Войти
 | |
| Представлена в | 1924 г. |
|---|---|
| Автор | Wood (1905), Bond (1922) и Hill (1924) |
| Construction | Var. элементы в Var. groups |
A объектив «рыбий глаз» - это сверхширокоугольный объектив, который производит сильное визуальное искажение, предназначенный для создания широкоугольного панорамного или полусферического изображение. Объективы «рыбий глаз» обеспечивают чрезвычайно широкий угол обзора. Вместо создания изображений с прямыми линиями перспективы (прямолинейные изображения ) линзы типа «рыбий глаз» используют специальное отображение (например: равномерный угол ), которое придает изображениям характерный выпуклый непрямолинейный вид..
Круглая фотография Ауде Керк Амстердам Термин «рыбий глаз» был придуман в 1906 году американским физиком и изобретателем Робертом У. Вудом на основании того, как рыба будет видеть сверхширокое полушарие из-под воды. (явление, известное как окно Снеллиуса ). Их первое практическое использование было в 1920-х годах для использования в метеорологии для изучения образования облаков, дав им название «линзы всего неба». Угол обзора объектива «рыбий глаз» обычно составляет от 100 до 180 градусов, в то время как фокусное расстояние зависит от формата пленки, для которого они предназначены.
Серийные линзы «рыбий глаз» для фотографии впервые появились в начале 1960-х годов и обычно используются из-за их уникального искаженного внешнего вида. Для популярного формата 35-мм пленки типичное фокусное расстояние линз типа «рыбий глаз» составляет от 8 мм до 10 мм для круглых изображений и 15–16 мм для полнокадровых изображений. Для цифровых фотоаппаратов, в которых используются электронные устройства формирования изображения меньшего размера, такие как ПЗС- или КМОП-сенсоры формата ⁄ 4 "и ⁄ 3 ", фокусное расстояние "миниатюрных" линз типа «рыбий глаз» может составлять всего 1-2 мм.
Эти типы линз также имеют другие применения, такие как повторное проецирование изображений, которые были первоначально сняты через объектив «рыбий глаз» или созданы с помощью компьютерной графики, на полусферические экраны. Линзы «рыбий глаз» также используются для научной фотографии, такой как запись полярных сияний и метеоров, а также для изучения геометрии растительного покрова и для расчета приземной солнечной радиации. Они, вероятно, чаще всего встречаются как глазок дверные глазки, чтобы дать пользователю широкое поле зрения.
"Циркуляры гор на леднике Буэ", Гораций-Бенедикт де Соссюр, Путешествие по Альпам, précédés d'un essai sur l'histoire naturelle des environs de Geneve. Невшатель, 1779–96, пл. 8. Панорамы с искажением "рыбий глаз" появились раньше, чем объектив "рыбий глаз". В 1779 году Гораций Бенедикт де Соссюр опубликовал свой обзор Альп «рыбий глаз»: «Все объекты нарисованы в перспективе из центра».
Ведро (вверху) и улучшенная (внизу) камера 
Первое известное изображение «рыбий глаз», полученное в 1905 году с помощью аппарата Вуда с ведром. Рисунки 1 и 2 из статьи Вуда 1906 года. В 1906 году Вуд опубликовал статью, в которой подробно описал эксперимент, в котором он построил камеру в заполненном водой ведре. начиная с фотопластинки внизу, короткофокусной линзы с точечной диафрагмой, расположенной примерно на полпути вверх по ведру, и листа стекла по краю, чтобы подавить рябь на воде. Эксперимент был попыткой Вуда «выяснить, как внешний мир кажется рыбам», и поэтому статья была названа «Виды рыбьим глазом и видение под водой». Впоследствии Вуд построил улучшенную «горизонтальную» версию камеры без объектива, вместо этого используя отверстие в стенке резервуара, заполненного водой, и фотографическую пластинку. В тексте он описал третью камеру «Рыбий глаз», изготовленную из листовой латуни, основным преимуществом которой было то, что эта камера была более портативной, чем две другие камеры, и была «абсолютно герметичной». В своем заключении Вуд подумал, что «устройство сфотографирует все небо, [так что] регистратор солнечного света можно было бы сделать на этом принципе, который не потребовал бы настройки на широту или месяц», но также иронично отметил «виды, использованные для иллюстрации эта бумага отчасти напоминает «причудливые» фотографии из журналов ».
