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为什么不同焦距的鱼眼镜头可以达到同样的视角?优质

304次浏览| 2022-07-26 10:29:53 更新
来源:互联网
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对鱼眼镜头来说,并不是按照正切的投影关系,而是故意设计成其他的投影关系,以便容纳更广的视野。那么选用怎样的投影关系呢?一般来说应该要符合这样几个条件:

连续可导

能容纳大视野(甚至超过180),也就是说对应的 y 必须比正切投影关系的 y 要小

形式简单,便于分析计算

最好有一定的物理意义

从这几个条件出发,常见的几种投影方式如下

y = 2 f * tan( heta / 2) 体视投影,Stereographic (conform)

y = f * heta 等距投影,方位等距投影,Linear scaled (equidistant)

y = 2 f * sin( heta / 2) 等立体角投影,方位等积投影,Equal area (equisolid angle)

y = f * sin( heta) 正交投影,Orthographic

其中,第二条等距投影的关系中,可以加入比例系数 k 来调节畸变的程度以适应不同的视野。这几种投影关系中,2.等距投影 和 1.等立体角投影 使用较多,并且也有明确的物理意义(物理意义就不再赘述了,毕竟和这个问题关系有点远了)。

我不知道提问的这两个镜头具体的投影方式,不过民用镜头里面使用 2.等距投影 的较多。假设都是采用这种投影方式,那么即使不同的焦距 f,只要比例系数 k 能对应的话,同样能做到视野180。并且从这个式子可以看出,如果投影方式都是 2.等距投影 的话,这两者的变形程度是一样的。(我原来的答案里说法有误)

当然,对鱼眼镜头来说还有很多投影方式,各自有各自的出发点(并不是简单凑一个数学公式)。考虑投影方式不同,那么不同焦距而视野范围相同就更不奇怪了。

至于为什么普通镜头的投影关系前面没有比例系数 k 也很好理解,如果有了这个 k 那么照片和实物就无法保持"相似"了,就会有变形。

稍等我有空模拟几个图贴出来看看吧,对不同投影方式的成像特点就很直观了

鱼眼镜头的视角太广了,都在180度以上。所以人眼感觉不出视角差距。比较广的鱼眼视角在220-230度。

鱼眼的视角不是固定180的,不同厂商肯定视角和焦距也有区别,另外有些广角镜头的焦距比鱼眼头还要小。

首先是正常的镜头,这是一个视角接近120的超广角镜头,然后是体视投影的鱼眼镜头,焦距是上面那个普通镜头的1.5倍,但是视野范围反而大一些。

当我们在讨论普通镜头视场角和焦距的关系的时候,是以这个事实为基础的。但是,存在径向畸变的“异性”镜头(鱼眼镜头是其中一种)的作用,就是在小孔成像模型中,把成像面变成一个曲面。想象一下,在上图中的模型中,如果把左边的像平面变成一个半球形,像碗一样扣在小孔上,岂不是甭管什么焦距,都能获得 180 度的视场角

现实中的鱼眼镜头基本就是这么个意思,只不过通过复杂的数学运算,设计师们能设计出等效于各种曲面的鱼眼镜头,球面、抛物面,以及只能用多项式去逼近的,没有明确解析式的复杂曲面。甚至能设计出视场角大于 180 度的镜头(*注意,这里只是个形象的比喻,后面我会解释)。

当我们获得了“像曲面”这个概念,基本上就可以对各种广角镜头的工作方式产生“画面感”了。但是,毕竟现实中的 CCD/CMOS 一般还是平面的,或者内部的结构我们都不管,最终你照出来的照片,总归是平面的。所以接下来的问题就是怎么把想象出来的“像曲面”上的像素,映射到平面的照片上?

最直接的影射方式,就是把一巴掌把曲面给“拍扁”了,

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