Почему камеры смартфонов не исправляют искажение подушечка?

Question

Я ранее спрашивал , почему GoPro не исправляет автоматически искажение типа "рыбий глаз" , и этот вопрос связан, но отличается:

Учитывая, что в настоящее время смартфоны обладают такой большой вычислительной мощностью (например, графическими процессорами Nvidia), и что их искажение в виде подушечка легче исправить, чем чрезвычайно широкоугольный объектив "рыбий глаз" в GoPro, почему смартфоны не исправляют автоматически это искажение и перекос , который он производит на фотографиях?

Ниже приведена фотография Sony Xperia Z5, иллюстрирующая крайние искажения. Мяч для упражнений довольно сферический в реальности.

Другие смартфоны не намного лучше.

Автоматическая коррекция искажений сортировки , выполняемая после обработки = , должна быть относительно быстрой, поскольку параметры камеры фиксированы, а код может быть сильно оптимизирован в прошивке камеры.

Но даже если коррекция была медленной, ее можно было поставить в очередь на потом, но все же автоматически. Почему это не сделано? Снимки начинают выглядеть довольно нелепо в последнем поколении смартфонов с широкоугольными объективами, и проблема относится к одному из наиболее распространенных типов фотографий: групповое изображение .

Answer 1

Этот тип искажения в углах является одним из компромиссов для наличия прямолинейной линзы, которая может отображать широкое поле зрения, которое охватывает сферическую область, в плоское прямоугольное изображение. Если вы хотите, чтобы объекты вблизи краев такого широкого поля зрения выглядели неискаженными, вам нужен объектив «рыбий глаз». Но объектив «рыбий глаз» не будет создавать прямоугольное изображение, оно будет сферическим. И все прямые линии в поле зрения будут выглядеть изогнутыми, если они не проходят непосредственно через центр.

Answer 2

Проблема, состоящая в том, что контур шара не является кругом, не является признаком искажения подушечки или бочонка.

Действительно, давайте предположим идеализированный идеальный объектив. Существует одна фокусная точка (расстояние этой точки от датчика является фокусным расстоянием). Теперь для любой точки объекта, который вы фотографируете, просто рассмотрите линию, проходящую через эту точку и фокус. Эта линия будет пересекать (плоскость, содержащую) датчик в одной точке, эта точка будет соответствующей точкой на изображении. Теперь представьте мяч где-нибудь. Линия от визуальной границы мяча до фокальной точки - это линия, проходящая через фокальную точку, касательную к мячу. Все эти линии вместе образуют конус. Пересечение этого конуса с датчиком будет эллипсом. Это будет только круг, если шар находится точно в центре изображения. Чем дальше от центра изображения находится шарик, тем меньше он похож на круг. Просто представьте, что вы смотрите на конус с позиции шарика, датчик будет находиться под углом к ​​линии от вас через точку фокуса. Посмотрите на изображения для конических сечений .

Answer 3

& ensp; & ensp; & ensp; & ensp; То, что вы описываете, - это фундаментальные явления.

---

& ensp; & ensp; & ensp; & ensp; Первое явление, иллюстрированное фотографией шара и частично групповой фотографией людей, является результатом неправильного просмотра изображения.
& ensp; & ensp; & ensp; ensp; Оптическое поведение вашей цели называется прямолинейным отображением, и оно считается эталоном оптического поведения: все линии сохраняют свою прямолинейность на конечной фотографии:

В геометрической оптике искажение - это отклонение от прямолинейной проекции, проекции, в которой прямые линии сцены остаются прямыми на изображении. Это форма оптической аберрации. https://en.wikipedia.org/wiki/Distortion_(optics)

& ensp; & ensp; & ensp; & ensp; Если вы поместите несколько прямых линий вокруг шара, вы можете обнаружить, что все они расположены прямо на фотографии. Это геометрически невозможно, если вы хотите, чтобы шарик был круглым на изображении и располагался в любом месте, кроме центра изображения одновременно.
& ensp; & ensp; & ensp; & ensp; Однако есть способ исправить это: вы можете просматривать свое изображение на таком расстоянии, чтобы оно занимало тот же угол зрения, что и в реальной жизни.
& ensp; & ensp; & ensp; & ensp; Например, необрезанное изображение, записанное с использованием прямолинейного объектива с эквивалентной 135,5-миллиметровой эквивалентностью 21,5 мм, воспроизводит 90 градусов обзора по диагонали (фокусное расстояние составляет половину диагонали кадра 135). Если вы посмотрите на это изображение на расстоянии, равном половине диагонали изображения с закрытым глазом, вы не увидите никаких неровностей на том, что вы могли видеть на лице с закрытым глазом (кроме ограничений монитора). Если вы используете этот трюк, учитывая, что вы знаете эквивалентное фокусное расстояние вашей цели, вы можете увидеть круглый шар (или вы можете двигаться ближе к ЖК-дисплею, пока шар не станет круглым). Это было бы практически невозможно для изображений, снятых с слишком широкими объективами, потому что монитор не показал бы вам хорошее изображение (или слишком темное, или что-то хуже, если оно слишком старое) под этим углом зрения (рассмотрите углы, которые видны под самым большим углом в этом случай).
& ensp; & ensp; & ensp; & ensp; Это единственный способ просмотра изображений без каких-либо геометрических искажений, а объектив "рыбий глаз" (объектив с сильным бочкообразным искажением) даже не позволяет использовать этот трюк без соответственно изогнутого монитора.
& ensp; & ensp; & ensp; & ensp; Вы могли заметить, что ни одна фотография не выглядит хорошо, когда вы просматриваете ее под неправильным углом. Мяч не является круглым из-за аналогичной вещи: вы не смотрите на него под правильным углом. Вы не можете исправить любое данное изображение, чтобы оно выглядело естественно при любом угле обзора / расстоянии.
& ensp; & ensp; & ensp; ensp; Никакие геометрические формы, кроме шара, не отличаются: вы не можете представить их на плоской фотографии, не сказав, как на нее смотреть, то же самое относится к лицам людей на третьей фотографии (но эти лица хитрее, потому что их на внешний вид влияют и вторые явления).
& ensp; & ensp; & ensp; & ensp; Вот простое доказательство : я сфотографировал шар, показанный на моем мониторе под правильным углом.

