Лекция 1: Объектив
Лекция 2: Аберрации (ссылка появится позже)
Лекция 3: Виньетирование (ссылка появится позже)
Лекция 4: Дифракция (ссылка появится позже)
Лекция 5: Разрешающая способность (ссылка появится позже)
Лекция 6: Потери света в атмосфере (ссылка появится позже)
Привет, Хабр!
Меня зовут Андрей, я – специалист по оптическим системам, оптик и инженер-конструктор в одном лице.
Уже несколько лет, будучи единственным оптиком фирмы, я работаю бок о бок с отделом нейросетей, занимающихся распознаванием изображений. У меня сложилось чёткое понимание, какие именно кусочки оптических знаний используют сами CV-разработчики в своей работе, а где уже зовут профильного специалиста.
Из таких кусочков, выложенных в удобном порядке, и появился этот курс. Изначально я писал его для внутреннего обучения джунов и мидлов отдела нейросетей, начинающих работать с распознаванием изображений. В курсе ровно то, с чем CV-разработчики сталкиваются на практике при сборке макетов и работе с объективами. Не больше и не меньше. Чтобы с элементарными вопросами ко мне реже бегали :)
Почему вообще пришлось писать, когда есть гугл? Оптика – узкая и наукоёмкая сфера, и попытка гуглить информацию по ней чаще всего приводит к неудачам (т.к. неспециалисту трудно отличить правильную информацию от ошибочной). Я ради интереса много раз смотрел, что пишут в интернете по оптике, и чаще всего там, мягко говоря, некорректная информация. Англоязычный гугл лучше, но тоже не панацея. Статьи пишут в основном или фотолюбители (там много ошибок), или астрономы (там всё уже лучше, но очень специфичная область, которую не всякий сможет «портировать» на свой проект), или просто случайные люди типа любителей охотничьих прицелов (там полёт мысли такой, что просто туши свет).
Правильная информация есть в профильных статьях или книгах по 500 страниц, но в такие глубины неспециалисты обычно не ныряют. Потому возникла идея написать максимально короткий и простой курс-шпаргалку по аппаратной части для начинающего CV-разработчика.
Дисклеймер
Курс чрезвычайно сокращён и упрощён, потому кое-где я отклоняюсь от классической оптической теории. Строгость терминов сознательно принесена в жертву удобству практического применения курса. Прошу знающим людям не придираться к формулировкам.
Объектив как аппаратная часть технического зрения
Если мы говорим об обработке изображений, то возникает вопрос, как мы получаем исходную картинку. Даже картинки из интернета кто-то как-то получил, прежде чем загрузить их в сеть.
Системы технического зрения, исходя из самого слова «зрение», воспринимают реальные предметы окружающего мира подобно глазу. Чтобы получить изображение окружающих предметов в форме, пригодной для компьютерной обработки, требуется два элемента: объектив и камера. Это – аппаратные части, «железки», без которых нельзя передать изображение реального мира в компьютер.
Общая структура оптико-электронного прибора
Оптико-электронный прибор состоит из следующих независимых модулей. В порядке от рассматриваемого предмета к изображению:
Объектив. Он формирует изображение.
Камера. Переводит изображение в электрический, а затем и в цифровой сигнал. Иногда в камере происходит первичная обработка изображения (аналоговое усиление).
Модуль обработки (например, компьютер или программируемая логическая интегральная схема – ПЛИС), где с «сырым» изображением проводятся необходимые манипуляции, в том числе дополнительная обработка (свето- и цвето-коррекция и т.д.) и решение рабочих задач (трекинг, детекция и распознавание объектов и так далее).
Интересный факт. Этот принцип соблюдается не только в оптике, но и в других диапазонах шкалы электромагнитных волн. Например, по идентичному принципу построен направленный радиолокатор: его тарелкообразный рефлектор служит объективом, а приёмник в фокусе рефлектора – аналогом камеры. |
Уточним термины. В рамках курса дадим такие определения:
Объектив – оптический элемент, формирующий из реального объёмного мира плоское изображение, которое способна воспринимать матрица.
Матрица (или сенсор) – тонкая пластинка из полупроводника, представляющая собой массив микроскопических светочувствительных элементов. Матрица с добавлением электроники и помещённая с ней в единый корпус называется камерой.
Интересный факт. В фотографии камера интегрирована в корпус фотоаппарата, потому фотографы используют только слова «объектив» и «матрица», а слово «камера» имеет у фотографов иное значение – так называют сам фотоаппарат. |
Изображение интересующей нас сцены окружающего мира не может само телепортироваться в компьютер. Именно объектив, фокусируя световые лучи, формирует из трёхмерной области пространства плоское двумерное изображение, которое можно совместить с плоской матрицей, произвести захват изображения и перевести изображение в электрический сигнал и цифровой код.
Важно: объектив формирует изображение независимо от наличия за объективом камеры. Если с объектива снять камеру, изображение никуда не пропадёт и будет физически «висеть в воздухе» за объективом. Это изображение можно наблюдать глазом или на листе бумаги. |
Формирование изображения в объективе
Рассмотрим значение оптических параметров на примере идеальной тонкой линзы (этот раздел был в школьной физике в 8 классе). Тонкую линзу ещё называют идеальным объективом, то есть объективом, который создаёт идеальное изображение, без искажений и аберраций (подробнее об аберрациях в следующей статье).
Для начала вспомним построение изображения в одиночной линзе. От него всего лишь шаг до настоящего объектива и понимания его основных параметров. Одиночная линза – очень простая и удобная модель для расчётов. Любой объектив (кроме объектива с сильной дисторсией) при расчёте можно свести к эквивалентной ему одиночной линзе. Большое количество линз в реальных объективах служат лишь для получения изображения хорошего качества.
Предположим, перед линзой на некотором расстоянии L расположен предмет AB. Предмет перпендикулярен оптической оси и изображение A´B´этого предмета также будет перпендикулярно оптической оси. Значит, чтобы найти положение и размер изображения
A´B´, достаточно найти местоположение точки B´и опустить оттуда перпендикуляр на оптическую ось.
Для нахождения местоположения точки B´ достаточно построить два луча:
Первый луч идёт до линзы параллельно оптической оси, а после линзы – в фокус F´.
Второй луч проходит через точку пересечения тонкой линзы с оптической осью, не меняя своего направления.
На месте пересечения этих двух лучей и будет располагаться точка B´.
Примечание. Фокус – точка на оптической оси, куда фокусируется пучок лучей, идущий параллельно оптической оси. Фокальная плоскость – плоскость, проходящая через точку фокуса и перпендикулярная оптической оси. Матрицу чаще всего располагают в фокальной плоскости. |
Отсюда можно сделать два промежуточных вывода:
Лучи, идущие параллельно оптической оси, после линзы собираются в её фокусе. Фокусируются в фокусе, если говорить строго и не обращать внимание на тавтологию.
Лучи, проходящие под углом к оптической оси, фокусируются в фокальной плоскости в точке, на которую указывает луч, проходящий через центр линзы.
