Ändert sich die Brennweite in einem Bild?

Wenn ein Bild von einer ebenen Fläche parallel zu einer (als perfekt angenommenen) Linse aufgenommen wird, ist der Maßstab der Objekte (und damit die Brennweite) über das gesamte Bild gleichmäßig? z.B. Würde ein Objekt in der Mitte eines Bildes kleiner sein als an einer Kante?

Es gibt wirklich keine "theoretisch perfekte" geradlinige Linse mit einem perfekt flachen Fokusfeld und ohne geometrische Verzerrung. Selbst ein Objektiv, das perfekt zu seiner Blaupause passt, würde eine solche Perfektion nicht demonstrieren. Eine theoretische dünne Linse zeigt eine Feldkrümmung sowie mehrere andere Aberrationen . Verschiedene Korrekturelemente, die zur Korrektur dieser Aberrationen verwendet werden, führen zu einem Fokusfeld, das eher wie eine Lasagnennudel als wie eine flache Ebene geformt ist. In einer sehr hochwertigen Flachfeldlinse ist die Lasagnennudel fast flach, enthält aber immer noch einige Wellen. Verbundlinsen weisen auch geometrische Verzerrungen auf.

Anders ausgedrückt, geometrische Verzerrungen werden nicht dadurch verursacht, dass wir keine Linse herstellen können, die perfekt zu ihrer Blaupause passt. Die Verzerrung ist dem Design der Linse selbst und den Eigenschaften der Brechungsoptik und des sichtbaren Lichts inhärent. Es gibt keine theoretische Möglichkeit, alle geometrischen Verzerrungen bei allen Wellenlängen des sichtbaren Lichts gleichzeitig perfekt zu korrigieren. Dies liegt daran, dass dieselben Brechungslinsen unterschiedliche Wellenlängen des sichtbaren Lichts um geringfügig unterschiedliche Beträge biegen. Wenn wir eine Linse für eine Wellenlänge perfekt machen, zeigen Wellenlängen, die länger und kürzer als die optimale Wellenlänge sind, immer noch Aberrationen wie chromatische Aberrationen, was einen Unterschied in der Vergrößerung aufgrund von Unterschieden in den Wellenlängen für dieses Linsendesign darstellt.

Die geometrische Verzerrung wird je nach Design des Objektivs mehr oder weniger stark korrigiert. Eine Linsenverzerrung führt dazu, dass Elemente in Teilen des Sichtfelds der Linse mehr oder weniger vergrößert werden als in anderen Teilen des Sichtfelds. Wenn die Mitte stärker vergrößert ist als die umgebenden Kanten und Ecken, nennen wir diese Laufverzerrung, weil sie wie die Seite eines alten Holzfasses aussieht, das sich in der Mitte ausbaucht. Wenn die Mitte kleiner als die Kanten ist, nennen wir diese Nadelkissenverzerrung, weil sie einem Nadelkissen ähnelt, das von Näherinnen verwendet wird. Es gibt Fälle, in denen es eine Mischung aus beiden Arten von Verzerrungen gibt, und wir nennen diese Schnurrbartverzerrung normalerweise .

Obwohl wir uns normalerweise nicht auf die verschiedenen Vergrößerungen in verschiedenen Bereichen des Sichtfelds eines Objektivs aufgrund geometrischer Verzerrungen mit unterschiedlichen Brennweiten beziehen, tritt dies auf und kann gemessen werden.

DxO Mark demonstriert dies mit seinem "Distortion Profile" -Diagramm. Die vertikale Achse ist die "echte Brennweite" in Millimetern. Die horizontale Achse ist die Position von der Mitte des Sichtfelds des Objektivs links bis zum Rand rechts. Diese drei Objektive weisen eine Tonnenverzerrung auf, wenn die Objektive bis auf 24 mm herausgezoomt werden. Beachten Sie, dass die Mitte von zwei der drei Objektive bei 24 mm eine Vergrößerung von rechts aufweist, die Vergrößerung jedoch an den Kanten auf etwa 23 mm abfällt. Das andere Objektiv beginnt in der Mitte bei 24,5 mm und fällt am Rand auf etwa 23,5 mm ab.

Am anderen Ende ihres Brennweitenbereichs weisen diese drei Objektive eine Nadelkissenverzerrung auf, die für Zoomobjektive ziemlich typisch ist. Beachten Sie, dass das 24-70-Objektiv von Mitte bis Kante nur von ca. 67 mm auf ca. 68,5 mm ansteigt. Die beiden 24-105-Objektive nehmen jeweils etwas mehr zu, von etwa 105 mm auf 108 mm und von 103 mm auf etwa 107 mm.

