Угол обзора (фотография)
В фотографии ( зрения ) AOV угол [ 1 ] описывает угловой размер данной сцены, отображаемой камерой . Он используется взаимозаменяемо с более общим термином « поле зрения» .
Важно отличать угол обзора от угла охвата , который описывает диапазон углов, который может отображать объектив. Обычно круг изображения , создаваемый объективом, достаточно велик, чтобы полностью покрыть пленку или сенсор, возможно, включая некоторое виньетирование по краям. Если угол охвата объектива не заполняет сенсор, круг изображения будет виден, как правило, с сильным виньетированием к краю, а эффективный угол обзора будет ограничен углом охвата.
Угол обзора камеры зависит не только от объектива, но и от сенсора. Цифровые датчики обычно меньше 35-миллиметровой пленки , и это приводит к тому, что объектив имеет более узкий угол обзора, чем 35-миллиметровая пленка, с постоянным коэффициентом для каждого датчика (называемым кроп-фактором ). В повседневных цифровых фотоаппаратах кроп-фактор может варьироваться примерно от 1 (профессиональные цифровые зеркальные фотокамеры ), до 1,6 (бытовые зеркальные фотокамеры), до 2 ( Micro Four Thirds ILC) и до 6 (большинство компактных фотоаппаратов ). Таким образом, стандартный объектив с фокусным расстоянием 50 мм для 35-мм фотографии действует как стандартный «пленочный» объектив с фокусным расстоянием 50 мм на профессиональной цифровой зеркальной фотокамере, но на многих зеркальных фотокамерах среднего класса он будет действовать ближе к объективу с фокусным расстоянием 80 мм (1,6×50 мм). Угол зрения стандартного объектива 50 мм на пленочной камере в -градусах эквивалентен объективу 80 мм на многих цифровых зеркальных фотокамерах.
Расчет угла обзора камеры
[ редактировать ]Для объективов, проецирующих прямолинейные (неискаженные в пространстве) изображения удаленных объектов, эффективное фокусное расстояние и размеры формата изображения полностью определяют угол зрения. Расчеты линз, дающих непрямолинейное изображение, гораздо сложнее и в конечном итоге не очень полезны в большинстве практических приложений. (В случае объектива с искажениями, например, объектива типа «рыбий глаз» , более длинный объектив с искажениями может иметь более широкий угол обзора, чем более короткий объектив с низким искажением) [ 3 ] Угол обзора можно измерять по горизонтали (от левого до правого края кадра), по вертикали (от верха до низа кадра) или по диагонали (от одного угла кадра до противоположного угла).
Для объектива, проецирующего прямолинейное изображение (сфокусированное на бесконечности, см. вывод ), угол зрения ( α ) можно рассчитать на основе выбранного размера ( d ) и эффективного фокусного расстояния ( f ) следующим образом: [ 4 ]
представляет размер пленки (или сенсора) в измеренном направлении (см. ниже: эффекты сенсора ) . Например, для 35-мм пленки шириной 36 мм и высотой 24 мм: будет использоваться для получения горизонтального угла обзора и для вертикального угла.
Поскольку это тригонометрическая функция, угол зрения не изменяется линейно в зависимости от обратной величины фокусного расстояния. Однако, за исключением широкоугольных объективов, разумно приблизительно радианы или градусов.
Эффективное фокусное расстояние почти равно заявленному фокусному расстоянию объектива ( F ), за исключением макросъемки , где расстояние от объектива до объекта сравнимо с фокусным расстоянием. При этом коэффициент увеличения ( m необходимо учитывать ):
(В фотографии обычно определяется как положительное, несмотря на перевернутое изображение.) Например, при коэффициенте увеличения 1:2 находим и таким образом угол зрения уменьшается на 33% по сравнению с фокусировкой на удаленном объекте тем же объективом.
Угол обзора также можно определить с помощью таблиц угла обзора или бумажных или программных калькуляторов линз. [ 5 ]
Пример
[ редактировать ]Рассмотрим 35-мм фотоаппарат с объективом, имеющим фокусное расстояние F = 50 мм . Размеры формата изображения 35 мм составляют 24 мм (по вертикали) × 36 мм (по горизонтали), что дает диагональ около 43,3 мм.
