Fisheye (" Fishay ", transkriptio englannin sanasta fish-eye ) on eräänlainen ultralaajakulmaobjektiivi , jossa on tarkoituksellisesti lisätty vääristymiä , toinen nimi on vääristävä (tai "vääristävä") linssi [1] . Se eroaa tavallisista ( ortoskooppisista ) lyhyen tarkennuksen linsseistä selvällä piippumaisella vääristymällä [2] , joka mahdollistaa tilan ja esineiden näyttämisen atsimuutaalisilla , ortografisilla tai stereografisilla projektioilla riippuen optisesta suunnittelusta. Voimakkaiden vääristymien takia "kalansilmän" kulmakenttä voi nousta 180°:een tai jopa ylittää tämän arvon, mikä on mahdotonta ortoskooppiselle optiikalle, joka toteuttaa ympäröivän tilan gnomonisen projektion [3] .
Kalansilmälinssien pääominaisuus ovat tyypilliset vääristymät, jotka vastaavat peilipallon heijastusta . Suorat viivat, jotka eivät ylitä optista akselia , näkyvät kaarevina kaarevina, ja objektit, kun ne siirtyvät poispäin kehyksen keskustasta reunoihin, puristuvat voimakkaasti säteen suunnassa [4] . Samaan aikaan ennätyspuolista näkymää ei aina saavuteta, ja vääristyvien zoom-objektiivien näkökenttä voi muuttua säilyttäen samalla vääristymän [5] [* 1] .
Nimi "kalansilmä" korostaa tällaisen linssin antaman kuvan samankaltaisuutta " Snell-ikkuna " -efektin kanssa, jonka ansiosta vedenalaiset asukkaat näkevät pintamaailman koko ylemmän pallonpuoliskon noin 90 astetta leveässä kartiossa [7] . Tämä johtuu Snellin laista , eli taitekertoimen jyrkästä laskusta veden ja ilman rajalla. Termiä "kalansilmä" käytti ensimmäisen kerran vuonna 1911 amerikkalainen kokeellinen fyysikko Robert Williams Wood kirjassaan "Physical Optics" [ 8 ] . Viisi vuotta aiemmin hän oli mallintanut samanlaisen optisen järjestelmän asettamalla valokuvauslevyn vedellä täytetyn ämpärin pohjalle ja puoleen syvyyteen sen yläpuolelle linssin , jossa oli neulanreikä [9] . Tuloksena saatu kuva osoitti heikosta laadusta huolimatta mahdollisuuden saada puolipallomainen kuva [7] . Myöhemmin Wood paransi kuvauskameraa täyttämällä suljetun metallilaatikon reiällä vedellä [10] .
Etusija vääristävän linssin luomisessa kuuluu englantilaiselle biokemistille Robin (Robert) Hillille , joka patentoi joulukuussa 1923 kolmen linssin optisen järjestelmän, joka koostuu vahvasta negatiivisesta meniskistä, joka sijaitsee positiivisen liimatun akromaatin edessä [11] . Tällainen laite voisi tarjota kulmakentän, joka kattaa koko taivaan ja riittää rekisteröimään kaikki pilvet [12] . Tässä tapauksessa korjaamattoman vääristymän ansiosta lopullisen koon kuvassa on käytettävissä 180° näkökenttä. Ortoskooppinen linssi ei pysty tarjoamaan tällaista peittoa, koska kuvan mitat ovat tässä tapauksessa äärettömiä [13] .
Hillin ensimmäisen linssin, nimeltään Hill Sky Lens, valmisti vuonna 1924 Beck of London [14] [15] . Huolimatta erittäin pienestä f/22- aukosta , objektiivi tuotti erittäin terävän kuvan ympyrän muodossa ja antoi yhden ruudun kaapata koko taivaanpuoliskon käyttämällä kameraa , jolla on sama nimi Hill Sky Camera. Vuonna 1929 Neuvostoliiton optikko Vladimir Churilovsky laski optisen suunnittelun samanlaiselle laajakulmakameralle, jonka linssi koostuu kahden linssin negatiivisesta vääristymästä ja sen takana olevasta " Tessar " -tyyppisestä ortoskooppisesta linssistä . Yhdistelmä tarjosi 127°:n kulmakentän f/5,6-aukolla [16] . Vuonna 1933 toteutettiin Churilovsky-linssin pohjalta ilmakuvaustekniikka suurilta alueilta käyttämällä kuvien dekoodausta optisella ortomuuntajalla, joka tuo käänteisiä vääristymiä [17] .
