Нормальный объектив: попытка имитации человеческого зрения.
Normal lens
Нормальный объектив в фотографии и видеосъёмке: естественная перспектива, фокусное расстояние около 17мм, имитация человеческого зрения. Оптика и искажения.
Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Тип объектива для фотографии и кинематографии
Type of photography and cinematography lens
В фотографии и кинематографии нормальный объектив – это объектив, воспроизводящий поле зрения, которое кажется «естественным» человеческому глазу. В отличие от него, сжатие и расширение перспективы при использовании более коротких или более длинных фокусных расстояний приводит к заметным, а иногда и искажающим пропорции, деформациям.
In photography and cinematography, a normal lens is a lens that reproduces a field of view that appears "natural" to a human observer. In contrast, depth compression and expansion with shorter or longer focal lengths introduces noticeable, and sometimes disturbing, distortion.
Подражает человеческому зрению
Фотографические технологии используют физические методы, отличные от человеческого глаза, для захвата изображений. Таким образом, создание оптики, формирующей изображения, которые кажутся естественными для человеческого зрения, является сложной задачей. Номинальная фокусная длина глаза составляет приблизительно 17 мм, но она изменяется при аккомодации. Природа бинокулярного зрения человека, использующего две линзы вместо одной, и последующая обработка корой головного мозга существенно отличаются от процесса создания и отображения фотографии, видео или фильма, а затем их просмотра. Структура человеческого глаза имеет вогнутую сетчатку, а не плоский сенсор. Это порождает эффекты, наблюдаемые Абрахамом Боссом, который в своей иллюстрации 1665 года «Чтобы доказать, что нельзя ни определить, ни изобразить то, как видит глаз», продемонстрировал, как круговая проекция зрительного конуса противоречит плоской плоскости изображения, что вызвало продолжающиеся дебаты о том, воспринимаются ли прямые линии в мире как прямые или изогнутые в виде бочкообразной дисторсии, и должны ли они быть изображены прямыми на плоскости изображения. Фигура шахматной доски Германа фон Гельмгольца демонстрирует, что прямые линии в мире не всегда воспринимаются как прямые, и наоборот, что изогнутые линии в мире иногда могут казаться прямыми. Кроме того, сетчатка имеет переменную чувствительность по всему полю зрения, превышающему 180° по горизонтали, а также различия в разрешении между периферическим и центральным зрением. Учитывая эти различия между человеческим зрением и объективами камер, объяснения в текстах по фотографии, призванные учесть это расхождение, тем не менее, часто упрощают или просто перефразируют проблему, описывая наблюдаемые явления, или утверждают, что использование 50-мм объективов «приближает угол обзора и увеличение к человеческому зрению», или что «нормальная фокусная длина для данного формата наиболее точно соответствует человеческому зрению и проецирует изображение с минимальными искажениями и сжатием пространства от переднего плана к заднему», или что «перспектива правильная, и мы наиболее комфортно воспринимаем изображение, снятое с помощью 50-мм объектива».
Photographic technology employs different physical methods from the human eye in order to capture images. Thus, manufacturing optics which produce images that appear natural to human vision is problematic. The eye has a nominal focal length of approximately 17mm, but it varies with accommodation. The nature of human binocular vision, which uses two lenses instead of a single one, and post processing by the cortex is very different from the process of making and rendering a photograph, video or film, and then looking at those. The structure of the human eye has a concave retina, rather than a flat sensor. This produces effects observed by Abraham Bosse who, in his 1665 illustration To prove that one can neither define nor paint as the eye sees, demonstrated how the circular projection of the visual cone conflicts with the flat plane of the picture surface, prompting continued debate over whether straight lines in the world are perceived as straight or curved in a form of barrel distortion, and whether they should be depicted as straight in the picture plane. Hermann von Helmholtz's pin cushioned chessboard figure demonstrates that straight lines in the world are not always perceived as straight and, conversely, that curved lines in the world can sometimes be seen as straight. Furthermore, the retina has variable sensitivity across its wider than 180° horizontal field of view, as well as differences in resolution between peripheral and foveal vision. Given these differences between human vision and camera lenses, explanations in photography texts to account for this discrepancy nevertheless tend to gloss over or merely restate the problem in terms of the observed phenomena, or claim that using 50mm lenses "approximates the angle of view and magnification of human vision", or that "the normal focal length for a given format most closely approximates human sight, and projects an image with the least distortion and compression of space from foreground to background", or that "the perspective is correct and we are most comfortable with a picture captured with a 50 mm lens".
Что такое "нормально"?
