По диапазону значений

Классификация фотографических объективов

Вид просветления.

Наличие асферических линз.

Диаметр и шаг резьбы для присоединения светофильтров.

Тип байонета или диаметр резьбы для крепления к камере — для сменных фотографических или киносъемочных объективов.

Коэффициент геометрического виньетирования.

Коэффициент пропускания света.

Разрешающая способность в центре и на краю.

Дополнительные и уточняющие:

1. Рабочий отрезок или рабочее расстояние — для сменных объективов. Расстояние между опорной плоскостью присоединительной оправы и фокальной плоскостью объектива. В большинстве случаев определяется типом байонета, имеет важное значение для резьбовых типов крепления (так. объективы с присоединительной резьбой М39×1 выпускались и под рабочий отрезок 28.8 мм для дальномерных камер «Leica», «ФЭД», «Зоркий», и под рабочий отрезок 45.2 мм для зеркальных камер «Зенит»).

2. Минимальное относительное отверстие (максимальное число диафрагмы, например 16 или 22) — определяется конструктивными особенностями диафрагмы.

3. Минимальная дистанция фокусировки (МДФ), или максимальный масштаб макросъёмки для макрообъективов (например, 55 мм, 1:1) — определяется фокусным расстоянием и конструкцией оправы[источник не указан 618 дней].

5. Графики MTF (Модуляционная передаточная функция — уточняет разрешающую способность).

6. Число линз и групп линз. Большее количество линз позволяет конструкторам рассчитать объектив с лучше исправленными аберрациями, однако уменьшает светопропускание и повышает риск паразитных переотражений, снижающих контраст изображения. Кроме того, большее число поверхностей, которые надо полировать, увеличивает себестоимость производства и ужесточает требования к точности изготовления каждой детали. Именно поэтому до сих пор с успехом применяются и будут применяться такие простые оптические схемы, как Тессар.

9. Конструкция и особенности оправы и байонета. Например, «Помповая» оправа (от сходства с помповым ружьём)— изменение фокусного расстояния и наводка на резкость осуществляется одним кольцом, осевое перемещение которого меняет фокусное расстояние, а поворотом осуществляется наводка на резкость. Более традиционным является наличие двух различных органов управления.

По виду применяемой оптической (аберрационной) коррекции:

• Ахромат — объектив с минимальной хроматической аберрацией.
• Апланат — симметричный объектив, состоящий из двух ахроматических линз.
• Анастигмат — объектив, у которого значительно уменьшен астигматизм и все остальные аберрации. Практически все современные фотографические, киносъемочные и телевизионные объективы — анастигматы.
• Апохромат — анастигмат, у которого лучше устранена хроматическая аберрация.

Фикс — любой объектив с фиксированным фокусным расстоянием, жаргонное слово, сокращение, используемое для противопоставления вариообъективам. В кинематографическом обиходе такие объективы называются дискретными.

• Вариообъектив — объектив с переменным фокусным расстоянием (трансфокатор, «зум»).

Широко применяется классификация фотографических объективов по углу поля зрения или по фокусному расстоянию, отнесённому к размерам кадра. Эта характеристика во многом определяет сферу применения объектива:

• Нормальный объектив — объектив, у которого фокусное расстояние примерно равно диагонали кадра. Для 35-мм плёнки нормальным считается объектив с фокусное расстоянием 50 мм, хотя диагональ такого кадра равна 43 мм. Угол поля зрения нормального объектива от 40° до 51° включительно (часто около 45°). Считается, что восприятие перспективы снимка, сделанного нормальным объективом, наиболее близко к нормальному восприятию перспективы окружающего мира человеком.^[3][4]
• Широкоугольный объектив (син. короткофокусный объектив) — объектив, с углом поля зрения от 52° до 82° включительно, фокусное расстояние которого меньше широкой стороны кадра. Часто используется для съёмки в ограниченном пространстве, например интерьеров.
• Сверхширокоугольный объектив — объектив, у которого угол поля зрения 83° и более, а фокусное расстояние меньше малой стороны кадра. Сверхширокоугольные объективы обладают преувеличенной передачей перспективы и часто используются для придания изображению дополнительной выразительности.
• Портретный объектив — если данный термин применяется к диапазону фокусных расстояний, то обычно подразумевается диапазон от диагонали кадра до трёхкратного её значения. Для 35-мм плёнки портретным считается объектив с фокусным расстоянием 50—130 мм и углом поля зрения 18—45°. Понятие портретного объектива условно и относится кроме фокусного расстояния к светосиле и характеру оптического рисунка в целом.
• Длиннофокусный объектив (часто и некорректно именуемый телеобъективом) — объектив, у которого фокусное расстояние значительно превышает диагональ кадра. Имеет угол поля зрения от 10° до 39° включительно, и предназначен для съёмки удаленных предметов.
• Сверхдлиннофокусный объектив — объектив, угол поля зрения которого 9° и менее.