При фокусировке на бесконечность f = F углы обзора составляют:
- горизонтально,
- вертикально,
- по диагонали,
Вывод формулы угла зрения
[ редактировать ]Рассмотрим прямолинейную линзу в фотоаппарате, используемом для фотографирования объекта на расстоянии. и формируя изображение, которое едва вписывается в размер, , кадра ( пленки или датчика изображения ). Относитесь к линзе так, как будто это точечное отверстие на расстоянии. от плоскости изображения (технически центр перспективы прямолинейной линзы находится в центре ее входного зрачка ): [ 6 ]
Сейчас — угол между оптической осью линзы и лучом, соединяющим ее оптический центр с краем пленки. Здесь определяется как угол обзора, поскольку это угол, охватывающий самый большой объект, изображение которого может поместиться на пленке. Мы хотим найти взаимосвязь между:
- угол
- «противоположная» сторона прямоугольного треугольника, (половина размера киноформата)
- «прилегающая» сторона, (расстояние от линзы до плоскости изображения)
Используя базовую тригонометрию, мы находим: которое мы можем решить относительно α , дав:
Чтобы проецировать четкое изображение удаленных объектов, должно быть равно фокусному расстоянию , , что достигается установкой объектива на бесконечность фокусировки . Тогда угол обзора определяется выражением:
где .
Обратите внимание, что угол зрения немного меняется, когда фокус не находится на бесконечности (см. Дыхание (линза) ), определяемый выражением переставляя уравнение линзы.
Макрофотография
[ редактировать ]При макросъемке мы не можем пренебрегать разницей между и . По тонкой линзы формуле
Из определения увеличения , , мы можем заменить и с помощью некоторой алгебры находим:
Определение в качестве «эффективного фокусного расстояния» получаем формулу, представленную выше: где .
Второй эффект, который проявляется в макросъемке, — это асимметрия объектива (асимметричный объектив — это объектив, у которого диафрагма имеет разные размеры, если смотреть спереди и сзади). Асимметрия хрусталика вызывает смещение между узловой плоскостью и положениями зрачков. Эффект можно оценить количественно, используя соотношение ( P ) между видимым диаметром выходного зрачка и диаметром входного зрачка. Полная формула угла обзора теперь выглядит так: [ 7 ]
Измерение поля зрения камеры
[ редактировать ]В индустрии оптических приборов чаще всего используется термин «поле зрения » (FOV), хотя измерения по-прежнему выражаются в виде углов. [ 8 ] Оптические тесты обычно используются для измерения поля зрения УФ- , видимого и инфракрасного (длины волн около 0,1–20 мкм в электромагнитном спектре ) датчиков и камер.
Целью этого теста является измерение горизонтального и вертикального поля зрения объектива и датчика, используемых в системе формирования изображений, когда фокусное расстояние объектива или размер датчика неизвестны (то есть когда приведенный выше расчет не применим немедленно). Хотя это один из типичных методов, используемых в оптической промышленности для измерения поля зрения, существует множество других возможных методов.
видимый свет от интегрирующей сферы (и/или другого источника, такого как черное тело ) фокусируется на квадратной тестовой мишени в фокальной плоскости коллиматора УФ / (зеркала на диаграмме), так что виртуальное изображение испытательного объекта Цель будет видна тестируемой камерой на бесконечно большом расстоянии. Тестируемая камера воспринимает реальное изображение виртуального изображения цели, и полученное изображение отображается на мониторе. [ 9 ]
Воспринятое изображение, включающее цель, отображается на мониторе, где его можно измерить. Размеры полного изображения и целевой части изображения определяются путем проверки (обычно измерения производятся в пикселях, но с таким же успехом могут быть в дюймах или см).
- = размер полного изображения
- = размер изображения цели
Удаленное виртуальное изображение цели, создаваемое коллиматором, образует определенный угол, называемый угловой протяженностью цели, который зависит от фокусного расстояния коллиматора и размера цели. Предполагая, что воспринимаемое изображение включает в себя всю цель, угол обзора камеры, ее поле зрения, равно угловому размеру цели, умноженному на отношение полного размера изображения к размеру целевого изображения. [ 10 ]
Угловой размер цели: где размер цели и – фокусное расстояние коллиматора.
