Как определяется фокусное расстояние для объективов "рыбий глаз" с 180 градусами?

Question

Определения фокусного расстояния, которые я видел, по-видимому, неявно предполагают, что поле зрения конечно, что не соответствует действительности для линз с углом обзора 180 градусов, или предполагает параллельный перенос определенных лучей, проходящих через линзы, что также неприменимо. Поэтому мне любопытно, как определяется фокусное расстояние для рыбий глаз.

Answer 1

В отличие от «обычных» (прямолинейных) объективов, существует много типов объективов типа «рыбий глаз», использующих различные проекции . Одно и то же фокусное расстояние (f) может давать разный размер изображения и / или различные искажения в зависимости от типа.

Пример:

Предполагается, что ваш 8-миллиметровый объектив использует самый базовый эквидистантный «рыбий глаз» (угол обзора 180 ° = -90 ° .. + 90 °)

R = f · θ

8 мм · π / 2 ≈ 12,56 мм

Итак, лучи от -90 ° .. + 90 ° отображаются на -12,56 ... + 12,56 мм на датчике изображения или пленке, образуя круг 25 мм. Из расчета мы можем узнать, что такой объектив не будет охватывать область полнокадрового изображения размером 36x24 мм.

Answer 2

Параллельные лучи (коллимированный свет), упомянутые в вашем вопросе и используемые для определения фокусного расстояния, - это лучи, которые все исходят от единственного точечного источника света на расстоянии бесконечности от камеры, а не от бесконечного числа различных точек в поле зрения объектива. Это так же верно для телеобъектива с очень большим фокусным расстоянием, как и для очень широкоугольного объектива.

Для «идеальной» линзы коллимированные лучи от любого точечного источника на расстоянии бесконечности в пределах поля зрения будут сходиться на расстоянии позади линзы, равном фокусному расстоянию линзы. Таким образом, фокусное расстояние - это расстояние за объективом, на котором сходится коллимированный свет, падающий на объектив.

Для составных линз (линз с более чем одним линзовым элементом с реальной толщиной - почти для всех современных фотографических линз) расстояние, которое теоретическая тонкая линза с такими же преломляющими свойствами должна была бы находиться перед фокальной плоскостью для коллимированных лучей удар по этой линзе для схода к точке используется в качестве фокусного расстояния объектива.

Ни один объектив не идеален, хотя. Большую часть времени лучи от края поля зрения объектива не сходятся так же резко, как лучи от центра оптической оси. Это может быть особенно в случае широкоугольных линз, которые пытаются прямолинейной проекции. Линзы «рыбий глаз», которые могут иметь одну из нескольких различных проекций, дают прямолинейную проекцию, которая сохраняет прямые линии в обмен на меньшее количество аберраций на краях поля зрения линзы.

Бесконечность не относится к полю обзора объектива (угол между камерой и двумя объектами, которые объектив может показать в противоположных углах), это относится к расстоянию от камеры фокальная плоскость , при которой свет от единственного точечного источника попадает в каждую точку на поверхности линзы в виде коллимированного света (параллельные лучи) и сходится обратно к точке на расстоянии позади линзы, равном фокусному расстоянию линзы .

Кажется, вы вводите в заблуждение диаграммы лучей, которые показывают лучи света от единственного точечного источника, падающего на каждую часть передней части линзы, с диаграммами, показывающими диапазон углов, с которыми свет может попадать на линзу и включаться в изображение. это проектирует в задней части линзы. Диаграммы двух типов показывают совершенно разные свойства линзы. Первый показывает различные лучи от единственного точечного источника света, который (мы надеемся) сходится назад к единственной точке позади линзы. Второй показывает диапазон углов, с которых свет может попасть на объектив и попасть в поле зрения объектива.

Answer 3

Чтобы установить чрезвычайно широкий угол обзора, оптик, скорее всего, выберет дизайн с ретро-фокусировкой. Возможно, вы захотите знать, что фокусное расстояние - это измерение расстояния от заднего узла объектива до пленки или цифрового датчика изображения, когда объект на бесконечности четко определен.

Для получения широкого угла фокусное расстояние короткое, поэтому расстояние объектива до пленки / датчика сокращается. Теперь оптик вынужден делать ретро-фокусные линзы.

Дизайн ретро-фокуса - это фактически перевернутый телеобъектив. Эта стратегия создает более длинное, чем обычно, расстояние заднего фокуса (от объектива до датчика). Другими словами, дизайн ретро-фокуса смещает тубус объектива вперед, предоставляя больше места для поворота зеркала и крепления оборудования.

Дизайн ретро-фокуса достигается путем шлифования вогнутой передней группы линз, что дает отрицательную силу, то есть расходящиеся линзы. Задняя группировка является сильно положительной (сходящейся). Обе группы работают вместе, чтобы обеспечить широкий угол с удлиненным задним фокусным расстоянием. Эта асимметрия вызывает искажение ствола. Хорошая новость заключается в том, что теперь можно разместить очень широкий угол обзора.