Некоторые объективы сильно приближают картинку, ими, к примеру, сложно снимать в помещении. Другие, наоборот, имеют слишком широкий угол обзора, поэтому все далёкие объекты на фотографиях кажутся очень маленькими. Как же выбрать объектив с правильным углом обзора для съёмки? Для начала необходимо разобраться с основной характеристикой объективов.
Фокусное расстояние — это физическая величина, характеризующая угол обзора объектива. Поворачивая кольцо зума на объективе, мы меняем его фокусное расстояние.
NIKON D780 / 18-35mm f/3.5-4.5G УСТАНОВКИ: ISO 100, F14, 90 с, 18.0 мм экв.
- Чем больше фокусное расстояние объектива, тем уже его угол обзора. Чем уже угол обзора, тем сильнее объектив приближает в кадре удалённые объекты.
- Чем меньше фокусное расстояние объектива, тем шире его угол обзора. С широким углом обзора удобно как снимать панорамные виды, так и работать в тесном помещении.
Фотография для начинающих. Урок 12: фокусное расстояние
Однако, чтобы понять, какое фокусное расстояние конкретно на вашей камере даст нужный угол обзора, придётся вникнуть в детали.
Во времена фотоплёнки наиболее широкое распространение имела плёнка формата 35 мм — она, как и размеры её кадра (24х36 мм), знакомы всем. И раз на всех камерах площадь кадра была одинакова, то и угол обзора таких объективов можно было удобно охарактеризовать конкретным числом — фокусным расстоянием. Таким образом, достаточно было сказать, что съёмка велась на объектив с фокусным расстоянием 50 мм, и всем было понятно, что фотограф снимал с углом обзора 45°.
Сегодня это также просто работает с полнокадровыми цифровыми камерами. С ними любая оптика с фокусными короче 35 мм принадлежит к классу широкоугольных объективов, а та, что длиннее 70 мм, — к телеобъективам (приближает в кадре отдалённые предметы).
Фокусное расстояние одинаковое, а угол обзора различается из-за размеров матрицы фотоаппарата.
Дело в том, что угол обзора объектива зависит ещё и от размера светочувствительного сенсора. При одном и том же фокусном расстоянии чем меньше сам сенсор, тем уже угол обзора будет получаться на фото.
Относительные размеры матриц различных стандартов, использующихся в современной технике.
Чем меньше матрица фотоаппарата, тем уже угол обзора объектива при том же фокусном расстоянии
Когда человек постоянно пользуется одной камерой, он привыкает к тому, что на его аппарате объектив при определённых фокусных расстояниях даёт тот или иной угол обзора. А некоторые вообще ничего не знают о фокусном расстоянии и довольствуются таким понятием, как зум. Они знают, какой у них угол обзора на самом большом зуме, а какой — на самом маленьком, что помогает им компоновать кадры. Чтобы люди могли в разговоре друг с другом, в статьях, на мастер-классах, лекциях понимать, о каком угле обзора в данном случае идёт речь, было придумано эквивалентное фокусное расстояние (ЭФР).
Эквивалентное фокусное расстояние (ЭФР) — условная характеристика системы объектива и матрицы, дающая представление об угле обзора этой системы. Она показывает, какое фокусное потребовалось бы полнокадровому объективу на полнокадровой камере, чтобы получить такой же угол обзора.
Даже под примерами фото в наших публикациях указывается как реальное фокусное расстояние объектива (физическая величина!), так и эквивалентное фокусное расстояние. Эти цифры будут различаться, если при съёмке использовалась неполнокадровая камера. Это нужно для того, чтобы пользователь всегда мог понять, как фотографию с таким же углом обзора получить на собственном фотоаппарате или смартфоне.
NIKON D3500 УСТАНОВКИ: ISO 100, F16, 5 с, 36.0 мм экв.
