Перспективное искажение

Не путать с коррекцией перспективы .

Моделирование показывает, как регулировка угла обзора камеры при изменении расстояния до камеры и удержании объекта в кадре приводит к совершенно разным изображениям. Под узкими углами и на больших расстояниях лучи света почти параллельны, что приводит к «сплющенному» изображению. Под широким углом и на коротких расстояниях объекты кажутся укороченными или искаженными.

В фотографии и кинематографии нормальным искажение перспективы — это искажение или трансформация объекта и окружающей его области, которая значительно отличается от того, как объект выглядел бы с фокусным расстоянием , из-за относительного масштаба близлежащих и удаленных объектов. Перспективное искажение определяется относительными расстояниями, на которых изображение захватывается и просматривается, и связано с тем, что угол обзора изображения (в том виде, в каком оно было захвачено) либо шире, либо уже, чем угол обзора, под которым изображение просматривается, следовательно, видимые относительные расстояния отличаются от ожидаемых. С этой концепцией связано осевое увеличение – воспринимаемая глубина объектов при данном увеличении.

Перспективное искажение принимает две формы: искажение расширения и искажение сжатия, также называемое широкоугольным искажением и длинной линзы или телеобъектива. искажением когда речь идет об изображениях с одинаковым размером поля . Расширение или широкоугольное искажение можно увидеть на изображениях, снятых с близкого расстояния с использованием широкоугольного объектива (с углом обзора шире, чем у обычного объектива ). Объекты, расположенные близко к линзе, кажутся аномально большими по сравнению с более удаленными объектами, а удаленные объекты кажутся аномально маленькими и, следовательно, более далекими — расстояния увеличиваются. Сжатие, длиннофокусное или телеобъективное искажение можно увидеть на изображениях, снятых на расстоянии с использованием длиннофокусного объектива или более распространенного подтипа телеобъектива (с углом обзора, более узким, чем у обычного объектива ). Удаленные объекты выглядят примерно одинакового размера – более близкие объекты аномально малы, а более удаленные объекты аномально велики, и, следовательно, зритель не может различить относительные расстояния между удаленными объектами – расстояния сжимаются.

Обратите внимание, что изменения линейной перспективы вызваны расстоянием, а не объективом как таковым — два кадра одной и той же сцены с одного и того же расстояния будут иметь идентичную геометрию перспективы, независимо от используемого объектива. Однако, поскольку широкоугольные объективы имеют более широкое поле зрения, их обычно используют с более близкого расстояния, тогда как телеобъективы имеют более узкое поле зрения и обычно используются с большего расстояния. Например, если стоять на таком расстоянии, что обычный объектив захватывает чье-то лицо, снимок с широкоугольным объективом или телеобъективом с того же расстояния будет иметь точно такую ​​же геометрию линейной перспективы на лице, хотя широкоугольный объектив в кадр может поместиться все тело, тогда как телеобъектив захватывает только нос. Однако кадрирование этих трех изображений с одинаковым освещением приведет к одинаковому искажению перспективы — нос будет выглядеть одинаково на всех трех. И наоборот, если все три объектива используются с таких расстояний, что лицо заполняет все поле, широкоугольный объектив будет использоваться с более близкого расстояния, делая нос больше по сравнению с остальной частью фотографии, а телеобъектив будет использоваться с более дальнего расстояния, делая нос меньше по сравнению с остальной частью фотографии.

За пределами фотографии расширенное искажение знакомо многим по зеркалам бокового обзора (см. « Объекты в зеркале ближе, чем кажутся ») и глазкам , хотя в них часто используется объектив «рыбий глаз » , демонстрирующий различные искажения. Искажение сжатия наиболее распространено при взгляде в бинокль или телескоп , например, в телескопические прицелы , в то время как аналогичный эффект наблюдается при фотографии с фиксированной щелью , особенно при фотофинише , где весь захват параллелен захвату, полностью исключая перспективу (боковая сторона). вид).

