Berbagi teknologi

한어Русский языкEnglishFrançaisIndonesianSanskrit日本語DeutschPortuguêsΕλληνικάespañolItalianoSuomalainenLatina

Dengan munculnya kamera digital dengan ukuran sensor non-standar, tampaknya terdapat banyak kebingungan mengenai panjang fokus, bidang pandang, dan pengganda angka, serta hubungan di antara keduanya. Artikel ini bertujuan untuk mencoba menjernihkan beberapa kebingungan.

Rekomendasi alat NSDT： Kit Pengembangan Tekstur AI Three.js - Generator data sintetis YOLO - Pengeditan daring GLTF/GLB - Konversi online format model 3D - Editor adegan 3D yang dapat diprogram - REVIT mengekspor plug-in model 3D - Mesin pencari semantik model 3D - Kit pengembangan sumbu virtual Three.js - Pengurangan permukaan online model 3D - Pemotongan online model STL 

Pertama mari kita definisikan beberapa istilah:

• Panjang Fokus: Panjang fokus lensa didefinisikan sebagai jarak dari pusat optik lensa (atau titik utama sekunder lensa kompleks seperti lensa kamera) ke fokus (sensor) ketika lensa fokus pada suatu objek. di tak terhingga. Ini adalah sifat fisik utama sebuah lensa dan dapat diukur di laboratorium optik. Tidak peduli pada kamera mana lensa dipasang, panjang fokusnya tetap sama. Lensa dengan panjang fokus 7mm selalu merupakan lensa dengan panjang fokus 7mm, lensa dengan panjang fokus 300mm selalu merupakan lensa dengan panjang fokus 300mm
• Bidang Pandang: Bidang pandang lensa (terkadang disebut sudut cakupan atau sudut pandang) didefinisikan sebagai sudut (dalam ruang objek) di mana suatu objek terekam pada film atau sensor kamera. Hal ini bergantung pada dua faktor, panjang fokus lensa (lihat di atas) dan ukuran fisik film atau sensor. Karena bergantung pada ukuran film/sensor, maka ini bukan merupakan karakteristik lensa yang tetap dan hanya dapat dinyatakan jika ukuran film atau sensor yang akan digunakan diketahui. Untuk lensa yang digunakan untuk membentuk bingkai persegi panjang, biasanya diberikan tiga bidang pandang; FOV horizontal, FOV vertikal, dan FOV diagonal
• Pengganda Digital: Pengganda digital adalah istilah yang mulai digunakan seiring dengan meningkatnya penggunaan kamera digital dengan sensor yang lebih kecil dari ukuran bingkai kamera 35mm. Karena sudut pandang lensa bergantung pada panjang fokus lensa dan ukuran gambar, Anda dapat menentukan "pengganda digital", yaitu angka yang harus ditambah dengan panjang fokus lensa untuk menghasilkan sudut pandang yang sama seperti lensa pada sensor digital. Misalnya, lensa dengan panjang fokus 100mm yang dipasang pada kamera digital dengan sensor pembesaran "1,6x" akan memiliki bidang pandang yang sama pada kamera tersebut dengan lensa 160mm yang dipasang pada kamera full-frame 35mm. Ini masih merupakan lensa dengan panjang fokus 100mm, tetapi berfungsi seperti lensa 160mm pada kamera full-frame.

Dari sudut pandang fotografi, yang paling kami minati adalah bidang pandangnya. Jika kita menginginkan bidikan sudut lebar, kita memerlukan bidang pandang yang luas (misalnya 84 derajat secara horizontal). Jika kita menginginkan pemotretan "normal", kita memerlukan bidang pandang "normal" (misalnya, 40 derajat secara horizontal), dan jika kita ingin pemotretan telefoto, kita memerlukan bidang pandang yang sempit (misalnya, 6,5 derajat secara horizontal).