Теперь начнём удалять предмет от линзы, увеличивая расстояние L. Что произойдёт?
Первая линза на рисунке по расположению предмета и изображения совпадает с предыдущем рисунком «Идеальная линза».
Когда предмет перемещается на двойное фокусное расстояние, его изображение становится равным предмету.
При дальнейшем удалении предмета от линзы его изображение уменьшается и приближается к фокальной плоскости.
Когда предмет удаляется на бесконечность, его изображение располагается в фокальной плоскости:
Если идти по рисунку в обратном порядке, снизу вверх, то можно сделать выводы:
При наблюдении вдаль матрица стоит в фокальной плоскости.
При наблюдении на конечное расстояние необходимо отодвинуть матрицу от объектива. Конструктивно это реализуется выдвиганием всего объектива (либо одной из линз объектива) вперёд по направлению от неподвижной матрицы. В первом случае объектив вывинчивается изнутри собственного корпуса по резьбе.
При удалении предмета его угловой размер (на рисунке – угол между центрами синего и зелёного пучков лучей) уменьшается. Поэтому даже самые большие объекты наблюдения помещаются на маленькую матрицу, если они наблюдаются издалека.
Реальные предметы никогда не располагаются в бесконечности. Бесконечность сама по себе умозрительное понятие, не имеющее отношение к практической физике. В реальности любой предмет располагается на конкретном расстоянии от объектива. Если расстояние до предмета настолько большое, что его изображение находится практически в фокальной плоскости и неотличимо по резкости от изображения строго в фокальной плоскости, то говорят, что предмет находится на гиперфокальном расстоянии или расстоянии начала бесконечности. Гиперфокальное расстояние зависит от параметров объектива; например, для глаза (а глаз – тоже объектив) оно равно приблизительно пяти метрам – именно на таком расстоянии висит офтальмологическая таблица для проверки остроты зрения.
Рассмотрим теперь некоторые соотношения идеальной линзы, через которую на матрицу проецируется предмет, находящийся на гиперфокальном расстоянии:
Зная размер предмета, расстояние до предмета и фокусное расстояние объектива, можно определить линейный и угловой размеры изображения.
Зная размеры матрицы (подставив его вместо размера изображения y´) и фокусное расстояние объектива, можно определить угловое поле зрения.
Рассчитав угловой размер изображения, можно прикинуть необходимый размер матрицы и пропорции изображения на ней и на мониторе компьютера.
Рассчитав линейный размер изображения и зная размер пикселя матрицы, можно узнать, сколько пикселей займёт изображение. Это – важная часть задачи распознавания изображения нейросетью (часто указывается, что для работы нейросети необходимо, чтобы изображение занимало не менее Х пикселей).
Пример расчёта угловых полей
Задача: найти поля зрения для на максимальном зуме для объектива Computar M24Z1527PDC-MP с камерой на основе сенсора Python 2000. |
У прямоугольного сенсора есть три ключевых размера (в спецификациях эта область называется opical area, sensitive area и т.д.):
Арктангенс отношения соответствующего размера сенсора к фокусному расстоянию даёт, соответственно, три угловых поля зрения: горизонтальное, вертикальное и диагональное.
Чтобы определить размеры a и b, необходимо умножить разрешение сенсора на размер одного пикселя.
Решаем:
Гуглим спецификацию на объектив Computar M24Z1527PDC-MP и ищем его максимальной фокусное расстояние: 360 мм. Максимальный зум всегда означает максимальное фокусное расстояние.
Гуглим спецификацию на сенсор Python 2000 и ищем его разрешение: 1920х1200 и размер пикселя: 4,8 мкм (сразу переводим в мм: 0,0048 мм).
Определяем размеры светочувствительной области сенсора в мм: 1920*0,0048 х 1200*0,0048 = 9,216 х 5,76 мм.
По теореме Пифагора находим диагональ сенсора: 10,87 мм.
Находим диагональное поле зрения: arctg(10,87 / 360) = 1,729 градуса.
Находим горизонтальное поле зрения: arctg(9,216 / 360) = 1,446 градуса.
Находим вертикальное поле зрения: arctg(5,76 / 360) = 0,916 градуса.
Расчёт не учитывает дисторсию, неточность номинального фокусного расстояния и прочие погрешности реальных оптических систем, так что найденные величины примерные, и их стоит округлить до первого знака после запятой.
Ответ: Диагональное поле зрения: 1,7 градуса
Горизонтальное поле зрения: 1,4 градуса
Вертикальное поле зрения: 0,9 градуса
Пример расчёта дистанции через необходимое число пикселей
Задача: найти расстояние, с которого объект высотой 5 метров при наблюдении в объектив Computar M24Z1527PDC-MP с камерой на основе сенсора Python 2000 на максимальном зуме будет занимать изображение размером 100 пикселей. |
Гуглим спецификацию на объектив Computar M24Z1527PDC-MP и ищем его максимальной фокусное расстояние: 360 мм.
Гуглим спецификацию на сенсор Python 2000 и ищем размер пикселя: 4,8 мкм.
Находим размер изображения: y′ = 100 * 4,8 мкм = 480 мкм. Переводим в мм: 0,48 мм.
-
Выражаем из формулы с рисунка «Основные соотношения тонкой линзы» расстояние до предмета наблюдения и находим ответ в миллиметрах:
Ответ: 3750 метров.
Теперь посмотрим, как реальный многолинзовый объектив переходит в эквивалентную ему тонкую линзу. Эта тонкая линза располагается в точке пересечения продолжений входящего в объектив и выходящего из объектива лучей:
Обратите внимание, что фокусное расстояние объектива не зависит от длины его корпуса. Оно может быть как больше, так и меньше. Если фокусное расстояние больше, чем длина объектива, то это телеобъектив, а если меньше – то ретрофокусный объектив (на картинке как раз он).
Интересный факт. В зеркальных фотоаппаратах за объективом стоит отклоняющееся зеркало, требующее для работы много места. Объективу необходим длинный фокальный отрезок– расстояние от последний линзы до фокальной плоскости. Встречаются объективы, фокусное расстояние которого меньше, чем фокальный отрезок. |
Примечание. Фокальный отрезок не следует путать с рабочим отрезком – расстоянием от базового торца корпуса объектива до фокальной плоскости. Рабочий отрезок отмеряется от металла, а фокальный – от стекла. |
Основные параметры объектива
Из всего многообразия оптических параметров объектива интересны в первую очередь три основных, которых достаточно, чтобы в 95% случаев подобрать объектив:
Фокусное расстояние
Относительное отверстие
Угловое поле зрения
Фокусное расстояние. Дать ему точное определение невозможно, не введя предварительно несколько терминов из теории геометрической оптики, так что точное определение опустим и будем использовать практически удобное: фокусное расстояние – расстояние от тонкой линзы (которая заменяет собой объектив при расчёте) до фокальной плоскости.
Чем больше фокусное расстояние, тем сильнее увеличение объектива, но тем меньше его угловое поле зрения. Фокусное расстояние и поле зрения обратно пропорциональны.
