Дисторсия. Что такое дисторсия

25.09.2019

Оптические искажения появились вместе с объективами, это как бы их маленькое свойство. Но если оно действительно маленькое – проблем с не будет. Чтобы свести к минимуму проблему оптического искажения, читайте нашу статью!

Дорогой объектив – не значит идеальный

Любой объектив имеет оптический дефект, именно поэтому он не создает точную копию объекта, который мы фотографируем. Конечно, производители с каждым годом стараются создать оптику все более идеальной, несмотря на то, что пока не существует способа изготовления объектива, который не страдал бы в какой-то степени от искажений.

Действительно, высокая цена не всегда означает качество в отношении оптических дефектов. А что же важно? Это тип и конструкция оптики. Цена играет роль, но куда важнее фокусное расстояние.

К примеру, чем шире угол объектива, тем труднее прямой линии не оказаться изогнутой. Уменьшение фокусного расстояния также способствует искажению, потому что невозможно корректировать отклонения при каждом фокусном расстоянии.

Никто не утверждает, что премьер-объектив безупречен, но чем больше диапазон зума, тем более заметны становятся эти искажения.

Тест на искажение

Зеркала в автомобиле делают выгнутыми, так они расширят угол обзора, отдаляя все, что в них отражается. Что-то подобное происходит и в объективе – в качестве теста можно сфотографировать лист бумаги “в клеточку” и затем рассмотреть его в фотошопе (для этого вам нужно включить линейки Ctrl-R и с них “перетащить” мышкой направляющие синего цвета – так легче будет увидеть кривизну получившихся клеток)

Виды искажений

Есть достаточно много видов искажений, но мы остановимся на особо важных.

Криволинейные. Их существует несколько подвидов, из которые самое частое – бочкообразное. Как оно возникает? Если вы используете ультра-широкий объектив, то линии, что были прямыми, становятся выпуклыми. Сейчас есть тренд, снимать на “рыбий глаз”, так это и есть данное искажение, просто используемое в усиленном виде и как фишка.

Подушкообразное. В основном проявляется в длинных телеобъективах. Оно противоположно предыдущему, то есть линии вогнуты внутрь. В принципе, это малозаметно, но если масштабировать объект во время съемки или обработки – будет видно.

Хроматические аберрации. Это огромнейшая проблема в современной фотографии. Ее суть в том, что на снимках возникает цвет окантовки, особенно заметен и без увеличения фотографии. Такое случается с объективами любого фокусного расстояния, но особенно с самыми дешевыми моделями или же с “мыльницами”.

Виньетирование, иными словами затемнение областей по краям кадра. Обычно его можно заметить на широкоугольных объективах при максимально открытой диафрагме. Этот эффект встречается довольно редко.

Редактор в помощь

Adobe Photoshop имеет хорошие инструменты для спасения искаженной фотографии.

Напрямую с оригинальным фоном не работаем (думаю, вы в курсе). Так что первое, что мы наклацаем – это Дублировать слой / Duplicate Layer .

После: Filter/Фильтры > Distort/Искажение > Lens Correction/Оптические искажения. Нажав, вы увидите окно с кучами настроек, из которых нам нужен только верхний блок справа, сразу под клавишами.

Там мы передвигаем вручную ползунок до получения желаемого результата. Двигать нужно очень аккуратно, так как, как правило, сильнее -7 искажает очень мало объективов. Значит править нужно до появления значения +4 или +5, что, в большинстве случаев, достаточно для многих компактных цифровых фотоаппаратов. Можно также эти цифры вбить от руки, контролируя результат по сетке, находящейся в поле предпросмотра самого фильтра. Можно поступить еще проще, нажав в левом верхнем углу кнопку и затем “нарисовав” воображаемую линию от края к центру (опять же, очень аккуратно).

Попытаемся сделать несколько попыток коррекции и по достижении результата нажмем “ОК”. Казалось бы, всё…

Есть, однако, небольшая проблема: фильтр появился только в CS2. Если вы пользуетесь более ранними версиями фотошопа, увеличьте на 30% размер холста (Image/Изображение > Canvas Size/Размер холста > в процентах 130 по вертикали и горизонтали ) и откройте Filters/Фильтры > Distort/Искажение > Spherize :

В нем, напротив, ползунок нужно передвинуть в отрицательное положение (в нашем случае, -5). Жмем ОК.

После правки у вас могут “провиснуть” края изображения, поэтому вам нужно будет воспользоваться инструментом “кадрирование”.