& ensp; & ensp; & ensp; ensp; Второе явление, проиллюстрированное вторым изображением, является очень фундаментальным свойством всех компактных систем визуализации и называется перспективой.
& ensp; & ensp; & ensp; & ensp; Камеры были созданы для имитации человеческого зрения. Если бы мы были пчелами, наши камеры имитировали бы зрение пчел, но это не так. Большинство произведенных камер и человеческий глаз следуют принципу крошечного отверстия: в реальности есть воображаемая точка (центр входного зрачка) и прикрепленный к нему вектор (направление камеры), которые соответствуют каждому снятому изображению.
& EnSP; & EnSP; & EnSP; & EnSP; Схема . Каждый объект, занимающий заданное количество синих линий, будет иметь одинаковый размер на плоскости изображения. Каждый плоский объект, помещенный в плоскость объекта, будет занимать одно и то же пространство, даже если он перемещается. Камеры не определяют размер, они определяют сектора, занятые объектами, и их угловое положение. Смотрите следующее изображение: более близкий объект того же размера занимает больше секторов FOV.
& ensp; & ensp; & ensp; ensp; Количество угловых секторов, которые занимает объект, зависит от того, насколько далеко оно находится от плоскости входного зрачка в обратной пропорциональной форме. Всякий раз, когда вы выбираете свой объект и выбираете свою точку обзора, вы фиксируете расстояния от объектов до точки обзора, и каждый объект будет занимать пространство на плоскости изображения, которое соответствует количеству угловых секторов, которые он занимает.

---

& ensp; & ensp; & ensp; & ensp; Я опишу, как эти два явления кратко взаимодействуют с объектами, пытаясь угадать общую основу для меня и вас.

• Первая фотография: вы просматриваете изображение с неправильного расстояния, и это делает шар эллиптическим.
• Вторая фотография: вы обычно смотрите на полки только стоя перед ними, и ваша камера не может видеть ничего, отличного от того, что вы видите, если держите ее возле глаза. Нижние полки находятся дальше от плоскости зрачка (которая наклонена), и, следовательно, они и все, что на них стоит, меньше и, кроме того, предметы, расположенные глубоко внутри, также находятся дальше, и они даже меньше, чем то, что лежит на краю полка (, схема ). Вертикальные линии (в действительности только вертикальные) определяются с равным интервалом, и этот интервал, как и любой другой объект Евклида, занимает меньше секторов поля зрения, если он удаляется. Меньшее расстояние между вертикальными линиями в нижней части изображения обусловлено тем, что нижняя часть изображения расположена дальше от точки обзора. Это приводит к тому, что ближайшая часть линий проецируется с большим записанным расстоянием в верхней части изображения, чем в нижней части изображения ( схема ).
• Третье изображение: на лицо в верхнем левом углу влияют два явления вместе. Прежде всего, лицо наклоняется так, чтобы левый верхний угол лица был ближе к плоскости зрачка и казался больше (вы можете воспроизвести его, посмотрев в зеркало и наклонив свое лицо по-другому: часть лица, которая будет ближе к зеркало будет побольше). Просмотр фотографии с неправильного расстояния делает ее еще хуже.
• Изображение стены : так же, как с изображением полок, нижняя часть стены находится дальше от плоскости зрачка и т. Д.

& ensp; & ensp; & ensp; & ensp; Это еще более усложняет тот факт, что глаз также является системой прямолинейной визуализации (вы никогда не увидите выпрямление и изгибание линий в зависимости от угла зрения), поэтому вы увидите различные формы в периферия зрения, чем в центре зрения.

& EnSP; & EnSP; & EnSP; & EnSP; Реверс:

• на фотографиях, которые вы разместили, нет оптических искажений
• Вы должны смотреть на изображение из точного положения, чтобы нейтрализовать геометрические явления
• обратите внимание на то, что вы видите лично: камера не сильно отличается от вас, если вы закрываете один глаз. Ни одно из изображений не записывало ничего, что вы не могли видеть лично

Answer 4

Одна из причин заключается в том, что когда вы исправляете искажение линзы, вы получаете непрямоугольное изображение. Обычно он обрезается примерно до самой большой прямоугольной области в непрямоугольном изображении. Это означает, что ваше изображение больше не включает в себя все, что вы видели на экране, когда делали снимок. Обычно пользователям это не нравится. На картинке выше люди слева и справа частично обрезаны, например.

Кроме того, любой вид передискретизации, такой как то, что происходит при коррекции объектива, будет вызывать артефакты, такие как размытие или звон. Лучше позволить пользователю составить нужный ему снимок и фактически дать ему этот снимок.

И, как отмечает @Chris в комментариях: «Кроме того, искажение может не быть проблемой, например, для большинства пейзажных снимков. Поэтому, в сочетании с техническими недостатками, коррекция объектива в этой степени является творческим выбором и должна будет решено фотографом. "