Рыбьи глаза

На эту тему, вероятно, написать надо было уже давно, все же эмблемой моей страницы является слегка модифицированный глаз кальмара. Конечно, кальмар это не рыба, но все равно подводный житель. А тут ко мне в руки попало два оптических прибора, на которых, несмотря на славянское происхождение, было гордо выведено Fish-eye (в российском варианте) и Fisheye (без черточки – в белорусском). Ну, с их английским я с грехом пополам справился, и посему в дальнейшем речь пойдет о рыбьих глазах.

Человек, если будет рассматривать какой-нибудь объект, не перемещая зрачок, может охватить угол зрения не более 60 градусов. Отсюда следует, что, не перемещая зрачка, можно рассматривать картину размером, приблизительно равным расстоянию до нее. Следовательно, если мы хотим охватить одним взглядом фотографию с расстояния наилучшего зрения 25 см, то она должна быть примерно формата А4. Из этих соображений и проектируются нормальные объективы, используемые для большинства видов съемки. Они имеют фокусное расстояние, близкое к диагонали кадра, и соответственно угол поля зрения 40-50 градусов. Если с подобным объективом мы попытаемся снимать через поверхность воды или через плоское стекло бокса для подводной съемки, то угол поля зрения, по закону Снеллиуса, уменьшится с 50 градусов до 37. (По закону Снеллиуса отношение синуса угла падающего света к синусу угла преломленного света равно относительному показателю преломления среды. Относительный показатель преломления воздух : вода равен 1,33). Для того чтобы при подводной съемке поле зрения не становилось столь узким, были разработаны специальные объективы для подводной съемки, одним из блестящих представителей которых является Гидроруссар. Не знаю, под каким углом смотрят на мир рыбы и другие подводные жители, но, если предположить, что видят они все те же 50 градусов, то, взглянув из-под воды на наш мир, они смогут охватить 68 градусов.

Сверхширокоугольными объективами называются объективы с углом поля зрения больше 83 градусов. Попытались сделать подобные объективы и для подводной съемки. Если эти объективы использовать в нашем воздушном мире, то их угол зрения увеличится с 83 до 123 градусов на воздухе. Если же угол поля зрения объектива под водой приближается к 100 градусам, то, вынырнув на поверхность, он сможет зараз охватить почти полусферу, то есть 180 градусов. Конечно, если подобную фотографию рассматривать всю целиком, она будет выглядеть очень неестественно. Чтобы получить хоть сколько-нибудь близкое к реальному восприятие, нужно было бы рассматривать эту фотографию по частям. Однако любовь к острым ощущениям, в отличие от рыб, видимо, у нас в крови, и фотографам очень понравилось использовать именно такие объективы для съемки на воздухе. Полагаю, что рассматриваемые мной объективы, как "МС Зенитар-М" 2,8/16 производства "Красногорского завода им. С.А.Зверева", так и "МС Пеленг" 3,5/8А производства Белорусского ГП "ММЗ им. С.И.Вавилова", предназначены для сухопутного использования и как таковые и разрабатывались. Оба указанных объектива по паспорту позволяют при фотографировании на пленку с размером кадра 24х36 мм получить угол охвата 180 градусов. Но если Зенитар позволяет получить искомые 180 градусов только по диагонали кадра, то у Пеленга поле изображения меньше размера кадра, и он вписывает круглое изображение в кадр, в результате чего на пленке мы видим экспонированный круг диаметром 24 мм. Характерной особенностью оптической конструкции всех подобных объективов является линза менискообразной формы, с вогнутой поверхностью, направленной к объективу.

