Виньетирование

03/08/2016 - 18:14
Виньетирование

Фотография, у которой края бумаги градиентно затемняются, называется виньеткой. Виньетку делают преднамеренно, как художественный прием. Тем не менее, на фотографии иногда можно заметить непреднамеренное затемнение углов. Это явление на фотографии называется виньетированием.

Есть три разных типа виньетирования, имеющих разные причины. Естественное и оптическое виньетирование происходит от оптической схемы объектива, а геометрическое виньетирование связано с добавлением к объективу механических конструкций.

Естественное и оптическое виньетирование проявляется в градиентном смещении яркости изображения от центра к краям: в центре ярче к краям — темнее. В объективах с большими значениями диафрагмы наблюдаются оба этих явления и комбинированный эффект часто обозначается термином «затухание освещения». Геометрическое виньетирование также приводит к градиентному затемнению, но тип затемнения обычно более резкий и проявляется он в основном как полное затемнение краев.

 

Оптическое виньетирование

Большинство объективов в определенной степени имеют эффект оптического виньетирования. Наибольший эффект наблюдается при открытой диафрагме, а наименьший при прикрытии ее на несколько стопов. Вместе с натуральным виньетированием, оптическое виньетирование проявляется в градиентном затемнении от центра к краям. Это затухание яркости обычно незаметно, но оно замечается, когда снимаемый объект имеет большую поверхность с одинаковым цветом или яркостью. Контраст объекта также играет роль: чем выше контрастность, тем более выраженный эффект.

На Рис. 1 показано оптическое виньетирование объектива Carl Zeiss Planar 50/1.4 на примере фотографии кирпичной стены. На полностью открытой диафрагме мы имеем «яркое пятно» в центре и затемнение по краям. Когда диафрагма прикрыта до значения f/5.6 (фото справа) то падение освещения не наблюдается, оно равномерно по всему кадру.

оптическое виньетирование

Рис. 1. Пример оптическое виньетирование, фото сняты объективом Carl Zeiss Planar 50/1.4. Слева на f/ 1.4, справа — f/5.6

Оптическое виньетирование еще называют искусственным виньетированием. Его происхождение связано с тем простым фактом, что объектив имеет свою длину. Косо падающий свет сталкивается с меньшим отверстием объектива, чем свет, который проходит прямо. На Рис. 2 показан объектив, который используется при фотографировании стены на Рис. 1, здесь показано два разных значения диафрагмы и две различные точки съемки. Белые отверстия вверху обозначают входной зрачек, при котором значение диафрагмы видно через линзы объектива фронтально с позиции оптической оси. Входной зрачок является диафрагмой для света, который фронтально проходит в объектив и попадает в центр изображения.

оптическое виньетирование

Рис. 2 Planar 50/1.4 при f/1.4 (слева) и f/5.6 (справа). Вид на оптической оси (вверху) и при полуобороте (внизу)

Нижняя иллюстрация показывает объектив в полуобороте. Здесь белые отверстия соответствуют диафрагме для света, который идет к углу изображения. При f/1.4 чистая диафрагма заметно снижается по сравнению со случаем на оси. Входной зрачок частично экранирован корпусом объектива, в этом случае оправами переднего элемента и заднего элемента. Здесь объектив собирает меньше света для внеосевых точек чем для точек на оси, и, следовательно, изображение по углам будет темнее, чем центр изображения. При f/5.6 входной зрачок значительно меньше, и на него уже не влияет корпус объектива. Следовательно, для косо падающего света диафрагма такая же, как и для прямо падающего, поэтому оптическое виньетирование отсутствует.

 

Эффект кошачьего глаза

Последствиями оптического виньетирования для объекта съемки, который находится в фокусе является просто затемнение по углам изображения. Однако оптическое виньетирование также влияет и на изображение на фотографии, которое вне фокуса. Поскольку форма точек вне фокуса в светах отображает форму диафрагмы, в случае с открытой диафрагмой в положении как на Рис. 2 слева внизу, точки вне фокуса будут иметь такой же рисунок. Такую форму боке еще называют «кошачьим глазом», или «лимончики в боке». На Рис. 3 наглядно показывает сходство между формой диафрагмы и элементами вне фокуса, которые ее отображают. С возрастанием расстояния от оптической оси кружочки в боке заметно сужаются и начинают напоминать форму кошачьего глаза. Чем больше эта дистанция, тем тоньше эти «глазки».