Полусферическая линза Бонда (1922) WN Бонд описал усовершенствование устройства Вуда в 1922 году, в котором резервуар с водой был заменен простой стеклянной линзой с полусферическим резервуаром, что сделало камеру значительно более портативной. Фокусное расстояние зависело от показателя преломления и радиуса полусферической линзы, а максимальная диафрагма составляла приблизительно f / 50; это не было исправлено на хроматическую аберрацию и проецировало искривленное поле на плоскую пластину. Бонд отметил, что новый объектив можно использовать для записи облачного покрова или ударов молний в заданном месте. Полусферическая линза Бонда также уменьшила потребность в диафрагме для обеспечения резкого фокуса, поэтому время экспозиции также было сокращено.
Hill / Beck «Sky Lens» (1923, GB 225,398) В 1924 году Робин Хилл впервые описал объектив с охватом 180 °, который использовался для обзора облаков в сентябре 1923 года. Объектив, разработанный Хиллом и Р. J. Beck, Ltd., была запатентована в декабре 1923 года. Теперь Hill Sky Lens считается первой линзой типа «рыбий глаз». Хилл также описал три различные функции отображения линз, предназначенные для захвата всего полушария (стереографическое, эквидистантное и ортогональное). Искажение неизбежно в объективе, который охватывает угол обзора, превышающий 125 °, но Хилл и Бек заявили в патенте, что стереографическая или эквидистантная проекция были предпочтительными функциями картографии. Трехэлементная конструкция объектива с тремя группами использует сильно расходящуюся менисковую линзу в качестве первого элемента, обеспечивающего свет в широком поле зрения, за которым следует система собирающих линз для проецирования изображения на плоскую фотопластинку.
Объектив Hill Sky Lens был установлен на камеру всего неба, обычно используемую в паре, разделенную на 500 метров (1600 футов) для стереоизображения, и снабженную красный фильтр для контраста; в своей первоначальной форме объектив имел фокусное расстояние 0,84 дюйма (21 мм) и создавал изображение диаметром 2,5 дюйма (64 мм) при f / 8. Конрад Бек описал систему камеры в статье, опубликованной в 1925 году. По крайней мере одна была реконструирована.
Schulz / AEG Weitwinkelobjektiv (1932, DE 620538) В 1932 году Немецкая фирма Allgemeine Elektricitäts-Gesellschaft AG (AEG) подала заявку на патент на Weitwinkelobjektiv (широкоугольный объектив), 5-элементную, 4-групповую разработку объектива Hill Sky Lens. По сравнению с объективом Hill Sky Lens 1923 года, Weitwinkelobjektiv 1932 года имел два расходящихся мениска перед остановкой и использовал цементированную ахроматическую группу в сходящейся секции. Миямото благодарит доктора Ханса Шульца за дизайн Weitwinkelobjektiv. Базовая запатентованная конструкция была создана для облачной записи как объектив 17 мм f / 6,3, а художник, известный как Umbo, использовал объектив AEG в художественных целях, с фотографиями, опубликованными в выпуске Volk und Welt за 1937 год.