Интересный факт. Зайдите в Википедию и прочитайте, что написано в статье про фокусное расстояние. Чёткого определения там нет – и неспроста. |
Примечание. Незнание строгого определения не мешает фотографам использовать нужную оптику и не помешает программистам выбирать объективы. |
Относительное отверстие (и его альтер-эго: диафрагменное число). Отношение диаметра входного зрачка линзы к её фокусному расстоянию: D:f ´, когда D приведено к единице. Обратная величина, f ´/D, называется диафрагменное число. Диафрагменное число написано на кольце управления диафрагмой фотообъектива.
Что такое входной зрачок (его иногда ещё называют апертурой)? Входной зрачок определяет максимальный диаметр пучков, которые могут пройти через объектив. В случае одиночной линзы – это диаметр самой линзы. В случае линзы в оправе – это внутренний диаметр оправы. В случае сложного объектива с регулируемой диафрагмой это изображение диафрагмы, которое наблюдается через все предшествующие ей линзы. Прикройте диафрагму наполовину и загляните в объектив. Изображение диафрагмы, которое видно через линзы объектива, и есть входной зрачок.
Примечание. В случае отсутствия отдельной диафрагмы (такой, какая есть на фотоаппаратах), диафрагмой служит та оправа линзы, которая видится наименьшей, если смотреть внутрь объектива. |
Диаметр входного зрачка объектива – это не диаметр его первой линзы и не диаметр самой диафрагмы. Это диаметр изображения диафрагмы, наблюдаемое, если смотреть внутрь объектива. На размер и положение входного зрачка влияют линзы, стоящие перед диафрагмой; линзы после диафрагмы на входной зрачок не влияют.
Относительное отверстие, как отношение диаметра входного зрачка к фокусному расстоянию, определяет способность объектива собирать свет подобно конусу-воронке, основание которого – диаметр выходного зрачка, а высота – фокусное расстояние. Чем больше относительное отверстие (чем больше дробь, то есть чем меньше знаменатель дроби; относительное отверстие 1:2 больше, чем 1:4) – тем светлее изображение.
Пример №1. Рассчитаем относительное отверстие для одиночной линзы. Диаметр линзы 50 мм, фокусное расстояние – 100 мм. В случае одиночной линзы входной зрачок – это её диаметр. Относительное отверстие: 50/100 = 1:2. Произносится – «один к двум», традиционно пишется через знак «:».
Пример №2. На торце объектива написано: F4/200. Это означает: фокусное расстояние объектива 200 мм, диафрагменное число F4, относительное отверстие – 1:4.
Примечание. Как легко заметить, относительное отверстие и диафрагменное число фактически описывают одно и то же. Это историческое разделение – относительное отверстие это немецкая/советская оптические школы, а диафрагменное число – англо/американская. |
Иногда относительное отверстие могут называть светосилой, но это неправильно. Настоящая светосила – отношение освещённости изображения к яркости предмета: H=E/В.
Она пропорциональна квадрату относительного отверстия.
В объективе с регулируемой диафрагмой изменение относительного отверстия – это открытие или закрытие диафрагмы. Регулировка диафрагмы объектива выполняет следующие функции:
Регулировка яркости
Повышение резкости
Изменение глубины резкости
Эти параметры противоречивы, потому что все три завязаны на одну и ту же диафрагму. Повышение одного параметра одновременно приводит к снижению второго.
Рассмотрим их подробнее.
Интересный факт. Если необходимо понять, какой эффект на изображение даёт диафрагма, можно обратиться к статьям и видеороликам фотографов. Однако не стоит запоминать их объяснения, как именно диафрагма даёт эти эффекты, какая там физика – в таких объяснениях часто встречаются ошибки. |
Регулировка яркости. Интуитивно понятно: чем сильнее открыта диафрагма, тем больше света проходит через объектив и тем светлее картинка. Если есть выбор между осветлением компьютерными алгоритмами и открытием диафрагмы – следует выбирать диафрагму. Коррекция яркости алгоритмами – это искусственное вытягивание изображение, в то время как открытие диафрагмы – естественное увеличение светового потока и повышения отношения сигнал/шум. Особенно сильно алгоритмы уступают открытию диафрагмы в сумерках.
Повышение резкости. При закрывании диафрагмы повышается резкость изображения, особенно в центре кадра. Это связано с уменьшением аберраций широких пучков – сферической аберрации и комы (подробнее – в следующей статье). Однако, если продолжать закрывать диафрагму, с какого-то момента резкость снова начнёт ухудшаться – начнёт сказываться влияние дифракции (подробнее – так же в следующей лекции). Этот эффект хорошо разобран в статьях по фотографии.
Изменение глубины резкости. Чем больше открыта диафрагма, тем меньше глубина резко изображаемого пространства – области, ближе и дальше которой предметы будут размыты. Этот приём используется при портретной фотографии, когда диафрагма открывается широко, и фон за лицом становится размыт.
Вывод. Открытие диафрагмы повышает яркость и контраст изображения, но уменьшает чёткость и глубину резкости. Закрытие диафрагмы повышает чёткость и глубину резкости, но делает изображение более тёмным. |
Угловое поле зрения. Угол в пространстве, который отображается объективом на матрице.
Примечание. Оптическая система объектива осесимметричная, так что любой объектив имеет круглое поле зрения, в который вписывается прямоугольная матрица. В итоге в спецификациях на объективы (lens datasheets) указывают угловые поля зрения по горизонтали и по вертикали, иногда – ещё и по диагонали. Поля указывают всегда для конкретного сенсора:
В таблице выше пример из спецификации трансфокатора (объектива с переменным фокусным расстоянием). Объектив совместим с сенсором 2/3 видиконовского дюйма, также совместим с меньшими типоразмерами сенсоров: 1/1,8 и 1/2. Для каждого сенсора указаны три угловых поля зрения: D – диагональное, H – горизонтальное и V – вертикальное. Для каждого поля зрения указано его максимальное и минимальное значение в градусах.
Важный факт. Диагонали матриц (1/2”, 2/3” и т.д. измеряются в видиконовских дюймах).
Этот особый дюйм – это не привычный имперский дюйм 25,4 мм. Видиконовский дюйм равен приблизительно 2/3 от обычного дюйма или приблизительно 16,93 мм.
Интересный факт. Видиконовский дюйм – одна из очень немногих оставшихся в обращении внесистемных единиц измерения, не привязанных к системе СИ и метрологическим эталонам. В XXI веке видиконовский дюйм выглядит как измерение расстояния шагами или дальностью полёта стрелы. Однако, в силу инерции общества, им продолжают пользоваться. |
Если объектив совместим с каким-то сенсором, то он также совместим с любым меньшим сенсором. А вот при попытке поставить сенсор большего размера на его краях возникнет виньетка.
Угловое поле в спецификациях иногда заменяется указанием максимального сенсора, совместимого с данным объективом. При этом само значение углового поля в градусах может отсутствовать.