Оптика

Рассмотрим идеализированную гауссову оптическую систему , в которой изображение и объект находятся в одной среде. Таким образом, для объекта в фокусе расстояние между линзой и плоскостью изображения $s_{\mathrm {i} }$, расстояние между линзой и объектом $s_{\mathrm {o} }$, а фокусное расстояние $f$ связаны уравнением тонкой линзы :

$${\frac {1}{s_{\mathrm {i} }}}+{\frac {1}{s_{\mathrm {o} }}}={\frac {1}{f}}\,.$$

Поперечное увеличение $M$ связано с

$$M={\frac {s_{\mathrm {i} }}{s_{\mathrm {o} }}}\,.$$

Осевое увеличение $M_{\text{ax}}$ объекта в $s_{\mathrm {o} }$ – скорость изменения расстояния объектив–изображение $s_{\mathrm {i} }$ как расстояние линза-объект $s_{\mathrm {o} }$ изменения. Для объекта конечной глубины среднее осевое увеличение можно представить как отношение глубины изображения и глубины объекта:

$${\begin{aligned}M_{\text{ax}}&=\left|{\frac {\mathrm {d} s_{\mathrm {i} }}{\mathrm {d} s_{\mathrm {o} }}}\right|=\left|{\frac {\mathrm {d} }{\mathrm {d} s_{\mathrm {o} }}}\left({\frac {1}{f}}-{\frac {1}{s_{\mathrm {o} }}}\right)^{-1}\right|\\&=\left|-\left({\frac {1}{f}}-{\frac {1}{s_{\mathrm {o} }}}\right)^{-2}s_{\mathrm {o} }^{-2}\right|\\&={\frac {s_{\mathrm {i} }^{2}}{s_{\mathrm {o} }^{2}}}=M^{2}\,.\end{aligned}}$$

По мере увеличения увеличения соотношение осевого и поперечного увеличения также увеличивается. Например, если $M=2$, затем $M_{\text{ax}}=4$, и изображение будет в два раза выше и в четыре раза глубже объекта.

Факторы влияния

На искажение перспективы влияет взаимосвязь между двумя факторами: углом зрения , под которым изображение захватывается камерой , и углом обзора, под которым представлена ​​или просматривается фотография объекта.

Угол обзора захвата

Когда фотографии просматриваются на обычном расстоянии просмотра , угол обзора, под которым захватывается изображение, полностью объясняет появление перспективных искажений. Общее предположение, что «необработанные» фотографии не могут исказить сцену, неверно. Искажение перспективы особенно заметно на портретах, снятых широкоугольным объективом на небольшом расстоянии от камеры до объекта. Обычно они производят неприятное впечатление, делая нос слишком большим по сравнению с остальной частью лица и искажая выражение лица. При одинаковом кадрировании одного и того же объекта с использованием среднефокусного телеобъектива или длиннофокусного объектива (с узким углом обзора) изображение выравнивается и приобретает более приятную перспективу. Именно по этой причине для 35-мм камеры хорошими портретными объективами обычно считаются объективы с фокусным расстоянием примерно от 85 до 135 мм. Однако имеет значение, сделана ли фотография пейзажем или портретом. Объектив 50 мм подходит для фотографирования людей в альбомной ориентации. И наоборот, использование объективов с гораздо большим фокусным расстоянием для портретов приводит к более сильному уплощению черт лица, что также может быть нежелательно для зрителя.

Расстояние просмотра фотографии

Фотографии обычно рассматривают на расстоянии, примерно равном их диагонали. . При просмотре с такого расстояния становятся очевидными эффекты искажения, создаваемые углом обзора снимка. Однако теоретически, если рассматривать изображения, демонстрирующие расширенное (широкоугольное) искажение, на более близком расстоянии, тем самым расширяя угол обзора презентации, то это явление ослабевает. Аналогично, просмотр изображений, демонстрирующих компрессионные (телефото) искажения, с большего расстояния, что сужает угол обзора презентации, снижает эффект. В обоих случаях на некотором критическом расстоянии кажущееся искажение полностью исчезает.