Сравним результат:

После

Есть и альтернативные, зато совсем недешевые варианты правки оптических искажений. Так, Томас Ниман в свое время выпустил плагин ptLens , который оставался бесплатным до выхода на проектную мощность. Сегодня стоит около $15. Преимущество – встроенные профили объективов и фотоаппаратов, автоматическое их определение по данным exif файла изображения и правка прочих искажений, таких как виньетирование (затемнение к краям кадра) и хроматическая аберрация (синие или красные ореолы вокруг высококонтрастных объектов). Стоит скачать и, как минимум, попробовать исправить не более 10 кадров. Есть также набор более дорогих фильтров от DxO optics, которые, по слухам, работают лучше.

02.03.15 5660

Фильтр Photoshop CS6 «Коррекция дисторсии » исправляет искажения, вызванные объективом камеры. Перейдите Фильтр — Коррекция дисторсии . В диалоговом окне вы увидите вкладки «Автоматическая коррекция » и «Пользовательская коррекция ».

Если вы хотите сделать все просто, выберите «Автоматическую коррекцию ». Или перейдите на вкладку «Пользовательская коррекция » и вручную внесите необходимые изменения.

Вот перечень настроек автоматической коррекции:

Коррекция : Выберите проблему, которую нужно исправить. Найдите пояснения каждой из проблем на вкладке пользовательской коррекции. Отметим, что если при коррекции изображение растягивается или сокращается от его первоначальных размеров, выбирайте автоматическое масштабирование изображения. Выберите из выпадающего меню «Края » (всплывающее меню на Mac ), как вы хотите заполнить края — черным цветом, белым, прозрачные края или расширить пиксели изображения;
Критерии поиска : Выберите марку и модель камеры, а также модель объектива. Выбор правильного оборудования помогает Photoshop в выполнении более точной коррекции;
Профили объектива : Выберите соответствующий профиль. Для зум-объективов, щелкните правой кнопкой мыши (Cmd+клик на Mac ) и выберите наиболее подходящее фокусное расстояние. Если вы не можете найти свой профиль объектива, нажмите кнопку «Поиск в Интернете », чтобы найти профили, загруженные другими фотографами. Если вы хотите сохранить профиль для дальнейшего использования, нажмите на выпадающее меню «Профили объектива » (всплывающее меню на Mac ) и выберите «Сохранить онлайн-профиль локально ».

Вот настройки на вкладке «Пользовательская коррекция »:

Геометрическое искажение: Исправляет аномалии, такие как выпуклость и вогнутость, при которых прямые линии (соответственно ) отклоняются наружу или внутрь. Выберите инструмент «Устранить искажения » и перетащите его на изображение — или вы можете перетащить ползунок «Устранение искажений »;
Хроматическая аберрация: У вас получилась расплывчатая кайма цвета вокруг объектов? Фотографы называют это хроматической аберрацией. Кайма, аберрации, или как бы это не называлось — избавиться от них можно с помощью слайдеров Красной / Голубой или Синей / Желтой каймы . Инструменты «Перемещение сетки », «Рука » и «Лупа » помогут более удобно задать настройки;
Виньетка: Если у вас получился эффект виньетирования, с краями более темными, чем центр, перетяните ползунок слайдера «Количество », чтобы указать, на сколько вы хотите осветить или затемнить изображение. С помощью слайдера «Средняя точка » можно указать ширину применения эффекта;
Трансформация: Исправляет искажения перспективы, часто вызванные наклоном камеры при съемке. С помощью параметра «Трансформация » можно отрегулировать перспективу горизонтально или вертикально. Укажите угол поворота изображения для компенсации наклона камеры или корректировки зрительной точки. Вы также можете использовать инструмент «Выпрямление », чтобы повернуть наклоненное изображение:

Прочертите вдоль изображения линию, по которой вы хотите его выпрямить. Наконец, чтобы устранить пустые области, образовавшиеся при коррекции геометрических искажений, используйте настройки «Масштаб », чтобы обрезать эти области;
Просмотр / Показать сетку: Выберите, нужно ли при просмотре изображения накладывать на него сетку (из которой вы можете указать его размер ). Многие проблемы, такие как искажение перспективны, легче исправить с помощью сетки;
Инструменты «Перемещение сетки », «Цвет », «Рука », «Лупа »: Помогают вносить коррективы более удобно. Инструмент «Цвет » изменяет цвет сетки. Инструмент «Перемещение сетки » расчерчивает изображение линиями. Вы также можете контролировать увеличение с помощью элементов управления масштабом в левом нижнем углу диалогового окна.

Фильтр «Коррекция дисторсии » работает только с 8-битными и 16-битными изображениями. Вы можете отредактировать несколько фотографий одновременно, обработав их пакетно с помощью автоматизированной команды «Коррекции дисторсии ». Выберите Файл — Автоматизация — Коррекция дисторсии .

Влияние дисторсии объекти-вoв на изображения хорошо известно в фотографии. Из-за дисторсии прямые линии на сцене превращаются в кривые на изображении, а прямоугольные объекты становятся похожими на бочки или подушки (рис. 1, 2).

