Một ống kính mắt cá là một ống kính góc cực rộng sản xuất mạnh mẽ bóp méo hình ảnh nhằm tạo ra một toàn cảnh rộng hoặc bán cầu hình ảnh. [1] [2] ống kính Fisheye đạt được cực kỳ rộng góc nhìn bằng việc quên đi hình ảnh sản xuất với các đường thẳng của quan điểm ( thẳng hình ảnh ), thay vào đó cho một bản đồ đặc biệt (ví dụ: equi góc rắn ), cho hình ảnh xuất hiện không thẳng đặc trưng lồi.
Các mắt cá hạn được đặt ra vào năm 1906 bởi nhà vật lý người Mỹ và nhà phát minh Robert W. Gỗ dựa trên một cá sẽ thấy một cái nhìn bán cầu siêu rộng từ dưới nước (một hiện tượng được gọi là cửa sổ Snell ). [2] [3] đầu tiên của họ sử dụng thực tế là trong những năm 1920 để sử dụng trong khí tượng [4] [5] để nghiên cứu sự hình thành đám mây đem lại cho họ cái tên "ống kính toàn bộ bầu trời". Góc nhìn của ống kính mắt cá thường là từ 100 đến 180 độ [1] trong khi độ dài tiêu cự phụ thuộc vào định dạng phim chúng được thiết kế cho.
Sản xuất hàng loạt ống kính mắt cá cho nhiếp ảnh đầu tiên xuất hiện trong đầu những năm 1960 [6] và thường được sử dụng cho duy nhất, sự xuất hiện của họ bị bóp méo. Cho phổ biến phim 35 mm định dạng, độ dài tiêu cự ống kính đặc trưng của mắt cá là từ 8 mm và 10 mm cho hình ảnh tròn, và 15-16 mm cho hình ảnh full-frame. Cho máy ảnh kỹ thuật số sử dụng máy chụp nhỏ hơn điện tử như 1/4 "và 1/3" CCD hoặc định dạng cảm biến CMOS, độ dài tiêu cự của "thu nhỏ" ống kính mắt cá có thể được càng ngắn càng từ 1 tới 2mm.
Các loại ống kính cũng có các ứng dụng khác như hình ảnh lại dự quay thông qua một ống kính mắt cá, hoặc tạo ra thông qua máy tính tạo ra đồ họa, màn hình trên bán cầu. Ống kính mắt cá cũng được sử dụng cho các nhiếp ảnh khoa học như ghi âm của cực quang và thiên thạch , và để nghiên cứu hình học tán cây và để tính toán gần mặt đất bức xạ mặt trời . Họ cũng được sử dụng như lổ nhìn trộm người xem cửa để cung cấp cho người sử dụng một lĩnh vực rộng của xem.
Sử dụng trong nhiếp ảnh
Trong ống kính mắt cá tròn, các hình ảnh vòng tròn được ghi trong bộ phim hoặc khu vực cảm biến; trong ống kính mắt cá full-frame vòng tròn hình ảnh được hạn trong phạm vi xung quanh bộ phim hoặc khu vực cảm biến.
Hơn nữa, ống kính mắt cá khác nhau bóp méo hình ảnh khác nhau, và cách thức biến dạng được gọi là của họ chức năng lập bản đồ . Một loại phổ biến cho người tiêu dùng là đẳng góc rắn .
Mặc dù có hiệu ứng mắt cá kỹ thuật số có sẵn cả máy ảnh và phần mềm máy tính như họ không thể mở rộng góc nhìn của hình ảnh ban đầu cho rất lớn một trong những ống kính mắt cá đúng.
Thông tư fisheye
ESO 's VLT hình ảnh chụp với một ống kính mắt cá tròn.
Các loại đầu tiên của ống kính mắt cá được phát triển là "mắt cá tròn" - ống kính diễn trong một 180 ° bán cầu và dự kiến này như là một vòng tròn trong khung phim. Một số fisheyes tròn đã có sẵn trong chiếu trực giao các mô hình ứng dụng khoa học. Những có một 180 ° dọc góc nhìn , góc ngang và đường chéo của xem cũng là 180 °. Hầu hết các ống kính mắt cá tròn bao gồm một vòng tròn hình ảnh nhỏ hơn so với ống kính thẳng, vì vậy các góc của khung sẽ được hoàn toàn tối.
