Введение
Отклонение от прямолинейной проекции (оптика)
В геометрической оптике дисторсия — это отклонение от прямолинейной проекции, то есть проекции, при которой прямые линии в сцене остаются прямыми на изображении. Это один из видов оптических аберраций.
Возникновение
В фотографии искажения особенно часто связаны с зум-объективами, в частности с зумами с большим диапазоном, но также могут встречаться и в объективах с фиксированным фокусным расстоянием и зависят от дистанции фокусировки. Например, Canon EF 50mm 1.4 демонстрирует бочкообразное искажение на очень коротких фокусных расстояниях. Бочкообразное искажение часто встречается в широкоугольных объективах и наблюдается на минимальном фокусном расстоянии зум-объективов, в то время как подушкообразное искажение часто встречается в старых или недорогих телеобъективах. Искажение типа "усы" особенно заметно на широком конце зумов, в некоторых ретрофокусных объективах и, в последнее время, в зумах с большим диапазоном, таких как Nikon 18–200 мм. Некоторое подушкообразное искажение часто встречается в оптических приборах визуального наблюдения, например, в биноклях, где оно служит для компенсации глобусного эффекта. Чтобы понять эти искажения, следует помнить, что это радиальные дефекты; рассматриваемые оптические системы обладают радиальной симметрией (если не учитывать нерадиальные дефекты), поэтому для дидактических целей правильным тестовым изображением будет набор концентрических окружностей с равным интервалом – как мишень для стрельбы. Тогда станет очевидно, что эти распространенные искажения фактически подразумевают нелинейное отображение радиуса от объекта к изображению: то, что кажется подушкообразным искажением, на самом деле является просто преувеличенным отображением радиуса для больших радиусов по сравнению с малыми. График, показывающий преобразование радиуса (от объекта к изображению), будет более крутым в верхней (правой) части. И наоборот, бочкообразное искажение на самом деле является уменьшенным отображением радиуса для больших радиусов по сравнению с малыми. График, показывающий преобразование радиуса (от объекта к изображению), будет менее крутым в верхней (правой) части.
Хроматическая аберрация
Радиальное искажение, зависящее от длины волны, называется "боковой хроматической аберрацией" – "боковой", поскольку оно радиальное, а "хроматической", поскольку зависит от цвета (длины волны). Это может вызывать появление цветных окантовок в областях с высокой контрастностью по краям изображения. Не следует путать это с осевой (продольной) хроматической аберрацией, которая проявляется по всему полю изображения, особенно в виде фиолетовых окантовок.
Происхождение терминов
Названия этих искажений происходят от знакомых объектов, имеющих визуальное сходство.
Связанные явления
Радиальное искажение — это несоответствие линзы принципу прямолинейности: неспособность отображать линии как линии. Если фотография сделана не прямо, даже с идеальной прямолинейной линзой, прямоугольники будут выглядеть как трапеции: линии отображаются как линии, но углы между ними не сохраняются (наклон не является конформным отображением). Этот эффект можно контролировать с помощью объектива с контролем перспективы или исправить при постобработке. Из-за перспективы камера отображает куб в виде усечённой пирамиды с трапециевидными сторонами — дальний конец меньше ближнего. Это создаёт перспективу, а скорость изменения масштаба (как быстро уменьшаются более далёкие объекты) создаёт ощущение глубины или плоскости сцены. Это нельзя изменить или исправить простым преобразованием полученного изображения, поскольку для этого требуется трёхмерная информация, а именно глубина объектов в сцене. Этот эффект известен как искажение перспективы; само изображение не искажено, но воспринимается как искажённое при просмотре с нормального расстояния. Обратите внимание, что если центр изображения ближе, чем края (например, при съёмке лица в анфас), то бочкообразное искажение и широкоугольное искажение (съёмка с близкого расстояния) увеличивают размер центра, в то время как подушкообразное искажение и телеобъективное искажение (съёмка с дальнего расстояния) уменьшают размер центра. Однако радиальное искажение искривляет прямые линии (внутрь или наружу), в то время как перспективное искажение не искривляет линии, и это различные явления. Рыбий глаз — это широкоугольный объектив с сильным бочкообразным искажением и, следовательно, демонстрирует оба этих явления, поэтому объекты в центре изображения (при съёмке с небольшого расстояния) особенно увеличиваются: даже если бочкообразное искажение исправлено, полученное изображение всё равно будет получено с широкоугольного объектива и по-прежнему будет иметь широкоугольную перспективу.