Was ist der Unterschied zwischen perspektivischer Verzerrung und Tonnen- oder Kissenverzerrung?

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Ich habe gehört von:

  • perspektivische Verzerrung
  • Laufverzerrung
  • Nadelkissenverzerrung
  • Schnurrbartverzerrung

Was sind diese verschiedenen Arten von Verzerrungen und in welcher Beziehung stehen sie zueinander? Was verursacht sie und können sie vor Ort oder in der Software-Postproduktion behoben werden?

Was ist mit "Fischaugenprojektion" - ist das auch eine Art Verzerrung?

Ich habe auch die Begriffe "Linsenverzerrung" und "geometrische Verzerrung" gehört - sind das noch mehr Arten von Verzerrungen oder breitere Kategorien, oder was?

mattdm
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+1 für das Destillieren der jüngsten Verwirrung in eine kohärente, fokussierte Qualitätssicherung.
Tetsujin

Antworten:

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Die Perspektive wird durch die Position der Kamera relativ zur Szene bestimmt . Wenn eine Kameraposition eine Perspektive erzeugt, bei der ein Objekt oder eine Szene anders aussieht, als wir es vielleicht erwarten, wird dies als perspektivische Verzerrung bezeichnet .

Alle anderen aufgeführten Verzerrungen ergeben sich aus der Art und Weise, in der Linsen das Licht biegen, wenn es durch sie hindurchgeht. Sie sind das Ergebnis der Geometrie, mit der eine Linse ein virtuelles Bild der Szene projiziert, aus der die durch die Linse tretenden Lichtstrahlen stammen.

Perspektivische Verzerrung

Perspektivische Verzerrung ist eine Art Fehlbezeichnung. Es gibt wirklich nur Perspektive . Sie wird durch die Betrachtungsposition einer Szene bestimmt. Im Kontext der Fotografie ergibt sich die Perspektive aus der Position der Kamera in Bezug auf die Szene sowie den Positionen der verschiedenen Elemente in der Szene in Bezug aufeinander. Was wir als perspektivische Verzerrung bezeichnen, ist eine Perspektive, die uns einen Blick auf eine Szene oder ein Objekt in dieser Szene ermöglicht, der sich von dem unterscheidet, was wir normalerweise von der Szene oder dem Objekt erwarten würden.

Wenn man ein Foto eines dreidimensionalen Würfels aus der Nähe einer Ecke macht, scheint die nächste Ecke des Würfels in Richtung der Kamera gestreckt zu sein. Wenn man ein Foto desselben Würfels aus einer viel größeren Entfernung und einer viel längeren Brennweite macht, so dass der Würfel im Rahmen dieselbe Größe hat, scheint dieselbe Ecke des Würfels abgeflacht zu sein.


Bild Copyright 2007 SharkD , lizenziert CC-BY-SA 3.0

Viele Leute verstehen falsch, dass es die Brennweite der Linsen ist, die den Unterschied verursacht. Es ist nicht . Dies ist die Aufnahmeposition, in der der Würfel mit den beiden verschiedenen Objektiven eingefasst wird. Wenn wir eine Kamera und ein Weitwinkelobjektiv hätten, beide mit ausreichender Auflösung, und den Würfel mit dem Weitwinkelobjektiv aus der gleichen Position aufgenommen hätten, wie wir den Rahmen mit dem Würfel mit dem Objektiv längerer Brennweite gefüllt und das resultierende Foto dann so beschnitten hätten Der Würfel hat die gleiche Größe, die Perspektive wäre auch die gleiche - der Würfel würde genauso abgeflacht aussehen wie bei der Aufnahme mit dem längeren Objektiv.