Если фотоаппарат (камера с объективом) неполнокадровые, в их характеристиках обычно указывается не только физическое фокусное расстояние объектива, но и эквивалентное фокусное расстояние. Смартфоны — не исключение. Поскольку их матрицы очень маленькие, то для достижения нужного угла обзора фокусные расстояния их небольших объективов будут составлять считанные миллиметры. Поэтому если вы в каком-то обзоре читаете, что смартфон имеет широкоугольный объектив с фокусным расстоянием 16 мм, имейте в виду, что подразумевается не реальное, а именно эквивалентное фокусное расстояние. Ведь именно на полном кадре фокусное расстояние 16 мм будет давать широкий угол обзора.
NIKON D850 / 18.0-35.0 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 64, F16, 300 с, 18.0 мм экв.
Как самостоятельно рассчитать эквивалентное фокусное расстояние
Для этого нужно знать кроп-фактор — разницу в размерах диагонали матрицы вашего фотоаппарата и полнокадровой матрицы. Так, разница диагоналей между матрицей APS-C и полнокадровой составляет 1,5. Поэтому кроп-фактор для APS-C камер и объективов составит 1,5. Зная кроп-фактор, умножим на него реальное фокусное расстояние объектива и получим его ЭФР. К примеру, объектив с фокусным расстоянием 50 мм на камере APS-C будет иметь ЭФР (50 х 1.5) 75 мм, то есть на кропе 50 мм объектив даст такой же угол обзора, как на полном кадре 75 мм.
Камера Nikon Z 50 имеет матрицу формата DX, кроп-фактор 1,5.
Размеры матриц и их кроп-фактор
Укажем кроп-фактор популярных на сегодня стандартов матриц и дадим примеры фотокамер с такими матрицами.
При одном и том же фокусном расстоянии угол обзора тем уже, чем меньше матрица в фотокамере.
- Полнокадровые камеры, размер матрицы 36 х 24мм (Nikon FX). Кроп-фактор полного кадра равен 1. То есть никакой множитель нам не нужен — эквивалентное фокусное расстояние на полнокадровых камерах равно реальному. А значит, обладатели полнокадровых камер здесь в выигрыше: понять, какой угол обзора на их камерах даст тот или иной объектив, гораздо проще. Примеры полнокадровых фотокамер: Nikon D610, Nikon D750, Nikon D780, Nikon D850, Nikon Z 6, Nikon Z 7
Кадр сделан на полнокадровый фотоаппарат. Фокусное расстояние 18 мм на полном кадре — это широкий угол обзора. На камере с матрицей DX (APS-C) такой же угол обзора даст объектив 12 мм (18:1,5 = 12).
NIKON D850 / 18-35 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 31, F8, 15 с, 18.0 мм экв.
- Матрицы APS-C. Размер матрицы — 24 х 16 мм (Nikon DX). Кроп-фактор составляет х1,5. Примеры камер с матрицей APS-C: Nikon D3400, Nikon D3500, Nikon D5300, Nikon D5600, Nikon D7500, Nikon D500, Nikon Z 50.
Объектив с фокусным расстоянием 50 мм на кропе перестаёт быть универсальным. Его ЭФР становится 75 мм. По сути, перед нами уже не штатник, а портретный объектив, который будет заставлять отходить подальше от объекта съёмки. Так, чтобы сделать на «полтинник» поясной портрет, мне пришлось отойти от модели примерно на три метра.
NIKON D3500 / 50.0 mm f/1.4 УСТАНОВКИ: ISO 400, F1.4, 1/125 с, 75.0 мм экв.
- Матрицы Micro 4/3. Такие матрицы сравнительно малы, их размер 18 × 13,5 мм. Их кроп-фактор составляет х2. Эти матрицы используются членами ассоциации Micro 4/3: Olympus, Panasonic и примкнувшими к ним более мелкими производителями (Yongnuo, Xiaomi).