Тогда общее поле зрения составит примерно: или, точнее, если система визуализации прямолинейна :
Этот расчет может быть горизонтальным или вертикальным полем зрения, в зависимости от того, как измеряются цель и изображение.
Типы линз и эффекты
[ редактировать ]Фокусное расстояние
[ редактировать ]Объективы часто обозначаются терминами, обозначающими угол обзора:
- Типичные фокусные расстояния объективов «рыбий глаз» составляют от 8 до 10 мм для круглых изображений и 15–16 мм для полнокадровых изображений. До 180° и выше.
- Круглый объектив «рыбий глаз» (в отличие от полнокадрового «рыбий глаз») — это пример объектива, у которого угол охвата меньше угла обзора. Изображение, проецируемое на пленку, имеет круглую форму, поскольку диаметр проецируемого изображения уже, чем необходимо, чтобы покрыть самую широкую часть пленки.
- Сверхширокоугольный объектив — это прямолинейный менее 24 мм объектив с фокусным расстоянием в формате пленки 35 мм, здесь 14 мм дает 114°, а 24 мм — 84°.
- Широкоугольные объективы (24–35 мм в формате пленки 35 мм) охватывают угол от 84 ° до 64 °.
- Обычные или стандартные линзы (36–60 мм в формате пленки 35 мм) охватывают угол от 62 ° до 40 °.
- Длиннофокусные объективы (любые объективы с фокусным расстоянием, превышающим диагональ используемой пленки или сенсора) [ 11 ] обычно имеют угол обзора 35° или меньше. [ 12 ] Поскольку фотографы обычно сталкиваются только с телеобъективов , подтипом [ 13 ] на обычном фотографическом жаргоне их называют:
- «Средний телеобъектив», фокусное расстояние от 85 до 250 мм в формате пленки 35 мм, угол обзора от 30 ° до 10 °. [ 14 ]
- «Супертелеобъектив» (более 300 мм в формате пленки 35 мм) обычно охватывает угол от 8° до менее 1°. [ 14 ]
Зум-объективы представляют собой особый случай, в котором фокусное расстояние и, следовательно, угол обзора объектива можно изменить механически, не снимая объектив с камеры.
Характеристики
[ редактировать ]При заданном расстоянии от камеры до объекта более длинные объективы увеличивают объект больше. При заданном увеличении объекта (и, следовательно, разном расстоянии от камеры до объекта) более длинные объективы сокращают расстояние; Более широкие линзы увеличивают расстояние между объектами.
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 если бы они фотографировались обычным объективом на том же расстоянии от объекта, потому что 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 переднего плана.
Если размер изображения объекта остается прежним, то при любой диафрагме все объективы, широкоугольные и длиннофокусные, будут давать одинаковую глубину резкости . [ 15 ]
Примеры
[ редактировать ]Пример того, как выбор объектива влияет на угол обзора.
Общие углы обзора объектива
[ редактировать ]В этой таблице показаны диагональный, горизонтальный и вертикальный углы обзора в градусах для объективов, создающих прямолинейные изображения при использовании формата 36 мм × 24 мм (т. е. пленки 135 или полнокадровой цифровой 35 мм с шириной 36 мм, высота 24 мм и диагональ 43,3 мм для d в формуле выше). [ 16 ] Цифровые компактные фотоаппараты иногда указывают фокусные расстояния своих объективов в эквиваленте 35 мм, что можно использовать в этой таблице.
