Fisheye (" Fishay ", transkripce z anglického fish-eye ) je typ ultraširokoúhlých čoček s účelově zvýšeným zkreslením , jiným názvem je zkreslující (neboli "zkreslující") čočka [1] . Od běžných ( ortoskopických ) čoček s krátkým ohniskem se liší výrazným soudkovitým zkreslením [2] , které umožňuje zobrazení prostoru a objektů pomocí azimutálních , ortografických nebo stereografických projekcí v závislosti na konkrétním optickém provedení. Díky silným deformacím může úhlové pole „rybího oka“ dosáhnout 180° nebo dokonce tuto hodnotu překročit, což je pro ortoskopickou optiku realizující gnómickou projekci okolního prostoru nepřístupné [3] .
Hlavním rysem objektivů typu rybí oko jsou charakteristické zkreslení, podobné odrazu v zrcadlové kouli. Přímé čáry, které neprotínají optickou osu , jsou zobrazeny jako obloukové křivky a objekty, když se pohybují od středu k okrajům rámu, jsou silně stlačeny v radiálním směru [4] . Ne vždy se přitom dosáhne rekordního polokulového zobrazení a u zkreslujících zoom objektivů se může měnit zorné pole při zachování zkreslení [5] [* 1] .
Název „rybí oko“ zdůrazňuje podobnost obrazu poskytovaného takovou čočkou s efektem „ Snell window “ , díky kterému obyvatelé pod vodou vidí celou horní polokouli povrchového světa v kuželu širokém asi 90 stupňů [7] . To je způsobeno Snellovým zákonem , tedy prudkým poklesem indexu lomu na hranici vody a vzduchu. Termín „rybí oko“ poprvé použil v roce 1911 americký experimentální fyzik Robert Williams Wood ve své knize „Physical Optics“ [ 8 ] . O pět let dříve vymodeloval podobný optický systém tak, že na dno kbelíku naplněného vodou umístil fotografickou desku a do poloviny hloubky nad ní čočku s dírkou [9] . Výsledný snímek i přes nízkou kvalitu prokázal možnost získání hemisférického pohledu [7] . Později Wood vylepšil natáčecí kameru tím, že zapečetěnou kovovou krabici s otvorem naplnil vodou [10] .
Prioritu při vytváření zkreslující čočky má anglický biochemik Robin (Robert) Hill , který si v prosinci 1923 nechal patentovat tříčočkový optický systém sestávající ze silného negativního menisku umístěného před pozitivním nalepeným achromátem [11] . Takové zařízení by mohlo poskytnout úhlové pole pokrývající celou oblohu a dostatečné pro registraci všech mraků [12] . V tomto případě je díky nekorigovanému zkreslení na snímku konečné velikosti k dispozici zorné pole 180°. Ortoskopická čočka není schopna poskytnout takové pokrytí, protože rozměry obrazu mají v tomto případě tendenci k nekonečnu [13] .
První Hillův objektiv, nazvaný Hill Sky Lens, vyrobil v roce 1924 Beck z Londýna [14] [15] . Navzdory extrémně nízké světelnosti f/22 produkoval objektiv velmi ostrý obraz ve formě kruhu a umožnil jeden snímek zachytit celou nebeskou polokouli pomocí fotoaparátu se stejným názvem Hill Sky Camera. V roce 1929 vypočítal sovětský optik Vladimir Churilovsky optickou konstrukci podobného širokoúhlého fotoaparátu, jehož čočka se skládá z dvoučočkového negativního zkreslovače a za ním umístěnou ortoskopickou čočkou typu „ Tessar “ . Kombinace poskytla úhlové pole 127° při cloně f/5,6 [16] . V roce 1933 byla na základě Čurilovského čočky realizována technologie leteckého snímkování velkých ploch areálu s dekódováním snímků optickým ortotransformátorem, který zavádí inverzní zkreslení [17] .
Brzy bylo v Německu vytvořeno také rybí oko s vysokou aperturou: v roce 1932 obdržela společnost AEG patent č. 620 538 na pětičočkový Weitwinkelobjektiv vyvinutý Hansem Schulzem [19] [ 20] [21] . Objektiv byl tak dobrý, že umožňoval okamžité fotografování a již v roce 1935 s ním fotograf Umbo natáčel velkolepé reportáže [22] . V roce 1938 vznikl na základě německého vývoje, zděděného Japonskem v rámci Steel paktu , Fish-eye Nikkor 16 / 8.0, po válce byl vyroben pro „ rolefilm “ [23] [24] . V témže roce navrhl německý optik Robert Richter šestičočkový Zeiss Pleon, který se používal za druhé světové války pro fotografický průzkum [16] [25] . Moderní „rybí oko“ pro maloformátové fotoaparáty a „oříznuté“ digitální fotoaparáty má svůj původ v dalším německém vývoji Zeiss Sphaerogon, který před válkou navrhl optik Willy Merté a v roce 1947 jej odebrala americká armáda spolu s dalšími exponáty Carl Museum Zeiss [26] [27] .