AEG Weitwinkelobjektiv лег в основу более позднего объектива Fish-eye-Nikkor 16 mm f / 8 1938 года, который использовался в военных и научных целях (облачность). Компания Nikon, у которой был контракт на поставку оптики для Императорского флота Японии, возможно, получила доступ к конструкции AEG в рамках Стального пакта. После войны объектив был соединен с фотоаппаратом среднего формата и был произведен в слегка измененной форме (фокусное расстояние увеличилось до 16,3 мм) как «Камера записи изображения неба» в марте 1957 года для правительства Японии, после чего последовал рекламный ролик. выпуск под названием Nikon Fisheye Camera (также известный как Nikon Sky Camera или Nikon Cloud Camera) в сентябре 1960 года по розничной цене 200 000 иен (эквивалент 1 130 000 иен в 2019 году). Обновленный объектив создавал круглое изображение диаметром 50 мм (2,0 дюйма) и покрывал полное полусферическое поле 180 °. Было произведено всего 30 экземпляров Nikon Fisheye Camera, из которых 18 были проданы покупателям, главным образом в США; Скорее всего, Nikon уничтожил оставшиеся запасы, чтобы избежать налоговых штрафов. Фотография прыгуна с шестом Боба Гутовски, сделанная камерой Fisheye Camera, была опубликована в Life в 1957 году.
Richter / Zeiss Pleon (1938, US 2,247068) Также в 1938 году Роберт Рихтер из Carl Zeiss AG запатентовал 6-элементную 5-групповую линзу Pleon, которая использовалась для воздушного наблюдения во время Второй мировой войны. Сходящаяся задняя группа Pleon была симметричной, напоминавшей конструкцию из 4 элементов Topogon, также разработанную Рихтером для Zeiss в 1933 году. Испытания на захваченном объективе после войны показали, что Pleon обеспечивает проекцию на равном расстоянии от покрывали поле примерно 130 °, а негативы были напечатаны с использованием специального выпрямляющего увеличителя для устранения искажений. Pleon имел фокусное расстояние примерно 72,5 мм с максимальной диафрагмой f / 8 и использовал плоско-вогнутый передний элемент диаметром 300 мм (12 дюймов); изображение на негативе было приблизительно 85 мм (3,3 дюйма) в диаметре.
Merté / Zeiss Sphaerogon (1935, DE 672393 и US 2126126) Примерно в то же время что Шульц разрабатывал Weitwinkelobjektiv в AEG, [de ] в Zeiss разрабатывал Sphaerogon, который также был спроектирован так, чтобы охватить поле обзора 180 °. В отличие от Weitwinkelobjektiv, Sphaerogon Мерте не ограничивался камерами среднего формата; прототипы Sphaerogon были сконструированы для камеры миниатюрного формата Contax I. Первый прототип объектива Sphaerogon имел максимальную диафрагму f / 8, но более поздние образцы были рассчитаны на полстопа быстрее, до f / 6,8. Несколько прототипов линз Sphaerogon были обнаружены как часть коллекции линз Zeiss, захваченной армейским сигнальным корпусом в качестве военных репараций в 1945 году; Коллекция, которую фирма Zeiss хранила как запись своих проектов, позже была задокументирована Мерте, бывшим руководителем отдела оптических вычислений CZJ, работавшим под командованием офицера службы связи Эдварда Капреляна.
Nikon Fisheye Camera была производство прекращено в сентябре 1961 года, и в 1962 году компания Nikon представила первый серийный объектив «рыбий глаз» для миниатюрных фотоаппаратов, Fish-eye-Nikkor 8 mm f / 8, для которого требовалось зеркальное отражение на моделях Nikon F и Камеры Nikkormat необходимо заблокировать перед установкой объектива. До начала 1960-х годов объективы типа «рыбий глаз» использовались в основном профессиональными и научными фотографами, но появление «рыбьего глаза» для формата 135 увеличило его популярность. Nikkor 8 mm f / 8 имеет поле зрения 180 ° и использует 9 элементов в 5 группах; это фиксированный фокус и встроенные фильтры, предназначенные в основном для черно-белой фотографии. Исследования показывают, что было выпущено менее 1400 объективов.
