Главная > Фотография > О перспективе, искажениях и кропе

О перспективе, искажениях и кропе

Всё следует упрощать до тех пор, пока это возможно, но не более того.
Альберт Эйнштейн


перспектива


– Неплохой портрет, но ты зря снимал на полтинник, портреты лучше снимать на 85mm!

– У меня кропнутая матрица, поэтому у меня полтинник как раз и соответствует 85mm

– Не смеши меня, то что ты одел полтинник на кроп, еще не превращают его в 85mm. Фокусное расстояние не меняется!

– фокусное расстояние тут ни при чем …

И так далее, пока кому-нибудь не надоест. Наверняка вы тоже становились свидетелями таких споров, или даже их участником.

Что бы расставить все точки над ё, я решил написать эту статью, в которой рассмотрю что такое перспектива и геометрические искажения, как они зависят от фокусного расстояния, и является ли 50mm на кропе эквивалентом 85mm на полнокадровой матрице.


Полнокадровая матрица, или Full Frame – матрица размером 36х24 mm, соответствующая классическому 35 mm кадру. Этот сенсор ставится в профессиональные зеркалки.

Кроп или кропнутая матрица – матрица размером 22,5х~15 mm (для стандарта APS-C) кроп-фактор 1.6 у Canon, 1.5 для Nikon. Такой матрицей оснащаются любительские зеркалки.

Портретник или портретный объектив – классический портретный объектив это объектив с постоянным фокусным расстоянием (фикс), имеющий фокусное расстояние от 70 до 180mm.


Портретный объектив – довольно абстрактное понятие, потому что хороший портрет можно снять любым объективом. Но традиционно применяется длиннофокусная оптика, практически не передающая перспективу. Также классический портретник должен обладать высокой светосилой, что позволяет сильно размывать фон, получая красивое боке, и отделять модель от фона.

В этой статье я рассмотрю вопрос перспективы и геометрических искажений, оставив за рамками такие вопросы, как глубина резкости, боке, пластичность, и тому подобные вещи.


Искажения геометрии

Строго говоря, любой объектив, так или иначе, искажает геометрию. Искажения имеют принципиальную причину, которая заключается в том, что мы существуем в трехмерном мире, который фотография проецирует на плоскость.

Представьте, что мы стоим в центре стеклянной сферы, и все, что мы видим, проецируется на ее поверхность. Искажения геометрии возникают тогда, когда мы переносим изображение с поверхности сферы на плоскость фотографии.




Когда мы рассматриваем глобус (трехмерную модель земли) и карту мира (плоскую), становится очевидным, что нельзя отобразить всю поверхность нашей планеты на плоскости без искажений.

карта мира

Прямоугольники А и Б на глобусе имеют одинаковую форму, но на этой карте Новой Зеландии не повезло, ее прямоугольник Б сильно искажен.

Карта полушария, на которой изображена полусфера земли, по искажениям подобна снимку, сделанному объективом Fish-Eye, угол зрения которого равен 180 градусов.



фото объективом рыбий глаз

Таким образом, чем больший угол зрения у объектива, тем больший сегмент сферы ему нужно проецировать на плоскость, а, следовательно, тем больше возникает геометрических искажений.

Продолжая аналогию с картой, когда мы создаем карту Евразии, искажений не избежать, но на карте Московской области их почти нет. Хотя, теоретически, они там тоже присутствуют.

Именно по этой причине у широкоугольных объективов видны искажения, а у длиннофокусных их не заметно. Искажения напрямую зависят от угла зрения объектива.


Типы искажений

Спроецировать сегмент сферы на плоскость можно по-разному. В одной проекции будет сохранен масштаб объектов, но при этом прямые линии будут изогнуты. Про такой объектив говорят, что он имеет бочкообразную дисторсию. В другой проекции прямые линии останутся прямыми, но при этом будет нарушен масштаб объектов. Все, что находится на краях фотографии, будет вытянуто. Про такой объектив говорят, что это объектив с исправленной дисторсией.

Подробней про разные проекции можно почитать в этой статье в Википедии. Несмотря на то, что речь там идет о картах, все это в полной мере относится и к искажениям объективов. А так же в этой статье – Проекции панорамных изображений.