Для сравнения, зрительная система человека воспринимает угол зрения примерно 140° на 80°. [ 17 ]
Фокусное расстояние (мм) | Диагональ (°) | Вертикально (°) | Горизонтально (°) |
---|---|---|---|
0 | 180.0 | 180.0 | 180.0 |
2 | 169.4 | 161.1 | 166.9 |
12 | 122.0 | 90.0 | 111.1 |
14 | 114.2 | 81.2 | 102.7 |
16 | 107.1 | 73.9 | 95.1 |
20 | 94.5 | 61.9 | 82.4 |
24 | 84.1 | 53.1 | 73.7 |
35 | 63.4 | 37.8 | 54.4 |
50 | 46.8 | 27.0 | 39.6 |
70 | 34.4 | 19.5 | 28.8 |
85 | 28.6 | 16.1 | 23.9 |
105 | 23.3 | 13.0 | 19.5 |
200 | 12.3 | 6.87 | 10.3 |
300 | 8.25 | 4.58 | 6.87 |
400 | 6.19 | 3.44 | 5.15 |
500 | 4.96 | 2.75 | 4.12 |
600 | 4.13 | 2.29 | 3.44 |
700 | 3.54 | 1.96 | 2.95 |
800 | 3.10 | 1.72 | 2.58 |
1200 | 2.07 | 1.15 | 1.72 |
Влияние размера датчика («кроп-фактор»)
[ редактировать ]Как отмечалось выше, угол обзора камеры зависит не только от объектива, но и от используемого сенсора. Цифровые датчики обычно меньше 35-миллиметровой пленки, поэтому объектив обычно ведет себя так же, как объектив с большим фокусным расстоянием, и имеет более узкий угол обзора, чем с 35-миллиметровой пленкой, благодаря постоянному коэффициенту для каждого датчика (так называемому кроп-фактору). ). В повседневных цифровых камерах кроп-фактор может варьироваться от примерно 1 (профессиональные цифровые зеркальные фотокамеры ) до 1,6 (зеркальные зеркальные фотокамеры среднего класса) и примерно от 3 до 6 для компактных фотоаппаратов . Таким образом, стандартный объектив 50 мм для 35-мм фотографии действует как стандартный «пленочный» объектив 50 мм даже на профессиональной цифровой зеркальной камере, но будет действовать ближе к объективу 75 мм (1,5 × 50 мм Nikon) или 80 мм (1,6 × 50 мм). Canon) на многих зеркальных камерах среднего класса, а угол обзора стандартного 50-мм объектива пленочной камеры в 40 градусов эквивалентен объективу 28–35 мм на многих цифровых зеркальных фотокамерах.
В таблице ниже показаны горизонтальный, вертикальный и диагональный углы обзора в градусах при использовании формата 22,2 × 14,8 мм (это размер кадра зеркальной фотокамеры Canon APS-C ) и диагонали 26,7 мм.
Фокусное расстояние (мм) | Диагональ (°) | Вертикально (°) | Горизонтально (°) |
---|---|---|---|
2 | 162.9 | 149.8 | 159.6 |
4 | 146.6 | 123.2 | 140.4 |
7 | 124.6 | 93.2 | 115.5 |
9 | 112.0 | 78.9 | 101.9 |
12 | 96.1 | 63.3 | 85.5 |
14 | 87.2 | 55.7 | 76.8 |
16 | 79.6 | 49.6 | 69.5 |
17 | 76.2 | 47.0 | 66.3 |
18 | 73.1 | 44.7 | 63.3 |
20 | 67.4 | 40.6 | 58.1 |
24 | 58.1 | 34.3 | 49.6 |
35 | 41.7 | 23.9 | 35.2 |
50 | 29.9 | 16.8 | 25.0 |
70 | 21.6 | 12.1 | 18.0 |
85 | 17.8 | 10.0 | 14.9 |
105 | 14.5 | 8.1 | 12.1 |
200 | 7.6 | 4.2 | 6.4 |
210 | 7.3 | 4.0 | 6.1 |
300 | 5.1 | 2.8 | 4.2 |
400 | 3.8 | 2.1 | 3.2 |
500 | 3.1 | 1.7 | 2.5 |
600 | 2.5 | 1.4 | 2.1 |
700 | 2.2 | 1.2 | 1.8 |
800 | 1.9 | 1.1 | 1.6 |
Кинематография и видеоигры
[ редактировать ]Соотношение | разрешение 1080p | Общее имя | Формат видео/объектив |
---|---|---|---|
32:27 | 1280x1080p | ДВКПРО HD | |
4:3 | 1440x1080p | ||
16:9 | 1920x1080p | Широкоэкранный | |
2:1 | 2160x1080 | 18:9 | Университет |
64:27 | 2560x1080p | Ультра-широкоэкранный | Синемаскоп / Анаморфотный |
32:9 | 3840x1080p | Супер-ультраширокоэкранный | Сверхширокоэкранный 3,6 / анаморфотный 3,6 |
Изменение угла обзора с течением времени (известное как масштабирование ) — это часто используемый кинематографический прием , который часто сочетается с движением камеры для создания эффекта « кукольного масштабирования », ставшего известным благодаря фильму «Головокружение » . Использование широкого угла обзора может преувеличить воспринимаемую скорость камеры и является обычным методом при отслеживании кадров , призрачных поездках и гоночных видеоиграх . См. также Поле зрения в видеоиграх .