Впоследствии Nikon выпустила еще несколько знаковых круглых объективов типа «рыбий глаз» с байонетом Nikon F в 1960-х и 1970-х годах:
Fish-eye Takumar 11/18 мм на современной зеркальной фотокамере Pentax K-1 Тем временем другие японские производители разрабатывали так называемые полноразмерные кадра или диагональных «рыбьих глаз», которые захватывают поле зрения примерно 180 ° по диагонали кадра пленки. Первым таким диагональным «рыбьим глазом» был объектив Fish-eye Takumar 18 mm f / 11, выпущенный компанией Pentax (Asahi Optical) в 1962 году, за ним последовал чуть более быстрый объектив UW Rokkor-PG 18 mm f / 9,5 от Minolta в 1966 году. рефлекторный просмотр и фиксированный фокус, а Pentax и Minolta последовали за более быстрыми объективами с переменным фокусом в 1967 (Super Fish-eye-Takumar 17 mm f / 4) и 1969 (Rokkor-OK 16 mm f / 2.8) соответственно. 16-миллиметровый Rokkor был позже принят Leica как Fisheye-Elmarit-R (1974), а затем преобразован в автофокус (1986) для системы Alpha. По состоянию на 2018 год такая же базовая оптическая конструкция по-прежнему продается как Sony SAL16F28.
| круговой | обрезанный круг | полнокадровый | |
 |  |  | |
| 3: 2 | датчик 52% | 78% FOV, 92% датчик | 59% FOV |
| 4: 3 | 59% датчик | 86% FOV, 90% датчик | 61% FOV |
 . Круглый рыбий глаз для 35 мм. |  . Полнокадровый рыбий глаз с элементарной блендой объектива. | ||
 . Изображение VLT из ESO, полученное с помощью круглого объектива «рыбий глаз». |  . Круглый объектив «рыбий глаз» диаметром 35 мм с камерой формата DX. |  . Полнокадровый «рыбий глаз» в замкнутом пространстве (Nikkor 10,5 мм) | |
В круговой линзе «рыбий глаз» круг изображения вписан в области пленки или сенсора; в полнокадровом объективе «рыбий глаз» круг изображения ограничен вокруг пленки или области датчика.
Кроме того, разные линзы «рыбий глаз» по-разному искажают изображения, и способ искажения называется их функцией отображения . Обычным типом для потребительского использования является equi телесный угол.
Хотя есть цифровые эффекты «рыбий глаз», доступные как в камере, так и в виде компьютерного программного обеспечения, они не могут расширить угол обзора исходных изображений до очень большого, как у настоящих объективов «рыбий глаз».
Фокусное расстояние определяется угловым охватом, конкретной используемой функцией отображения и необходимыми размерами окончательного изображения. Фокусные расстояния для популярных любительских камер рассчитываются следующим образом:
| Стереографическое | Эквидистантное | Эквизолидный угол | Ортографическое | ||
|---|---|---|---|---|---|
| Функция обратного сопоставления |  |  |  |  | |
| Круглый | APS-C ( = 8,4 мм) | 4,2 | 5,3 | 5,9 | 8,4 |
| 135 (= 12 мм) | 6,0 | 7,6 | 8,5 | 12,0 | |
| 6 × 6 (= 28 мм) | 14.0 | 17,8 | 19,8 | 28,0 | |
| Полный кадр | APS-C (= 15,1 мм) | 7,5 | 9,6 | 10,6 | 15,1 |
| 135 (= 21,7 мм) | 10,8 | 13,8 | 15,3 | 21,7 | |
| 6 × 6 (= 39,6 мм) | 19,8 | 25,2 | 28,0 | 39,6 | |
Первыми разработанными типами линз типа «рыбий глаз» были «круглые рыбий глаз» - линзы, которые принимали полусферу на 180 ° и проецировали ее в виде круга в кадре пленки. Некоторые круговые модели «рыбий глаз» были доступны в моделях ортогональной проекции для научных приложений. Они имеют вертикальный угол обзора 180 °, а также горизонтальный и диагональный угол обзора 180 °. По конструкции большинство круглых линз типа «рыбий глаз» закрывают меньший круг изображения, чем прямолинейные линзы, поэтому углы оправы будут полностью темными.
Sigma в настоящее время производит объектив «рыбий глаз» диаметром 4,5 мм, который захватывает поле зрения на 180 градусов на теле растения. Sunex также производит объектив «рыбий глаз» 5,6 мм, который захватывает круговое поле зрения 185 градусов на зеркальных камерах Nikon с 1,5-кратным увеличением и Canon с 1,6-кратным увеличением.