В настоящий момент дисторсию объективов (искривление прямых линий) можно исправить в графических редакторах (в Lightroom и Photoshop это инструмент Lens Correction), но при этом нужно понимать, что мы меняем одни искажения на другие. Полностью же избежать их в принципе невозможно.


дисторсия
Бочкообразная дисторсия. Sigma EX(Fisheye HSM) 10mm F 2.8 Canon 60D, кроп-фактор 1.6


исправленная дисторсия
Исправленная дисторсия

Фотограф Людмила Сизова


Кроп-фактор

В настоящее время любительские зеркальные камеры оснащаются матрицей меньшей, чем классический пленочный 35мм кадр. Это так называемые "кропнутые" зеркалки.

Кроп-фактор – это коэффициент, показывающий во сколько раз матрица камеры меньше стандартного 35мм пленочного кадра.

Кадр, получаемый такой матрицей, вырезается из центральной части изображения, получаемого объективом, тем самым, уменьшая его угол зрения.





На рисунке показано, на сколько сужается угол зрения объектива при использовании кропнутой матрицы (синий прямоугольник), по сравнению с полнокадровой матрицей (черный прямоугольник).

Чтобы соотнести углы зрения объективов на полнокадровой и кропнутой матрицах, ввели понятие Эквивалентного Фокусного Расстояния, которое равно фокусному расстоянию, умноженному на Кроп-фактор. Оно показывает, какому фокусному расстоянию соответствует угол зрения объектива на кропнутой матрице.

Эквивалентное Фокусное Расстояние 50mm объектива на камере с кроп-фактором 1.6 будет равно 50mm x 1.6 = 80mm. Это означает, что его угол зрения будет соответствовать 80mm объективу на полнокадровой камере.

Угол зрения объектива зависит от фокусного расстояния и размера матрицы цифрового фотоаппарата.


Широкий угол и перспектива

Прочитав изложенное выше, можно сделать вывод, что чем меньше угол зрения объектива, тем лучше, поскольку это дает меньшие геометрические искажения. И в смысле искажений это действительно так.

Но следует разделять два понятия: геометрические искажения и перспектива. Обе эти вещи зависят от угла зрения объектива. Но если геометрические искажения широкоугольной оптики это всегда плохо, то про перспективу так сказать нельзя.

Перспектива – это свойство нашего восприятия или, если угодно, свойство трехмерного пространства. Для фотографа перспектива – это, прежде всего, инструмент воздействия на зрителя.

Когда мы используем широкий угол, эффект перспективы усиливается, когда угол зрения объектива узкий – снижается.



передача перспективы

Человек двумя глазами видит перед собой практически на 180°. Фокусное расстояние человеческого глаза равно примерно 22mm. Хотя по другим оценкам человеческий глаз сравнивают с объективом с фокусным расстоянием 43mm.

Но, в любом случае, угол зрения гораздо шире, чем у теле объективов. Получается, мы смотрим на мир довольно широкоугольной оптикой!

Важным следствием этого является эффект перспективы, который мы наблюдаем постоянно. Перспектива есть везде, куда бы мы ни посмотрели. Дорога, дом, стены комнаты, все это мы видим в перспективе, она помогает нам оценить размеры, формы и расстояния.

Именно поэтому широкий угол иногда нам просто необходим – он дает перспективу.


перспектива
(фокусное расстояние 21mm, кроп фактор 1.6, ЭФР 33,6mm)

Если посмотреть работы художников, то часто можно увидеть ярко выраженную перспективу, например, в рисунках Фрэнка Миллера.


Создатель Sin Sity, отлично умеет показать драматизм и динамику с помощью перспективы.

Эта фотография Олега Титяева, очень выразительна, для чего так же использовался широкий угол.



(16 mm, полнокадровая камера Canon EOS 5D)

Поэтому, когда я слышу заявления о том, что зум-объектив может приближать и отдалять объекты, я саркастически улыбаюсь. Объективы не приближают и не отдаляют. Разные фокусные расстояния по-разному передают перспективу. И именно с этим умыслом они и используются.

В постановочной фотографии зачастую вообще не используют зумы. Фиксы дают преимущество в качестве, а фокусное расстояние, которое будет использоваться, фотограф определяет заранее.

Зум объективы популярны в репортаже. Там их действительно используют в целях приблизить – отдалить, но это уже совсем другая фотография.