Full-frame fisheye
Một ví dụ về full-frame fisheye được sử dụng trong một không gian khép kín ( Nikkor 10.5mm)
Như ống kính mắt cá trở nên phổ biến trong nhiếp ảnh nói chung, các công ty bắt đầu sản xuất máy ảnh ống kính mắt cá mà mở rộng vòng tròn hình ảnh để trang trải toàn bộ khung hình chữ nhật, được gọi là một "full-frame fisheye". [7]
Các góc ảnh được sản xuất bởi các ống kính chỉ các biện pháp 180 độ khi đo từ góc vào góc: những có một 180 ° chéo góc nhìn , trong khi các góc ngang và dọc của xem sẽ nhỏ hơn; cho một equisolid góc loại 15 mm full-frame fisheye, FOV ngang sẽ là 147 °, và FOV thẳng đứng sẽ là 94 °. [8]
Ống kính mắt cá full-frame đầu tiên được sản xuất hàng loạt là một ống kính 16 mm được thực hiện bởi Nikon vào đầu năm 1970. Máy ảnh kỹ thuật số với cảm biến APS-C cảm biến có kích thước yêu cầu một ống kính 10,5 mm (hoặc, đối với máy ảnh Canon APS-C, ống kính 10 mm) để có được những tác dụng tương tự như một ống kính 16 mm trên máy ảnh với cảm biến full-frame. [9]
Chiều dài tiêu cự
Sigma hiện đang làm cho một ống kính 4.5mm mắt cá để chụp một lĩnh vực 180 độ của điểm trên cơ thể cây trồng. [10] Sunex cũng làm cho một ống kính 5.6mm mắt cá để chụp một lĩnh vực 185 độ tròn nhìn trên một 1.5x Nikon và Canon 1.6x máy ảnh DSLR.
Nikon sản xuất ống kính mắt cá tròn 6 mm được thiết kế ban đầu cho một cuộc thám hiểm để Nam Cực . Nó có một lĩnh vực 220 độ trên, được thiết kế để chụp toàn bộ bầu trời và mặt đất xung quanh khi chỉ thẳng lên. Ống kính này không còn được sản xuất bởi Nikon, [11] và được sử dụng hiện nay để tạo ra hình ảnh thực tế ảo tương tác như QuickTime VR và IPIX . Vì lĩnh vực rất rộng của nó xem, nó là rất lớn và cồng kềnh - nặng 5.2 kg (11 lb) và có đường kính 236 mm (9,3 in). Nó vượt xa 35 mm thông thường máy ảnh SLR [12] và có điểm chân máy lắp riêng của mình, một tính năng thường thấy trong lớn dài tiêu cự hoặc ống kính tele để giảm căng thẳng trên ống kính gắn kết bởi vì ống kính là nặng hơn so với máy ảnh. Ống kính là rất hiếm. [13]
Một ống kính mắt cá 8mm, cũng được thực hiện bởi Nikon , đã được chứng minh hữu ích cho các mục đích khoa học vì khoảng cách bằng nhau (đẳng giác) chiếu của nó, trong đó khoảng cách dọc theo bán kính của hình ảnh tròn là tỷ lệ thuận với góc đỉnh cao .
Ống kính mắt cá cho máy ảnh APS-C
Ống kính mắt cá cho 35 máy ảnh mm
Thông tư fisheye
Full-frame fisheye
Mắt cá zoom
- Canon EF 8-15mm f/4L USM Fisheye - ống kính có thể được sử dụng như là cả một fisheye full-frame và một mắt cá tròn trên phim 35 mm full-frame hoặc DSLR như Canon 5D (Mark I - III) máy ảnh, nó chỉ có thể được sử dụng như một cắt tròn hoặc là một mắt cá full-frame trên EOS DSLR với cảm biến kích thước APS-C / H (một khóa zoom được bao gồm).