- Матрица 1” имеет физические размеры 12,8 x 9,6 мм. Обратите внимание: хоть эта матрица и называется «Один дюйм» и предполагается, что такова её диагональ, здесь используются особые дюймы. Дело в том, что этот стандарт берёт начало от старого телевизионного оборудования, где использовался так называемый видиконовский дюйм. Он меньше обычного на треть и равен 17 мм. Такие матрицы иногда используются в компактных камерах. Кроп-фактор дюймовой матрицы составляет х2,7.
- Матрица 1/2,3” — стандарт для бюджетных компактных фотокамер, экшн-камер и топовых камерофонов. Если перевести в привычные значения, такая матрица имеет размеры 6,16 х 4,62 мм. Её кроп-фактор — ≈6. Один из неочевидных плюсов маленьких матриц — возможность сделать компактную оптику с очень узким углом обзора (и сильным приближением отдалённых объектов). Такая матрица используется в камере-суперзуме Nikon P1000. Этот аппарат может снимать значительно удалённые от нас предметы крупным планом.
COOLPIX Q15035 УСТАНОВКИ: ISO 100, F7.1, 1/125 с, 2400.0 мм экв.
И если эта камера достаточно компактна и доступна по цене, то на полнокадровой камере вряд ли вообще получится достичь столь узкого угла обзора без использования дополнительной обрезки кадра. Нам, во всяком случае, не приходилось иметь дело с объективами с фокусным расстоянием 3000 мм.
На верхней стороне объектива Nikon P1000 написано реальное фокусное расстояние объектива. Он работает в диапазоне от 4.3 мм до 539 мм.
. что даёт эквивалентное фокусное расстояние объектива 24-3000 мм. К слову, это 125-кратный оптический зум.
COOLPIX Q15035 УСТАНОВКИ: ISO 400, F5, 1/50 с, 600.0 мм экв.
Зачем нужно знать эквивалентное фокусное расстояние на практике
В каждодневных съёмках начинающему фотографу вряд ли пригодится информация об эквивалентном фокусном расстоянии. Здесь достаточно уловить главную закономерность: короткое фокусное расстояние — широкий угол обзора, длинное фокусное расстояние — узкий угол обзора. А конкретные цифры не так важны, главное привыкнуть именно к своей фотокамере. Знание эквивалентного фокусного расстояния пригодится в следующих случаях.
- В общении с другими фотографами, при посещении мастер-классов и лекций. До сих пор многие фотографы, авторы статей и спикеры, снимающие на фуллфрейм, говоря о том, объективами с какими фокусными расстояниями они пользуются, забывают, что, кроме полнокадровой, существует и другая техника. Так, например, многие профи рекомендуют всем и каждому объектив с фокусным расстоянием 50 мм («полтинник») в качестве универсального. А между тем на неполнокадровых камерах такой объектив даст заметно более узкий угол обзора и превратится из универсального штатника в умеренный телеобъектив, будет слишком сильно приближать. Так что универсальный совет снимать на полтинник обладатели кроп-камер должны понимать как «используйте объектив с фокусным расстоянием 35 мм».
- При выборе нового объектива знание ЭФР поможет не запутаться и всегда понимать, какой угол обзора он даст именно на вашей камере с учётом кроп-фактора.
- Знание ЭФР пригодится и в некоторых расчётах. К примеру, в расчёте максимальной выдержки для съёмки с рук лучше использовать именно эквивалентное фокусное расстояние. То же самое и с расчётом выдержки для съёмки звёзд по «правилу 500». С другой стороны, важно запомнить, что при расчёте глубины резкости или гиперфокального расстояния используют реальное, а не эквивалентное фокусное расстояние!
NIKON Z 7 / 70.0-300.0 mm f/4.5-5.6 УСТАНОВКИ: ISO 800, F5.6, 1/800 с, 300.0 мм экв.
