Перспективное искажение (фотография) - Perspective distortion (photography)

Не путать с Коррекция перспективы.

Моделирование, показывающее, как регулировка угла обзора камеры при изменении расстояния до камеры и удержании объекта в кадре приводит к сильно различающимся изображениям. Под малым углом и на больших расстояниях световые лучи почти параллельны, что приводит к «сплющенному» изображению. На больших углах и на коротких расстояниях объект кажется в ракурсе или искаженный.

В фотография и кинематография, перспективное искажение деформация или трансформация объекта и окружающей его области, которая значительно отличается от того, как объект будет выглядеть с нормальное фокусное расстояние из-за относительного масштаба близких и далеких объектов. Перспективное искажение определяется относительными расстояниями, на которых изображение захватывается и просматривается, и связано с угол обзора изображения (в том виде, в каком оно было снято) либо шире, либо уже, чем угол обзора, под которым просматривается изображение, следовательно, видимые относительные расстояния отличаются от ожидаемых. С этой концепцией связано осевое увеличение - воспринимаемая глубина объектов при заданном увеличении.

Искажение перспективы принимает две формы: искажение при растяжении и искажение сжатия, также называемый широкоугольное искажение и длинно-линзовый или же телеобъектив искажения,^[1] когда говорят об изображениях с одинаковыми размер поля. Расширение или широкоугольное искажение можно увидеть на изображениях, снятых с близкого расстояния с использованием широкоугольный объектив (с углом обзора шире, чем нормальный объектив). Объекты, расположенные близко к объективу, кажутся аномально большими по сравнению с более удаленными объектами, а удаленные объекты кажутся аномально маленькими и, следовательно, более удаленными - расстояния увеличиваются. На изображениях, снятых с большого расстояния, можно увидеть искажение сжатия, длиннообъективного или телеобъектива. длиннофокусный объектив или более распространенный телефото подтип (с углом обзора уже, чем нормальный объектив). Далекие объекты выглядят примерно одинакового размера - более близкие объекты аномально малы, а более удаленные объекты аномально большие, и, следовательно, зритель не может различить относительные расстояния между удаленными объектами - расстояния сжимаются.

Обратите внимание, что изменения линейной перспективы вызваны расстояние, не объективом как таковым - два снимка одной и той же сцены с одинакового расстояния будут демонстрировать идентичную геометрию перспективы, независимо от используемого объектива. Однако, поскольку широкоугольные объективы имеют более широкое поле зрения, они обычно используются с более близкого расстояния, в то время как телеобъективы имеют более узкое поле зрения и обычно используются с большего расстояния. Например, если вы стоите 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 линейную перспективную геометрию на лице, хотя широкоугольный объектив в кадр может поместиться все тело, а телеобъектив фиксирует только нос. Однако кадрирование этих трех изображений с одинаковым покрытием приведет к одинаковому искажению перспективы - нос будет выглядеть одинаково на всех трех. И наоборот, если все три линзы используются с такого расстояния, что лицо заполняет поле, широкоугольный будет использоваться ближе, делая нос больше по сравнению с остальной частью фотографии, а телеобъектив будет использоваться издалека, делая нос меньше по сравнению с остальной фотографией.

За пределами фотографии распространенное искажение многим знакомо боковые зеркала заднего вида (видеть "объекты в зеркале ближе, чем они кажутся ") и глазки, хотя они часто используют объектив рыбий глаз, демонстрируя различные искажения. Искажение сжатия наиболее привычно при просмотре бинокль или же телескопы, как в оптические прицелы, в то время как аналогичный эффект наблюдается в фиксированной щели полосатая фотография, в частности фото финиш, где весь захват параллелен захвату, полностью исключая перспективу (вид сбоку).

Оптика

Рассмотрим идеализированный Гауссова оптическая система, с изображением и объектом на одном носителе. Таким образом, для объекта в фокусе расстояние между линзой и плоскостью изображения ${\displaystyle s_{i}}$, расстояние между линзой и объектом ${\displaystyle s_{o}}$, а фокусное расстояние ${\displaystyle f}$ связаны уравнение тонкой линзы:

${\displaystyle {1 \over s_{i}}+{1 \over s_{o}}={1 \over f}}$

Поперечное увеличение ${\displaystyle M}$ связан

${\displaystyle M={s_{i} \over s_{o}}}$.

В осевое увеличение ${\displaystyle M_{ax}}$ объекта на ${\displaystyle s_{o}}$ скорость изменения расстояния линза-изображение ${\displaystyle s_{i}}$ как расстояние линза-объект ${\displaystyle s_{o}}$ изменения. Для объекта конечной глубины можно представить себе средний осевое увеличение как соотношение глубины изображения и глубины объекта:

${\displaystyle M_{ax}=\left|{ds_{i} \over ds_{o}}\right|=\left|{d \over ds_{o}}({1 \over f}-{1 \over s_{o}})^{-1}\right|=\left|-({1 \over f}-{1 \over s_{o}})^{-2}s_{o}^{-2}\right|={s_{i}^{2} \over s_{o}^{2}}=M^{2}}$

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

Влияющие факторы

На искажение перспективы влияет соотношение между двумя факторами: угол обзора при котором изображение захватывается камера и угол обзора, под которым фотография объекта представляется или просматривается.

