Рыбьи глаза и компактные камеры

С объективами типа Рыбий Глаз я впервые столкнулся в 1977 в году. На студенческой практике мы занимались подводной съемкой дна, и при перезарядке пленки в боксе для подводной съемки я сделал несколько снимков Зорким с ввинченным в него объективом Гидроруссар-3 на суше. Снимки показались забавными, поскольку интересно увидеть мир глазами рыбы, вытащенной из воды, но не более того; желания продолжать снимать им на суше у меня не возникло. Угол поля зрения в водной среде - 70°, на воздухе около 100°. По нынешним временам, угол для объектива типа рыбий глаз совсем не впечатляющий. Хотя с названием тогда у меня вопросов не возникло. А вот почему сейчас название Рыбий глаз приклеилось к объективами с углом охвата 180 градусов, мне до сих пор непонятно.

В 1924 году лондонская фирма Бек (Beck of London) изготовила объектив, известный под названием Hill Sky Lens и предназначенный для съемки одним кадром всей небесной полусферы в метеорологии и астрономии. Легенда гласит , что этот объектив разработал английский метеоролог Робин Хилл. Оптическая схема объектива включала большую выпукло-вогнутую отрицательную линзу, за которой помещался обычный умеренно широкоугольный объектив. "Облачная камера" Хилла помещала весь небосвод на один кадр. Это был, вероятно, первый объектив с таким углом охвата. Ни его название, ни цели, никакого отношения к водной фауне не имели. Хилл показывал свои диапозитивы, проецируя их через тот же объектив на полукруглый свод планетария, таким образом картинку типа приведенной ниже видел только автор, зрители же получали вполне реалистичное изображение с исправленными искажениями.

Сейчас объективами типа Рыбий глаз обычно называются 2 типа объективов: один - с углом охвата по диагонали 180 градусов, другой, так называемый круговой, когда в кадр вписан круг, изображение в котором охватывает 180 градусов. Объективы этого типа в основном выпускаются для зеркальных камер. Наиболее известный у нас их представитель - это диагональный красногорский Зенитар и круговой белорусский Пеленг. О них я уже писал в статье "Рыбьи глаза". Кроме них есть еще объективы для дальномерных камер, которые в связи с всеобщим переходом на цифру, оказались не у дел, и афокальные насадки, позволяющие добиться 180-градусного охвата при использовании со штатными объективами. Найти в продаже подобные насадки для компактных цифровых камер достаточно сложно. Чаще всего можно найти предложения заказать насадку DCR-CF 185 PRO фирмы Raynox за почти 20 тысяч рублей. Т.е. мало того, что насадка будет больше камеры, и та перестанет быть компактной, так еще и ее стоимость раза в два будет превышать стоимость камеры. Появление дешевых зеркальных камер типа Canon EOS 1000D позволяет получить систему с охватом 180 градусов по диагонали кадра за меньшие деньги. Если нужен охват в 180 градусов по короткой стороне кадра, то дешевых и простых решений для полукадровых камер нет. Придется использовать, как в компактных камерах, насадку к штатному объективу.

Вообще говоря, более дешевые насадки раньше выпускались. Можно попытаться собрать насадку и самому. Этому и посвящено дальнейшее повествование. А как и для чего ее использовать - это вопрос отдельный. Если звезды зажигают, - значит, это кому-нибудь нужно. Теоретически все очень просто. О насадках и составных объективах я писал, соответственно в статьях: "Труба Кеплера - макроконвертер и фоторужье в одном флаконе", "Афокальные насадки hama" и "Составной объектив". В этих же статьях приведены результаты применения теории в лоб, т.е. использования объектива Пеленг в качестве передней линзы в трубе Кеплера.