Типы объективов, применяемых в техническом зрении
Для наблюдения вдаль используются объективы, называемые в интернет-магазинах либо «объективы для видеонаблюдения», либо «объективы для машинного зрения». Пример:
Примечание. Иногда объективы, прямо обозначенные как объективы для машинного зрения, предназначены для работы вблизи. В них указывается расстояние до предмета и для наблюдения вдаль они не годятся. Тип объектива надо всегда уточнять. |
При выборе объектива для конкретной задачи необходимо в первую очередь учитывать следующие параметры:
Фокусное расстояние
Относительное отверстие / диафрагменное число
Размер максимального сенсора (через него определяется угловое поле)
Тип резьбы для камеры (например, С-mount) – иначе камеру не навинтить на объектив
Тезисы (стоит запомнить)
1.) Чтобы получить изображение в компьютере, необходимы объектив и камера.
2.) Объектив фокусирует свет и формирует плоское изображение, с которым совмещается матрица. Матрицей называют светочувствительный сенсор камеры.
3.) При наблюдении вдаль изображение лежит в фокальной плоскости объектива;
при наблюдении вблизи изображение удаляется от фокальной плоскости и объективу требуется перефокусировка на конечное расстояние.
4.) Объектив для габаритных расчётов можно свести к единичной идеальной линзе и высчитывать необходимые параметры из соотношения подобных треугольников.
5.) Фокусное расстояние и угловое поле зрения обратно пропорциональны. Чем больше фокусное расстояние, тем больше увеличение, но тем меньше поле зрения.
6.) Входной зрачок объектива – это не диаметр его первой линзы и не диаметр самой диафрагмы. Это диаметр изображения диафрагмы, наблюдаемое, если смотреть внутрь объектива. Входной зрачок влияет на ряд параметров изображения.
7.) Относительное отверстие объектива – отношение диаметра входного зрачка к фокусному расстоянию объектива: 1:2 / 1:2,4 / 1:5,6 и так далее. Диафрагменное число – знаменатель этой дроби, оно обратно относительному отверстию. Диафрагменное число написано на объективе: F/2 / F/2.4 / F/5.6.
Это – первая из курса лекций по оптике для начинающих CV–разработчиков. Приятного чтения. Дальнейшие статьи буду выкладывать постепенно, по мере скромных сил. Если у кого-то есть вопросы по теме статьи – прошу в комментарии :)
Комментарии (64)
Radisto
26.08.2023 08:15+2Интересный материал. Надеюсь, продолжение будет скоро.
AndreyWinter Автор
26.08.2023 08:15Спасибо :) Да, уже есть все шесть частей курса. Постепенно буду выкладывать.
Wizard_of_light
26.08.2023 08:15Этот принцип соблюдается не только в оптике, но и в других диапазонах шкалы электромагнитных волн
И не только электромагнитных, в акустике тоже. И даже, внезапно, в баллистике, потому что теория тонкой линзы построена на понятии лучей, которые могут трактоваться как траектории.
Зайдите в Википедию и прочитайте, что написано в статье про фокусное расстояние. Чёткого определения там нет – и неспроста.
Да вполне четкое там определение-расстояние от главной точки до главного фокуса. В английской Вики даже рисунок есть, как определяются эти точки.
AndreyWinter Автор
26.08.2023 08:15А вот вы сможете сказать, что такое главная точка?)
Это не точка пересечения тонкой линзы с оптической осью.
Я не просто так отметил этот момент именно интересным фактом. Фокусное расстояние - хитрая штука, она интуитивно понятна всем, но вот чтобы точно сформулировать, что это такое, необходимо прочитать пару лекция по прикладной оптике. Это как с производной: тысяча определений, и каждое несовершенно.
Пожалуй, добавлю фрагмент, который вырезал при переделке статьи под хабр:Интересный факт №2. Строгое определение:
«Заднее фокусное расстояние – расстояние от задней главной точки до заднего фокуса» [ГОСТ 7427-76. Геометрическая оптика. Термины и определения].Вырезал именно потому, что оно не несёт практического смысла ни для кого, кроме расчётчиков оптических систем. Рисунок правильный, но он ещё больше запутывает: тонкая линза из физики 8 класса (которая в статье) - это упрощённая модель тонкой линзы с картинки, а более сложная модель с картинки опять же не нужна ни для кого, кроме оптиков-расчётчиков. Все остальные прикладные задачи гораздо легче решаются на упрощённой модели.
AndreyWinter Автор
26.08.2023 08:15Бывают ситуации, когда упрощённая модель работает неправильно, и нужна полная (например, иммерсионная оптика), но с такими ситуациями обычный специалист по техзрению с вероятностью 99,9% не встретится, так что незачем усложнять текст :)
Wizard_of_light
26.08.2023 08:15Не, ну в геометрической модели просто-точки преломления главных лучей определяют главную плоскость, пересечение главной плоскости с осью-главная точка. Но так-то да, на каждый чих придется в статью пару страниц учебника переписывать :)
Upd Кстати, к упоминанию гиперфокального расстояния можно формулу вставить, она простая и полезная.
AndreyWinter Автор
26.08.2023 08:15+1Простая и неприменимая в реальной работе :)
Уж поверьте человеку, который сначала в вузе считал по этой формуле, а потом по работе обмерял реальные объективы на реальные глубины резкости на оптической скамье ОСК-2. Есть большой список причин, по которым эта формула не работает (особенно в современных реалиях с переходом от плёнки к сенсорам). Основная - допустимое пятно нерезкости на практике никак не связано с размером одного пикселя ширпотребного сенсора
Эта формула - как раз пример неправильной информации из интернета (точнее, информации, которая когда-то была правильной, но с развитием техники постепенно стала неверной).
P.S. Если кто-то вдруг захочет углубиться, то полная теория есть в книге "Теория оптических приборов" В.Н. Чуриловского, 1966 г., стр. 198. Там есть интересный момент: автор критикует подход глубины резкости через "зернистость фотоэмульсии" как устаревший и вводит вместо него "расстояние рассматривания распечатанного фотоснимка глазом" - актуальное для 1966 года, но устаревшее уже в наши дни понятие. А все "калькуляторы ГРИП" идут на базе тех формул и даже работают для некоторых фотообъективов, но чисто на уровне случайного совпадения и субъективности восприятия (граница резко/нерезко на глаз субьективна). При работе с другими объективами и сенсорами эти формулы не работают, приходится обмерять конкретный объектив с конкретной диафрагмой и конкретным сенсором на практике.
Wizard_of_light
26.08.2023 08:15Да ладно, по крайней мере оценочное значение она даёт, а точное и во времена фотоэмульсий было вопросом тёмным-по какому уровню мы кружки рассеяния меряем и на какой пленке. Сейчас просто зерно пленки на шаг элементов фотоприемника поменялось.