Wenn man einen rechteckigen Wolkenkratzer vom Bürgersteig über eine schmale Straße fotografiert, sieht die Oberseite des Gebäudes viel schmaler aus als die Unterseite. (Es sei denn, wir würden ein Kipp- / Verschiebungsobjektiv oder eine Ansichtskamera verwenden, die in der Lage ist , Bewegungen perspektivisch zu steuern .) Wenn wir die Szene mit unseren eigenen Augen betrachten, gleicht unser Gehirn diesen Unterschied aus und wir nehmen wahr, dass sich die Oberseite des Gebäudes befindet die gleiche Breite wie der Boden. Wenn wir jedoch das Foto betrachten, das wir an derselben Stelle aufgenommen haben, geben wir unserem Gehirn nicht die gleichen vollständigen Hinweise (hauptsächlich unsere Stereovision aufgrund von zwei Augen), und unser Gehirn nimmt das Foto nicht auf die gleiche Weise wahr wie es nahm die tatsächliche Szene von der gleichen Position aus wahr.

Gleiches gilt, wenn wir ein Gesicht aus so geringer Entfernung porträtieren, dass die Nase doppelt so groß aussieht wie die Ohren. Die Nase ist der Kamera so viel näher als die Ohren, dass sie im Verhältnis zu den Ohren viel größer erscheinen als sie wirklich sind. Wenn wir das Gesicht einer anderen Person aus einer solchen Entfernung mit unseren Augen betrachten, verarbeitet unser Gehirn die Szene und korrigiert die Unterschiede in der Entfernung zwischen den verschiedenen Teilen des Gesichts vor uns. Wenn wir jedoch ein aus der gleichen Entfernung aufgenommenes Foto betrachten, fehlen unserem Gehirn alle Hinweise, die es benötigt, und es kann nicht dasselbe korrigierte 3D-Modell für unsere Wahrnehmung des Fotos erstellt werden.

Überlegen Sie, was wir als Tele-Komprimierung bezeichnen :

Nehmen wir an, Sie sind drei Meter von Ihrem Freund Joe entfernt und nehmen sein Bild im Hochformat mit einem 50-mm-Objektiv auf. Sagen wir, es gibt ein Gebäude 100 Fuß hinter Joe. Das Gebäude ist 10-mal so weit von der Kamera entfernt wie Joe. Wenn Joe 6 Fuß hoch ist und das Gebäude 60 Fuß hoch, werden sie auf Ihrem Foto in der gleichen Höhe angezeigt, da beide ungefähr 33º des 40º-Winkels von einnehmen würden Blick auf ein 50-mm-Objektiv in der längeren Dimension.

Sichern Sie jetzt 30 Fuß und verwenden Sie ein 200-mm-Objektiv. Ihre Gesamtentfernung von Joe beträgt jetzt 40 Fuß, was 4X mehr ist als die 10 Fuß, die Sie mit dem 50-mm-Objektiv verwendet haben. Da Sie eine Brennweite verwenden, die dem 4-fachen des ursprünglichen Werts von 50 mm (50 mm x 4 = 200 mm) entspricht, wird er auf dem zweiten Foto in der gleichen Höhe angezeigt wie auf dem ersten. Das Gebäude befindet sich jetzt 30 Meter von der Kamera entfernt. Das sind nur 1,3-fache Werte wie bei der ersten Aufnahme (100 Fuß x 1,3 = 130 Fuß), aber Sie haben die Brennweite um das 4-fache erhöht. Jetzt erscheint das 60 Fuß hohe Gebäude ungefähr dreimal so hoch wie Joe auf dem Bild (100 Fuß / 130 Fuß = 0,77; 0,77 x 4 = 3,08). Zumindest würde es passen, wenn alle 60 Fuß in das Bild passen könnten, aber mit einem 200-mm-Objektiv kann es in dieser Entfernung nicht passen.

Eine andere Sichtweise ist, dass das Gebäude auf dem ersten Foto mit dem 50-mm-Objektiv 10-mal weiter entfernt war als Joe (100 Fuß / 10 Fuß = 10). Auf dem zweiten Foto mit dem 200-mm-Objektiv war das Gebäude nur 3,25-mal weiter entfernt als Joe (130 Fuß / 40 Fuß = 3,25 Fuß), obwohl der Abstand zwischen Joe und dem Gebäude derselbe war. Was sich änderte, war das Verhältnis der Entfernung von der Kamera zu Joe und der Entfernung der Kamera zum Gebäude. Das ist es, was die Perspektive definiert: Das Verhältnis der Abstände zwischen der Kamera und verschiedenen Elementen einer Szene.