Маленькое отступление. Почему я делаю трубы Кеплера, а не Галилея. Как известно, афокальные насадки представляют собой систему из двух оптических элементов, расположенных таким образом, что их фокусы совпадают. В этом случае входящий параллельный пучок на выходе остается параллельным. Труба Галилея состоит из положительной и отрицательной линз, в результате конструкция получается компактной и изображение неперевернутым. Труба Кеплера состоит из двух положительных линз. В результате, мы проигрываем в габаритах, да еще получаем перевернутое изображение. Однако положительных линз в фотографической оптике куда больше, чем отрицательных, поэтому найти подходящий элемент для собственного творчества значительно проще. Кроме того, фокусное расстояние отрицательной линзы должно быть короче рабочего отрезка объектива, а это уже линзы со значительной кривизной и соответственно аберрациями. Именно это и определяет мой выбор.

Анализ описанных в предыдущих статьях экспериментов показывает, что теория работает, но вот получить 180 градусов не удается. Виньетирование объективом, выполняющим функции окуляра, приводит к тому, что угол зрения получившейся системы не превышает 160 градусов. Изображение, формируемое Пеленгом, - 24 мм. Оно оказывается чересчур крупным для используемых мной в качестве окуляров объективов Юпитер 3 или Гелиос 44.

Чтобы увеличить угол охвата, надо это изображение уменьшить. Для этого надо укоротить заднее фокусное расстояние объектива Пеленг. Простейшее решение - добавить положительную линзу. Эксперименты показывают, что нужна линза с фокусным расстоянием около 4 см. Закрепить ее тоже достаточно просто, поскольку у объектива Пеленг фильтры крепятся на резьбе к задней линзе, и если сделать соответствующую оправу с линзочкой, то ее легко поместить вместо фильтра. Тут, правда, возникает вопрос: с фокусным расстоянием мы определились, а какую линзу и как надо помещать, не очевидно, поскольку положительные линзы бывают, как известно, двояко-выпуклые, плоско-выпуклые, вогнуто-выпуклые. Несимметричную линзу опять же можно расположить выпуклой стороной к объективу или от него. На каком расстоянии от задней линзы объектива - тоже вопрос немаловажный. Нужный нам угол охвата обеспечивает фокусное расстояние, а вот расположение линзы будет определять аберрации получившейся системы.

Методом научного тыка было установлено, что если взять заднюю линзу от окуляра микроскопа и расположить ее выпуклой стороной к задней линзе объектива Пеленг, то получаются относительно удовлетворительные результаты. Насколько удовлетворительные, можно убедиться, посмотрев нижеприведенную галерею.

Детали оправы,задняя окулярная линза и окуляр, из которого она была вывинчена.

Линза с оправой, позволяющей ее закрепить вместо фильтра на объективе Пеленг. Конструкция оправы позволяет крепить линзу как выпуклой стороной к объективу, так и наоборот.

Для сопряжения оптических элементов в трубе Кеплера можно использовать, как меха, так и удлинительные кольца. Меха более удобны в настройке и позволяют закрепить получившуюся систему на штативе. Но система перестает быть не только компактной, она уже превосходит зеркальную систему с соответствующими характеристиками, но и требует большей аккуратности при транспортировке. Ниже приведено несколько вариантов крепления с разными объективами в качестве окуляра и с разными фотоаппаратами.

Casio QV-4000 + Юпитер 3 + меха ПЗФ + линза + Пеленг

RICOH GX200 + Юпитер 3 + меха ПЗФ + линза + Пеленг

Canon Power Shot A650IS + Юпитер 3 + меха ПЗФ + линза + Пеленг.
При данном положении экрана изображение на нем перевернуто, т.е. при съемке с насадкой получается прямое изображение, а все надписи на экране перевернуты.