AndreyWinter Автор
26.08.2023 08:15Дело в том, что эта формула для идеального (безаберрационного) объектива, который фокусирует свет в точку. Реальные объективы фокусируют свет в некий кружок рассеяния, который является суммой всех аберраций объектива (а иногда и дифракция добавляется). И даже у хороших объективов кружок рассеяния (а точнее считают по его RMS по радиусу, куда попадает 80% энергии) больше размера пикселя. И формула ломается :)
А потом добавляем, что смещение одного и того же сигнала по дискретному ряду пикселей даёт разный отклик* (например, сначала засвечиваем пиксель 1 и 2, а потом засвечиваем половину пикселя 1, пиксель 2 и половину пикселя 3), и окончательно понимаем, что мы не можем поймать границу, где резкость переходит в нерезкость :)
*подробнее и с картинками, например, здесь:
https://www.mathnet.ru/links/02804979b3931cb026c8ee9edc757a5f/qe16543.pdf
victor_1212
26.08.2023 08:15+1> поверьте человеку, который сначала в вузе считал по этой формуле, а потом по работе обмерял реальные объективы на реальные глубины резкости на оптической скамье ОСК-2
верим, тем более те кто в теме понимают, что вся геометрическая оптика с ее простыми формулами не более, чем полезная апроксимация, которая имеет много слабых мест, например фокальная поверхность большинства оптических систем зависит от значения диафрагмы и редко бывает плоской
AndreyWinter Автор
26.08.2023 08:15Именно, что очень приближённая :) Неспроста линзу называют идеальной, да и курс в ВУЗе по геометрическим расчётам тоже назывался "идеальная оптическая система".
Но тем не менее, этого приближения вполне хватает, чтобы решать ряд практических задач, связанных с использованием готовых объективов. Собственно, изначально я думал называть эту главу "Как выбирать объективы", но блок постепенно разросся.
P.S. Про диафрагму немного не так) Фокальная плоскость неизменна, но матрица чаще всего стоит не в ней, а в т.н. "плоскости наилучшей установки", где самая резкая картинка. Эта плоскость чуть-чуть сдвинута он номинальной фокальной плоскости в сторону объектива, и вот она как раз двигается при изменении диафрагмы из-за изменения влияния аберраций широких пучков. Подробная физика процесса в следующей статье будет, про аберрации.victor_1212
26.08.2023 08:15+2спасибо конечно за разъяснение, в свою очередь советую посмотреть например "Applied Optics and Optical Engineering" Shannon, Wyant, лучше конечно оригинал, хотя был перевод в издательстве "Мир", замечу что это не учебник, а сборник статей людей активно работающих в промышленности, обратите внимание на (т.8):
гл. 1.Фотографические объективы,
гл. 6.Оценка качества изображения (в том числе определение ошибок волнового фронта, связь с критериями качества изображения, и ошибками формы поверхности)
если интересно, там есть также про асферику и матрицы
ps
по технической оптике книг хватает (Волосов, Русинов и др.), но Shannon, Wyant типа на порядок лучше
0serg
26.08.2023 08:15Куча общеизвестных вещей из википедии и ничего реально интересного относящегося к оптике для технического зрения :). Вот к примеру упомянут входной зрачок но не упомянуто что его центр является той самой точкой относительно которой объектив может рассматриваться как идеальная pinhole-камера хотя это имеет довольно большое прикладное значение для технического зрения. Причем эта точка может располагаться вне объектива и тема объективов с вынесенным зрачком интересна сама по себе. Не затронута разница между "фокусным расстоянием" (которое field-of-view) и "расстоянием фокусировки" и связанный с этим вопрос изменения размеров изображения при изменении дистанции фокусировки. Честно говоря хотелось бы на Хабре видеть больше нетривиальных статей а не рерайтинга статей из Википедии :)
V1RuS
26.08.2023 08:15+1"фокусное расстояние" само по себе не определяет field-of-view. только в сочетании с матрицей.
0serg
26.08.2023 08:15Безусловно, но я немного не про это говорю. Дело в том что у простых объективов увеличение зависит от дистанции фокусировки. Это заметнее всего в макрофотографии и в целом известно у фотографов как focus breathing. Кроме того FOV зависит от точки где он сходится "в точку" а эта точка в объективе тоже может двигаться, вплоть до того что ее можно подвинуть на бесконечность и получить объектив с ортогональной проекцией - и такие раньше активно применялись в системах технического зрения ибо упрощают обработку изображений! А тема того как линза перефокусируется, какие с этим связаны особенности в статье даже не поднимается. А там ведь вагон интересных вещей есть. Виньетирование, его причины и то как с ним борются. Выходной зрачок и его влияние на изображение, телецентрические линзы. Как формируется изображение не в фокусе и как на это влияет диафрагма (к примеру то что кружок размытия - это изображение диафрагмы). Диффракционные эффекты. Вместо этого идет пересказ школьной программы.
AndreyWinter Автор
26.08.2023 08:15"к примеру то что кружок размытия - это изображение диафрагмы"
Совершенно неверно.
"А тема того как линза перефокусируется, какие с этим связаны особенности в статье даже не поднимается",
Не только поднимается, но и даётся формула зависимости размера изображения от дистанции на рисунке "Основные соотношения тонкой линзы", а также разбирается пара простых примеров расчёта других параметров. Вы бы это заметили, если бы прочитали статью, а не проглядели по диагонали.
Вы нахватались по верхам и пришли самоутверждаться. Если в статье всё просто, то она не для вас.
Более на ваши комментарии отвечать не буду.0serg
26.08.2023 08:15Если пренебречь диффракционными эффектами и несовершенством оптики - то это именно изображение диафрагмы. И это к слову используется в системах технического зрения и очень интересно обыгрывается в пленоптике. А то как вы реагируете на критику занимаясь придирками к терминологии и переходом на личности вас откровенно говоря не красит.
victor_1212
26.08.2023 08:15+1> кружок размытия - это изображение диафрагмы
не совсем, это прежде всего размытое изображение точечного источника (например звезды), нет точечного источника нет кружка размытия, сделайте такой опыт наведите камеру на равномерный фон и посмотрите какой кружок размытия получится, - его нет, диафрагма на месте, но изображение диафрагмы в фокальной плоскости будет полностью расфокусированным, все что увидите это возможную неравномерность освещения поля, т.е. виньетирование, которое конечно зависит от значения диарагмы,
или проще говоря боке и размытие изображения точки в фокальной плоскости не одно и то же, поэтому желательно называть вещи своими именами
vanxant
26.08.2023 08:15Ну вообще есть специальные художественные насадки на объективы, позволяющие превращать далёкие фонари ("точечные источники") в 5/6/7...-конечные звёзды и в прочие там сердечки. Раньше часто использовались для ночных съёмок городов, стадионов и пр.
victor_1212
26.08.2023 08:15есть конечно, более того есть объективы с дифрагмой в виде множества перфорированных отверстий управляя которыми можно подбирать нужное боке, собственно речь идет о понимании что такое боке, а что такое размытие точечного изображения, не более, а эффекты разные бывают, можно даже просто вазелином нейтральный фильтр для получения звездочек,
суть в том что размытие точки это типа отклик сфокусированной оптической системы на дельта функцию сигнала, и этот отклик всегда не идеален, а боке, звездочки и пр. это типа спец эффекты другого масштаба
0serg
26.08.2023 08:15Кружок размытия - это по определению изображение точечного источника. Белый фон можно рассматривать как множество близко расположенных точечных источников, но изображения диафрагмы которые они сформируют будут перекрывать друг друга и разглядеть их по отдельности не удастся.
victor_1212
26.08.2023 08:15+1> Кружок размытия - это по определению изображение точечного источника.