Fisheye-Nikkor 6mm f / 2.8, установленный на Nikon F2 в Nikon Museum.Nikon произвел 6-миллиметровый круговой объектив «рыбий глаз», который изначально был разработан для экспедиции на Антарктида. Он имел поле обзора 220 градусов, предназначенное для захвата всего неба и окружающей земли, если направить его прямо вверх. Этот объектив больше не производится компанией Nikon и используется в настоящее время для создания интерактивных изображений виртуальной реальности, таких как QuickTime VR и IPIX. Из-за очень широкого поля зрения он очень большой и громоздкий - весит 5,2 килограмма (11 фунтов), имеет диаметр 236 миллиметров (9,3 дюйма), длину 171 миллиметр (6,7 дюйма) и угол обзора. 220 градусов. Он превосходит обычную 35-миллиметровую зеркальную камеру и имеет собственную точку крепления для штатива, что обычно наблюдается в больших длиннофокусных или телеобъективах, чтобы уменьшить нагрузку на крепление объектива ., потому что объектив тяжелее камеры. Объектив встречается крайне редко.
Объектив «рыбий глаз» Laowa 4 mm f / 2,8 от производителя Venus Optics Однако есть новые разработки японского производителя для Micro Four Thirds стандартный, который обеспечивает угол обзора 250 градусов с объективами с фокусным расстоянием от 2,3 миллиметра (0,091 дюйма) до 3,6 мм (0,14 дюйма), диафрагмой от f / 2,8 до f /4,0, весом 1,6 кг (3,5 фунта), диаметром 120 миллиметров (4,7 дюйма) и длиной менее 100 миллиметров (3,9 дюйма). В 2018 году Venus Optics представила объектив «рыбий глаз» с углом обзора 210 ° для системы Micro Four Thirds.
8-миллиметровый объектив «рыбий глаз», также произведенный Nikon, оказался полезным для в научных целях благодаря эквидистантной (равноугольной) проекции, в которой расстояние по радиусу кругового изображения пропорционально зенитному углу.
Поскольку объективы «рыбий глаз» приобрели популярность в общей фотографии компании, производящие камеры, начали производить линзы типа «рыбий глаз», которые увеличивали круг изображения, чтобы покрыть всю прямоугольную рамку, называемую «полнокадровый рыбий глаз».
Угол изображения, создаваемый этими объективами, составляет всего 180 градусов при измерении от угла до угол: у них диагональ 180 ° угол обзора, тогда как горизонтальный и вертикальный углы обзора будут меньше; для 15-миллиметрового полнокадрового «рыбьего глаза» с равным углом обзора горизонтальный угол обзора будет 147 °, а вертикальный угол обзора - 94 °.
Один из первых полнокадровых объективов типа «рыбий глаз», производимых серийно был объектив Fisheye-Nikkor 16mm f / 3.5, сделанный Nikon в начале 1970-х. Для цифровых фотоаппаратов с сенсорами размером APS-C требуется объектив 10,5 мм (или, для камер Canon APS-C, объектив 10 мм), чтобы получить тот же эффект, что и объектив 16 мм на камере с полноразмерным экраном. датчик кадра.
, особенно при использовании в качестве камер видеонаблюдения, часто имеют линзы «рыбий глаз» для максимального охвата. Миниатюрные линзы типа «рыбий глаз» разработаны для малоформатных ПЗС / КМОП-формирователей изображений, обычно используемых в потребительских камерах и камерах видеонаблюдения. Популярные форматы датчика изображения используемые размеры включают ⁄ 4 ", ⁄ 3 " и ⁄ 2 ". В зависимости от активной области датчика изображения один и тот же объектив может формировать круглое изображение на более крупном датчике изображения (например, ⁄ 2 ") и полный кадр на меньшем (например, ⁄ 4 ").