Угол обзора захвата

Когда просматриваются фотографии на обычном расстоянии просмотра,^[2] угол обзора, под которым захватывается изображение, полностью учитывает появление искажения перспективы. Общее предположение о том, что «необработанные» фотографии не могут исказить сцену, неверно. Искажение перспективы особенно заметно в портреты снято с помощью широкоугольных объективов на коротком расстоянии от камеры до объекта. Обычно они производят неприятное впечатление, из-за чего нос кажется слишком большим по сравнению с остальной частью лица и искажает выражение лица. Идентичное кадрирование одного и того же объекта при использовании телеобъектива средней дальности или длиннофокусного объектива (с узким углом обзора) сглаживает изображение до более приятной перспективы. По этой причине для 35-мм камеры объективы с фокусным расстоянием примерно от 85 до 135 мм обычно считаются хорошими портретными объективами. Однако имеет значение, будет ли фотография сделана в альбомной или портретной ориентации. 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 сглаживанию черт лица, что также может вызывать возражения у зрителя.

Расстояние просмотра фотографии

Фотографии обычно просматриваются с расстояния, примерно равного их диагонали.^{[нужна цитата ]}. При просмотре с такого расстояния эффекты искажения, создаваемые углом обзора захвата, очевидны. Однако теоретически, если рассматривать изображения, демонстрирующие расширенное (широкоугольное) искажение, на более близком расстоянии, тем самым расширяя угол обзора презентации, то явление исчезает. Точно так же просмотр изображений с искажением сжатия (телефото) с большего расстояния, что приводит к сужению угла обзора презентации, снижает эффект. В обоих случаях на некотором критическом расстоянии кажущееся искажение полностью исчезает.

Примеры

Ниже на серии из трех фотографий показана одна и та же сцена, снятая с одного и того же положения с тремя разными объективами: обычным объективом, широкоугольным объективом 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, чтобы содержать ту же сцену, что и фотография, сделанная с помощью телеобъектива, тогда изображение содержание будет точно таким же. Явная разница в пропорциях возникает исключительно из-за содержимого, добавленного по краям кадра на фотографии с обычным объективом и широкоугольной фотографии.

Фотографии, сделанные с помощью 35 мм фотоаппарат на постоянном расстоянии от объекта с объективом 28 мм, объективом 50 мм и объективом 70 мм.

Ниже на серии из четырех фотографий показан объект, максимально похожий на кадр с четырьмя разными объективами. В результате разных угол обзора каждого объектива фотограф приближался к объекту с каждой фотографией. Обратите внимание, что угол обзора значительно меняется (сравните фон на каждой фотографии), а расстояние между объектами увеличивается с каждым последующим изображением. На четвертом изображении в правом нижнем углу, сделанном с помощью самого широкого объектива, здание за объектом кажется намного дальше, чем на самом деле.

   

   

Фотографии, сделанные с помощью 35-мм камеры с объективом 100 мм, 70 мм, 50 мм и 28 мм на разном расстоянии от объекта.

Художественное использование

Техническое образование

Как фокусное расстояние влияет на перспективу: 18 мм (широкий угол ), 34 мм (нормальный ) и 55 мм (скромный телефото ) при одинаковых размер поля достигается за счет различного расстояния между камерой и объектом. Обратите внимание, что чем короче фокусное расстояние и тем шире угол обзора, перспективное искажение и различия в размерах меняются.

Хотя искажение перспективы часто раздражает, когда оно непреднамеренно, оно также преднамеренно используется в художественных целях. Расширение (широкий угол ) искажение часто применяется, чтобы выделить какой-либо элемент сцены, делая его более крупным и пространственно удаленным от других элементов. Сжатие (телефото ) искажение часто используется, чтобы создать впечатление сжатого расстояния между удаленными объектами, такими как здания или автомобили, чтобы передать ощущение скопления. Более длинные линзы увеличивают объект больше, по-видимому, сжимая расстояние и (при фокусировке на переднем плане) размывая фон из-за их меньшей глубины глубина резкости. Более широкие линзы, как правило, увеличивают расстояние между объектами, обеспечивая большую глубину резкости.

Еще одним результатом использования широкоугольного объектива является более сильное видимое перспективное искажение, когда камера не выровнена перпендикулярно объекту: параллельные линии сходятся с той же скоростью, что и у нормальный объектив, но больше сходятся из-за более широкого общего поля. Например, кажется, что здания падают назад гораздо сильнее, когда камера направлена ​​вверх от уровня земли, чем при съемке с обычным объективом на том же расстоянии от объекта, потому что большая часть здания объекта видна в широком диапазоне. угол выстрела.