Рис. 1. Дисторсия отсутствует

Рис. 2. Есть бочкообразная дисторсия

В большинстве случаев такие искажения изображения не приводят к значительной потере его информативности, в то же время учет дисторсии довольно сложен. Поэтому при проектировании видеонаблюдения влиянием дисторсии обычно пренебрегают.

Однако под влиянием дисторсии искажается не только само изображение, но и углы обзора, форма зоны обзора и распределение пространственного разрешения (плотности пикселей). Эти параметры не важны в фотографии, поэтому влияние на них дисторсии обычно не упоминается. Однако данные параметры важны при проектировании видеонаблюдения.

Под влиянием дисторсии поле зрения перестает быть прямоугольным, а фактические углы обзора по горизонтали, вертикали и диагонали могут значительно отличаться от углов, рассчитанных исходя из размеров видеосенсора и фокусного расстояния объектива.

Например, рассмотрим спецификацию типичного короткофокусного объектива (табл. 1).

Табл. 1. Спецификация короткофокусного объектива



Max. Aperture Ratio		Back Focal Length
Max. Image Format	4,8 мм x 3,6 мм (0 мм)	Flange Back Length


			0 4,5 мм x 35,4 мм

Object Dimension at M.O.D.	60,8 ем x 37,5 ем



Operating Temperature	20° С - +50° С

При фокусном расстоянии 2,3 мм и размере видеосенсора 1/3" фактический горизонтальный угол обзора составляет 113,30°, а вертикальный - 86,30°. Расчет же показывает меньшие значения углов обзора - 92,40° и 76,10°.

Форма зоны обзора камеры с таким объективом отличается от классической пирамиды (рис. 8) и поэтому не может быть точно рассчитана калькуляторами объективов или смоделирована обычными программами проектирования. Причиной искажения зоны обзора является дисторсия объектива.

Вспомним, что оптическое увеличение объектива - это отношение размеров изображения некоторого предмета, проецируемого объективом на видеосенсоре, к истинным размерам этого предмета.

Дисторсия проявляется тогда, когда оптическое увеличение реального объектива не является постоянной величиной по всему полю зрения, а изменяется в зависимости от расстояния от главной оптической оси объектива.

В зависимости от того, уменьшается или увеличивается оптическое увеличение объектива при удалении от центра поля зрения, различают бочкообразную и подушкообразную дисторсию.

Традиционно, из фотографии, название «бочка» и «подушка» связано с искажением сетчатого поля на изображении. При этом форма поля зрения изменяется противоположно названию. Так, при бочкообразной дисторсии изображение напоминает бочку (рис. 4), а форма поля зрения - подушку (рис. 6). При подушкообразной дисторсии изображение напоминает подушку (рис. 14), а форма поля зрения - бочку (рис. 16).

Дисторсию объектива не следует путать с искажением перспективы (рис. 9), которое является естественным на всех изображениях полученных с помощью широкоугольных объективов. В отличие от дисторсии, искажение перспективы не нарушает пирамидальную форму зоны обзора и распределение пространственного разрешения.

Рассмотрим влияние бочкообразной и подушкообразной дисторсии на моделях, построенных в программе профессионального проектирования видеонаблюдения - VideoCAD.

БОЧКООБРАЗНАЯ ДИСТОРСИЯ

Если при удалении от центра поля зрения оптическое увеличение уменьшается, то на изображении объекты по краям поля зрения выглядят сжатыми, пространственное разрешение уменьшается от центра к краям, а само поле зрения камеры растягивается к краям. Фактические углы обзора в этом случае больше расчетных (рис. 5, 6).

Такая дисторсия называется бочкообразной. Бочкообразная дисторсия наиболее распространена и характерна для широкоугольных объективов.

В частности, рассмотренный выше объектив обладает именно бочкообразной дисторсией. Рассмотрим модели изображений от этого объектива, модели поля зрения, зоны обзора, проекций зоны обзора, построенные с учетом и без учета дисторсии. Положение камеры в обоих случаях неизменно (рис. 3...12). На рисунках слева показаны модели, построенные без учета дисторсии, а на рисунках справа - модели с учетом дисторсии.