- Pentax SMC Pentax-F Fish-Eye 1:3.5-4.5 17-28mm - ống kính được sinh ra cho máy quay phim full-frame, để thay thế của f/2.8 16mm trong thời đại AF. Nó bắt đầu từ một full-frame fisheye 17mm và đạt kết thúc chuyến tham quan như một 28mm overdistorted. Được dự định như là một "hiệu ứng đặc biệt" ống kính và không bao giờ có doanh số bán hàng lớn. [14] [ cần dẫn nguồn ]
Ống kính mắt cá nhỏ
Máy ảnh kỹ thuật số nhỏ , đặc biệt là khi được sử dụng như camera an ninh , thường có xu hướng có ống kính như vậy vì lý do tương tự. Ống kính mắt cá nhỏ được thiết kế cho nhỏ định dạng máy chụp CCD / CMOS thường được sử dụng trong máy ảnh của người tiêu dùng và an ninh. [15] [16] kích thước định dạng phổ biến là 1/4 "(khu vực hoạt động 3.6mmx2.7mm), 1/3" (hoạt động khu vực 4.8mmx3.6mm) và 1/2 "(khu vực hoạt động 6.6mmx4.8mm). Tùy thuộc vào hinh khu vực hoạt động, cùng một ống kính có thể tạo thành một hình ảnh tròn trên một man hinh (ví dụ: 1/2"), và một khung hình đầy đủ mặt khác (ví dụ: 1/4 ").
-
Một hình ảnh của bảo tàng Louvre bảo tàng nhập chụp với f / 5,6 tròn ống kính Nikkor mắt cá 7,5 mm
-
Canon 8-15mm zoom tại 8mm của BMW M3
-
Hình ảnh chụp với ống kính mắt cá full-frame 16mm trước và sau khi Remapping để thẳng quan điểm. [n 1]
Các ứng dụng khác
Curves của ESO Trụ sở 's thông qua một ống kính mắt cá. [17]
- Nhiều planetariums bây giờ sử dụng ống kính máy chiếu mắt cá để dự án trên bầu trời đêm hay những nội dung kỹ thuật số khác vào bên trong một mái vòm.
- Mô phỏng chuyến bay và chiến đấu mô phỏng hình ảnh sử dụng ống kính máy chiếu mắt cá để tạo ra một môi trường nhập vai cho phi công, kiểm soát không lưu, hoặc nhân viên quân sự để đào tạo in
- Tương tự như vậy, các IMAX Dome (trước đây 'Omnimax') định dạng chuyển động hình ảnh liên quan đến nhiếp ảnh thông qua ống kính mắt cá tròn, và chiếu qua cùng lên một màn hình bán cầu.
- Các nhà khoa học và quản lý tài nguyên (ví dụ, các nhà sinh học, lâm, và khí tượng học) sử dụng ống kính mắt cá cho nhiếp ảnh bán cầu để tính toán chỉ số tán cây và bức xạ mặt trời gần mặt đất. Ứng dụng bao gồm đánh giá sức khỏe rừng, đặc tính của loài bướm chúa trang web đúng địa mùa đông, và quản lý vườn nho .
- Nhà thiên văn học sử dụng ống kính mắt cá để chụp đám mây che phủ và ô nhiễm ánh sáng dữ liệu.
- Nhiếp ảnh gia và quay phim chụp ảnh sử dụng ống kính mắt cá để họ có thể nhận được các máy ảnh càng gần càng tốt để chụp ảnh hành động trong khi cũng chụp bối cảnh, ví dụ như trong trượt ván để tập trung vào hội đồng quản trị và vẫn còn giữ lại một hình ảnh của vận động viên.
- Video âm nhạc đầu tiên được quay hoàn toàn với ống kính mắt cá là cho Beastie Boys bài hát " Hold It Now, Lượt It "vào năm 1987.