Теперь вы знаете, что такое эквивалентное фокусное расстояние и как его использовать на практике. Это сложная тема, которая неизбежно всплывает у фотографов при выборе новой техники и просто при общении друг с другом. Так что разобраться в ней необходимо!
Источник: prophotos.ru
- Вы здесь:
- Главная
- Статьи
- Статьи о видео
- Подбираем фокусное расстояние объектива
Подбираем фокусное расстояние объектива
Подробности Опубликовано: 20 Март 2016 Просмотров: 19845
Хотите, чтобы система видеонаблюдения выполняла свои функции на все сто? Для этого необходимо правильно рассчитать фокусное расстояние.
Очень часто в попытке сэкономить люди самостоятельно подбирают видеокамеры, после чего сильно разочаровываются в работе построенной системы наблюдения. Причин тому может быть множество: неверная схема размещения камер, не тот тип объектива, неправильно подобранные углы обзора. Как бы там ни было, клиент получает не то, чего ожидал. Чтобы вы не попали в подобную ситуацию, рекомендуем ознакомиться с изложенным ниже материалом.
Камера — не глаз
Несмотря на все достижения технического прогресса, даже самой лучшей камере наблюдения всё ещё очень далеко до человеческого глаза. Сколь высоким бы ни было разрешение сенсора, ни одна компактная камера не может тягаться с глазом по части динамического диапазона, различимости деталей и скорости фокусировки на отдельном объекте.
Мы можем смотреть вдаль вплоть до самого горизонта и в следующую секунду рассматривать линии на собственной руке. Мы можем наблюдать за объектом, находящимся справа, затем молниеносно перевести взгляд на другой объект, находящийся на 130° левее. Камера же вынуждена смотреть прямо и всегда на то расстояние и под таким углом, на которое ей позволяет фокусное расстояние объектива. Многие специалисты в сфере видеонаблюдения считают этот параметр чуть ли не более значимым, чем разрешение сенсора, ведь от него напрямую зависит, опознаем ли мы лицо злоумышленника или нет.
Влияние фокусного расстояния на угол обзора
Угол обзора видеокамеры определяется фокусным расстоянием её объектива: чем это расстояние больше, тем меньше угол. Широкий угол зрения позволяет вам держать в кадре большую площадь, но не даёт нужной детализации. В то же время узкий угол даёт прекрасную детализацию обозреваемого сектора, но вместе с тем сужает поле зрения — вы видите меньше. Широкий угол отлично подходит для наблюдения за обширной территорией, например, за участком возле контрольно-пропускного пункта или за стоянкой авто.
Узконаправленный объектив хорошо себя проявляет, когда важно наблюдать один объект с максимально возможной детализацией: это может быть касса супермаркета или рабочее место офисного сотрудника. К слову, достаточно часто покупатели совершают ошибку, полагая, что недостаток детализации при широком угле обзора удастся компенсировать высокой разрешающей способностью. К сожалению, это невозможно: аберрации оптической системы просто не дадут донести до матрицы свет без искажений. Судите сами:
В Сети содержится масса таблиц и формул, помогающих рассчитать фокусное расстояние объектива. Однако все они носят лишь приблизительный характер, а зачастую и вовсе могут ввести в заблуждение неискушённого клиента. Как правило, подобные формулы заимствованы из устаревших справочников и ГОСТов, составленных для аналоговых камер с весьма посредственной матрицей. Чтобы по-настоящему оценить возможности оборудования и понять, с какого расстояния та или иная камера сможет распознать лицо человека или номерной знак авто, нужно посмотреть отснятое ею видео.
Предлагаем вам ознакомиться с нашим роликом, в котором наглядно показана способность камер распознавать лица и номера машин в зависимости от формата (HD или Full HD) и фокусного расстояния объектива. Нами были протестированы объективы 3,6 мм, как наиболее универсальные, а также чуть более узкоспециализированные 6 мм.