правильно, сфокусированное изображение точечного источника на фокальной поверхности, например звезды
> Белый фон можно рассматривать как множество близко расположенных точечных источников ...
можно, но не нужно :)
> изображения диафрагмы которые они сформируют ...
чтобы сформировать что-то на фокальной поверхности поток лучей должен быть сфокусирован, иначе это более-менее равномерно распределенный по полю поток энергии, а не изображение диафрагмы, оптическая система формирует на фокальной поверхности изображение того, что находится в фокусе, остальное более-менее размывается, чем дальше объект от плоскости фокусировки тем сильнее размывается изображение, вплоть до полного размытия по полю, это модель геометрической оптики, конечно можно рассматривать волновые фронты формируемые отдельными точечными источниками, их взаимодействие с апертурой и между собой, но это другая модель, применяемая в другой области
ps
надеюсь, что это Вам понятно и исчерпывает вопрос, переливать из пустого в порожнее у меня нет ни времени, ни желания
0serg
26.08.2023 08:15>> правильно, сфокусированное изображение точечного источника на фокальной поверхности
Не обязательно. Кружок нерезкости / диск размытия aka circle of confusion определяется не только в фокальной плоскости.
>> иначе это более-менее равномерно распределенный по полю поток энергии, а не изображение диафрагмы,
Пренебрегая несовершенством объектива и диффракционными эффектами кружок нерезкости всегда повторяет форму отверстия диафрагмы, просто размер этого изображения изменяется. Для сильно расфокусированного изображения точки размер формируемого изображения может быть сопоставим с размером сенсора изображения, но если источников немного то эти изображения вполне различимы. Пример фотографии где это наглядно видно. Несколько точечных источников, крайне сильно не в фокусе. Хорошо видно что формируемое изображение есть сумма кружков нерезкости и каждый кружок повторяет по форме диафрагму
>> конечно можно рассматривать волновые фронты формируемые отдельными точечными источниками, их взаимодействие с апертурой и между собой, но это другая модель, применяемая в другой области
Ну я очевидно не о волновой оптике говорю а о линейной теории формирования изображений (которая рассматривает изображение как сумму изображений от отдельных источников, см. https://en.wikipedia.org/wiki/Linear_optics). В рамках этой теории формирование изображений может рассматриваться как свёртка "истинного" изображения с функцией рассеяния точки (point spread function).
AndreyWinter Автор
26.08.2023 08:15-1Человек, которому вы отвечаете, нахватался по верхам, путается в базовых понятиях, но почему-то пришёл в комментарии поучать сверху. Судя по вашим комментариям, вы разбираетесь в оптике и тоже это видите :) Пока он не предоставит ход лучей, доказывающий, что апертурная диафрагма в классическом нетелецентричном фотообъективе создаёт действительное изображение в фокальной плоскости, думаю, не стоит тратить на него время.
0serg
26.08.2023 08:15-1Апертурная диафрагма не создает изображение в фокальной плоскости. Апертурная диафрагма а точнее выходной зрачок формирует проекцию точек вне фокусной плоскости на эту плоскость. Если говорить точнее то линза формирует изображение точки, но само по себе это изображение если так можно выразиться "светит во все стороны". А диафрагма отрезает часть этого света - точнее говоря вообще весь свет линии которого который не проходят через выходной зрачок. Получается конус основанием которого выступает выходной зрачок а вершиною - построенная линзой точка. А сечение такого конуса плоскостью сенсора дает тот самый кружок нерезкости и как нетрудно увидеть его форма определяется формой диафрагмы.
В телецентрических объективах выходной зрачок к слову находится на бесконечности, заведомо вне фокусной плоскости, "эксперт" :).
AndreyWinter Автор
26.08.2023 08:15Вы обвиняете в незнании построения телецентричных объективов человека, отвечая на сообщение с фразой "в классическом нетелецентричном фотообъективе". Просто идите нафиг :)
0serg
26.08.2023 08:15Ваше утверждение звучит как "в классическом нетелецентричном фотообъективе диафрагма не создаёт действительное изображение в фокальной плоскости". Исходя из столь специфичного уточнения об объективе я делаю вывод что для на ваш взгляд для "неклассического телецентричного объектива" это утверждение может быть неверно и диафрагма таки создает действительное изображение в фокальной плоскости. Что весьма забавно так как уж для чего-чего, а для телецентрического объектива изображение диафрагмы максимально удалено от фокальной плоскости.
AndreyWinter Автор
26.08.2023 08:15+1UPD. Картинка, которую он привёл, объясняется иначе. Это банальная дефокусировка. Никакого отношения к изображению точечного источника как параметра качества объектива они не имеют.
Вот просто на пальцах. Есть группа зеркально-линзовых объективов (МТО, Рубинар и т.д.), у которых кольцевой входной зрачок и потому кольцевые блики-боке:
Это не кружки нерезкости. Кружок нерезкости (Spot Raduis в земаксе) - это один из параметров качества оптической системе, которой показывает несовершенство рассчитанной оптической системы (идеальный объектив собирает изображение точки в точку, а реальный - в некий кружок конечного размера, который и называется кружком нерезкости).
Я сам считал зеркально-линзовик, и вот картина точечных источников при дефокусировке, то есть в плоскости, отстоящей от фокальной на пару мм:
Как я написал выше, человек путает базовые термины, потому как вряд ли понимает физику и того, и другого эффектов, но уже готов учить профильных специалистов.
0serg
26.08.2023 08:15>> Кружок нерезкости (Spot Raduis в земаксе) - это один из параметров качества оптической системе, которой показывает несовершенство рассчитанной оптической системы
Кружок нерезкости: https://en.wikipedia.org/wiki/Circle_of_confusion
>> Никакого отношения к изображению точечного источника как параметра качества объектива они не имеют.
Параметры качества объектива и не обсуждались, от слова "совсем". И в фотографии и в техническом зрении форма кружка наилучшей фокусировки (функция рассеяния точки, PSF) не играет сама по себе практически никакой роли, а вот с расфокусированным изображением приходится встречаться постоянно.
AndreyWinter Автор
26.08.2023 08:15+2Троллинг неудачный, окончание грубовато. Если хотите выглядеть специалистом, проверяйте, что пишете, а не пишите: "фокусным расстоянием" (которое field-of-view)". Тут не надо быть оптиком, тут любой знающий английский заподозрит неладное^^
iShrimp
26.08.2023 08:15+1Спасибо за подробное и понятное объяснение!