Canon Power Shot A650IS + Гелиос 44 + кольца для макросъемки + линза + Пеленг

В качестве окуляра на последнем снимке используется объектив Гелиос 44. Между объективами ввинчены удлинительные кольца для макросъемки. Объективы расположены навстречу друг другу, поэтому в середине для соединения колец использована гайка с резьбой М42. Качество картинки не хуже чем с объективом Юпитер 3, а программно исправлять хроматические аберрации проще, но сам объектив больше и рабочий отрезок у него 45,5 мм против 28,8 мм у Юпитера, что делает конструкцию более громоздкой. Расстояние между объективами равно сумме рабочих отрезков. Без дополнительной линзы мы имеем 91 мм при использовании Гелиоса и 74 мм для конструкции с Юпитером. Установленная линза укорачивает рабочий отрезок Пеленга. Точная подстройка расстояния между объективами осуществляется вращением кольца наводки на резкость. При хороших условиях освещения работает система автофокусировки аппарата. Если аппарат индицирует дистанцию фокусировки, то следует добиваться, перемещая объективы, чтобы она была меньше бесконечности и больше метра. В этом случае у аппарата есть возможность перемещать свой объектив в достаточно широких пределах. При разных фокусных расстояниях объектива аппарата оптимальное расстояние может меняться. Учитывая большую глубину резкости автофокусировка фактически является автоматической юстировкой и позволяет не очень беспокоиться о точной установке расстояния между объективами. Изменяя фокусное расстояние объектива, можно превратить круговой "рыбий глаз" в диагональный.

Ясно, что лишние оптические элементы изображение ухудшат. Посмотрим насколько, сравнив со снимками, сделанными объективом Пеленг с аппаратом Canon EOS 5D. Таким образом, мы можем оценить, сколь далеко мы удалились от идеала, достижимого с этим объективом.

Если по центру кадра снимки вполне сопоставимые, то на краях разница хорошо заметна. Ситуацию можно слегка исправить за счет коррекции хроматических аберраций. Если съемка ведется в RAW, то можно воспользоваться программой RawTherapee 2.4.

А если в JPEG, то на помощь приходят программные фильтры графических редакторов. В GIMP я использую Fix-CA, и это выглядит так:

Учитывая, что изменяя фокусное расстояние, мы можем превратить круговой "рыбий глаз" в диагональный, то логичным становится и следующий шаг - программно исправить дисторсию и превратить объектив в прямолинейный. Наиболее эффективно для этого воспользоваться программой hugin. Сперва снимаем панораму из трех кадров, сшиваем ее и вычисляем коэффициенты коррекции. Запоминаем полученные значения. Далее загружаем кадр, который надо выправить, выбираем для него объектив с запомненными ранее параметрами, и далее у нас есть широкие возможности по коррекции перспективы и преобразованию снимка в другую проекцию.

Как видно из приведенной таблички, наша оптическая система может быть описана как Полнокадровый "рыбий глаз" с углом 118 градусов, фокусным расстоянием 3,6 мм и коэффициентом кадрирования 4,7.

Ниже приведены миниатюры кадров до и после преобразования. Щелкнув по ним мышью, можно увидеть снимки оригинального размера.

Некоторые особенности съемки, присущие объективу Пеленг вне зависимости, в каком качестве и с какой камерой он используется. Если в край попадает солнце или очень светлая область, то она создаст белесый кольцевой блик в противоположном углу кадра. Если не стоит задачи получить охват точно в 180 градусов, то есть смысл вырезать круг или эллипс с чуть меньшим диаметром. Яркость блика можно попытаться скомпенсировать, но меньший контраст делает задачу по полному устранению засветки практически нерешаемой. Если же задача стоит в оценке процента облачности, то данные блики не являются существенными, облако от чистого неба и в засвеченных областях хорошо различаются.

Галерея

К большинству нижеприведенных снимков применены программные методы улучшения качества. Данная галерея преследует цель показать максимально достижимый результат при использовании афокальной насадки и последующей обработке. Все снимки сделаны камерой Canon Power Shot A650IS. В подписях под снимками отмечено фокусное расстояние объектива камеры и объектив, который использовался в качестве окуляра.