Рис. 3, 4. Вид сетчатого поля. С бочкообразной дисторсией сетчатое поле напоминает бочку

Рис. 5, 6. Поле зрения камеры. С бочкообразной дисторсией поле зрения напоминает подушку. Пространственное разрешение ухудшается от центра к краям поля зрения

Рис. 7, 8. Зона обзора и модель сцены в 3D

Рис. 9, 10. Модель изображения от камеры. Наклон мужчин в верхних углах рис. 9 без дисторсии является искажением перспективы, естественным для любого широкоугольного объектива

Рис. 11, 12. Проекция зоны обзора в 2D

Обратите внимание на искажение распределения пространственного разрешения (рис. 6). Бочкообразная дис-торсия увеличивает поле зрения, но уменьшает пространственное разрешение, чем дальше от центра поля зрения, тем сильнее. Предметы, удаленные от центра поля зрения, будут отображаться с меньшим разрешением, чем предметы в центре поля зрения. Поскольку калькуляторы объективов считают пространственное разрешение только в центре, фактическое пространственное разрешение на большей части поля зрения будет хуже расчетного.

ПОДУШКООБРАЗНАЯ ДИСТОРСИЯ

Если при удалении от центра поля зрения оптическое увеличение увеличивается, то объекты на изображении по краям поля зрения выглядят растянутыми, пространственное разрешение увеличивается от центра к краям, а само поле зрения камеры сжимается. Фактические углы обзора в этом случае меньше расчетных (рис. 15, 16). Такая дисторсия называется подушкообразной. Подушкообразная дисторсия меньше распространена и может встречаться у телеобъективов.

Рассмотрим модели, построенные с учетом и без учета подушкообразной дисторсии. Модели приведены для иллюстрации искажений, вносимых подушкообразной дисторсией, и не связаны с определенной моделью объектива. Положение камеры в обоих случаях неизменно (рис. 13...22).

Рис. 13, 14. Вид сетчатого поля. С подушкообразной дисторсией сетчатое поле напоминает подушку

Рис. 15, 16. Поле зрения камеры. С подушкообразной дисторсией поле зрения напоминает бочку. Пространственное разрешение от центра к краям поля зрения увеличивается

Рис. 17, 18. Зона обзора и модель сцены в 3D

Рис. 19, 20. Модель изображения от камеры. Так как объектив узкоугольный, искажения перспективы не заметны (сравните с рис. 9)

Рис. 21, 22. Проекция зоны обзора в 2D

Обратите внимание на искажение распределения пространственного разрешения (рис. 16). Подушкообразная дисторсия уменьшает поле зрения, но увеличивает пространственное разрешение, чем дальше от центра поля зрения, тем сильнее.

УЧЕТ ДИСТОРСИИ В ПРОЕКТИРОВАНИИ ВИДЕОНАБЛЮДЕНИЯ

На практике влияние дисторсии актуально для объективов с фокусным расстоянием менее 4 мм. Для более длиннофокусных объективов дисторсия, как правило, невелика и ею можно пренебречь.

Наиболее распространенная бочкообразная дисторсия короткофокусных объективов приводит к тому, что фактическое поле зрения камеры оказывается шире расчетного, с вытянутыми углами, а фактическое пространственное разрешение равно расчетному только в центре поля зрения. В остальной части поля зрения пространственное разрешение оказывается хуже расчетного. Причем на краях поля зрения пространственное разрешение может быть хуже в разы (рис. 6).

Учет дисторсии объектива при проектировании видеонаблюдения позволяет получить модели зон обзора и изображений более близкие к реальности, а значит более полно использовать возможности камер в проекте.

В случаях, требующих точности, сравните фактические углы обзора из спецификации производителя камеры или полученные практическим измерением с расчетными углами обзора, заданными калькулятором объектива исходя из фокусного расстояния и размера видеосенсора. Если углы значительно различаются, то дисторсия объектива этой камеры может быть заметна (см. пример объектива выше).

Моделирование дисторсии объектива впервые реализовано в восьмой версии программы VideoCAD.

Так как параметр «дисторсия» отсутствует в спецификациях камер и CCTV объективов, дисторсия объектива в VideoCAD задается комбинацией расчетного угла обзора и фактического угла обзора. Расчетные углы обзора вычисляются внутри программы из фокусного расстояния объектива и размеров видеосенсора.

Фактические углы обзора обычно приводятся в спецификациях камер и объективов. Если значения углов неизвестны, то можно измерить углы практически.

Для задания дисторсии достаточно задать один из трех фактических углов: горизонтальный, вертикальный или диагональный. Предпочтительнее задать горизонтальный угол. Недостающие углы VideoCAD рассчитает самостоятельно. Для получения максимальной точности можно задать 2 или все 3 фактических угла.

Рис. 23. Проектирование видеонаблюдения в программе VideoCAD

Из заданных значений углов VideoCAD рассчитает дисторсию, которую будет учитывать при построении моделей зоны обзора, распределения пространственного разрешения и моделей изображений от камер. Моделирование дисторсии можно оперативно включать и выключать для оценки ее влияния в каждом конкретном случае.

С.В. УТОЧКИН,
директор CCTVCAD Software
Опубликовано в журнале

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.

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.

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 ) 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 ():

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.