У меня остались два вопроса (скорее, пожелания) - на случай, если вы ведёте Wish list для будущих статей:
1. По возможности, упоминайте английский вариант для всех терминов, чтобы читателю было легче ориентироваться в англоязычных статьях. Гугл-переводчик часто "хромает" при переводе профессиональных терминов.
2. Если можно, поделитесь контактами производителей и поставщиков оптики, которые работают с DIY-разработчиками и стартапами. Например, плату или корпус мы можем без особого труда заказать на известных сайтах. А где взять, например, компактный телеобъектив, дающий поле зрения 4-5° для сенсора 1/4", непонятно. Пока приходится экспериментировать с очковыми линзами.
AndreyWinter Автор
26.08.2023 08:15Спасибо за предложение, попробую вставлять. Только есть нюанс: даже в СССР/России и даже при наличии целого ГОСТа на оптические термины, эти сами термины не устаканены на 100% (т.к. есть термины из классической академической физики, и термины из ГОИ ми. Вавилова, которое собственно было центром прикладной оптики последние 100 лет). А в английском устоявшейся терминологии ещё меньше (особенно когда половину оптики делают в Китае и ЮВА, и датащиты пишут там же). Так что один и тот же русский термин иногда имеет несколько равноправных английских названий (как, например, в статье optical / sensitive area).
Контакты есть, можете написать в личку конкретную задачу, подскажу варианты. Такие поле и сенсор это фокус ~50 мм. Если вам нужен прототип и не критично качество изображения, самый дешёвый вариант - купить советский объектив нужного фокусного на Авито. Сам так делал. Просто заказывать в изготовление будет в 100-200 раз дороже, чем купить б/у готовый :)
victor_1212
26.08.2023 08:15+1> которое собственно было центром прикладной оптики последние 100 лет
вероятно с этим не все согласятся, все остальное в общем правильно, а кто главнее лучше не стоит трогать :) , что именно делали оптики кроме ГОИ это типа впечатляет, конечно супер давно дело было, мне в общем известно из личных контактов
iShrimp
26.08.2023 08:15Нужен объектив для системы трекинга глаз пользователя, сидящего на расстоянии нескольких метров от экрана. Наблюдение желательно вести в ИК-диапазоне, чтобы не мешало отражённое изображение экрана, если пользователь носит очки. На сайте Arducam есть большой выбор камер и объективов М12, но они не принимают платежи из России, а на том же AliExpress подходящий товар найти трудно (может, я неправильно ищу?).
NutsUnderline
26.08.2023 08:15+1а камера то уже есть? на ali тонны объективов M12 либо БЕЗ ИК фильтра, либо опцией - этот фильтр небольшое стеклышко либо на самом объектив либо на штуковине куда его вкручивают (holder, mount) так же есть механика для "включения/отключения" ИК фильтра (IR cut). Это все надо для камер наблюдения которым ночью нужен ИК а днем - нет.
AndreyWinter Автор
26.08.2023 08:15Лайфхак: обычно на М12 ИК-фильтр в объективе если и не съёмный, то последний, и его несложно банально выковырнуть, что расширяет диапазон для поиска и защищает от покупки/присылки не того, что хотелось изначально :)
saboteur_kiev
26.08.2023 08:15+1Если с объектива снять камеру, изображение никуда не пропадёт и будет физически «висеть в воздухе» за объективом.
Меня это определение ввело в ступор. Изображение никак не может "висеть в воздухе", это же не голограмма. Если убрать камеру, поток лучей просто будет продлен до первого препятствия (глаз, стена, лист бумаги). Может быть момент, что фокусировка такого изображения естественно настроена на конкретное расстояние, где должна быть матрица, и чтобы получить четкое изображение где-либо, фокусировку нужно будет "навести", но "висеть в воздухе" тут явно не совсем то, что имелось ввиду.
AndreyWinter Автор
26.08.2023 08:15+1Оно именно что висит в воздухе, как голограмма) Но чтобы его увидеть, надо поместить глаз в продолжение лучей (иначе лучи, которые строят изображение, не попадут в глаз). Если посмотреть, например, на рисунок "Идеальная линза", то где лучи на А'B' пересекаются - там действительное изображение. Сколько всего интересного, правда?)
Может помните, в школьной физике изображения делились на действительные и мнимые. Действительное - это как раз то, которое так вот существует само по себе.
Если есть объектив, любой, попробуйте опыт. Направьте его днём в открытое окно, и подвигайте за ним лист бумаги, быстро найдёте изображение. Потом попробуйте посмотреть глазом в объектив будто в подзорную трубу, но с расстояния, и смотрите не сквозь объектив, а на то место, где был листок бумаги. Увидите изображение :)
Когда объектив наводят на резкость, то просто совмещают матрицу с плоскостью действительного изображения.
Вообще спасибо, что обратили внимание, что в это не верится. На той неделе сделаю фото и добавлю в статью.
UPD. Может, нагляднее будет так: изображение возникает там, где лучи (идущие из одной и той же точки наблюдаемого предмета) пересекаются. Объектив фокусирует лучи, они за объективом сходятся, пересекаются и расходятся. Вот где пересеклись - там и сформировали изображение.saboteur_kiev
26.08.2023 08:15+1Если бы висело в воздухе как голограмма, его бы было видно со стороны, как я понимаю.
А так просто фокус изображение попадает в пространство, в результате ни до ни после само изображение нормально "поймать" нельзя. Но это не "висит в воздухе" все-таки.AndreyWinter Автор
26.08.2023 08:15+2Его именно видно невооружённым глазом, но не со всякого ракурса, а только если продолжения лучей попадают в глаз.
iShrimp
26.08.2023 08:15+2Аналогия верная, голографическое изображение тоже не излучает свет во все стороны. Голограмма лишь фильтрует падающий на неё свет, отражая лучи так, как будто они исходят из некоей точки пространства впереди или позади её плоскости. Изображение, видимое как висящее в воздухе, исчезнет, если посмотреть на него сбоку, мимо рамки. Также и линза собирает лучи так, что они как будто исходят из висящего в воздухе изображения, но увидеть его можно, только глядя в линзу.
vanxant
26.08.2023 08:15Если фокусное расстояние больше, чем длина объектива, то это телеобъектив, а если меньше – то ретрофокусный объектив
Вот очень странное, сбивающее с толку утверждение.
Ретрофокусный объектив это телевик, развёрнутый наоборот. Раньше иногда прям так и делали - физически присобачивали объектив "задом наперёд" через колхозный переходник (с резьбы фильтра на резьбу фотоаппарата).
Далеко не все "ширики" имеют такую схему. Самый яркий пример - рыбий глаз. Но в принципе, как выкинули зеркало и уменьшили рабочий отрезок, для умеренных шириков стало стандартом использовать нормальную схему. В частности, я не знаю примеров ретрофокусных объективов на смартфонах, хотя по углам там часто бывает 120-140 градусов.
victor_1212
26.08.2023 08:15> Далеко не все "ширики" имеют такую схему.