См. также
[ редактировать ]Примечания и ссылки
[ редактировать ]- ^ Тим Добберт (ноябрь 2012 г.). Matchmoving: невидимое искусство слежения камерой, 2-е издание . Джон Уайли и сыновья. п. 116. ИСБН 9781118529669 .
- ^ Нил Уэйн Норти (сентябрь 1916 г.). Фрэнк В. Чемберс (ред.). «Угол зрения вашего объектива» . Камера . 20 (9). Колумбийское фотографическое общество.
- ^ «Обзор объектива Canon EF 15mm f/2.8 Fisheye» . The-Digital-Picture.com . Архивировано из оригинала 7 августа 2017 года . Проверено 1 мая 2018 г.
- ^ Эрнест Маккалоу (1893). «Фототопография» . Промышленность: ежемесячный журнал, посвященный науке, технике и механике . Промышленная издательская компания, Сан-Франциско: 399–406.
- ^ Расчеты объектива камеры видеонаблюдения с полем зрения. Архивировано 22 августа 2008 г. в Wayback Machine компанией JVSG, декабрь 2007 г.
- ^ Керр, Дуглас А. (2008). «Правильная точка поворота для панорамной фотографии» (PDF) . Тыква . Проверено 20 марта 2014 г.
- ^ Пол ван Валри (2009). «Центр перспективы» . Архивировано из оригинала 30 апреля 2009 года . Проверено 24 января 2010 г.
- ^ Холст, GC (1998). Тестирование и оценка систем инфракрасной визуализации (2-е изд.). Флорида: JCD Publishing, Вашингтон: SPIE.
- ^ Маццетта, JA; Скопац, С.Д. (2007). Автоматизированное тестирование датчиков ультрафиолетового, видимого и инфракрасного диапазона с использованием общей оптики. Системы инфракрасной визуализации: анализ конструкции, моделирование и тестирование XVIII, Vol. 6543, стр. 654313-1 654313-14
- ^ Electro Optical Industries, Inc. (2005). Методика ЭО ТестЛаб. В образовании/ссылка . «Образование и справка» . Архивировано из оригинала 28 августа 2008 г. Проверено 22 мая 2008 г. .
- ^ Рэй, Сидни Ф. (1 мая 2018 г.). Прикладная фотографическая оптика: линзы и оптические системы для фотографии, кино, видео, электронного и цифрового изображения . Фокальный. ISBN 9780240515403 . Проверено 1 мая 2018 г. - через Google Книги.
- ^ Линн Уоррен, Энциклопедия фотографии ХХ века, стр. 211.
- ^ Лэнгфорд, Майкл (1 мая 2018 г.). Базовая фотография . Фокальная пресса. ISBN 9780240515922 . Проверено 1 мая 2018 г. - через Google Книги.
- ^ Перейти обратно: а б «Ваш сайт» . www.photographywebsite.co.uk . Архивировано из оригинала 6 июня 2017 года . Проверено 1 мая 2018 г.
- ^ Райхманн, Михаэль. «Действительно ли широкоугольные объективы имеют большую глубину резкости, чем телефото?» . Архивировано из оригинала 10 июня 2011 г. Проверено 8 июля 2011 г.
- ^ Однако в большинстве цифровых камер со сменными объективами не используются датчики изображения 24 × 36 мм и поэтому они обеспечивают более узкие углы обзора, чем указано в таблице. См. кроп-фактор и подтемы проблем цифровых фотоаппаратов в статье о широкоугольных объективах для дальнейшего обсуждения.
- ^ Коллин, Джоэл С. (1993). Ретинальный дисплей для приложений виртуальной среды . Труды Общества отображения информации . Том. XXIV. п. 827. Архивировано из оригинала 4 июля 2013 г. Проверено 27 апреля 2014 г.
- ^ В примерах изображений используется объектив с фокусным расстоянием 5,1–15,3 мм, который производитель называет 3-кратным зумом 24 мм ( Ricoh Caplio GX100. Архивировано 1 июня 2009 г. на Wayback Machine ).