Испытание, позволяющее определить, что такое нормальный объектив, заключается в поиске такого, который при просмотре одним глазом на "нормальном" расстоянии (обычно на расстоянии вытянутой руки) воспроизводит напечатанную (или иным образом отображенную) фотографию сцены так, чтобы она соответствовала реальному миру и передаваемой перспективе. Однако Морис Пиренне (в 1970 году) и другие показали, что сцену, снятую с помощью любого объектива, можно увидеть в нормальной перспективе, если изменить расстояние просмотра. Но для широкоугольных фотографий это расстояние становится непрактично малым, а для телеобъективов – чрезмерно большим. Кроме того, это требует просмотра с неподвижной точки, находящейся в центре перспективы, с которой было сделано изображение, что подтверждает наблюдения, сделанные при анализе перспективных картин Леонардо да Винчи.
A test of what is a normal lens then, is to find one that renders a printed (or otherwise displayed) photograph of a scene that when held at 'normal' viewing distance (usually arm's length) in front of the original scene and viewed with one eye, matches the real world and the rendered perspective, though Maurice Pirenne (in 1970) and others demonstrate that it is possible to see a scene made with any lens in normal perspective if one adjusts the viewing distance; but that range becomes impractically close for wide angle photographs or too lengthy for a telephoto, and it requires viewing it from a static point at the centre of perspective from which the image was made, supporting the observations of perspective paintings made by Leonardo da Vinci.
Круг изображения
Нормальная линза обычно имеет угол обзора, близкий к одному радиану (~57.296°) круга изображения оптической системы. Для формата 135 (24 x 36 мм), при диаметре круга изображения, вписанного в кадр, равном диагонали кадра (43.266 мм), фокусное расстояние, соответствующее углу в один радиан вписанного круга, составляет 39.6 мм; фокусное расстояние, соответствующее углу в один радиан вписанного круга с горизонтальным ограничением, составляет 33 мм; фокусное расстояние, соответствующее углу в один радиан вписанного круга с вертикальным ограничением, составляет 22 мм. Это коррелирует с популярностью объективов 35 и 24 мм, а также с наличием объективов 40 мм, хотя последних в предложении встречается меньше. Объектив 50 мм имеет угол обзора вписанного круга с вертикальным ограничением, равный ~0.5 радиана. Фокусное расстояние 70 мм имеет угол обзора вписанного круга с горизонтальным ограничением, равный ~0.5 радиана. Объектив 85 мм имеет угол обзора вписанного круга (по диагонали кадра), равный ~0.5 радиана. По сути, трио фокусных расстояний 24, 35 и 40 мм находится в соотношении 1:2 к трио фокусных расстояний 50, 70 и 85 мм. "Нормальные" линзы, покрывающие один радиан по крайней мере в одном из своих вписанных или описанных кругов изображения, относятся к первой группе, при этом объективы 35 и 40 мм ближе к одному радиану, чем объективы 50 мм.
A normal lens typically has an angle of view that is close to one radian (~57.296˚) of the optical system's image circle. For 135 format (24 x 36 mm), with an escribed image circle diameter equal to the diagonal of the frame (43.266 mm), the focal length that has an angle of one radian of the inscribed circle is 39.6 mm; the focal length that has an angle of one radian of the horizontally bound inscribed image circle, is 33 mm; the focal length that has an angle of one radian of the vertically bound inscribed circle, is 22 mm. This correlates with the popularity of 35 and 24 mm lenses, and the existence of 40mm lenses, albeit the latter in a more restrained offer. A 50 mm lens has a vertical bound inscribed circle angle of view of ~0.5 radians. A 70mm focal length has a horizontally bound inscribed circle angle of view of ~0.5 radians. An 85 mm lens has an enscribed (frame diagonal) circle angle of view of ~0.5 radians. Effectively, the 24, 35 and 40 mm trio have a 1:2 relation to the 50, 70 and 85 trio of focal lengths. "Normal" lenses, those that cover one radian in at least one of their inscribed or escribed image circles, belong to the first group, with 35 and 40 mm lenses closer to one radian than 50mm lenses.
