VideoCAD

О дисторсии объективов

Hide Navigation Pane

О дисторсии объективов

Previous topic Next topic No directory for this topic Expand/collapse all hidden text  

О дисторсии объективов

Previous topic Next topic Topic directory requires JavaScript JavaScript is required for expanding text JavaScript is required for the print function Mail us feedback on this topic!  

 

Изучая спецификации производителей объективов и камер можно заметить, что во многих случаях фактические углы обзора, полученные измерением и приведенные в спецификации не совпадают с расчетными углами обзора, полученными для идеального объектива, исходя из фокусного расстояния объектива и размера видеосенсора.

Например, в спецификации объектива T2314FICS-3 (Computar) приведены следующие значения:

При фокусном расстоянии 2,3мм и размере видеосенсора 1/3" фактический горизонтальный угол обзора составляет 113,30, а вертикальный - 86,30. Расчет же показывает меньшие значения - 92,40 и 76,10.

Форма зоны обзора камеры с таким объективом отличается от классической пирамиды и поэтому не может быть точно рассчитана калькуляторами объективов или смоделирована программами проектирования видеонаблюдения предыдущего поколения.

Причиной искажения зоны обзора является дисторсия объектива.  Дисторсия возникает из за того, что оптическое увеличение реальных объективов не является постоянной величиной по всему полю зрения. Оптическое увеличение изменяется в зависимости от расстояния от центра к краям поля зрения.

 

В зависимости от того, уменьшается или увеличивается оптическое увеличение объектива при удалении от центра поля зрения различают бочкообразную и подушкообразную дисторсию.

 

Название бочка и подушка связано с искажением получаемого изображения, при этом форма поля зрения изменяется противоположно названию. Так, при бочкообразной дисторсии изображение напоминает бочку, а форма поля зрения - подушку. При подушкообразной дисторсии изображение напоминает подушку, а форма поля зрения - бочку.

 

Дисторсия приводит к искажениям:

 

формы зоны обзора и поля зрения;
полученного изображения;
распределения плотности пикселей.

 

Дисторсию объектива не следует путать с искажением перспективы (рис. 7), которое является естественным на всех изображениях полученных с помощью широкоугольных объективов. Искажение перспективы не нарушает пирамидальную форму зоны обзора, прямоугольную форму поля зрения и распределение плотности пикселей.

 

       Бочкообразная дисторсия

 

Если при удалении от центра поля зрения оптическое увеличение уменьшается, то объекты по краям поля зрения выглядят сжатыми, плотность пикселей уменьшается от центра к краям, а само поле зрения камеры растягивается к краям. Фактические углы обзора в этом случае больше расчетных. Такая дисторсия называется бочкообразной (barrel distortion). Бочкообразная дисторсия наиболее распространена и характерна для широкоугольных объективов.

 

В частности, объектив T2314FICS-3 обладает именно бочкообразной дисторсией. Рассмотрим модели изображений от этого объектива, модели поля зрения, зоны обзора, проекций зоны обзора, построенные с учетом и без учета дисторсии. Положение камеры в обоих случаях неизменно.

 

Обратите внимание на искажение распределения плотности пикселей (рис. 4). Бочкообразная дисторсия увеличивает поле зрения, но уменьшает плотность пикселей, чем дальше от центра поля зрения, тем сильнее.

 

 

Без учета дисторсии

С учетом бочкообразной дисторсии

Рис. 1,2. Вид сетчатого поля. С бочкообразной дисторсией сетчатое поле напоминает бочку.



Рис. 3,4. Поле зрения камеры. С бочкообразной дисторсией поле зрения напоминает подушку. Плотность пикселей ухудшается от центра к краям поля зрения.



Рис. 5,6. Зона обзора и модель сцены.




Рис. 7,8. Модель изображения от камеры. Наклон мужчин в верхних углах рис.7 без дисторсии является искажением перспективы, естественным для любого широкоугольного объектива.



Рис. 9,10. Проекция зоны обзора. Границы проекций зоны обзора в режиме Проекция.

 

       Подушкообразная дисторсия

 

Если при удалении от центра поля зрения оптическое увеличение увеличивается, то объекты по краям поля зрения выглядят растянутыми, плотность пикселей увеличивается от центра к краям, а само поле зрения камеры сжимается. Фактические углы обзора в этом случае меньше расчетных. Такая дисторсия называется подушкообразной ( pincushion distortion ). Подушкообразная дисторсия меньше распространена и может встречаться у телеобъективов.

 

Рассмотрим модели, построенные с учетом и без учета подушкообразной дисторсии. Модели приведены для иллюстрации искажений вносимых подушкообразной дисторсией и не связаны с определенной моделью объектива. Положение камеры в обоих случаях неизменно.

 

Обратите внимание на искажение распределения плотности пикселей (рис.14). Подушкообразная дисторсия уменьшает поле зрения, но увеличивает плотность пикселей, чем дальше от центра поля зрения, тем сильнее.

 

Без учета дисторсии

С учетом подушкообразной дисторсии

Рис. 11,12. Вид сетчатого поля. С подушкообразной дисторсией сетчатое поле напоминает подушку.



Рис. 13,14. Поле зрения камеры.С подушкообразной дисторсией поле зрения напоминает бочку. Плотность пикселей от центра к краям поля зрения увеличивается.



Рис. 15,16. Зона обзора и модель сцены.




Рис. 17,18. Модель изображения от камеры. Так как объектив узкоугольный, искажения перспективы не заметны (сравните с рис. 7).



Рис. 19,20. Проекция зоны обзора. Границы проекций зоны обзора в режиме 2 Уровня.

 

       Моделирование дисторсии в VideoCAD

 

В спецификациях камер отсутствует параметр Дисторсия объектива, поэтому VideoCAD моделирует дисторсию по реальным углам обзора, которые, как правило, приведены в спецификации.

 

Проще всего моделировать дисторсию объектива камер, в спецификации которых приведены не менее двух реальных углов обзора (горизонтальный и вертикальный). Для моделирования дисторсии достаточно ввести значения двух реальных углов обзора и разрешение картинки в пикселях (из разрешения картинки VideoCAD рассчитает формат кадра).

 

Несколько сложнее моделировать дисторсию объектива камер, в спецификации которых приведён только один реальный угол обзора (горизонтальный). Для моделирования дисторсии кроме значения одного реального угла потребуются точные размеры активной области видеосенсора. Размеры активной области видеосенсора можно определить по имеющимся в спецификации параметрам, однако у неопытного пользователя это может вызвать затруднение.

 

См. Задание размера активной области видеосенсора.

 

Если в спецификации камеры не приведено ни одного реального угла обзора, то дисторсию можно моделировать только приблизительно используя реальные углы обзора похожих камер с таким же фокусным расстоянием объектива и размером активной области видеосенсора.

 

Если вы установите значения фактических углов, слишком сильно отличающиеся от расчетных углов либо ведущие к другим противоречиям при расчете дисторсии, то окошки окрашиваются в красный цвет и (или) зона обзора будет выглядеть искаженной.

 

 

См. также: Дисторсия объектива, Моделирование дисторсии объектива, Список/Диапазон, Измерение реальных углов обзора камеры, Задание размера активной области видеосенсора