Таким образом, вопрос "объектив с каким углом зрения лучше использовать", теряет смысл. Нужно использовать такой объектив, который соответствует сюжету, который мы снимаем. При этом не нужно бояться использовать широкий угол. Достаточно понять, что искажения возникают лишь по краям фотографии. Возвращаясь к первой иллюстрации, видно, что прямоугольник Б с Новой Зеландией сильно искажен, прямоугольник А – значительно меньше, ну а в центре Африки вообще все отлично!


Перспектива и расстояние до объекта

Иногда в спорах отстаивается мнение, что перспектива не зависит от угла зрения объектива, а зависит только от расстояния до объекта. При этом, эффект изменения перспективы объясняется тем, что, используя широкоугольную оптику, фотограф подходит ближе к объекту, изменяя тем самым перспективу. А если стоять на месте и снимать неподвижный объект, то его перспектива не изменится, как бы угол зрения у объективов не менялся. Будет меняться только размер объекта в кадре.

И это действительно так. Перспектива объекта меняется в зависимости от расстояния до наблюдателя. Но подобный подход к пониманию перспективы имеет две слабости:

1. Никто не снимает на широкий угол в расчете, что потом нужно будет вырезать и использовать только часть кадра. Это влечет слишком много негативных последствий. Единственный вариант, когда это оправдано, тот, когда мы не можем приблизиться к объекту, и у нас нет достаточно длиннофокусной оптики. Тогда мы можем сделать кадр, заранее предполагая увеличить его, сильно кадрировав. Например, при съемке луны. Согласитесь, вопрос перспективы редко встает в таком случае.

2. Неизменность геометрических искажений при съемках объективами с разным углом зрения с одной и той же точки соблюдается только для центра кадра.

Представим, что мы снимаем портрет девушки (голову и плечи) с расстояния трех метров длиннофокусной оптикой, не дающей геометрических искажений. После чего ставим широкоугольный объектив и снимаем с такого же расстояния девушку, но, на этот раз, расположив ее по диагонали кадра. Девушка стоит, прислонившись к стене, и теперь входит в кадр целиком. В одном углу кадра будет ее голова, а в другом ноги, при этом искажения очень даже дадут о себе знать, хотя расстояние от объекта до камеры не изменилось.

Не забывайте, что меньший сенсор камеры вырезает из кадра всегда середину, при этом объектив получает меньший угол зрения и меньше искажает геометрию (влияние кроп-фактора).

Для верного представления о перспективе нужно понимать, что она зависит не от расстояния до объекта, а от углового размера объекта.

Перспектива объекта зависит от его углового размера.


Съемка портретов

Многие слышали правило, что портрет нужно снимать объективом 85mm или длиннее. Но это не совсем так.

В жизни мы постоянно видим людей и, обычно, общаемся с ними на расстоянии 1-2 метра, чтобы не нарушать их личное пространство. При этом угловой размер головы человека составляет около 7-14° по вертикали. Мы никогда не рассматриваем человека настолько близко, чтобы его лицо занимало все наше поле зрения. Если мы приблизились к лицу человека настолько, то мы, скорее, намереваемся его поцеловать, чем рассмотреть :)

Таким образом, чтобы на фотографии перспектива лица была привычной, оно должно иметь соответствующий угловой размер. Если мы усилим перспективу, у человека увеличится нос, да и все пропорции будут преувеличены. Лицо получится гротескным, портрет комичным.



портрет снятый объективом рыбий глаз
Canon 350D, объектив Sigma 10-20mm, ЭФР 16-32mm
Михаил Перлов в комичной перспективе :)

Угол зрения объектива 85mm по вертикали равен 16°, получается он вполне подходит для съемки портретов. Хотя для съемки портрета крупным планом в портретной ориентации можно выбрать еще более длиннофокусную оптику, с более узким углом зрения.




85mm Canon 450D ЭФР 136mm


При этом, конечно, можно снимать людей и на широкоугольный объектив, просто нужно следить за тем, чтобы лицо человека не занимало слишком большую часть кадра, и не располагать его на краю, где искажения геометрии наиболее сильны.



21 mm Canon 450D ЭФР 33.6mm

Угловой размер головы при этом будет нормальным, а перспектива естественной. Широкоугольные искажения находятся по краям и не нарушают гармонию. Помня об этих простых вещах, можно красиво снимать людей даже на широкий угол.