Перспективные эффекты линз с короткой или длинной фокусной длиной
Линзы с большим или меньшим фокусным расстоянием создают расширенное или сжатое поле зрения, что приводит к искажению перспективы при просмотре с обычного расстояния. Объективы с меньшим фокусным расстоянием называются широкоугольными, а с большим фокусным расстоянием – длиннофокусными (наиболее распространенным типом которых являются телеобъективы). Чтобы совместить широкоугольную фотографию с оригинальной сценой, потребуется держать ее ближе к глазу, в то время как для телефотоизображения потребуется поместить его в глубину сфотографированной сцены или использовать крошечную фотографию, которую нужно держать на вытянутой руке, чтобы соответствовать перспективе. Степень искажения перспективы при использовании этих объективов настолько велика, что они могут быть неприемлемы в качестве юридических доказательств. В энциклопедии ICP Encyclopaedia of Photography отмечается, что в юридических целях: «Судьи не будут принимать фотографии, которые кажутся измененными или искажают какой-либо аспект сцены [или не передают нормальную перспективу]. То есть, соотношение размеров объектов на фотографии должно соответствовать их реальным размерам».
Lenses with longer or shorter focal lengths produce an expanded or contracted field of view that appears to distort the perspective when viewed from a normal viewing distance. Lenses of shorter focal length are called wide angle lenses, while longer focal length lenses are referred to as long focus lenses (with the most common of that type being the telephoto lenses). Superimposing a wide angle image print against the original scene would require holding it closer to the eye, while the telephoto image would need to be placed well into the depth of the photographed scene, or a tiny print to be held at arm's length, to match their perspectives. Such is the extent of distortions of perspective with these lenses that they may not be permitted as legal evidence. The ICP Encyclopaedia of Photography notes that for legal purposes: "Judges will not admit a picture that seems to have been tampered with or that distorts any aspect of the scene [or does not render a normal perspective] That is, the size relationships of objects in the photograph should be equivalent to what they actually are."
Цифровая фотокамера
В цифровой фотографии многие меньшие размеры сенсоров указываются в терминах, таких как 1" или 2/3". Эти измерения не соответствуют напрямую размерам сенсора, а скорее размерам эквивалентной видеокамерной трубки (ВКТ). Нормальное фокусное расстояние объектива составляет примерно 2/3 диаметра трубки видеокамерной трубки.
In digital photography, many smaller sensor sizes are specified in terms such as 1" or 2/3". These measurements do not correspond directly to dimensions of the sensor, but rather to dimensions of an equivalent video camera tube (VCT). The normal lens focal length is roughly 2/3 of the video camera tube diameter. Sensor type equiv. VCT diameter Image dimensions Image diagonal Normal lens focal length 1/3.6" 7.1 mm 3.0 × 4.0 mm 5.0 mm 5 mm 1/3.2" 7.9 mm 3.4 × 4.5 mm 5.7 mm 5.7 mm 1/3" 8.5 mm 3.6 × 4.8 mm 6.0 mm 6 mm 1/2.7" 9.4 mm 4.0 × 5.4 mm 6.7 mm 6.7 mm 1/2.5" 10.2 mm 4.3 × 5.8 mm 7.2 mm 7 mm 1/2" 12.7 mm 4.8 × 6.4 mm 8.0 mm 8 mm 1/1.8" 14.1 mm 5.3 × 7.2 mm 8.9 mm 9 mm 1/1.7" 14.9 mm 5.7 × 7.6 mm 9.5 mm 9.5 mm 2/3" 16.9 mm 6.6 × 8.8 mm 11.0 mm 11 mm 1" 25.4 mm 9.6 × 12.8 mm 16.0 mm 16 mm Four Thirds 33.9 mm 13 × 17.3 mm 21.63 mm 22 mm 4/3" 33.9 mm 13.5 × 18.0 mm 22.5 mm 23 mm APS C 45.7 mm 15.1 × 22.7 mm 27.3 mm 27 mm DX n/a 15.8 × 23.7 mm 28.4 mm 28 mm FF (35 mm film) n/a 24 × 36 mm 43.3 mm 50 mm (6 × 5 cm) n/a 36.7 × 49.0 mm 61.2 mm