Рассматриваемые нами объективы предназначены для зеркальных камер. У подобных аппаратов нельзя приблизить объектив вплотную к пленке, поскольку между оправой объектива и пленкой должно оставаться место для зеркала. Оптическая схема получается существенно более сложной, чем классическая у Руссара, а задняя главная точка, от которой отсчитывается фокусное расстояние, расположена позади самой задней линзы объектива. Так, рабочий отрезок объективов при резьбовом присоединении резьбой М42 составляет 45,5 мм, а фокусное расстояние у Пеленга 8 мм, а у Зенитара, соответственно, - 16. Здесь следует отметить, что объективы "Рыбий глаз" имеют качественное отличие от сверхширокоугольников, и для них не сохраняется привычное соотношение между фокусным расстоянием и углом поля зрения. Так, аналогичный Зенитару объектив Canon EF 15 mm f/2,8 Fisheye имеет угол поля зрения 180 градусов, а сверхшироугольный объектив той же фирмы с фокусным расстоянием 14 мм (EF 14 mm f/2,8l USM) имеет диагональный угол поля зрения всего 114 градусов.

Еще одной конструктивной особенностью подобных объективов является то, что фильтры располагаются не перед объективом, а за последней его линзой вместо специального компенсатора. Эти фильтры идут в комплекте с объективом и предназначены исключительно для черно-белой съемки: желто-зеленый ЖЗ-2х, желтый Ж-1,4х, красный К-8х для Зенитара и желто-зеленый ЖЗ-1,8x, оранжевый О-2,8x, ультрафиолетовый УФ-1х для Пеленга. Широкоугольные объективы отличаются существенными хроматическими аберрациями, и цветные фильтры позволяют несколько уменьшить их влияние.

Объективы, конечно, занимательные, и могут оказаться очень полезными многим фотографам, работающим с пленкой. Но в мои обзоры они попали потому, что, на мой взгляд, еще более значительную роль они способны сыграть в цифровой фотографии. В последнее время цифровые зеркальные аппараты со сменной оптикой из разряда недоступной экзотики с заоблачными ценами перешли в разряд пока еще очень дорогой, но все же уже довольно массовой продукции. Они построены на базе стандартных 35 мм камер и предназначены для использования соответствующей оптики. Наиболее известными являются аппараты Canon EOS D-30, EOS -1D, Nikon D1 и его модификации D 1X и D 1H, а также камера FujiFilm FinePix S1 Pro, построенная на базе пленочной камеры Nikon N 60, и уже давно известные по заоблачным ценам цифровые аппараты Kodak DCS, построенные на основе пленочных камер Canon и Nikon. Чтобы подсоединить наших героев к камерам Canon, можно воспользоваться переходником EOS-M42, который сейчас выпускают многие российские и зарубежные фирмы (Jolos, Поиск-Фото, hama). Именно этот вариант я и тестировал. Что касается подсоединения к Nikon, то объектив Зенитар выпускается как в исполнении с резьбой М42, так и с байонетом "F" Nikon. Объектив же Пеленг изначально комплектуется сменным хвостовиком с резьбой М42 и байонетом Nikon. Правда, судя по некоторым статьям в прессе, без дополнительной обработки напильником этот адаптер в Nikon не всунешь. Прилагаемую в комплекте специальную крышку мне на этот адаптер надеть не удалось.

Слева адаптеры Пеленг - Nikon F, справа М42 - Canon EOS.

Революционность рассматриваемых объективов заключается в том, что поскольку площадь матрицы чувствительных элементов меньше площади стандартного кадра, в среднем, в полтора раза, то хотя широкоугольные объективы и можно было подсоединить к цифровым камерам, однако большого угла охвата получить не удавалось. И уж об угле в 180 градусов не приходилось и мечтать. Фирма Canon круговых объективов "Рыбий глаз" не выпускает, а выпускаемый ей вышеупомянутый объектив Canon EF 15 mm f/2,8 Fisheye при размере матрицы EOS D-30 шириной в 22 мм даст угол охвата примерно в 110 градусов. С использованием же объектива Пеленг с камерой EOS D-30 мы получаем уже не круговой, а вполне стандартный объектив "Рыбий глаз" с углом охвата по диагонали 180 градусов. От круга останется только небольшое виньетирование углов кадра. Цены славянских объективов тоже вполне революционные: 140 у.е. за Пеленг и 90 у.е. за Зенитар против 820 за фирменный от Canon. В минусе - отсутствие автофокусировки и прыгающей диафрагмы. Точнее, у Зенитара прыгающая диафрагма есть, но воспользоваться ей можно только, вкрутив его в Зенит. Объектив Пеленг имеет механизм предварительной установки диафрагмы с двумя кольцами, аналогичный по конструкции старому Гелиосу 44 или объективу Мир1В. Что касается автоматической фокусировки, то для объективов этой конструкции это не самое важное, поскольку в большинстве случаев объектив достаточно раз и навсегда установить на бесконечность. Глубина резкости этих объективов такова, что при диафрагме 5,6 резким будет изображение от 1 м до бесконечности у Зенитара, а у Пеленга от 0,4 м до бесконечности. Даже если вы снимаете близко расположенные предметы, необходимую точность фокусировки легко получить по шкале расстояний.