První zkreslující čočky byly navrženy tak, aby zachytily celý obrazový kruh, který byl vepsán do čtvercového nebo obdélníkového rámečku. V roce 1963 společnost Asahi Optical vydala první full-frame neboli „diagonální“ Fish-eye Takumar 18mm f/11, pokrývající celý obdélníkový rám s polokulovým pohledem pouze diagonálně [28] . Tento typ rybího oka se ukázal být více vyhledávaný fotografy, protože vytváří obraz se známým tvarem. Od poloviny 60. let zaujala distorzní optika pevné místo v katalozích optických firem, prodávaná jak pro speciální účely, tak jako doplněk standardní řady ortoskopických čoček. V SSSR se zkreslená optika stala dostupnou běžným fotografům koncem 70. let s příchodem „civilních“ modelů „ Zodiak-2“ a „Zodiac-8 “ [* 2] . Všechny byly „diagonální“, vyplňovaly celý maloformátový , respektive středoformátový rámeček [30] [31] . Později BelOMO zahájilo výrobu kruhových čoček " Peleng " [32] .
„Rybí oko“ se používá ve fotožurnalistice , fotografickém umění a kině jako živý výraz. Ultraširokoúhlé objektivy prvního moderního širokoformátového systému kina , Todd-AO , byly navrženy tak, aby byly mírně zkreslené pro reprodukci přirozené perspektivy [33] [34] . Sférické kinematografické systémy (například IMAX DOME ) byly původně založeny na použití čoček rybího oka pro střelbu a promítání obrazu na hemisférickou obrazovku [35] . Díky tvaru obrazovky jsou zkreslení vlastní takové optice kompenzována a diváci pozorují objekty v normální perspektivě ve velkých úhlech, které zvyšují účinek přítomnosti [36] . Stejně tak se promítání obrazu hvězdné oblohy provádí v moderních planetáriích s plnou kupolí [37] .
Všechny objektivy typu rybí oko se obvykle dělí na dvě hlavní varianty podle stupně vyplnění rámečku fotoaparátu : „kruhové“ a „úhlopříčné“ [38] . Oba typy snímků lze současně realizovat v jednom zoomovém objektivu , který funguje jako kruhové rybí oko na minimální ohniskové vzdálenosti a jako diagonální na maximální [6] .
Oběžník
Úhlopříčka
oříznutý kruh
Oběžník
oříznutý kruh
Další varianta je střední a obrazový kruh objektivu zcela nevyplňuje obdélníkový rám, ale není na něm zcela registrován a zůstává na obou stranách oříznutý. V tomto případě je průměr kruhu vepsán podél dlouhé strany a ne podél krátké strany, jako u kruhových čoček. Podobně vypadá obraz plnoformátových kruhových objektivů nasazených na oříznutý fotoaparát a také některé zoomové objektivy v mezipoloze zoomovacího kroužku.
Při vytváření konvenčních širokoúhlých objektivů se snaží snížit zkreslení na nulu – zakřivení rovných linií, které neprocházejí středem rámu. Proto je obraz daný ortoskopickou čočkou ekvivalentní gnómické projekci koule do roviny. V tomto případě je nemožné získat úhlové pole 180°, protože okraj zorného pole bude nekonečně vzdálený [13] . Pro dosažení hemisférického pohledu je do čočky při jejím vývoji záměrně vnášeno negativní zkreslení , které poskytuje specifické zobrazení prostoru v závislosti na intenzitě zkreslení odpovídající té či oné geometrické projekci [40] [41] . Většina objektivů, které mají fotografové k dispozici, využívá projekci Lambert Equal Area Azimuth Projection , kterou lze dosáhnout s minimální optickou složitostí. V tomto případě je vztah mezi ohniskovou vzdáleností čočky a jejím zorným polem složitější než u ortoskopických čoček a závisí na míře zkreslení, které určuje typ projekce koule do roviny [42] .