Поскольку для разных объективов обычно требуется разное расстояние между камерой и объектом для сохранения размера объекта, изменение угол обзора может косвенно исказить перспективу, изменяя видимый относительный размер объекта и фона. Если идентично размер поля сохраняется, широкоугольные объективы увеличивают размер объекта, добавляя различия в размерах вместе со сходящимися линиями, упомянутыми выше, и делают комнаты и пространства вокруг объекта более обширными за счет увеличения расстояния между объектом и фоном (расширенная перспектива).

Эффект настроения и известные варианты использования

Эффект настроения искажения перспективы, достигнутый прямолинейный сверхширокоугольные объективы заключаются в том, что результирующее изображение выглядит гротескно и тревожно, но при этом не выглядит таким нереалистичным, как криволинейный линзы рыбий глаз какой дисплей бочкообразное искажение. Эффект особенно заметен, чем ближе камера находится к объекту, поскольку его величина увеличивается, чем короче фокусное расстояние при том же размере поля.

Один известный директор, который часто использует прямолинейных сверхширокоугольные объективы для достижения отличительного фирменного стиля, определяемого крайним искажением перспективы, Терри Гиллиам. Также Стэнли Кубрик (в Пути славы, и Доктор Стрейнджлав, среди прочего), а также Орсон Уэллс (в Судебный процесс, частично Лондон Орсона Уэллса, сегмент Четыре члена клуба), Сэм Пекинпа (в Соломенные псы ), и Сидни Люмет (в Преступление ) иногда делали то же самое в прошлом, хотя в основном в умеренных количествах, только для одиночных снимков или последовательностей, в то время как Гиллиам почти никогда не использует линзы длиннее 14 мм, за что линзы с таким фокусным расстоянием получили неофициальное прозвище "Гиллиам" среди кинематографистов.^[3] Жан-Пьер Жене и Марк Каро, два французских режиссера, на которых оказал влияние Гиллиам, переняли его типичную широкоугольную фотографию в своих двух наиболее «гиллиамских» чертах: гастроном и Город потерянных детей. Орсона Уэллса Судебный процесс известен тем, что сильно повлиял на фирменный стиль Гиллиама за годы до того, как американский экс-патриот присоединился к Монти Пайтон комедийная труппа, в то время как для Уэллса это только одна особенность.

Из-за гротескного, тревожного эффекта настроения, свойственного широкоугольным объективам, фильмы, в которых используется такое искажение перспективы, часто можно отнести к одной из двух категорий: гротескная и сюрреалистическая сатира и фэнтези, а также в некоторой степени черная комедия (Gilliam, Jeunet & Каро, Орсон Уэллс, Доктор Стрейнджлав) с одной стороны, и серьезные, более реалистичные фильмы с особым вниманием к социальная критика с другой стороны, в то время как социальные условности, коллективное общество и / или мотивы и действия лидеров изображаются как гротескные и абсурдные и часто также содержат тиранических персонажей с конформистскими ценностями, которые действуют крайне враждебно и предвзято по отношению к индивидуализму и посторонним. (Пути славы, Соломенные псы, Преступление).

На другом конце спектра фокусных расстояний, Лени Рифеншталь использовал крайний телефото линзы для сжатия больших толп в Триумф воли в то время как Фюрер Адольф Гитлер видно через обычные линзы и часто из низкий угол казаться высоким по сравнению.

В кинематографии искажение перспективы также влияет на изображение в камере. особенный эффект известный как Долли зум, в котором зум-объектив уменьшает масштаб одновременно с движением камеры к объекту таким образом, чтобы сохранить объект того же размера в кадре, в то время как фон «меняет размер» относительно объекта. Этот эффект был популярен в фильмах. Головокружение и Челюсти. Другой пример этого можно увидеть в первом Властелин колец фильм, как раз перед Черный всадник спускается по дороге. Масштабирование тележки используется для создания эффекта сжатия на дороге.

Примеры

Фотография ниже гондол является иллюстрацией использования искажения расширения, а фотография зданий под ним является примером искажения сжатия.

• 

  Пример «широкоугольного» искажения, используемого в художественных целях. Создается объективом 18 мм на полнокадровой 35-мм камере.

• 

  Пример искажения "телефото", используемого в художественных целях. Создается объективом 300 мм на полнокадровой 35-мм камере.

Смотрите также

• Ракурс
• Объектив с управлением перспективой (ПК)
• Текстурный градиент
• Криволинейная перспектива

Примечания

1. Марк Галер, «Фонды фотографии для искусства и дизайна», стр. 73
2. Расстояние примерно равно диагонали рисунка. Это создает ощущение нормальной перспективы, когда для съемки использовался обычный объектив. Смотрите, Ира Тока, Лучшее расстояние обзора для фотографов, Журнал PSA, сентябрь 1990 г., стр. http://findarticles.com/p/articles/mi_m1306/is_n9_v56/ai_8851922 Проверено 22 января 2008 г.. A "нормальный объектив "имеет фокусное расстояние что приблизительно соответствует диагонали кадра изображения камеры.
3. Стаббс, Фил: "Терри Гиллиам говорит Tideland," Мечты

внешняя ссылка

• Сжатие расстояния и изменение перспективы