол обзора. На камере с кроп-матрицей APS-C/H он выдает только обрезанное круговое и полнокадровое изображение. В комплекте имеется фиксатор зума, предотвращающий выход за пределы диапазона фокусных расстояний, обеспечивающего полное покрытие на камерах с кроп-матрицей. Nikon AF S Fisheye Nikkor 8–15mm E ED, разработанный для полнокадровых и FX-камер, ведет себя идентично объективу Canon. Tokina AT X AF DX = Pentax DA ED IF 10–17mm – зум-объектив "рыбий глаз", предназначенный для камер с сенсором APS-C, также продается в версии NH без встроенной бленды: в этом случае он может использоваться на полнокадровых камерах. Pentax F 17–28mm Fisheye. Этот объектив был разработан для 35-мм полнокадровых пленочных камер, чтобы заменить 16mm f/2.8 в эпоху автофокуса. Он начинается с 17-мм (диагонального) "рыбьего глаза" для полнокадровых камер. При достижении 28 мм эффект "рыбьего глаза" практически исчезает, оставляя сильно искаженное широкоугольное изображение. Он задумывался как объектив "специального эффекта" и, как утверждается, не был продан в большом количестве.

Любопытство

Canon 5,2 мм f/2,8 RF L (стереографический «рыбий глаз» с углом обзора 190° и двумя оптическими системами «рыбий глаз»: для 3D-съемки виртуальной реальности на один 35-мм полнокадровый сенсор изображения, и менее применимо для обычной фотографии: размещение двух изображений на кадре шириной 36 мм означает, что диаметр каждого из них может составлять лишь 18 мм, что приводит к значительной потере разрешения). Pentax K «Птичий глаз» 8,4 мм (прототип, 1982 г., изображение отличается от типичного «рыбьего глаза»).

Другие применения

Изображение штаб-квартиры ESO, снятое с помощью "рыбьего глаза". Многие планетарии сейчас используют объективы с эффектом "рыбьего глаза" для проекции ночного неба или другого цифрового контента на внутреннюю поверхность купола. Объективы "рыбьего глаза" используются в порнографии для визуального увеличения объектов, находящихся непосредственно перед камерой. Симуляторы полетов и боевых действий используют объективы проекции "рыбьего глаза" для создания иммерсивной среды для тренировок пилотов, авиадиспетчеров или военнослужащих. Аналогично, формат кино IMAX Dome (ранее "OMNIMAX") предполагает съемку через круговой объектив "рыбьего глаза" и последующую проекцию на полусферический экран. Ученые и специалисты по управлению ресурсами (например, биологи, лесоводы и метеорологи) используют объективы "рыбьего глаза" для полусферической фотосъемки с целью расчета индексов растительного покрова и солнечной радиации у земли. Это применяется для оценки здоровья леса, характеристики мест зимовки бабочек-монархов и управления виноградниками. Астрономы используют объективы "рыбьего глаза" для регистрации данных о облачности и световом загрязнении. Фотографы и видеографы используют объективы "рыбьего глаза", чтобы максимально приблизить камеру к объекту съемки, одновременно сохраняя контекст, например, в скейтбординге, чтобы сфокусироваться на доске, но при этом видеть скейтбордиста. "Глаз" компьютера HAL 9000 из фильма "2001 год: Космическая одиссея" был создан с использованием объектива Fisheye Nikkor 8 мм. Точка зрения HAL была снята с помощью объектива Fairchild Curtis "bug eye", изначально разработанного для фильмов в формате купола Cinerama 360. Первым музыкальным видео, полностью снятым с использованием объектива "рыбьего глаза", стал клип Beastie Boys "Hold It Now, Hit It" в 1987 году. В компьютерной графике круговые изображения, полученные с помощью "рыбьего глаза", могут использоваться для создания карт окружения на основе реального мира. Одно 180-градусное широкоугольное изображение "рыбьего глаза" помещается в половину пространства кубического отображения с использованием соответствующего алгоритма. Карты окружения могут использоваться для рендеринга 3D-объектов и виртуальных панорамных сцен. Многие онлайн-камеры персональных метеостанций по всему миру загружают изображения "рыбьего глаза" текущих местных условий неба, а также таймлапсы за предыдущий день с данными о климатических условиях, таких как температура, влажность, ветер и количество осадков. В дверных глазках, чтобы обеспечить более широкий угол обзора для смотрящего изнутри.