Фото

При создании нижеприведенных снимков использованы все доступные сегодня в цифровой фотографии способы получения кадров с большим углом охвата. Итак, есть две основные возможеости:

1) использование афокальных насадок, уменьшающих фокусное расстояние, вместе с несменными объективами
2) использование объективов "Рыбий глаз" для пленочных камер.

Снимки набережной сделаны с одной точки:

Canon EOS D30 с объективом Зенитар

Вторая серия снимков позволяет сравнить взгляд через "Рыбьи глаза" со штатным пленочным объективом Canon 28-80.

Как видно, если на снимок, сделанный Пеленгом, влезает все здание музыкального театра, Зенитаром – большая часть его, то при съемке, в общем-то, вполне широкоугольным для пленки объективом с фокусным расстоянием 28 мм мне пришлось повернуть аппарат на 90 градусов только для того, чтобы здание вошло в кадр по высоте.

Особенность конструкции объективов "Рыбий глаз" не позволяет использовать при съемке бленды. Поэтому важным фактором является то, как объектив справляется с источниками света в кадре. Как видно на приведенном снимке, с фонарями Пеленг справляется вполне достойно.

При поле зрения в 180 градусов в кадр могут попасть нежелательные объекты, например, рука фотографа, когда он держится за оправу объектива. В отличие от точечных источников света, рассеивающие светлые поверхности вблизи объектива дают существенный ореол на границе кадра и значительно ухудшают восприятие. В идеале объект съемки должен быть ярко освещен по центру, края же желательно поместить в тень. Подобное освещение легко осуществить в павильоне, при натурной же съемке это практически невозможно, да и диапазон яркостей в кадре превысит возможности, как пленки, так и матрицы. Поэтому с самого начала надо решить, какие детали вы хотите проработать, а какими придется пренебречь. Нельзя объять необъятное.

Хотя подобная оптика и позволяет получать классические панорамные снимки, ее возможности в этом плане уступают как специализированным панорамным аппаратам, так и цифровой склейке панорам из серии снимков.

В основном, подобная оптика рассчитана на получение художественных эффектов от вольного обращения с перспективой и искривления системы координат.

Фотографии сделаны камерой Canon EOS D30 с объективом Пеленг. Фото, сделанные с объективом Зенитар, можно найти в статье Техника в руках дикаря.

Результаты тестов.

Зависимость амплитуды сигнала от частоты штрихов кольцевой миры отображена на графиках. Приведены значения для зеленого канала. Для удобства сравнения можно выбрать только интересующие вас кривые, отметив соответствующие позиции. Все снимки сделаны при диафрагме 5,6. Диаметр миры 125 мм. Амплитуда при минимальной частоте штрихов принята за единицу. Для оценки разрешения на краях кадра мира располагалась по центру кадра, и проводилась фокусировка, а затем аппарат поворачивался таким образом, чтобы изображение миры оказалось с краю.