Выводы

Перспектива объекта зависит от его углового размера.

Геометрические искажения зависят только от угла зрения объектива.

Искажения тем больше, чем больше угол зрения объектива.

Угол зрения объектива зависит от фокусного расстояния и размера матрицы (кроп фактора).

Широкоугольный объектив усиливает перспективу, внося при этом искажения по краям фотографии.

Теле объектив скрывает перспективу и не имеет геометрических искажений.

Бочкообразную дисторсию можно убрать в графическом редакторе, однако это не уберет искажения, а лишь заменит их другими.


Ссылки по теме:

Автоматическое исправление аберраций в Lightroom 3

Различные проекции на плоскость

Проекции панорамных изображений

Камера и человеческий глаз



Спасибо Дмитрию Бесеневу, Людмиле Сизовой и Даниле Панфилову, за помощь в написании статьи.

Categories: Фотография Tags:



  1. 21 Декабрь 2011 в 15:01 | #1

    Евгений нельзя же так. Ставить точку в «многовековых» спорах и домыслах. Чем людям дальше заниматься?))

  2. 25 Декабрь 2011 в 02:12 | #2

    Соглашусь с Кондаковым Евгением, действительно статья одна из самых доступных для новичков. Буквально две недели назад объяснял, что такое фокусное расстояние, теперь проще сюда отправить, спасибо за разъяснение и работу.

  3. 25 Декабрь 2011 в 03:06 | #3

    @Анатолий
    Спасибо за добрые слова.

  4. Андрей
    20 Май 2012 в 17:49 | #4

    Полнокадровая матрица, или Full Frame – матрица размером 36х24 mm, соответствующая классическому 35 mm кадру. Этот сенсор ставится в профессиональные зеркалки.

    Кроп или кропнутая матрица – матрица размером 22,5х~15 mm (для стандарта APS-C) кроп-фактор 1.6 у Canon, 1.5 для Nikon. Такой матрицей оснащаются любительские зеркалки.

    Что за подмена понятий? Полнокадровый Canon 5D MkII – вполне себе любительская полнокадровая камера. А вот кропнутый Canon EOS 1D Mark IV – очень даже профессиональная

  5. 20 Май 2012 в 18:03 | #5

    @Андрей
    Справедливое замечание, но для понимания таких вещей как кроп-фактор, перспектива, и широкоугольные искажения, эти нюансы не существенны.

  6. Серж
    18 Ноябрь 2012 в 04:39 | #6

    спасибо за статью. Купил камеру и был несколько расстроен из-за искажений по углам. теперь понял в чём дело и как с этим бороться

  7. Юлия
    9 Январь 2013 в 15:02 | #7

    То есть получается что никакими настройками фотоаппарата это не изменить? Иногда бывает что сидишь в небольшом помещении и фотографируешь копанию и кто- то обязательно получается вытянутым :sad: .

  8. 9 Январь 2013 в 23:37 | #8

    @Юлия Да, искажения по краям на широкоугольной оптике так или иначе всегда присутствуют.

  9. Юлия
    15 Январь 2013 в 12:08 | #9

    Жаль что не учла это при покупке. Спасибо за ответ :smile:

  10. Даниил
    21 Апрель 2014 в 17:21 | #10

    Вроде понял, но не очень. То есть целиком верно утверждение о том, что
    50mm x 1.6 = 80mm. На кроп матрице 50mm это идеальный объектив для съемки портретов т.к. его угол зрения 16°. Но ведь угол зрения, я так понял, равен угловому размеру. А угловой размер зависит от расстояния до объекта и высоты объекта. Чем больше расстояние до объекта, тем меньше угловой размер. Отсюда становиться не понятно, что значит угол зрения объектива с фокусным расстоянием 85мм и почему он равен 16°. С какого расстояния его угол равен 16°. Ведь если я снимаю лицевой портрет на 85mm с расстояния 1-го метра, то угловой размер лица будет явно не 16° т.к. лицо будет занимать почти весь кадр.

    В общем статья хорошая, но в голове как-то все смешано. Странно, что все все поняли и ни у кого никаких вопросов нет). За статью спасибо!

  11. 22 Апрель 2014 в 15:35 | #11

    Даниил :
    50mm x 1.6 = 80mm. На кроп матрице 50mm это идеальный объектив для съемки портретов т.к. его угол зрения 16°.