Эффект кошачьего глаза

Рис. 3. Эффект кошачьего глаза. В прямоугольной области показана белая линия из точек, фрагмент которой увеличенно показан ниже. (фото Питера Боэхмера)

Эффект кошачьего глаза можно легко заметить и в видоискателе зеркального фотоаппарата. Просто наведите резкость на ближних предметах и понаблюдайте за формой огней, которые вне фокуса. Судя по толщине этих точек можно судить о степени виньетирования. Также, с прикрытием диафрагмы можно таким образом наблюдать и пропадание виньетирования. Например у объектива Planar 50/1.4 виньетирование почти полностью пропадает при диафрагме f/2.8.

Оптическое виньетирование наблюдается у большинства фотографических объективов, чем объектив широкоугольнее и чем светосильнее, тем оптическое виньетирование сильнее. Зум объективы часто обременены изрядной долей оптического виньетирования из за своей длинной конструкции. Большие передние или задние элементы объектива помогают снизить этот тип виньетирования и часто применяются в конструкциях широкоугольных объективов.

 

Естественное виньетирование

Естественное виньетирование еще называют естественным падением освещения оно зависит от оптической схемы объектива и сильнее проявляется в широкоугольных объективах. Оно подчиняется закону падения освещения cos4. В противовес распространенному мнению, этот закон действует не в пространстве объектов, а в пространстве изображений. Это измеряется на заднем конце объектива как угол, при котором свет падает на сенсор (пленку).

Для иллюстрации естественного виньетирования и разницы между оптическими схемами объективов, рассмотрим два примера. Хотя дальномерные широкоугольные объективы лучше скорректированы чем их ретрофокусные, в плане дисторсии и хроматических аберраций, они имеют недостаток в падении освещенности.

На Рис. 4 рассмотрены две широкоугольные оптические схемы, это Carl Zeiss Distagon 21/2.8 и Carl Zeiss Biogon 21/2.8. Вверху — ретрофокусная ассиметрическая схема объектива для зеркальных фотоаппаратов Contax (а также и для других зеркалок). Внизу — симметрическая схема объектива для дальномерных камер Contax G. Черные полоски показывают актуальное размещение лепестковой диафрагмы, красные полоски показывают выходной зрачок, являющийся апертурным стопом диафрагмы, который видит человек, когда смотрит в объектив с задней стороны. Выходной зрачок проецирует свет на  пленку (матрицу) и очерчивает световой конус, полученный точкой на пленке (Рис. 5).

Естественное виньетирование

Рис. 4. Проецирование изображения по отношению к положению выходного зрачка для двух широкоугольных объективов 21/2.8. Верху —  ретрофокусная ассиметрическая схема Distagon 21/2.8 для зеркальных камер. Внизу — схема объектива Biogon 21/2.8 для дальномерных камер. Угол b у светового конуса на двух схемах отличается.

Выходной зрачок дальномерного объектива расположен на расстоянии от пленки примерно равном фокусному расстоянию объектива. В то время как выходной зрачок ретрофокусной схемы удален от пленки на гораздо большее расстояние. Так, угол b у желтого конуса, формирующего изображение на пленке, больше у Biogon чем у Distagon. Этот угол очень важен для закона распределения света cos4. На Рис. 5 показан увеличенный фрагмент заднего конца схемы Biogon, где рассмотрены 2 конуса, один — формирующий точку на оптической оси (центр изображения), второй — формируюзий точку не на оси (угол изображения).

Естественное виньетирование

Рис. 5. Закон распределения света cos4, показанный на примере схемы Biogon.

В сравнении с центром изображения освещение на углу меньшее по трем причинам. Во-первых здесь присутствует фактор cos2(b), из-за закона обратных квадратов: свет, проходящий на угол проходит большее расстояние чем свет, проходящий к центру. Во-вторых, зрачок видимый с точки, находящейся не на оси не круглый, а имеет форму эллипса, и имеет меньшую площадь по сравнении с круглым зрачком, который в центре. Это второй фактор cos(b), однако следует отметить, что этот фактор является приближенным. Он будет влиять в том случае, когда диаметр зрачка не сильно маленький, в сравнении с расстоянием до пленки. И в третьих, пока свет доходит до центра пленки с нормальным падением,, на периферию кадра он доходит под углом b. Это еще один фактор cos(b). Этот эффект относится к закону Ламберта и его можно сравнить с поздним полуденным солнцем, которое освещает землю меньше, чем солнце в полдень, так как тот же солнечный луч распространяется на большую площадь. Совместное действие всех факторов cos(b) является снижением света на углах изображения по закону cos4.