Gambar kiri: Fisheye Gambar kanan: Dikonversi dari garis lurus fisheye

Bagi mereka yang terbiasa memikirkan kamera 35mm, ini sesuai dengan lensa dengan panjang fokus masing-masing 20mm, 50mm, dan 300mm. Namun bagi pengguna kamera 4x5 akan mempertimbangkan lensa wide-angle 80mm, lensa standar 200mm, dan lensa telefoto 1200mm.

Oleh karena itu, bidang pandang tidak ditentukan oleh panjang fokus, melainkan oleh panjang fokus dan ukuran format. Itu sebabnya ketika kita berbicara tentang DSLR format APS-C (sensor sekitar 15mm x 22mm), lensa sudut lebar sekarang menjadi 12,5mm, lensa standar sekarang menjadi 32mm, dan lensa telefoto sekarang menjadi 188mm. Perhatikan bahwa angka-angka ini sama dengan angka 35mm dibagi dengan "pengganda angka 1,6x" (atau dalam hal ini "pembagi angka 1,6x").

1. Lensa linier dan lensa fisheye

Dalam fotografi, Anda akan menemukan dua jenis lensa.

Yang pertama adalah lensa bujursangkar, yaitu lensa tipikal yang menjadikan semua garis lurus pada subjek sebagai garis lurus pada gambar (lihat gambar di bawah). Kurang lebih seperti inilah cara mata kita melihat, dan persis seperti cara kamera lubang jarum melihat. Untuk penggunaan normal dan telefoto, lensa bujursangkar ideal, namun tidak untuk penggunaan sudut lebar ekstrem. Pada lensa sudut sangat lebar, objek di dekat tepi bingkai akan "diregangkan". Juga tidak mungkin membuat lensa bujursangkar dengan cakupan 180 derajat (hemisferis).Faktanya, sulit untuk mengambil bidikan bujursangkar dengan cakupan horizontal lebih dari 100 derajat

Jenis lensa yang kedua adalah lensa fisheye. Lensa fisheye menampilkan garis lurus yang tidak melewati bagian tengah bingkai sebagai kurva (walaupun garis yang melewati bagian tengah tetap berupa garis lurus). Benda yang berada di tepi bingkai tidak meregang, melainkan berubah bentuk. Sangat mudah untuk membuat lensa dengan cakupan diagonal 180 derajat (“lensa fisheye full-frame”), atau bahkan lensa dengan bidang pandang horizontal, vertikal, dan diagonal 180 derajat (“fisheye bingkai melingkar lensa") – meskipun ini menghasilkan gambar bulat dengan sisa bingkai menjadi gelap.

Lensa fisheye awalnya dibuat untuk penggunaan ilmiah dan dapat digunakan dalam penelitian astronomi dan meteorologi karena lensa ini memiliki cakupan hemisferis yang memungkinkannya memotret seluruh langit dalam satu bingkai. Kamera "mata ikan" pertama adalah kamera lubang jarum yang diisi air, namun untungnya teknologi telah menemukan cara yang lebih mudah untuk membuat gambar mata ikan!

Gambar di atas menunjukkan model lubang jarum untuk lensa bujursangkar dan mata ikan. Pada lensa fisheye, cahaya sudut lebar lebih banyak dibelokkan ke arah tengah bingkai. Untuk mencapai hal ini dengan lensa asli, elemen depan negatif yang sangat besar dan sangat melengkung harus digunakan, seperti yang ditunjukkan pada diagram lensa di bawah ini:

2. Hitung bidang pandang lensa linier

Bidang pandang lensa bujursangkar yang terfokus pada tak terhingga dapat dihitung dengan sangat mudah menggunakan fungsi trigonometri sederhana. Rumusnya adalah:

FOV (bujursangkar) = 2 * arctan (ukuran bingkai/(panjang fokus * 2))

Ini diaframe sizeMengacu pada ukuran bingkai gambar dalam arah FOV, jadi untuk 35mm (yaitu 24mm x 36mm), ukuran bingkai FOV horizontal adalah 36mm, ukuran bingkai FOV vertikal adalah 24mm, dan ukuran bingkai diagonal FOV-nya 43,25 mm.