Am Ende bestimmen nur die Kameraposition und die relativen Positionen der verschiedenen Elemente der Szene die Perspektive.

Um zu sehen, wie sich selbst ein geringfügiger Unterschied in der Perspektive auf ein Bild auswirkt, lesen Sie bitte: Warum ist der Hintergrund in einem dieser Bilder größer und unschärfer?

Linsenverzerrungen

Linsenverzerrungen werden durch die Art und Weise verursacht, in der eine Linse ein virtuelles Bild des Lichts projiziert, das durch die Rückseite der Linse in die Vorderseite der Linse eintritt. Bei den folgenden Begriffen handelt es sich um verschiedene Arten von Linsenverzerrungen. Linsenverzerrungen werden manchmal als geometrische Verzerrungen bezeichnet, da sie sich auf die Art und Weise auswirken, wie geometrische Formen von einer Linse dargestellt werden.

Tonnenverzerrung ist eine geometrische Verzerrung, bei der gerade Linien scheinbar von der Bildmitte weg gekrümmt sind. Dies wird dadurch verursacht, dass die Vergrößerung in der Linsenmitte größer ist als an den Rändern. Bei den meisten Objektiven mit Tubusverzerrung handelt es sich um Weitwinkelobjektive, die eine sehr breite Szene auf einen schmaleren Sensor oder ein schmaleres Filmstück pressen. Die ultimative Tonnenverzerrung ist ein Fischaugenobjektiv, das die geradlinige Projektion zugunsten eines breiteren Sichtfelds opfert, das durch sphärische Projektion erzielt wird. Eine Reihe gerader horizontaler und vertikaler Linien, die einer Tonnenverzerrung unterliegen:

Laufverzerrung

Nadelkissenverzerrung ist eine geometrische Verzerrung, bei der gerade Linien zur Bildmitte hin gekrümmt erscheinen. Dies wird dadurch verursacht, dass die Vergrößerung am Rand der Linse größer ist als in der Mitte. Bei Zoomobjektiven mit längerer Brennweite tritt häufig eine Kissenverzerrung auf. Eine Reihe gerader horizontaler und vertikaler Linien, die einer Kissenverzerrung unterliegen:

Nadelkissenverzerrung

Die Schnurrbartverzerrung ist genau genommen eine geometrische Verzerrung, die eine Laufverzerrung nahe der Mitte der optischen Achse und allmähliche Übergänge zu einer Kissenverzerrung nahe den Rändern zeigt. Manchmal werden auch andere Verzerrungsmuster, die durch die teilweise Korrektur der Lauf- oder Kissenverzerrung verursacht werden, als Schnurrbartverzerrung bezeichnet . Eine Reihe von geraden horizontalen und vertikalen Linien, die einer Schnurrbartverzerrung unterliegen:

Schnurrbartverzerrung

Zoom-Objektive neigen dazu, mehr geometrische Verzerrungen aufzuweisen als ihre Gegenstücke mit einfacher Brennweite. Eine Hauptlinse, bei der es sich um eine Linse mit nur einer Brennweite handelt, kann so eingestellt werden, dass die geometrische Verzerrung bei dieser einen Brennweite am besten korrigiert wird. Ein Zoomobjektiv muss Kompromisse eingehen, um die Verzerrung bei allen Brennweiten zu kontrollieren. Wenn die Kissenverzerrung für das längere Ende stark korrigiert wird, wäre die Tonnenverzerrung am breiten Ende stärker. Wenn die Laufverzerrung am breiten Ende stark korrigiert wird, würde dies die Kissenverzerrung am langen Ende verschlimmern. Je breiter das Verhältnis zwischen dem breitesten Winkel und den längsten Enden der Brennweiten eines Zoomobjektivs ist, desto härter ist das Drahtseil, um die geometrischen Verzerrungen an beiden Enden richtig zu korrigieren.