Objekt | Původní objekt v podobě tunelu, vyfotografovaný od jeho středu doleva kolmo k levé stěně (označeno šipkou) | ||||
---|---|---|---|---|---|
ortoskopický | Rybí oko [43] [44] | ||||
Gnomický | Stereografické [45] | Stejně vzdálený | Azimut | ortografický | |
Systém | |||||
Zobrazení obrázku |
|||||
Funkce displeje [* 3] [44] | [* čtyři] | ||||
Zvláštnosti | Zobrazuje prostor podle zákonů lineární perspektivy stejným způsobem jako camera obscura . Přímé čáry jsou zobrazeny rovně a tvar objektů si zachovává geometrickou podobnost. Při velmi širokých pozorovacích úhlech jsou objekty na okrajích zorného pole nataženy směrem od středu rámu. | Zachovává úhly mezi křivkami. Preferovaný pro fotografování, protože téměř nekomprimuje objekty na okraji zorného pole. Zorné pole full-frame objektivů tohoto typu je větší než u všech ostatních objektivů se stejně diagonálním zorným polem. Samyang je jediným výrobcem. | Zachovává úhlové rozměry. Preferováno pro měření úhlu, včetně astrofotografie. Ve vědecké komunitě je považována za „ideální projekci“. Ekvidistantní projekce je k dispozici v aplikacích PanoTools pro slučování panoramat. | Zachovává poměry ploch. Nejužitečnější, když potřebujete sladit povrchy, jako jsou mraky nebo vegetace. Zkreslené čočky tohoto typu jsou lehčí a kompaktnější než ostatní. Hlavní nevýhodou je silná komprese objektů na okraji zorného pole. | Prakticky nedochází k vinětaci a jas je v celém poli jednotný, díky čemuž jsou tyto objektivy preferovanou volbou pro fotometrické studie. Velmi silně komprimuje objekty na okraji zorného pole, nejužší ze všech v diagonální verzi. |
Maximální úhlové pole | Méně než 180°. V rozmezí 130-140° | Neomezené, může dosáhnout 180° nebo více | Může přesáhnout 180°. Jsou známy objektivy s 250° pokrytím [* 5] | Neomezené, může dosáhnout 360° | Nesmí překročit 180° |
Ohnisková vzdálenost [*6] |
|||||
Příklady [40] [46] [47] | Všechny ortoskopické čočky |
|
|
|
Perspektiva, podobná té, kterou vytvářejí objektivy typu rybí oko, může být reprodukována pomocí výpočetní fotografie spojením několika snímků pořízených ortoskopickou optikou do jediného snímku. Tato technologie je populární zejména v digitální panoramatické fotografii . Většina počítačových aplikací určených pro lepení panoramat umožňuje nastavit různé projekce výsledného snímku, včetně stereografického . Zároveň lze obraz získaný „Rybím okem“ programově transformovat na konvenční ortoskopický, avšak s nevyhnutelnou a silnou ztrátou kvality na okrajích pole [49] .
Plavidlo " Akademik Ioffe "
Science Center v Glasgow
Noční záběr nebeské polokoule
Street shot
"kruhový" objektiv
Interiér. "Diagonální" čočka
"diagonální" čočka
interiéru auta
Kromě plnohodnotných objektivů typu rybí oko lze podobného typu obrazu dosáhnout i běžnou optikou s vhodným typem afokálního širokoúhlého nástavce . V tomto případě nástavec, fungující na principu "obráceného teleobjektivu ", zvětšuje úhlové pole a zároveň přináší zkreslení. Z hlediska složitosti a ceny však takové nástavce nejsou horší než podobné objektivy, a z tohoto důvodu se ve fotografii příliš nepoužívají [38] .
Ukázalo se, že zkreslující trysky jsou vhodné pro spolupráci s televizními zoomovými objektivy , poskytují charakteristické zkreslení a zvyšují pozorovací úhel, avšak díky optickým vlastnostem zoomové optiky je celá kombinace ovladatelná pouze v poloze „makro“ s nefunguje zoom [51] . Kromě toho jsou takové nástavce navrženy pro velmi blízkou vzdálenost k hlavní čočce, což ukládá určitá omezení na průměr a konstrukci jejího rámu. V poslední době se rozšířily zkreslovací trysky pro telefony s fotoaparátem , ke kterým se připevňují magnetickým kroužkem nebo speciální sponou [52] . Zorné pole kamer s takovými nástavci nedosahuje vždy 180°, ale charakteristické zkreslení poskytuje potřebný vizuální efekt bez zpracování obrazu vhodnými aplikacemi [53] .
Na objektivu typu rybí oko není možné tradičně instalovat filtry před velkou a vypouklou přední čočku: v tomto případě jejich rám nevyhnutelně blokuje zorné pole. To vyžaduje zvýšenou pozornost a přesnost při fotografování, zejména z blízké vzdálenosti, protože objektiv bez ochranného světelného filtru se snadno poškodí. Filtry se v případě potřeby instalují za zadní optický člen, což ztěžuje volbu jejich polohy, která je nezbytná u gradientních a polarizačních filtrů . Protože přídavný optický člen za zadní čočkou čočky ovlivňuje její optické vlastnosti, počítá konstrukce s planparalelním skleněným kompenzátorem, který lze v případě potřeby nahradit potřebným světelným filtrem [54] . Někteří výrobci poskytují stopku čočky se speciální kapsou pro opticky neutrální želatinové filtry na tenkém pružném substrátu [55] . Starší modely objektivů tohoto typu mají zabudované otočné disky se standardní sadou žlutých, oranžových a červených filtrů pro černobílou fotografii [24] [56] . Instalace sluneční clony na objektiv je také nemožná kvůli nevyhnutelné vinětaci zorného pole. Většina diagonálních objektivů je vybavena pevnou sluneční clonou integrovanou do rámu. Kvůli malým rozměrům je však taková clona neúčinná a z velké části plní funkci ochranného plotu pro přední čočku [55] .
Typy filmových a fotoobjektivů | |
---|---|
Objektivy | |
Převodníky | |
viz také |