Bidang pandang menyempit bila lensa difokuskan lebih dekat dari tak terhingga, namun perubahannya sangat kecil kecuali Anda masuk ke rentang makro. Rumus koreksinya adalah:

FOV (lurus) = 2 * arctan (ukuran bingkai/(panjang fokus * 2 * (m+1)))

di dalamm adalah pembesaran. Pada tak terhingga, m=0, maka rumus pertama berlaku. Untuk kamera full-frame 35mm, bidang pandang horizontal lensa 50mm yang difokuskan pada tak terhingga adalah kira-kira 39,6 derajat. Untuk lensa 50mm yang sama dengan fokus pada 0,55m, dengan perbesaran 0,1, bidang pandang menyusut hingga 36,2 derajat, sehingga Anda dapat melihat bahwa bahkan untuk fokus sangat dekat (0,55m kurang dari 22 inci) FOV tidak berubah banyak .

Pembesaran dapat diperkirakan dengan:

m = (panjang fokus)/(jarak fokus - panjang fokus)

Ini adalah grafik sudut pandang horizontal versus panjang fokus lensa 50mm pada bingkai 35mm. Seperti yang Anda lihat, sudut pandang tetap konstan hingga panjang fokus menjadi sangat pendek.

Berikut plot yang sama pada sumbu logaritmik sehingga Anda dapat melihat dengan lebih baik bagaimana segala sesuatunya berubah pada panjang fokus pendek:

3. Hitung bidang pandang lensa fisheye

Situasi dengan lensa fisheye lebih rumit karena tidak ada persamaan yang disebut "fisheye". Sebaliknya, ada beberapa "persamaan pemetaan" atau "proyeksi" berbeda yang digunakan oleh produsen lensa fisheye berbeda.

Yang paling umum mungkin adalah proyeksi sudut equisolid. FOV dari fokus tak terhingga adalah sebagai berikut:

FOV (equisolid fisheye) = 4 * arcsin (ukuran bingkai/(panjang fokus * 4))

Proyeksi isometrik juga populer, dan bidang pandangnya diberikan oleh:

FOV (equidistance fisheye) = (ukuran bingkai/panjang fokus) * 57,3

Dalam rumus di atas, 57,3 digunakan untuk mengubah radian ke derajat.

Yang kurang umum adalah proyeksi ortografik, yang memberikan bidang pandang berikut:

FOV (orthogonal fisheye) = 2 * arcsin (ukuran bingkai/(panjang fokus *2)

Proyeksi stereoskopis memberikan:

FOV (stereographic fisheye) = 4 * arctan (ukuran bingkai/(panjang fokus * 4))

Tentu saja, seperti halnya lensa bujursangkar jarang yang benar-benar bujursangkar (lensa mengalami distorsi laras dan bantalan), lensa mata ikan umumnya tidak mengikuti pemetaan persis yang disarankan oleh persamaan ini. Hal ini biasanya tidak menjadi masalah kecuali Anda mencoba melakukan penelitian ilmiah yang melibatkan konversi titik secara akurat pada gambar mata ikan menjadi koordinat "dunia nyata".

Anda dapat menganggap berbagai proyeksi bujursangkar dan mata ikan agak mirip dengan proyeksi peta. Kita semua tahu bahwa Bumi berbentuk bulat, namun kita dapat merepresentasikannya dengan menggunakan proyeksi Mercator untuk merepresentasikan garis lintang dan bujur pada peta persegi panjang dengan garis lurus horizontal dan vertikal. Hal ini dapat dilihat sebagai analogi pemetaan lensa bujursangkar. Namun, seperti halnya lensa bujursangkar yang cenderung merentangkan objek di tepinya, proyeksi peta ini juga merentangkan area di dekat kutub. Proyeksi lensa fisheye akan sesuai dengan berbagai proyeksi peta dimana garis lintang dan bujur tidak lagi berupa garis lurus tetapi proporsional dengan luas seperti sudut azimuth. Setiap skema pemetaan mendistorsi “realitas” dalam beberapa cara. Kita lebih terbiasa melihat yang satu atau yang lain, jadi kita berasumsi bahwa yang satu "normal" dan yang lain "bengkok", tapi itu tidak sepenuhnya benar.