Selbst bei Prime-Objektiven kostet es mehr, die Objektive genau auf geometrische Verzerrungen zu korrigieren, als "nur knapp genug". Es kostet mehr in Bezug auf Forschung und Entwicklung in der Designphase des Objektivs. Es kostet mehr in Bezug auf die Anzahl der verwendeten optischen Elemente, die Menge an Materialien, die zur Herstellung dieser Elemente benötigt werden, und die Kosten für exotischere Materialien, die zur Herstellung einiger der effektivsten Korrekturelemente verwendet werden. Es kostet mehr, diese erhöhte Anzahl von optischen Elementen herzustellen, manchmal in exotischeren unregelmäßigen Formen und mit höheren Toleranzen.

Einige der teuersten Linsen sind auch einige der am höchsten korrigierten Linsen für optische Verzerrungen. Objektive wie zum Beispiel die Zeiss-Linie der Otus-Objektive. Die billigsten Zoomobjektive sind in der Regel Objektive mit der größten geometrischen Verzerrung sowie anderen optischen Aberrationen.

Korrigieren von Objektivverzerrungen

Was verursacht sie und können sie vor Ort oder in der Software-Postproduktion behoben werden?

Die Ursache für geometrische Linsenverzerrungen ist das Design der Linse und die Art und Weise, wie das durch sie hindurchtretende Licht gebogen wird. Viele einfache Linsen zeigen geometrische Verzerrungen der einen oder anderen Art. Wie stark eine Linse diese Verzerrung korrigiert, hängt von zusätzlichen Korrekturelementen ab, die der optischen Formel der Linse hinzugefügt werden.

Der beste Weg, um geometrische Linsenverzerrungen im Feld zu korrigieren, besteht darin, die Linse zu verwenden, die zu dem Zeitpunkt verfügbar ist, an dem die geringste unerwünschte Verzerrung auftritt.

Man kann geometrische Verzerrungen mit der kamerainternen Verarbeitung des Bilds (sofern die Kamera über diese Funktion verfügt) oder mit der Nachbearbeitung korrigieren , es treten jedoch einige Einschränkungen auf.

  • Da die Kanten gekrümmt sind, um geometrische Verzerrungen zu korrigieren, wird die Abdeckung des Sichtfelds verringert, wenn die rechteckige oder quadratische Form des Gesamtbilds beibehalten wird. Nicht alles, was im unkorrigierten Bild an den Rändern zu sehen ist, wird im korrigierten Bild angezeigt.
  • Wenn Pixel neu zugeordnet werden, kann die Auflösung verloren gehen . Wenn die Linse anfangs ziemlich weich und verschwommen ist, ist dies wahrscheinlich nicht einmal messbar, geschweige denn wahrnehmbar. Bei Objektiven mit höherer Auflösung, die für Kameras mit höherer Auflösung verwendet werden, kann dies bei größeren Anzeigegrößen sowohl messbare als auch sogar spürbare Auswirkungen haben. Wie Roger Cicala, LensGuruGod1 bei lensrentals.com, in einem Blogbeitrag zum Thema sagt ,

"Sie KÖNNEN es in der Post korrigieren, aber ...
es gibt kein kostenloses Mittagessen.