Идеальный объектив
В предыдущей статье Вы уже определились с параметрами промышленной камеры, которая подходит для решения Вашей задачи. Настало время выбрать для нее объектив. Они различаются не только типом, разрешающей способностью, углом зрения и размерами, но и конструкцией. Кроме того следует обратить внимание на оптическое разрешение и спектральную пропускную способность объектива.
#1 Какие типы объективов существуют?
Объектив может быть обычным, с разным фокусным расстоянием: широкоугольным, макрообъективом, с переменным или фиксированным фокусным расстоянием, телецентрическим, специальным для «заглядывания» в трубу (эндоскопическим) или для 360° охвата. Кроме того, существуют специальные объективы для съемки в ближнем инфракрасном диапазоне — спектральная пропускная способность объектива.
В классической фотографии часто используются объективы с переменным фокусным расстоянием (вариофокальные или зум-объективы), с помощью которых можно приближать и отдалять «картинку» (вручную или автоматически — с помощью моторизированного привода). В большинстве случаев в системах машинного зрения используются объективы с фиксированным фокусным расстоянием, ведь они дают меньшие оптические искажения и имеют лучшее пространственное разрешение, что позволяет производить измерения параметров с более высокой точностью. Кроме того, при разработке система настраивается под конкретный процесс и в изменении фокусного расстояния чаще всего нет необходимости. Вариофокальный объектив может быть полезен при разработке системы высококачественного видеонаблюдения на базе машинного зрения, когда обычная IP-камера не может обеспечить требуемое качество изображения.
В данной статье речь пойдет об обычных объективах, поскольку именно они чаще всего применяются в системах машинного зрения.
Объективы с фиксированным фокусным расстоянием:
- Обычные:
○ Широкоугольные — до 8 мм;
○ Нормальные — от 8 до 100 мм;
○ Телеобъективы — свыше 100 мм.
Такие объективы подобны зрачку человеческого глаза: удаленные объекты кажутся меньшими по размеру, тогда как приближенные — более крупными.
- Специальные:
○ Макрообъективы — для захвата изображения с малого расстояния. Коэффициент усиления данного объектива больше 1;
- ○ Эндоскопические — объектив, имеющий малое фокусное расстояние (от 3 до 20 мм) и угол зрения от 50 до 135°, а иногда и более;
○ 360° оптика — позволяет осуществлять полную проверку объекта с использованием как можно меньшего количества камер. Например, с помощью 360° объектива достаточно получить одно изображение для обзора верхней и боковой части объекта или внутренней части полости; 
○ Телецентрический объектив — объектив, в котором отсутствуют перспективные искажения и дифракция. Это позволяет производить измерения геометрии объектов с высокой точностью.
#2 Размер сенсора
| Существует термин «поле изображения объектива», который означает площадь, на которую падает свет, проходящий через объектив. Информативным параметром «поля изображения объектива» является его диаметр, который, так же как и формат сенсора камеры (d), указывается в дюймах. | 
|
При неправильном подборе оптики возможно «виньетирование» изображения — явление частичного затемнения углов изображения. Такой эффект может возникнуть, если диагональ сенсора камеры окажется больше диаметра поля изображения объектива.
 |
 |
В идеальном случае объектив 1/3″ с креплением C-Mount (о креплении Вы узнаете в следующем пункте) следует устанавливать на камеру с сенсором формата 1/3″. В этом случае достигается оптимальное использование поля изображения. Если тот же объектив установить на камеру с диаметром сенсора 1/2″, то возникнет виньетирование.
Запомните! Диаметр поля изображения должен соответствовать диагонали сенсора или превышать его!
#3 Чем отличаются крепления?