Тип сенсора Эквивалентный диаметр ВКТ Размеры изображения Диагональ изображения Нормальное фокусное расстояние объектива
1/3.6" 7.1 мм 3.0 × 4.0 мм 5.0 мм 5 мм
1/3.2" 7.9 мм 3.4 × 4.5 мм 5.7 мм 5.7 мм
1/3" 8.5 мм 3.6 × 4.8 мм 6.0 мм 6 мм
1/2.7" 9.4 мм 4.0 × 5.4 мм 6.7 мм 6.7 мм
1/2.5" 10.2 мм 4.3 × 5.8 мм 7.2 мм 7 мм
1/2" 12.7 мм 4.8 × 6.4 мм 8.0 мм 8 мм
1/1.8" 14.1 мм 5.3 × 7.2 мм 8.9 мм 9 мм
1/1.7" 14.9 мм 5.7 × 7.6 мм 9.5 мм 9.5 мм
2/3" 16.9 мм 6.6 × 8.8 мм 11.0 мм 11 мм
1" 25.4 мм 9.6 × 12.8 мм 16.0 мм 16 мм
Four Thirds 33.9 мм 13 × 17.3 мм 21.63 мм 22 мм
4/3" 33.9 мм 13.5 × 18.0 мм 22.5 мм 23 мм
APS C 45.7 мм 15.1 × 22.7 мм 27.3 мм 27 мм
DX н/д 15.8 × 23.7 мм 28.4 мм 28 мм
FF (35 мм пленка) н/д 24 × 36 мм 43.3 мм 50 мм
(6 × 5 см) н/д 36.7 × 49.0 мм 61.2 мм
In digital photography, many smaller sensor sizes are specified in terms such as 1" or 2/3". These measurements do not correspond directly to dimensions of the sensor, but rather to dimensions of an equivalent video camera tube (VCT). The normal lens focal length is roughly 2/3 of the video camera tube diameter. Sensor type equiv. VCT diameter Image dimensions Image diagonal Normal lens focal length 1/3.6" 7.1 mm 3.0 × 4.0 mm 5.0 mm 5 mm 1/3.2" 7.9 mm 3.4 × 4.5 mm 5.7 mm 5.7 mm 1/3" 8.5 mm 3.6 × 4.8 mm 6.0 mm 6 mm 1/2.7" 9.4 mm 4.0 × 5.4 mm 6.7 mm 6.7 mm 1/2.5" 10.2 mm 4.3 × 5.8 mm 7.2 mm 7 mm 1/2" 12.7 mm 4.8 × 6.4 mm 8.0 mm 8 mm 1/1.8" 14.1 mm 5.3 × 7.2 mm 8.9 mm 9 mm 1/1.7" 14.9 mm 5.7 × 7.6 mm 9.5 mm 9.5 mm 2/3" 16.9 mm 6.6 × 8.8 mm 11.0 mm 11 mm 1" 25.4 mm 9.6 × 12.8 mm 16.0 mm 16 mm Four Thirds 33.9 mm 13 × 17.3 mm 21.63 mm 22 mm 4/3" 33.9 mm 13.5 × 18.0 mm 22.5 mm 23 mm APS C 45.7 mm 15.1 × 22.7 mm 27.3 mm 27 mm DX n/a 15.8 × 23.7 mm 28.4 mm 28 mm FF (35 mm film) n/a 24 × 36 mm 43.3 mm 50 mm (6 × 5 cm) n/a 36.7 × 49.0 mm 61.2 mm
Кино
В кинематографе фокусное расстояние, примерно равное двойной диагонали изображения, проецируемого в камеру, считается нормальным, поскольку фильмы обычно просматриваются с расстояния, приблизительно в два раза превышающего диагональ экрана. Формат пленки Размеры изображения Диагональ изображения Нормальная фокусная длина объектива Стандарт 8 3,7 × 4,9 мм 6,11 мм 12–15 мм Одинарный 8 (FUJI) 4,2 × 6,2 мм 7,5 мм 15–17 мм Супер 8 4,2 × 6,2 мм 7,5 мм 15–17 мм 9,5 мм 6,5 × 8,5 мм 10,7 мм 20 мм 16 мм 7,5 × 10,3 мм 12,7 мм 25 мм 35 мм 18,0 × 24,0 мм 30,0 мм 60 мм 35 мм, звук 16,0 × 22,0 мм 27,2 мм 50 мм 65 мм 52,6 × 23,0 мм 57,4 мм 125 мм
In cinematography, a focal length roughly equivalent to twice the diagonal of the image projected within the camera is considered normal, since movies are typically viewed from a distance of about twice the screen diagonal. Film format Image dimensions Image diagonal Normal lens focal length Standard 8 3.7 × 4.9 mm 6.11 mm 12–15 mm Single 8 (FUJI) 4.2 × 6.2 mm 7.5 mm 15–17 mm Super 8 4.2 × 6.2 mm 7.5 mm 15–17 mm 9.5mm 6.5 × 8.5 mm 10.7 mm 20 mm 16mm 7.5 × 10.3 mm 12.7 mm 25 mm 35mm 18.0 × 24.0 mm 30.0 mm 60 mm 35mm, sound 16.0 × 22.0 mm 27.2 mm 50 mm 65mm 52.6 × 23.0 mm 57.4 mm 125 mm