Pian myös Saksassa luotiin suuren aukon kalansilmä: vuonna 1932 AEG sai patentin nro 620 538 Hans Schulzin kehittämälle viisilinssiselle Weitwinkelobjektiville [19] [ 20] [21] . Objektiivi oli niin hyvä, että se mahdollisti välittömän kuvaamisen, ja jo vuonna 1935 valokuvaaja Umbo kuvasi sillä näyttäviä raportteja [22] . Vuonna 1938 Japanin terässopimuksen nojalla perimän saksalaisen kehityksen pohjalta luotiin Fish-eye Nikkor 16 / 8.0, sodan jälkeen se tuotettiin " roolielokuvaa " varten [23] [24] . Samana vuonna saksalainen optikko Robert Richter suunnitteli kuusilinsisen Zeiss Pleonin, jota käytettiin toisen maailmansodan aikana valokuvatiedusteluun [16] [25] . Moderni "kalansilmä" pienimuotoisille kameroille ja "rajatuille" digitaalikameroille on saanut alkunsa seuraavasta saksalaisesta Zeiss Sphaerogon -kehityksestä, jonka optikko Willy Merté suunnitteli ennen sotaa ja jonka Yhdysvaltain armeija otti vuonna 1947 pois muiden näyttelyiden ohella. Carl Museum Zeiss [26] [27] .
Ensimmäiset vääristävät linssit suunniteltiin kaappaamaan koko kuvaympyrä, joka oli kaiverrettu neliön tai suorakaiteen muotoiseen kehykseen. Vuonna 1963 Asahi optical julkaisi ensimmäisen täysikokoisen tai "lävistäjän" Fish-eye Takumar 18mm f/11, joka peitti koko suorakaiteen muotoisen kehyksen puolipallon muotoisella näkymällä vain vinottain [28] . Tämäntyyppinen kalansilmä on osoittautunut valokuvaajien halutummaksi, koska se tuottaa tutun muotoisen kuvan. 1960-luvun puolivälistä lähtien vääristymäoptiikka on ottanut vakaan paikan optisten yritysten luetteloissa, ja sitä myydään sekä erikoistarkoituksiin että lisänä ortoskooppisten linssien vakiomallistoon. Neuvostoliitossa vääristynyt optiikka tuli tavallisten valokuvaajien saataville 1970-luvun lopulla "siviili"-mallien " Zodiak-2" ja "Zodiac-8 " [* 2] myötä . Kaikki ne olivat "diagonaalisia", täyttivät koko pienen ja keskikokoisen kehyksen, vastaavasti [30] [31] . Myöhemmin BelOMO käynnisti pyöreiden linssien " Peleng " tuotannon [32] .
"Kalansilmää" on käytetty valokuvajournalismissa , valokuvataiteessa ja elokuvassa elävänä ilmaisuvälineenä. Ensimmäisen modernin laajakuvateatterijärjestelmän Todd-AO :n ultralaajakulmaobjektiivit suunniteltiin hieman vääristyneiksi luonnollisen perspektiivin toistoa varten [33] [34] . Pallomaiset elokuvajärjestelmät (esimerkiksi IMAX DOME ) perustuivat alun perin kalansilmäobjektiivien käyttöön kuvaamiseen ja kuvan heijastamiseen puolipallon muotoiselle valkokankaalle [35] . Näytön muodon ansiosta tällaiselle optiikalle ominaiset vääristymät kompensoituvat ja katsojat tarkkailevat kohteita normaalissa perspektiivissä suurista kulmista, mikä tehostaa läsnäolon vaikutusta [36] . Samalla tavalla tähtitaivaan kuvan projisointi suoritetaan nykyaikaisissa täysikupoliisissa planetaarioissa [37] .
Kaikki kalansilmäobjektiivit jaetaan yleensä kahteen päälajikkeeseen kameran kehysikkunan täyttöasteen mukaan : "pyöreä" ja "diagonaalinen" [38] . Molemmat kuvat voidaan toteuttaa samanaikaisesti yhdessä zoom-objektiivissa , joka toimii kuin pyöreä kalansilmä pienimmällä polttovälillä ja kuten diagonaalinen maksimipolttovälillä [6] .