Соединение между корпусом камеры и объектива называется байонетом. Байонеты соответствуют определенному стандарту и маркируются по типу резьбового соединения на стороне камеры.
| Крепление объектива | S-Mount | CS-Mount | C-Mount | M42×1 | F-Mount |
| Размер сенсора камеры | От 1/6″ до 1/2.5″ | От 1/2″, 1/3″ и меньше | 1/2″, 2/3″ и 1″ | 13/8″ и меньше | |
| Тип камеры | Матричная | Матричная | Матричная, линейная | Линейная | |
| Возможность установки на камеру с резьбой CS-Mount | Необходимо переходное кольцо | Да | Необходимо переходное кольцо | Нет | |
| Стоимость | $ | $$ | $$$ | $$ | $$ |
#4 О чем говорит разрешающая способность объектива?
Выбор объектива VS Technology
Объектив должен обладать достаточной разрешающей способностью, соответствующей размерам пикселя матрицы. Разрешающая способность объектива указывается в парах линий на миллиметр и определяет, сколько линий можно четко различить в одном миллиметре. Чем больше пар линий различимо, тем выше разрешающая способность объектива.
Зная число пар линий на миллиметр N у объектива (указывается в технической документации), можно определить размер пикселя объектива X × X [мкм×мкм]. Для этого воспользуйтесь формулой:
Полученное значение необходимо сравнить с размером пикселя матрицы камеры, которая была выбрана ранее.
Запомните! Размер пикселя объектива должен быть меньше либо равен размеру пикселя матрицы!
#5 Объектив с каким фокусным расстоянием выбрать?
Фокусным расстоянием называется расстояние между оптическим центром объектива и матрицей. Все проходящие лучи света, параллельные оптической оси, пересекаются в точке фокусировки. Таким образом, фокусное расстояние f объектива зависит от преломляющей способности установленных в нем линз и выражается в миллиметрах.
Стоит заметить, что чем меньше фокусное расстояние, тем больше угол обзора, больше оптические искажения и меньше рабочее расстояние.
Фокусное расстояние определяется шириной сенсора, параметрами объекта и рабочим расстоянием. У каждого объектива существует минимальное рабочее расстояние (указывается в характеристиках), которое необходимо учитывать при проектировании системы. Для того чтобы Вам было проще рассчитать фокусное расстояние для Вашей системы, мы предлагаем воспользоваться онлайн-калькулятором.
#6 Что такое диафрагма, и на что она влияет?
Объективы бывают с фиксированной диафрагмой и с регулируемой (в ручную или автоматически).
Выбор значения диафрагмы объектива (аппертуры) непосредственно влияет на качество и яркость изображения. Число F (или деление диафрагмы) представляет собой отношение фокусного расстояния к диаметру отверстия объектива и определяет, насколько раскрыта диафрагма. Чем меньше аппертура F, тем больше открыта диафрагма и тем больше светосила.
Высокое число F означает, что диафрагма раскрыта мало, то есть на сенсор попадает мало света. Если же диафрагма раскрыта широко, то на сенсор попадает больше света, а значит, для получения качественного изображения потребуется меньше дополнительных источников света.
Следовательно, в условиях недостаточной освещенности съемку следует вести с широко раскрытой диафрагмой. Однако при малом раскрытии диафрагмы уменьшаются нежелательные явления, такие как виньетирование и другие аберрации, а также увеличивается глубина резко изображаемого пространства (❓) .
Подведем итог
Основываясь на данной статье, Вы можете с помощью фильтра в каталоге определить какие объективы подходят для Вашей камеры.
После подбора оптики проконтролируйте себя и ответьте на следующие вопросы:
- Крепление объектива совпадает с креплением камеры? Если нет, то имеется ли возможность использовать переходное кольцо?
- Рассчитанное фокусное расстояние совпадает с фокусным расстоянием, которое обеспечивает выбранный объектив?
- Можно ли использовать выбранный объектив для Вашего рабочего расстояния?
- Диаметр поля изображения объектива соответствует диаметру сенсора выбранной камеры?
Если Вы получили 4 утвердительных ответа, то мы Вас поздравляем! Вы абсолютно верно подобрали объектив для проектируемой системы машинного зрения.
Источник: visionmachines.ru