  • Jede kamerainterne Korrektur, die beim Aufnehmen von RAW auf das Bild angewendet wird, wird im generierten und an die RAW-Datei angehängten Vorschau-JPEG wiedergegeben. Ob die Korrektur jedoch bei der Nachbearbeitung angewendet wird, hängt davon ab, welchen RAW-Konverter Sie verwenden. Im Allgemeinen ignorieren Raw-Konverter von Drittanbietern wie Lightroom die Anweisungen zur Korrektur im Abschnitt "Herstellerhinweise" der EXIF-Informationen, während die hauseigene Software der meisten Kamerahersteller die kamerainternen Einstellungen beim Öffnen einer Raw-Datei anwendet. Die Korrektur, die mit einem Raw-Konverter eines Drittanbieters wie Lightroom vorgenommen werden kann, erfolgt auch mit Objektivprofilen, die von dieser Drittanbieteranwendung bereitgestellt werden, und nicht mit dem Objektivprofil, das normalerweise von den Kameraherstellern zur Erstellung der JPEG-Vorschau in der Kamera bereitgestellt wird oder auf dem Postweg mit den Kameraherstellern eigene Software. Auf der anderen Seite bieten die meisten Hersteller nur Korrekturprofile für ihre eigenen Objektive an (entweder für die Korrektur in der Kamera oder nach der Produktion), während für Rohkonverter von Drittanbietern manchmal Profile für Objektive von Drittanbietern verfügbar sind.
Michael C
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Für die Menschen ist es wichtig zu verstehen, dass Verzerrungen jeglicher Art NICHT zu Unschärfen führen. Unschärfe, Koma, Astigmatismus usw. sind Unschärfeeffekte. Verzerrung "verschiebt" Linien einfach dahin, wo Sie sie nicht wollen.
Carl Witthoft
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@CarlWitthoft Wenn das Objektiv Linien "bewegt", sind Sie richtig. Wenn sie jedoch bei der Nachbearbeitung "verschoben" werden, führt der Unterschied in der Form der gekrümmten Form der Korrekturen und der quadratischen Form des Pixelrasters zu einem Auflösungsverlust, wie der enthaltene Link zu Roger cicalas Blog gut dokumentiert. Siehe auch photo.stackexchange.com/a/69812/15871
Michael C
Richtig, ich zähle die Nachbearbeitung einfach nicht als Bildverschlechterung, so wie ich alle geometrischen und quantenoptischen Effekte betrachte.
Carl Witthoft
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Ich habe gehört von:

perspektivische Verzerrung

Laufverzerrung

Nadelkissenverzerrung

Schnurrbartverzerrung

Perspektivische Verzerrung beschreibt, wie sich ein Bild (oder eine Ansicht oder genauer gesagt Ihre Perspektive) ändert, wenn Sie sich näher oder weiter von Ihrem Motiv entfernen (dh Ihre Perspektive ändern).

Der einfachste Weg, sich das vorzustellen, ist folgender: Stellen Sie sich vor, Sie sind nur 10 cm von jemandem entfernt. Aus dieser Entfernung (dh aus dieser Perspektive) können Sie nicht ihr gesamtes Gesicht auf einmal sehen - Sie müssen Ihren eigenen Kopf nach links, rechts, oben, unten drehen, um ihr gesamtes Gesicht zu sehen. Denken Sie jetzt an den Winkel, in dem Sie ihr Gesicht sehen, wenn Sie den Kopf nach links drehen. Die Nase ragt heraus und blockiert möglicherweise die Sicht auf ihre Wange.

Jetzt wieder bis zu 5 Meter entfernt. Sie können ihr ganzes Gesicht auf einen Blick sehen. Sie können ihre Nase und ihre gesamte Wange sehen. Die Nase blockiert die Wange nicht, egal ob Sie nach links, rechts oder in die Mitte ihres Gesichts schauen.

Diese Änderung im Erscheinungsbild des Bildes (ihres Gesichts) ist nicht auf das Vergrößern oder Verkleinern zurückzuführen. Wenn Sie in 5 Metern Entfernung standen und das Gesicht mit einem Zoom vergrößert haben, um den Rahmen auszufüllen, hat sich die Perspektive nicht geändert. Wenn Sie sich jedoch dem Gesicht nähern, das nur 10 cm entfernt ist, hat sich Ihre Perspektive und das Erscheinungsbild des Gesichts geändert.

Es gibt ein großartiges Bild, das diese Verzerrung zeigt -

Folge von Porträts mit perspektivischer Verzerrung

Obwohl in diesem Bild die verwendeten Brennweiten aufgeführt sind, lassen Sie sich nicht täuschen, dass die Brennweite (oder der Zoom) die Verzerrung verursacht hat. Was passiert ist, ist, dass der Fotograf bei kürzeren Brennweiten näher an das Motiv herangetreten ist, um den Rahmen mit dem Gesicht des Motivs zu füllen - es ist dieser Perspektivwechsel, der die Verzerrung verursacht.