Рисунок 94. Классификация объективов по углу поля зрения

• В настоящее время массовое применение получил современный тип объективов с переменным фокусным расстоянием, называемый вариообъектив (трансфокатор, «зум» (англ. Zoom)).

По назначению (съёмочные объективы).

· Портретный объектив — используется для съёмки портретов. Должен давать мягкое изображение без геометрических искажений. В качестве портретных часто используются телеобъективы или объективы с фиксированным фокусным расстоянием в диапазоне 80—200 мм (для 35 мм плёнки). Классическими являются 85 мм и 130 мм. Специализированный портретный объектив спроектирован так, что минимальные аберрации показывает при фокусировке с нескольких метров то есть именно при съёмке портрета, в ущерб качеству изображения «на бесконечности». Практически обязательным для портретного объектива является большое (лучше, чем 2.8) относительное отверстие, и очень важен характер бокэ;

· Макрообъектив — объектив, специально корригированный для съёмки с конечных коротких расстояний. Как правило, применяется для макросъёмки небольших объектов крупным планом, вплоть до масштаба 1:1. Позволяют производить съёмку с повышенным контрастом и резкостью. Обладают меньшей светосилой, чем аналогичные по фокусному расстоянию объективы другого типа. Типичное фокусное расстояние от 50 до 100 мм. Кроме того, обычно имеет специальную оправу.;

· Длиннофокусный объектив — как правило, используется для съёмки удалённых объектов. Длиннофокусный объектив, в котором расстояние от передней оптической поверхности до задней фокальной плоскости меньше фокусного расстояния, именуется телеобъектив;

· Репродукционный объектив — используется при пересъёмке чертежей, технической документации и т. д. Должен обладать минимальными геометрическими искажениями, минимальным виньетированием и минимальной кривизной поля изображения;

· Шифт-объектив (объектив со сдвигом, от англ. shift) — используется для архитектурной и иной технической съёмки и позволяет предотвратить искажение перспективы.

· Тилт-объектив (объектив с наклоном, от англ. tilt) — используется для получения резкого изображения неперпендикулярных оптической оси объектива протяжённых объектов при макросъёмке, а также для получения художественных эффектов.^[6].

· Тилт-шифт объектив - класс объективов, сочетающий в себе сдвиг и наклон оптической оси. Позволяет использовать возможности карданных камер в малоформатной фотографии. Крупнейшие производители фототехники имеют в линейке оптики хотя бы один такой объектив, например Canon TS-E 17 F4L.

· Стеноп (пинхол) (объектив камеры-обскуры, маленькая дырочка, от англ. pinhole) — используется для съёмок пейзажей или иных объектов с очень большими выдержками и с получением в одном кадре одинаково резкого изображения от макро расстояний до бесконечности;

· Софт-объектив (мягкорисующий объектив, от англ. soft) — объектив с недоисправленными аберрациями, обычно сферической, или с вносящими искажения элементами конструкции. Служит для получения эффекта размытости, дымки и т. п. при сохранении резкости.^[7] Применяются в портретной съёмке. Немногим близкий эффект дают так называемые «фильтры мягкого фокуса»^[8];

· Суперзум (тревел-зум) (англ. travel zoom) — универсальный вариообъектив относительно малого веса и максимального диапазона фокусных расстояний. Используется при пониженных требованиях к качеству снимка и повышенных — к оперативности использования и массе.

· Ультразум — суперзум, который отличается повышенными кратностью диапазона фокусных расстояний, обычно начиная с пяти.

· Гиперзум — суперзум, кратность диапазона фокусных расстояний которого обычно больше 15. Распространены в профессиональных видеокамерах и компактных фотоаппаратах, например, Fujinon A18x7.6BERM^[9], Angenieux 60x9,5^[10], Nikon Coolpix P500 (кратность 36), Sony Cyber-shot DSC-HX100V (кратность 30), Canon PowerShot SX30 IS (кратность 35), Nikon Coolpix P90 (кратность 24). Качество изображения объектива, необходимое в видеокамерах, особенно стандартной четкости, позволяет строить объективы с большой кратностью. Кроме того, при малой диагонали матриц видеокамер и компактных фотоаппаратов, габариты вариообъектива с большим диапазоном фокусных расстояний несравнимо меньше, чем были бы при таких же параметрах для формата APS-C. Студийные видеокамеры могут оснащаться вариообъективами с кратностью, равной 50 и даже 100.