- Trong Đồ họa máy tính , hình ảnh mắt cá tròn có thể được sử dụng để tạo ra bản đồ môi trường từ thế giới vật chất. Một hoàn chỉnh 180 độ hình ảnh mắt cá góc rộng sẽ phù hợp với một nửa không gian lập bản đồ khối thuật toán thích hợp nếu áp dụng vào. Bản đồ môi trường có thể được sử dụng để làm cho đối tượng 3D và cảnh toàn cảnh ảo.
Lập bản đồ chức năng
Các bản đồ của một đối tượng ngang dẫn đến một vị trí hình ảnh chuyển từ trung tâm hình ảnh. Cách thức chuyển đổi này là chức năng lập bản đồ. Khoảng cách của một điểm trung tâm hình ảnh 'r' phụ thuộc vào chiều dài tiêu cự của hệ thống quang học 'e', và góc từ trục 'θ', nơi 'θ' là trong radian .
Tác giả của ý nghĩa khái niệm của r, e, và các biến θ được sử dụng trong các đặc điểm kỹ thuật chức năng lập bản đồ.
-
Đường hầm ban đầu để được chụp ảnh với máy ảnh nhìn từ trung tâm bên trong để tường bên trái.
Bình thường (không mắt cá) ống kính
-
-
Gnomonical, 40 ° chảo ngay
- Gnomonical (quan điểm): . Hoạt động giống như các máy ảnh pinhole. Đường thẳng vẫn thẳng (biến dạng miễn phí). phải nhỏ hơn 90 °. Góc mở được gaged đối xứng với trục quang học và phải được nhỏ hơn 180 °. Góc khẩu độ lớn rất khó để thiết kế và dẫn đến giá cao.
Ống kính mắt cá
Ống kính mắt cá có thể có nhiều chức năng lập bản đồ khác nhau: [18]
- Lập thể (phù hợp): . Duy trì góc độ. Lập bản đồ này sẽ là lý tưởng cho các nhiếp ảnh gia bởi vì nó không nén đối tượng cận biên càng nhiều. Samyang là nhà sản xuất chỉ để sản xuất loại ống kính mắt cá, nhưng nó có sẵn dưới thương hiệu khác nhau. Lập bản đồ này có thể dễ dàng thực hiện bằng phần mềm.
- Khoảng cách bằng nhau (tuyến tính thu nhỏ): . Duy trì khoảng cách góc. Thực tế để đo góc (ví dụ, bản đồ sao). PanoTools sử dụng loại bản đồ.
- Góc Equisolid (diện tích bằng nhau): . Duy trì các mối quan hệ bề mặt. Mỗi điểm ảnh bằng giữa tạo thành một góc khối , hoặc một khu vực bình đẳng trên phạm vi đơn vị . Trông giống như một hình ảnh phản chiếu trên một quả bóng, hiệu ứng đặc biệt tốt nhất (khoảng cách không phức tạp), thích hợp cho khu vực so sánh (đám mây xác định lớp). Loại này là phổ biến nhưng nó nén đối tượng biên. Giá của các ống kính cao, nhưng không cực đoan.
- Chữ viết: . Duy trì phẳng chiếu sáng. Trông giống như một quả cầu với môi trường xung quanh nằm trên 180 ° khẩu độ góc.
- Chức năng lập bản đồ khác (ví dụ Panomorph Ống kính) cũng có thể để nâng cao độ phân giải ngoài trục của ống kính mắt cá.
Với phần mềm thích hợp, những hình ảnh đường cong tạo ra bởi ống kính mắt cá có thể được ánh xạ đến một quy ước thẳng chiếu. Mặc dù điều này đòi hỏi một số mất chi tiết ở các cạnh của khung hình, kỹ thuật này có thể tạo ra một hình ảnh với một tầm nhìn lớn hơn so với một ống kính thẳng thông thường. Điều này đặc biệt hữu ích cho việc tạo ra hình ảnh toàn cảnh .
Tất cả các loại ống kính mắt cá uốn cong đường thẳng. Góc khẩu độ 180 ° trở lên là có thể chỉ với một số lượng lớn hình ảnh bị méo .