Pyöreä
Diagonaalinen
rajattu ympyrä
Pyöreä
rajattu ympyrä
Toinen lajike on välimuoto, ja linssin kuvaympyrä ei täysin täytä suorakaiteen muotoista kehystä, mutta ei rekisteröidy siihen kokonaan, vaan jää molemmilta puolilta leikatuksi. Tässä tapauksessa ympyrän halkaisija on merkitty pitkälle sivulle, ei lyhyelle sivulle, kuten pyöreillä linsseillä. Kuva rajattuun kameraan kiinnitetyistä täyskennoisista pyöreistä objektiiveista sekä joistakin zoom-objektiivista zoomrenkaan väliasennossa näyttää samalta.
Perinteisiä laajakulmalinssejä luotaessa ne pyrkivät vähentämään vääristymiä nollaan - suorien viivojen kaarevuuden, jotka eivät kulje kehyksen keskustan läpi. Siksi ortoskooppisen linssin antama kuva vastaa pallon gnomonista projektiota tasolle. Tässä tapauksessa on mahdotonta saada 180°:n kulmakenttää, koska näkökentän reuna on äärettömän kaukana [13] . Puolipallon muotoisen näkymän saavuttamiseksi linssiin tuodaan tarkoituksella negatiivinen vääristymä sen kehityksen aikana , mikä tarjoaa tietyn tilannäytön riippuen vääristymän voimakkuudesta, joka vastaa yhtä tai toista geometristä projektiota [40] [41] . Useimmat valokuvaajien käytettävissä olevat objektiivit käyttävät Lambert Equal Area atsiimuth Projection -projektiota , joka on saavutettavissa minimaalisella optisella monimutkaisuudella. Tässä tapauksessa linssin polttovälin ja sen näkökentän välinen suhde on monimutkaisempi kuin ortoskooppisissa linsseissä ja riippuu vääristymän määrästä, joka määrittää pallon projektiotyypin tasoon [42] .
Esine | Alkuperäinen tunnelin muotoinen esine, valokuvattu sen keskustasta vasemmalle kohtisuoraan vasempaan seinään (merkitty nuolella) | ||||
---|---|---|---|---|---|
ortoskooppinen | Kalansilmä [43] [44] | ||||
Gnomonic | Stereografinen [45] | Tasaisella etäisyydellä | Atsimuutti | ortografinen | |
Kaavio | |||||
Kuvanäkymä _ |
|||||
Näyttötoiminto [* 3] [44] | [* neljä] | ||||
Erikoisuudet | Näyttää avaruuden lineaarisen perspektiivin lakien mukaisesti samalla tavalla kuin camera obscura . Suorat viivat näkyvät suorina, ja esineiden muoto säilyttää geometrisen samankaltaisuuden. Erittäin suurilla katselukulmilla näkökentän reunoilla olevat kohteet venytetään poispäin kehyksen keskustasta. | Säilyttää kulmat käyrien välillä. Suositellaan valokuvaukseen, koska se tuskin puristaa kohteita näkökentän reunalla. Tämän tyyppisten täysikokoisten objektiivien näkökenttä on suurempi kuin kaikkien muiden objektiivien, joilla on sama diagonaalinen näkökenttä. Samyang on ainoa valmistaja. | Säilyttää kulmamitat. Suositellaan kulmamittauksiin, mukaan lukien astrovalokuvaukseen. Tiedeyhteisössä sitä pidetään "ihanteellisena projektiona". Tasaisen etäisyyden projisointi on saatavilla PanoTools-sovelluksissa panoraamien yhdistämiseen. | Säilyttää pinta-alasuhteet. Hyödyllinen, kun sinun on sovitettava yhteen pintoja, kuten pilviä tai kasvillisuutta. Tämän tyyppiset vääristyneet linssit ovat kevyempiä ja kompaktimpia kuin muut. Suurin haittapuoli on kohteiden voimakas puristus näkökentän reunalla. | Vinjetointia ei käytännössä ole , ja kirkkaus on tasainen koko kentällä, joten nämä objektiivit ovat ensisijainen valinta fotometrisiin tutkimuksiin. Pakkaa erittäin voimakkaasti kohteet näkökentän reunalla, kapeimmin diagonaaliversiossa. |
Suurin kulmakenttä | Alle 180°. 130-140° sisällä | Rajoittamaton, voi saavuttaa 180° tai enemmän | Saattaa ylittää 180°. 250° peittävillä linsseillä tunnetaan [* 5] | Rajoittamaton, voi saavuttaa 360° | Ei saa ylittää 180° |
Polttoväli [ *6] |
|||||
Esimerkit [40] [46] [47] | Kaikki ortoskooppiset linssit |
|
|
|
Perspektiivi, joka on samanlainen kuin kalansilmäobjektiivit, voidaan toistaa laskennallisella valokuvauksella yhdistämällä useita ortoskooppisella optiikalla otettuja kuvia yhdeksi kuvaksi. Tekniikka on erityisen suosittu digitaalisessa panoraamakuvauksessa . Useimmat tietokonesovellukset, jotka on suunniteltu panoraamien liimaamiseen, antavat sinun asettaa lopullisen kuvan erilaisia projektioita, mukaan lukien stereografiset . Samanaikaisesti "Fisheye":n avulla saatu kuva voidaan muuntaa ohjelmallisesti perinteiseksi ortoskooppiseksi, mutta väistämättömällä ja voimakkaalla laadun heikkenemisellä kentän reunoilla [49] .