    Если быть точным то есть три угла зрения у объективов, вертикальный, горизонтальный и диагональный. Например у объектива 85 mm на матрице полного размера углы такие:

    Горизонтальный: 23.7°
    Вертикальный: 15.8°
    Диагональный: 28.5°

    Но ведь угол зрения, я так понял, равен угловому размеру. А угловой размер зависит от расстояния до объекта и высоты объекта.

    Угол зрения объектива указывает нам какой сегмент окружающего пространства отображает объектив. Нас окружает пространство со всех сторон – 360 градусов. Объектив показывает нам какую то часть этого пространства, к примеру фишай показывает половину – 180°.

    Угловой размер объекта зависит от его линейных размеров и от расстояния до объекта. То есть, он вообще не зависит от объектива. Просто если этот размер больше чем угол зрения объектива то объект в объектив не влезет.

    В этом случае мы будем вынуждены отходить назад чтобы вместить в кадр весь объект. Когда мы отходим назад то угловой размер объекта уменьшается (за счет увеличения расстояния до него).

    Если отойти назад невозможно, то остается только взять более широкоугольный объектив. Или получить большую широкоугольность путем склейки нескольких кадров в панораму. Других возможностей нет.

  12. Александр
    19 Ноябрь 2014 в 01:41 | #12

    Уважаемый Евгений!

    спасибо Вам большое за подробную статью, но все равно до конца не могу разобраться. Я бывает снимаю и на СФ, и на ФФ, и на кроп, и даже на СФ объективы на кропе иногда)), но вопрос перспективных искажений покоя не дает.

    А именно, вопрос из диалога, который Вы привели в начале статьи:

    Например, у меня Никон FX. «Нужно» ли мне к нему покупать 85мм, или достаточно ли с того же расстояния снять на «полтинник» и обрезать кадр до DX? Останутся ли при этом на картинке «широкоугольные» искажения «полтинника», или картинка превратится в полный аналог 85мм на фф??? (естественно, про рисунок обьектива и разрнеие сейчас не говорим, только про пропорции портрета «на выходе»).

    Другой пример – объектив 27мм для Fuji X. Я понимаю, что кроп «обрезает» его поле зрения примерно до 42мм ЭФР, но остаются ли в кадре, хотя бы частично, перспективные искажения, свойственные 27мм??? Или все остаются «за кадром»?

    Третий пример: тот же Олег Титяев, который снимает в основном на СФ, называет «полтинник» широкоугольником. Объектив 40мм на СФ – это уже УЛЬТРАширокоугольник. Ну а если надеть его на «кроп»? Неужели все перспективные искажения обрежутся и мы получим идеальные портретные пропорции 90 мм???

    Заранее спасибо!

  13. 19 Ноябрь 2014 в 13:29 | #13

    @Александр
    Перспектива кадра и перспективные искажения широкого угла зависят только от угла зрения объектива.

    Путаница началась в тот момент, когда в целях упрощения сделали предположение, что размер матрицы неизменен и всегда равен эталону узкой пленки 36х24 мм. А если матрица неизменна, то угол зрения объектива зависит только от фокусного расстояния. При этом все следствия угла зрения объектива (перспективу и широкоугольные искажения) приписали фокусному расстоянию. А фокусное расстояние здесь вообще не при чем!

    Перспектива и широкоугольные искажения зависят от угла зрения объектива и только. А угол зрения объектива зависит от двух вещей: от фокусного расстояния и от размера матрицы (пленки).

    Чтобы соотнести углы обзора ввели понятие Эквивалентного Фокусного Расстояния. Этот параметр позволяет привести в соответствие углы обзора на разных матрицах. То есть фокусное расстояние 85 мм на полной матрице, показывает тот же угол обзора, что и ЭФР 85 на любой другой матрице.

    Такова теория :) На практике разные объективы могут по разному проецировать сегмент сферы своего угла обзора на плоскость фотографии. Самый яркий пример широкоугольник типа Рыбый Глаз и нормальный широкоугольник. Но объективы даже считающиеся нормальными могут слегка искривлять изображения – давать небольшую бочкообразную или подушкообразную дисторсию. Как правило, этим страдают зум объективы. И как правило эти небольшие искажения легко исправляются в Lightroom или Photoshop инструментом Lens correction.