Grafik di bawah menunjukkan hubungan antara bidang pandang dan ukuran bingkai untuk panjang fokus tertentu lensa bujursangkar dan empat jenis lensa mata ikan. Seperti yang Anda lihat, berapa pun ukuran bingkainya, lensa bujursangkar tidak dapat mencapai bidang pandang 180 derajat, namun semua lensa fisheye bisa. Anda juga dapat melihat bahwa bidang pandang bertambah seiring dengan ukuran bingkai untuk semua bidikan.

C dan D masing-masing merupakan mata ikan dengan jarak yang sama dan sudut padat yang sama (yang paling umum), B dan E masing-masing adalah mata ikan tiga dimensi dan ortogonal (jarang digunakan).

Perhatikan bahwa Anda tidak bisa begitu saja mengambil lensa apa pun dan menggunakan bingkai yang sangat besar untuk mendapatkan bidang pandang yang luas. Lingkaran bayangan suatu lensa adalah diameter bayangan terbesar yang dapat dibentuk oleh lensa. Vignette lensa di luar diameter ini dapat memotong gambar karena terbatasnya ukuran optik atau fitur desain lainnya. Lensa yang dirancang untuk digunakan dengan kamera full-frame 35mm harus dirancang dengan lingkaran gambar minimal 43,5 mm, karena dimensi diagonal bingkai 35mm adalah 43,25mm. Sangat sulit untuk membuat lensa dengan panjang fokus pendek dengan lingkaran gambar yang besar.

4. Contoh

Dengan menggunakan informasi di atas, kita dapat menghitung, misalnya, bidang pandang lensa fisheye full-frame yang dirancang untuk 35mm bila digunakan pada kamera APS-C. Mari kita ambil lensa fisheye 15mm sebagai contoh. Asumsikan menggunakan proyeksi equicube, sehingga FOV diberikan oleh 4 * arcsin (ukuran bingkai / (panjang fokus * 4)).

Untuk bingkai 24 x36mm, ini memberikan FOV horizontal 147,5 derajat, FOV vertikal 94,3 derajat, dan FOV diagonal 185 derajat.Canon memberikan nomor untuk lensa fisheye 15/2.8-nya sebagai 142, 92 dan 180, jadi pemetaannya tidak persis sama, tetapi tipikal lensa fisheye full frame dengan cakupan diagonal sekitar 180 derajat

Untuk sensor 22,7 x 15,1mm (APS-C), angkanya menjadi: Horizontal FOV = 88,9 derajat, Vertical FOV = 58,3 derajat, Diagonal FOV = 108,1 derajat. Jika Anda "menghilangkan fisheye" pada gambar fisheye, yaitu mengonversi gambar menjadi peta bujursangkar, bidang pandang horizontal dan vertikal akan dipertahankan, tepi gambar akan diregangkan, dan bidang pandang diagonal akan dikurangi. Jadi jika Anda melakukan "fisheye" pada gambar, Anda akan mendapatkan gambar dengan bidang pandang horizontal sekitar 88 derajat dan bidang pandang vertikal sekitar 58 derajat. Ini setara dengan bidang pandang horizontal lensa 19mm dan bidang pandang vertikal lensa 22mm. Bagaimana ini mungkin? Jika ini adalah sensor APS-C, saat gambar "fisheyeed", rasio vertikal dan horizontal adalah 1:1,5, dan mendekati 1:1,7

---

Tautan asli:Panjang fokus kamera dan bidang pandang - BimAnt