Отметим, что закон cos4 не является законом как таковым, скорее это совокупность факторов косинуса, которые могут или не могут присутствовать в конкретной ситуации.

 

Геометрическое виньетирование

Когда механические детали объектива, заслоняют его поле зрения, углы изображения получают меньше света, чем если бы этих деталей не было. Это может быть оправа объектива, бленда, накрученный светофильтр или все вместе. Этот тип виньетирования называют геометрическим, или еще механическим.

Бленда или фильтры ограничивают косые лучи, попадающие во входной зрачок и затемняют его. Как решение проблемы рекомендуется использовать аксессуары, которые соответствуют данному объективу. Даже один толстый светофильтр может уже виньетировать широкоугольный объектив, поэтому при покупке таких аксессуаров рекомендуется их проверять.

Геометрическое виньетирование

Рис.7. Типичный случай геометрического виньетирования. Объектив Distagon 28/2 @ f/11 + бленда Contax #3)

Рис. 7 иллюстрирует типичный случай геометрического виньетирования. Фото сделано объективом Distagon 28/2, с установленной на него блендой Contax #3, которая просто длинная для этого объектива. Графическое объяснение показано на Рис. 8. Объектив Distagon сфокусирован на бесконечность с диафрагмой f/11. Угол изображения, освещаемый оранжевым лучом, приходящим с бесконечности, идет к входному зрачку (красная линия). Угол, образующийся лучом и оптической осью соответствует 37 градусам. При отсутствии бленды, оранжевый луч полностью доходит до входного зрачка, но с блендой входной зрачок недостижим для оранжевого луча. Зрачок затмила бленда и углы изображения вообще не получили света.

Геометрическое виньетирование

Рис. 8 не показывает преломление лучей. Для геометрического виньетирования достаточно рассмотреть входной зрачок и препятствие в передней части объектива.

 

Выводы
В данной статье мы рассмотрели три причины виньетирования.

Оптическое виньетирование возникает из-за размеров объектива: точки объекта вне оси из-за меньшего отверстия, получают меньше света, чем точки на оптической оси. Это можно исправить прикрыв диафрагму. Если прикрыть диафрагму хотя-бы на один стоп, то виньетирование значительно уменьшается, а полностью пропадает — прикрыв на 2-3 стопа.

Затемнение углов, которое наблюдается на прикрытых диафрагмах возникает из-за есстесвенного виньетирования. Естественное виньетирование нельзя исправить прикрытием диафрагмы. Сильное естественное виньетирование исправляют градиентным светофильтром, который затемняет центр изображения, а края остаются без изменений.

И наконец, геометрическое виньетирование возникает из-за дополнительных присоединений к объективу. Углы изображения могут быть полностью темными и это возникает только из-за вины фотографа, использовавшего некорректные аксессуары.

Все типы виньетирования наиболее проявляются при фокусировке на бесконечность. При ближней фокусировке поле зрения уменьшается и размер круга изображения увеличивается и виньетируемая часть изображения остается за кадром. Нужно знать, что в первую очередь на размер круга изображения влияет оптическое виньетирование. Естественное виньетирование также имеет место, поскольку выходной зрачок находится на определенном расстоянии от пленки (по крайней мере у большинства объективов).

Также хочется упомянуть, что виньетирование это не всегда плохо. Разработчики объективов могут намеренно ввести виньетирование для уменьшения аберраций, жертвуя площадью покрытия поля для лучшей резкости и контраста.

Кроме того, эффект виньетирования может быть использован в художественной съемке чтобы и выделить таким образом объект, находящийся в центре кадра.

 

© Paul van Walree 2002–2015

Источник: http://toothwalker.org/optics/vignetting.html

 


Понравилась статья? Поделись с друзьями.




Аватар пользователя Анонім
Добавить комментарий