Примеры

Ниже серия из трех фотографий показывает одну и ту же сцену, снятую с одной и той же позиции тремя разными объективами: широкоугольным, обычным и телеобъективом. Обратите внимание: поскольку пропорции изображения не меняются в зависимости от угла обзора, если фотографии, сделанные с помощью широкоугольного объектива и обычного объектива, были обрезаны так, чтобы содержать ту же сцену, что и фотография, сделанная с помощью телеобъектива, то изображение содержание будет точно таким же. Очевидная разница в пропорциях возникает исключительно из-за содержимого, добавленного по краям кадра на фотографии с обычным объективом и широкоугольной фотографии.

• Фотографии, сделанные с помощью фотоаппарата с фокусным расстоянием 35 мм на постоянном расстоянии от объекта с объективом 28 мм, объективом 50 мм и объективом 70 мм.
• 
  28 мм
• 
  50 мм
• 
  70 мм

Ниже серия из четырех фотографий показывает объект, снятый в максимально одинаковом кадре четырьмя разными объективами. В результате разного угла зрения каждого объектива фотограф на каждой фотографии приближался к объекту. Обратите внимание, что угол обзора существенно меняется (сравнивайте фон на каждой фотографии), а расстояние между объектами становится больше с каждым последующим изображением. На четвертом изображении внизу справа, сделанном самым широкоугольным объективом, здание позади объекта кажется гораздо дальше, чем на самом деле.

• Фотографии, сделанные 35-мм камерой с объективами 100 мм, 70 мм, 50 мм и 28 мм на разном расстоянии от объекта.
• 
  100 мм
• 
  70 мм
• 
  50 мм
• 
  28 мм

Художественное использование

Технический опыт

Как фокусное расстояние влияет на перспективу: 18 мм ( широкоугольный ), 34 мм ( нормальный ) и 55 мм ( скромный телефото ) при одинаковом размере поля зрения, достигнутом на разных расстояниях от камеры до объекта. Обратите внимание: чем короче фокусное расстояние и шире угол обзора , тем меняются перспективные искажения и различия в размерах.

Хотя искажение перспективы часто раздражает, когда оно непреднамеренно, оно также намеренно используется в художественных целях. Расширенное ( широкоугольное ) искажение часто применяется для того, чтобы подчеркнуть какой-либо элемент сцены, заставляя его казаться больше и пространственно удаленным от других элементов. Сжатие ( телефото ) искажение часто используется для создания видимости сжатого расстояния между удаленными объектами, такими как здания или автомобили, чтобы передать ощущение перегруженности. Более длинные объективы увеличивают объект больше, очевидно, сжимая расстояние и (при фокусировке на переднем плане) размывая фон из-за меньшей глубины резкости . Более широкие линзы имеют тенденцию увеличивать расстояние между объектами, обеспечивая при этом большую глубину резкости.

Еще одним результатом использования широкоугольного объектива является большее видимое искажение перспективы, когда камера не расположена перпендикулярно объекту: параллельные линии сходятся с той же скоростью, что и при использовании обычного объектива , но сходятся сильнее из-за более широкого общего поля зрения. Например, кажется, что здания падают назад гораздо сильнее, когда камера направлена ​​вверх от уровня земли, чем при съемке обычным объективом на том же расстоянии от объекта, поскольку большая часть здания объекта видна в широком диапазоне. ракурсный выстрел.

Поскольку для разных объективов обычно требуется разное расстояние между камерой и объектом, чтобы сохранить размер объекта, изменение угла обзора может косвенно исказить перспективу, изменяя видимый относительный размер объекта и фона. Если сохраняется одинаковый размер поля зрения , широкоугольные объективы увеличивают объекты, создавая различия в размерах вместе с упомянутыми выше сходящимися линиями, а также делают комнаты и пространства вокруг объекта более обширными, увеличивая расстояние между объектом и фоном (расширенная перспектива). ).