Ein besseres Beispiel für den Effekt der Brennweite oder des Zooms finden Sie in der folgenden Reihenfolge:

Bildbeschreibung hier eingeben

Beachten Sie hier, dass sich die Perspektive zwischen den Aufnahmen nicht geändert hat, da sich die Kameraposition nicht geändert hat und der Stall nicht von einer Aufnahme zur nächsten verzerrt wird.

Entschuldigung, ich kann die anderen 3 von Ihnen aufgelisteten Verzerrungen nicht vollständig beschreiben oder erklären.

youcantryreachingme
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Durch die perspektivische Verzerrung bleiben gerade Linien gerade. Parallelen bleiben jedoch nicht parallel (außer wenn sie parallel zum Horizont verlaufen). Vierecke werden in Vierecke umgewandelt. Perspektivische Verzerrung kann durch ein perspektivisches Transformationsäquivalent beschrieben werden, bei dem eine 3D-Szene durch einen Punkt auf eine Ebene projiziert wird.

Lauf- und Nadelkissenverzerrung halten gerade Linien nicht gerade. Sie biegen sie von der Bildmitte nach außen bzw. nach innen. Sie sind eine Folge der Linsengeometrie. Schnurrbartverzerrung tritt auf, wenn eine solche Verzerrung von außen wieder schwächer wird. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass Korrekturmaßnahmen für Lauf- oder Kissenverzerrungen nicht an jedem Punkt gleich wirksam sind.


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Durch all diese verschiedenen Objektivverzerrungen werden die Pixel im Bild neu angeordnet (unabhängig vom Szeneninhalt). Gerade Linien werden beispielsweise zu gekrümmten Linien. Dies ist eine Verzerrung der Reproduktion, da die Betreffzeilen gerade sind und die gekrümmten Linien nicht existieren.

Perspective ordnet den Szeneninhalt von Szenenobjekten relativ zueinander an. Nahe Dinge (wie z. B. Nasen in einem Porträt) erscheinen größer, einfach weil wir zu nah aufstehen, um sie zu betrachten. Oder wenn wir nahe stehen, dann unterschiedliche scheinbare horizontale Trennung von entfernten Dingen relativ zu den nahen Dingen ... Dies ist keine Verzerrung, außer in unseren Vorstellungen. Alle Fälle sind natürlich genau so, wie die Dinge tatsächlich aussehen, wenn die Kamera an diesem Punkt steht

WayneF
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Wie können verschiedene Linsenverzerrungen "die Pixel in einem Bild" neu anordnen, wenn das durch die Linsen laufende Licht, das dieses Licht verzerrt, nicht aus Pixeln besteht?
Michael C
Pissy Stimmung heute Michael? Es ist nicht so schwer. :) Die Photonen im Linsenbild werden auf den Sensor projiziert, um von den Pixeln erfasst und reproduziert zu werden. Linsenverzerrung leitet die Photonen in die falschen Pixel um. Dann nicht die richtige Anordnung der Daten in den Pixeln, genannt Verzerrung.
WayneF
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Das ist die verrückteste Definition von Linsenverzerrung, die ich je gehört habe. Eine Linsenverzerrung wird durch die Art und Weise verursacht, wie eine Linse Lichtstrahlen bricht, und nicht durch die Art und Weise, wie eine Linse Pixel anordnet. Wenn man durch die Linse schaut, sind keine Pixel beteiligt. Wenn man ein Bild auf Film aufnimmt, sind keine Pixel beteiligt. Es hat nichts mit Pixeln direkt zu tun, und nur indirekt, wenn man Digitalfotografie macht und dann die Informationen von bestimmten Pixeln neu anordnet, um Verzerrungen zu korrigieren, die Lichtstrahlen und nicht Pixeln widerfahren.
Michael C
das macht Sinn - die Leute denken heutzutage mit Pixeln, alles, was wir in der Fotografie tun, wird auf Bildschirmen angezeigt. Das Überspringen von Linse und Brechung ist eine gute Idee, wenn wir nur an Effekten interessiert sind.
Szulat
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Bei der Frage geht es jedoch nicht um Effekte und die Korrektur von Verzerrungen, sondern um die Verzerrung selbst: Was verursacht sie und wie sieht sie aus?
Michael C