Рисунок 95. Оптические схемы фотографических объективов. А-«Индустар»; б-«Юпитер-12»;в -«Юпитер-в»;г –«Гелиос-40»; д-«Мир-1»;е-«МР-12»; ж-«Телемар»;и-«МТО-600»;

Рисунок 96. Основные характеристики объектива

Основой цифровой фото-видео техники является её приёмник - матрица. Вкратце напомним, что матрица состоит из множества светочувствительных ячеек – пикселов. Каждая ячейка при попадании на нее света вырабатывает электрический сигнал, пропорциональный интенсивности светового потока. Поскольку используется информация только о яркости света, картинка получается черно-белой, а чтобы она была цветной, используют целый ряд технологий. Ячейки покрывают цветными фильтрами – в большинстве матриц каждый пиксел покрыт красным, синим или зеленым фильтром (только одним!), в соответствии с известной цветовой схемой RGB (red-green-blue). Эти цвета как известно – основные, а все остальные получаются путем их смешения и уменьшения или увеличения их насыщенности. На матрице фильтры располагаются группами по четыре, так что на два зеленых приходится по одному синему и красному. Так делается потому, что человеческий глаз наиболее чувствителен именно к зеленому цвету.

Световые лучи разного спектра имеют разную длину волн, поэтому фильтр пропускает в ячейку лучи только своего цвета. Полученная картинка состоит только из пикселов красного, синего и зеленого цвета – именно в таком виде записываются файлы формата RAW (сырой формат). Для записи файлов JPEG и TIFF процессор камеры анализирует цветовые значения соседних ячеек и рассчитывает цвет пикселов. Этот процесс обработки называется цветовой интерполяцией, и он исключительно важен для получения качественных фотографий.

Рисунок 97. Такое расположение фильтров на ячейках матрицы называется шаблоном Байера

Основных типов матриц два, и они различаются способом считывания информации с сенсора. В матрицах типа CCD (ПЗС) информация считывается с ячеек последовательно, поэтому время обработки файла может занять довольно много времени. Хотя такие сенсоры «задумчивы», они относительно дешевы и к тому же уровень шума на полученных с их помощью снимках меньше.

Рисунок 98.Матрица типа ПЗС и КМОП-матрица

В матрицах типа CMOS (КМОП) информация считывается индивидуально с каждой ячейки. Каждый пиксел обозначен координатами, что позволяет использовать матрицу для экспозамера и автофокусировки. Описанные типы матриц – однослойные, но есть еще и трехслойные, где каждая ячейка воспринимает одновременно три цвета, различая разноокрашенные цветовые потоки по длине волн.

Рисунок 99.Трехслойная матрица

Выше уже был упомянут процессор камеры – он отвечает за все процессы, в результате которых получается картинка. Процессор определяет параметры экспозиции, решает, какие параметры нужно применить в данной ситуации.

От процессора и программного обеспечения камеры зависят качество фотографий и скорость работы камеры.

Именно цифровые видео системы в основе которых лежит матричный ПОИ стали причиной бурного развития прикладных телевизионных систем в самых различных отраслях в последние годы:

· Космические исследования.

· Атомные исследования,

· Контроль промышленной продукции,

· Диспетчеризация производства,

· Учебное телевидение

· Широкий спектр военных технологий от разведки до наведения

· другие отрасли

Литература.

1. С.А. Родионов /«Основы оптики; конспект лекций»/СПбГУ ИТМО 2000 г.

2. / «Прикладная оптика»/

3. Д. Н. Черкасова, А. В. Бахолдин /«Оптические офтальмологические приборы и системы»/ Часть I Санкт-Петербург 2010.

4. С.Б. Лукин / КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО КУРСУ ОЭС/ СПбГУ ИТМО 2004г.

5. С.М.Латыев / Конструирование точных (оптических) приборов; Электронный учебник по дисциплине: "Основы конструирования оптических приборов". СПбГУ ИТМО

6. С.С. Митрофанов / «Теоретические и физические основы устройства ОП»/ Электронный учебник по дисциплине: "Прикладная оптика". /СПбГУ ИТМО, кафедра КиПОП

7. https://biggest.su/samyj-bolshoj-teleskop/

8. В. Самохин, Н. Терехова /«Видеопроекция сегодня и завтра»

9. Г.М. Голин, С.Р. Филонович/ «Классики физической науки.» / М.: Высш. шк., 1989. – 576 с.

10..А.А. Майкельсон / «Исследования по оптике.»/ М. – Л., 1928

11. Ю.В. Коломийцев /«Интерферометры»/ Л., 1976

12. https://www.krugosvet.ru/enc/nauka_i_tehnika/fizika/OPTIKA.html?page=4,6

13. А.Н. Захарьевский / «Интерферометры» /1952.

14. М.М. Мирошников / «Теоретические основы ОЭП»/ «Машиностроение «1977г.

15. М.М. Русинов / «Габаритные расчёты оптических систем» Москва 1963

16. Г.Г. Слюсарев / «Расчёт оптических систем»/ Ленинград «Машиностроение «1975г.

17. Г.Г. Ишанин, М. Г. Козлов, К.А. Томский / «Основы светотехники»/ СПб 2004г