Эффект настроения и известные способы применения

Эффект искажения перспективы, достигаемый с помощью прямолинейных широкоугольных объективов, заключается в том, что полученное изображение выглядит гротескным и тревожным, но при этом не выглядит таким нереалистичным, как криволинейные объективы типа «рыбий глаз» , которые отображают бочкообразные искажения . Эффект особенно заметен, чем ближе камера к объекту, так как его величина увеличивается, чем короче фокусное расстояние при одинаковом размере поля зрения.

Одним из выдающихся режиссеров, который часто использует прямолинейные сверхширокоугольные объективы для достижения отличительного фирменного стиля, определяемого сильными искажениями перспективы, является Терри Гиллиам . Также Стэнли Кубрик (в фильмах «Пути славы » и «Доктор Стрейнджлав» , среди прочих), а также Орсон Уэллс (в «Процессе» , частично «Лондон» Орсона Уэллса , сегмент « Четыре члена клуба» ), Сэм Пекинпа (в «Соломенных псах ») и Сидни Люмет ( в «Нападении ») иногда делали то же самое в прошлом, хотя в основном в умеренных количествах, только для отдельных кадров или эпизодов, в то время как Гиллиам почти никогда не использует объективы длиннее 14 мм, за что линзы с этим конкретным фокусным расстоянием получили неофициальное прозвище « Гиллиам» среди кинематографистов. Жан-Пьер Жене и Марк Каро , два французских режиссера, находившиеся под влиянием Гиллиама, использовали его типичную широкоугольную фотографию в своих двух наиболее «гиллиамских» фильмах: «Деликатесы» и «Город потерянных детей ». Орсона Уэллса «Процесс» примечателен тем, что сильно повлиял на фирменный стиль Гиллиама за годы до того, как американский экс-патриант присоединился к комедийной труппе «Монти Пайтон», хотя для Уэллса это был всего лишь один полнометражный стиль.

Из-за гротескного, тревожащего настроения, свойственного широкоугольным объективам, фильмы, в которых используются такие искажения перспективы, часто можно отнести к одной из двух категорий: гротескная и сюрреалистическая сатира и фэнтези, а также в некоторой степени черная комедия (Гиллиам, Жене и Каро, Орсон Уэллс, Доктор Стрейнджлав ), с одной стороны, и серьезные, более реалистичные фильмы с особым акцентом на социальную критику , с другой, тогда как социальные условности, коллективное общество и/или мотивы и действия лидеров изображаются как гротескны и абсурдны, а также часто изображают тиранических персонажей с конформистскими ценностями, которые действуют крайне враждебно и предвзято по отношению к индивидуализму и аутсайдерам ( «Пути славы» , «Соломенные псы» , «Нападение» ).

На другом конце спектра фокусных расстояний Лени Рифеншталь использовала экстремальные телеобъективы , чтобы сжать большие толпы людей в «Триумфе воли» , в то время как фюрер Адольф Гитлер рассматривается через обычные объективы и часто под низким углом , чтобы казаться высоким по сравнению с ним.

камеры В кинематографии искажение перспективы также имеет отношение к специальному эффекту , известному как зум тележки , при котором зум-объектив отдаляется одновременно с движением камеры к объекту, таким образом, чтобы объект оставался в кадре. того же размера в кадре, в то время как фон «меняет размер» относительно объекта. Этот эффект стал популярным в фильмах «Головокружение» и «Челюсти» . Другой пример этого можно увидеть в первом фильме «Властелин колец» , как раз перед тем, как Черный Всадник едет по дороге. Телескопический зум используется для создания эффекта сжатия дороги.

Примеры

Фотография гондол ниже — иллюстрация использования искажения растяжения, а фотография зданий под ним — пример искажения сжатия.

• 
  Пример «широкоугольного» искажения, используемого в художественных целях. Создано объективом 18 мм на полнокадровой 35-мм камере.
• 
  Пример «телефото» искажения, используемого в художественных целях. Создано объективом 300 мм на полнокадровой 35-мм камере.

См. также

• Ракурс
• Объектив с контролем перспективы (ПК)
• Градиент текстуры
• Криволинейная перспектива

Внешние ссылки

• Сжатие расстояния и изменение перспективы