По оси абсцисс отложено число черных и белых полос, приходящихся на 100 пикселей. У матрицы камеры Canon EOS D30 100 пикселей приходятся примерно на один мм, а для матрицы SONY ICX252AQ, установленной в камере Casio QV 3000, это около трети мм. 100 черных штрихов на мм, которые должен обеспечить объектив Canon, установленный в Casio, - это очень непростая задача. Камера старается ему помочь, подчеркивая резкость на краях. Именно этим определяется горб на графиках. Пока ширина штрихов велика, эффект подчеркивания границы не сказывается на результатах, поскольку мы выбираем значения в середине полосы. Когда же понятие полосы и границы совпадают, мы получаем парадоксальное с точки зрения оптики, усиление контраста с частотой. У EOS D30 подчеркивание границ, при установках по умолчанию, не носит столь ярко выраженного характера. Хроматические аберрации у насадки hama практически не исправлены, и именно из-за них мы имеем существенное ухудшение ЧКХ при измерениях вдоль линии, лежащей в меридиональной плоскости.

Желающие ознакомиться с исходными снимками мир могут посмотреть их здесь.

Для оценки хроматических аберраций рассмотриим изменение яркости в каждом из каналов при пересечении белой полосы. Диапазон, представленный на рисунках, составляет 15 пикселей.

При проектировании объективов добиваются максимального совмещения в одной точке на оптической оси лучей двух цветов: с длиной волны 480 или 435,8 нм и 643,8 нм. Такие объективы называются ахроматами. Если же совмещаются лучи трех цветов: 435,8нм, 546,1нм, 643,8 нм, то такие объективы называются апохроматами. Как видно из наших тестов, объектив Canon, установленный на камере Casio QV 3000, можно отнести к ахроматам, поскольку синий и красный лучи сведены, а зеленый дает ореол на границе черного штриха.

Сравнение цифровых снимков, снятых объективом Пеленг с использованием оранжевого фильтра, показало, что результат эквивалентен выключению синего канала, и никаких преимуществ его использование не дает. К-8х в основном применяется при съемке на инфракрасную пленку и для большинства цифровых камер нерименим, поскольку пропускает то , что отсекает фильтр, расположенный перед матрицей.

Заключение

Совершилось. Существующая линейка объективов позволяет на существующих сегодня матрицах получить тот же угол охвата, что и в пленочной фотографии.

Зенитар может рассматриваться как сверхширокоугольный объектив с приемлемой дисторсией. Конечно, объектив Canon EF 14 mm f/2,8l USM имеет существенно лучшие характеристики, но и цена в 2,5 тысячи зеленых представляется чрезмерной, особенно с учетом того, что существуют компьютерные способы уменьшения дисторсии, которые можно применить к снимкам, сделанным Зенитаром, без существенного ухудшения качества. Пеленг же - это настоящий "Рыбий глаз" для камер типа Canon EOS D30 за очень и очень умеренную цену.

Дальнейшее увеличение линейного размера матрицы - теперь вопрос комфорта, а не расширения возможностей цифровой фотографии. Интегральное разрешение матриц тоже уже превосходит возможности объективов. Если по центру кадра пока чувствительных элементов не хватает, то по краю их явный избыток. Возможно, настало время подумать о создании матриц с переменной плотностью чувствительных элементов – по центру больше, по краям меньше.

Я по-прежнему считаю, что зеркальные цифровые камеры - несколько искусственное образование, и будущее за цифровыми аппаратами типа ФЭД (Leica) с экраном на спине. Если уже есть объективы для зеркальных камер с рабочим отрезком 45мм, обеспечивающие угол охвата 180 градусов на матрице шириной 22 мм, то создание цифровых камер на базе дальномерных аппаратов с рабочим отрезком 28,8 мм позволит использовать более простые по конструкции и более качественные объективы. При этом сохранится возможность задействовать с помощью переходных колец и всю линейку объективов, разработанных для самых разных зеркальных камер, используя как видоискатель ЖК экран. Наблюдаемый сейчас ренессанс пленочных дальномерных камер (аппараты Bessa и оптика Voigtlander фирмы Cosina) делает подобное развитие событий еще более вероятным и желанным.