конечно, проблема с коротким фокусом была в том, что задний рабочий отрезок тоже получается короткий, т.е. нет места для зеркала, Angénieux в 50х предложил новую схему часто также называемую по имени автора, или ретро фокус т.к. действительно напоминает развернутый телеобъектив, вообще фирма по тем временам была супер, хотя продукция в основном для профессионального рынка, в том числе кинокамер,
общая особенность ретро фокус - это склонность к бочка-образной дисторсии, + большее количество элементов и соответственно меньший контраст, но это для классики, современные объективы хорошо компенсируют эти недостатки асферикой
AndreyWinter Автор
26.08.2023 08:15У фотографов свой профессиональный жаргон. Я использую принятые в оптике определения. Хотя, наверное вы правы, стоит удалить фразу, дабы не сбивать с толку. Название типа объектива мало что добавит человеку, который использует его как готовое изделие.
e-zig
26.08.2023 08:15+1именно на таком расстоянии висит офтальмологическая таблица для проверки остроты зрения
Че то мне кажется офтальмологи нифига об этом не знают. Не припомню что бы там 5 метров у них было.
AndreyWinter Автор
26.08.2023 08:15Должно быть так (в СССР, если память не изменяет, стандарт был 6 метров для таблицы Головина-Сивцева). Если кто-то вешает ближе 5 метров, то это неправильно.
Хотя, можно вспомнить советские СНИПы - и как стоят бюджетные многоэтажки сейчас :)
iShrimp
26.08.2023 08:15+1Стандартная типографская таблица Сивцева рассчитана для наблюдения с расстояния 5 м. В строке, соответствующей остроте зрения 1,0, буквы должны иметь угловой размер 5 минут, а элементы букв (штрихи, промежутки) - 1 минута.
В реальности, в частности на выездных медосмотрах, таблицу могут расположить где получится, т.к. не на каждом предприятии может найтись свободная комната длиной более 5 м. При этом полученные показания должны пересчитываться исходя из реального расстояния, с которого люди смотрят на таблицу.
А вообще, аппарат Рота (тот самый ящик с таблицей и лампочкой накаливания) считается устаревшим оборудованием, так как согласно "Стандарту оснащения офтальмологического кабинета" каждый кабинет должен быть укомплектован проектором знаков, для которого точное расстояние до экрана не имеет значения.
NutsUnderline
26.08.2023 08:15+2Только я задумал писать статью про IP камеры, как в один день, как вижу две статьи близкой тематики. а еще только утро...
AndreyWinter Автор
26.08.2023 08:15Пишите, тем более про IP! Я-то писал только про то, что располагается ДО сенсора )
AndreyDmitriev
26.08.2023 08:15+2Ценная статья, спасибо!
У меня как раз летом было упражнение на эту тему. В общем обычная система - камера, объектив, объект, но есть нюанс - в составе оптической схемы участвует зеркало. Ну вот, получаю я собранную систему, смотрю картинки и вижу качественное такое виньетирование по краям - там интенсивность падает больше чем в два раза. Поскольку зеркало не в фокусе, то его границ не видно. Иду к конструкторам - вы сделали зеркало чуть меньше чем надо, покажите как считали. Они мне - всё просто, как в учебнике:
Я хотя и не оптик ни разу, но по логике вещей там ведь надо именно входной зрачок учитывать (мы с полностью открытой диафрагмой работаем) и вот насколько больше будет зеркало:
Всё переделали, поставили максимально большое зеркало (там конструктивно "с запасом" сделать невозможно) и виньетирование практически исчезло. В этом объективе Zeiss линза довольно глубоко сидит, но у меня есть возможность просветить объектив рентгеном и посмотреть диаметр оправы ну и внутреннее устройство заодно:
Походу там ещё небольшая ошибка во Flange Focal Distance всплыла (это рабочий отрезок, как я понимаю, и он к примеру, слегка отличается для Кэноновских и Никоновских байонетов).
0serg
26.08.2023 08:15Входной зрачок обычно заметно меньше чем диаметр входной линзы а в остальном идея верная
Flange Distance он просто Flange Distance, без focal
AndreyDmitriev
26.08.2023 08:15Понял, спасибо. Ну я решил, что входной зрачок уж точно не может быть больше диаметра оправы входной линзы, ну а дальше "лучше перебдеть, чем недобдеть". По идее там на оптической скамье всё нужно было моделировать, но не было её.
AndreyWinter Автор
26.08.2023 08:15Если бы первый рисунок был верный, все объективы в мире были бы по диаметру не толще маркера )))))
Кстати, а на каком расстоянии от объектива у вас предмет? Дабы вас не вводило в заблуждение высказывание 0serg, бывают редкие ситуации (не описанные в статье), когда входной зрачок БОЛЬШЕ, чем диаметр первого компонента и чем даже сам объектив. Это возможно у объективов, которые работают на конечном и довольно близком расстоянии (например, видеокамера техзрения промышленного робота на конвейере). Очень маловероятно, но у вас могла возникнуть такая ситуация, если попался не тот объектив (они выделяются тем, что в датащите пишется их рабочее расстояние и даётся схема, сколько мм между предметом и объективом, и объективом и изображением).
Есть ещё приём, можем вам поможет. Задиафрагмируйте объектив максимально возможно, и посветите в него получше, чтобы свет не терять. Глубина резкости у задиафрагмированного объектива вырастает в разы. Если объектив не сильно длиннофокусный, есть хорошие шансы начать видеть не виньетирование, а размытые края самой рамки зеркала, что позволит быстро определить реальные необходимые габариты на конкретном зеркале, ничего толком не зная про объектив. У нас в одном их проектов была похожая ситуация с наклонным светоделителем, и т.к. без оптической схемы объектива положение и диаметр входного зрачка неизвестны, рассчитать габариты зеркала было нельзя. Я просто задиафрагмировал объектив и смотрел, с какого момента начиню видеть рамку. Работает не всегда (зависит от конкретных параметров), но шансы неплохи)
paranitik
26.08.2023 08:15+1Единственный оптик в компании видимо не редкость, я тоже такой, но мне немного надоело за 3 года и я улетаю в Китай в аспирантуру этой осенью.
AndreyWinter Автор
26.08.2023 08:15Не редкость :) Более того, обычно у неоптических компаний нет работы чистому оптику-расчётчику на полную ставку. Так что либо оптик занимается ещё и другими делами (я вообще объективы под ключ делаю, от расчёта до контроля правильности точения деталей на токарнике и соблюдения сроков закупки), либо оптиков нанимают на подряды и конкретные проекты.
Pyku_He_oTTyda
Огромное спасибо за интересное изложение материала!
AndreyWinter Автор
Спасибо :)
VladimirFarshatov
https://chdk.clan.su/manual/Mira_manual.pdf делал такое когда-то давно, как "оптик-расчетчик" по образованию. Тоже по максиуму старался избегать "непонятного" для типового фотографа и покупателя. Может чем пригодится. ;)
AndreyWinter Автор
Спасибо) Мира на плакате, нестареющая классика для тех, кто не имеет доступ к коллиматору)