Im Allgemeinen zeigen geradlinige Zoomobjektive typischerweise eine stärkere geometrische Verzerrung als geradlinige Prime-Objektive, insbesondere an den Extremen ihrer Brennweitenbereiche. Selbst die meisten sehr teuren Zoomobjektive weisen eine größere geometrische Verzerrung auf als viele gut gestaltete und preisgünstigere Prime-Objektive. Je größer das Verhältnis zwischen der kürzesten und der längsten Brennweite des Zoomobjektivs ist, desto schwieriger ist es, die Verzerrung an beiden Enden des Brennweitenbereichs zu kontrollieren. Wenn Sie es an einem Ende des Brennweitenbereichs stärker korrigieren, wird es am anderen Ende tendenziell schlechter. Dies gilt insbesondere für Objektive mit Retrofokus- Designs am breiten Ende ihres Brennweitenbereichs und beim Übergang zum TeleobjektivDesigns durch ihre längeren Brennweiten. Dies ist zusammen mit den schmaleren maximalen Blendenöffnungen einer der größten Nachteile von All-in-One-Zoomobjektiven mit sehr großem Verhältnis, wie z. B. einem 18-300-mm-Objektiv.

Es gibt optische Aberrationen mit "Zylinder" - und "Nadelkissen" -Verzerrung, bei denen die Vergrößerung über das Bild variiert - dies wird nicht im Hinblick auf eine Änderung der Brennweite diskutiert.

Bei einer Tonnenverzerrung werden Objekte, die näher an der Bildmitte liegen, stärker vergrößert als die Seiten. Anstatt wie ein flaches Flugzeug auszusehen, sehen Sie etwas, das wie die Seite eines Fasses aussieht. Mit Nadelkissenverzerrung erhalten Sie einen konkaven Effekt.

Weitere Informationen finden Sie im Wikipedia-Artikel über optische Aberration

Eine geradlinige Linse ist eine Linse, die gerade Linien gerade hält. Es ist leicht zu erkennen, dass dies bedeutet, dass Objekte gleicher Größe erhalten bleiben, unabhängig davon, wo im Bild sie liegen.

Die typischen Objektive, die wir verwenden, sind geradlinig (abgesehen von optischen Fehlern, aber Sie haben ein perfektes Objektiv angenommen), aber sehr Weitwinkelobjektive sind normalerweise krummlinige Fischaugenobjektive, die die Linien nicht gerade und die Größe konstant halten.

Die Brennweite ist per Definition eine Messung, die durchgeführt wird, wenn das Objektiv ein weit entferntes Objekt abbildet (∞ unendlich). Bei der Abbildung von Objekten in der Nähe wird die Distanzlinse zum Bild verlängert. Wir sprechen jetzt von "Back Focus".

Alle Objektive projizieren ein kreisförmiges Bild, das weitaus größer ist als der digitale Sensor oder Film. Dieses Bild ist im zentralen Bereich des projizierten Bildes am hellsten und schärfsten. Sowohl die Helligkeit als auch die Schärfe fallen an den Rändern des Rahmens ab. Der Teil des Bildes, der bildlich nützlich ist, wird als Kreis guter Definition bezeichnet. Die Gründe für den Abfall sind vielfältig. Wenn man jedoch von der Mitte auf die Linse zurückblickt, sieht man einen Kreis, wenn man von den Rändern des Rahmens zurückblickt, sieht man ein Oval. Mit anderen Worten, die kreisförmige Öffnung wird von den Rändern des Formats aus als oval wahrgenommen. Sie müssen wissen, dass die Oberfläche des Objektivs gekürzt wird, wenn ein Bild nahe den Grenzen des Kreises mit guter Definition projiziert wird. Hier kommt weniger Licht an und die Verwirrungskreise sind ebenfalls oval. Dies ist ähnlich wie der kreisförmige Strahl einer Taschenlampe, der aus einem Winkel auf eine Oberfläche scheint. Dieser Abfall wird als Cosign-Fehler bezeichnet und führt dazu, dass weniger Lichtenergie an den Rändern ankommt (Vignette). Aufgrund dieser und anderer Faktoren fällt die Definition an den Rändern ab.

Ein weiterer Aspekt, der ins Spiel kommt, ist die Schärfentiefe, ein Gegenstück zur Schärfentiefe. Wir sprechen über das Toleranzabstandsbild zum Objektiv. Konvergierende Strahlen, die von der Mitte kommen, werden in einer anderen Entfernung fokussiert als Strahlen, die von den Rändern der Linse kommen. Somit variiert die Rückfokusentfernung über die Bildfläche.

Unter dem Strich leiden alle Linsen unter Aberrationen, die gemindert werden müssen. Welches am stärksten korrigiert wird, hängt von der Entwurfsaufgabe des Objektivs ab. Variationen in der Entfernung des hinteren Fokus von der Mitte zur Kante sind eine der Krankheiten, mit denen wir uns auseinandersetzen müssen.