Alus " Akademik Ioffe "
Tiedekeskus Glasgow'ssa
Yökuva taivaanpuoliskosta
Street shot
"pyöreä" linssi
Sisustus. "Diagonaalinen" linssi
Auton sisäpuolen
"diagonaalinen" linssi
Täysimittaisten kalansilmäobjektiivien lisäksi samanlainen kuva voidaan saavuttaa tavanomaisella optiikalla sopivalla afocal -laajakulmakiinnikkeellä . Tässä tapauksessa kiinnitys, joka toimii "käänteisen teleobjektiivin " periaatteella, lisää kulmakenttää ja aiheuttaa samalla vääristymiä. Monimutkaisuuden ja kustannusten suhteen tällaiset kiinnikkeet eivät kuitenkaan ole huonompia kuin vastaavat objektiivit, ja tästä syystä niitä ei käytetä laajasti valokuvauksessa [38] .
Vääristävät suuttimet osoittautuivat käteväksi työskennellä yhdessä television zoom-objektiivien kanssa , antaen tyypillisen vääristymän ja lisäämällä katselukulmaa, mutta zoom-optiikan optisten ominaisuuksien vuoksi koko yhdistelmä on käytettävissä vain "makro"-asennossa. zoom ei toimi [51] . Lisäksi tällaiset kiinnikkeet on suunniteltu erittäin lähelle päälinssiä, mikä asettaa tiettyjä rajoituksia sen kehyksen halkaisijalle ja suunnittelulle. Viime aikoina kamerapuhelimien särösuuttimet ovat yleistyneet , joihin ne kiinnitetään magneettirenkaalla tai erityisellä pidikkeellä [52] . Tällaisilla kiinnikkeillä varustettujen kameroiden näkökenttä ei aina saavuta 180°, mutta ominaisvääristymä tarjoaa tarvittavan visuaalisen tehosteen ilman kuvankäsittelyä asianmukaisilla sovelluksilla [53] .
Kalansilmäobjektiivissa on mahdotonta asentaa suodattimia perinteisesti suuren ja kuperan etulinssin eteen: tässä tapauksessa niiden kehys estää väistämättä näkökentän. Tämä vaatii enemmän huomiota ja tarkkuutta kuvattaessa erityisesti lähietäisyydeltä, koska objektiivi ilman suojaavaa valosuodatinta vaurioituu helposti. Tarvittaessa suodattimet asennetaan taka-optisen elementin taakse, mikä vaikeuttaa niiden sijainnin valintaa, mikä on välttämätöntä gradientti- ja polarisaatiosuodattimille . Koska linssin takalinssin takana oleva optinen lisäelementti vaikuttaa sen optisiin ominaisuuksiin, suunnittelussa on tasosuuntainen lasikompensaattori, joka voidaan tarvittaessa korvata tarvittavalla valosuodattimella [54] . Jotkut valmistajat tarjoavat linssin varren, jossa on erityinen tasku optisesti neutraaleja gelatiinisuodattimia varten ohuelle joustavalle alustalle [55] . Tämän tyyppisten objektiivien vanhemmissa malleissa on sisäänrakennetut pyörivät levyt, joissa on vakiosarja keltaisia, oransseja ja punaisia suodattimia mustavalkokuvaukseen [24] [56] . Vastavalosuojan asentaminen objektiiviin on myös mahdotonta, koska se väistämättä vinjettaa näkökentän. Suurin osa diagonaalilinsseistä on varustettu kiinteällä kehykseen integroidulla vastavalosuojalla. Pienen koonsa vuoksi tällainen suojus on kuitenkin tehoton, ja se toimii suurimmaksi osaksi etulinssin suojaavana aidana [55] .
Filmi- ja valokuvalinssien tyypit | |
---|---|
Linssit | |
Muuntimet | |
Katso myös |