Датчик изображения APS-C, используемый в Canon камеры имеют размер 22,3 × 14,9 мм (0,88 × 0,59 дюйма) или 26,82 мм (1,056 дюйма) по диагонали, что немного меньше размера сенсора, используемого другими популярными производителями камер с сенсорами APS-C, такими как Fuji, Minolta, Nikon, Pentax и Sony. Другие распространенные сенсоры APS-C имеют диапазон от 23,6 до 23,7 мм (от 0,93 до 0,93 дюйма) по длинной стороне и 15,6 мм (0,61 дюйма) по короткой стороне, для диагонального измерения от 28,2 мм. до 28,4 мм (от 1,11 до 1,12 дюйма).
Круглый объектив «рыбий глаз» Пеленг 8 мм. 
Изображение входа в музей Лувр, полученное с помощью круглого объектива Nikkor 7,5 мм f / 5,6
Fisheye для съемки всей комнаты Собора Уэллса
Canon 8–15 мм с увеличением при 8 мм BMW M3
Изображение, снятое с помощью полнокадрового объектива «рыбий глаз» 16 мм до и после переназначения на прямолинейную перспективу.
Сравнение обычной (прямолинейной) функции отображения с четырьмя различными функциями отображения «рыбий глаз» при постоянном фокусном расстоянии.
Кривые штаб-квартиры ESO через объектив «рыбий глаз». Объект помещается на изображение объективом в соответствии с функцией отображения объектива. Функция сопоставления дает 
| Субъект |  . Исходный туннель, который нужно сфотографировать, с камерой, смотрящей изнутри центра на левая стена.. | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| Нормальный | Рыбий глаз | ||||
| Прямолинейный | Стереографический | Равноотстоящий | Равновесный угол | Ортографический | |
| Другие названия | гномонический, перспективный, традиционный | панорамный, согласованный, планисферный | линейный, линейно-масштабированный | равновеликий | ортогональное |
| Изображение |  |  |  |  |  |
| Функция отображения |  |  |  |  |  |
| Примечания | Работает как камера-обскура. Прямые линии остаются прямыми (без искажений). должен быть меньше 90 °. Угол раскрытия измеряется симметрично оптической оси и должен быть меньше 180 °. Большие углы раскрытия диафрагмы сложно проектировать, что приводит к высоким ценам. | Сохраняет углы. Такое отображение было бы идеальным для фотографов, потому что оно не так сильно сжимает краевые объекты. Samyang - единственный производитель, производящий линзы типа «рыбий глаз», но они доступны под разными торговыми марками. Это отображение легко реализуется программно. | Сохраняет угловые расстояния. Практичен для измерения углов (например, звездных карт). PanoTools использует этот тип сопоставления. | Поддерживает взаимосвязи поверхностей. Каждый пиксель образует равный телесный угол или равную площадь на единичной сфере . Выглядит как зеркальное отображение на шаре, лучший спецэффект (простые расстояния), подходит для сравнения площадей (определение степени облачности). Этот тип популярен, но он сжимает краевые объекты. Цены на эти линзы высокие, но не экстремальные. | Поддерживает планарную освещенность. Похоже на шар с окружением, лежащим на < max. 180° aperture angle. Highly distorted near the edge of the image, but image in center is less compressed. |
| Примеры | (многочисленные) |
|
|
|
|
Другие функции отображения (например, Panomorph линзы) также возможны для увеличения внеосевого разрешения линз типа «рыбий глаз».
С помощью соответствующего программного обеспечения криволинейные изображения, создаваемые объективом «рыбий глаз», можно переназначить на обычную прямолинейную проекцию. Хотя это влечет за собой некоторую потерю деталей по краям кадра, этот метод позволяет получить изображение с полем обзора больше, чем у обычного прямолинейного объектива. Это особенно полезно для создания панорамных изображений.
Все типы линз типа «рыбий глаз» изгибают прямые линии. Углы апертуры 180 ° и более возможны только при большом бочкообразном искажении.
 | На Викискладе есть средства массовой информации, связанные с линзами Fisheye. |
