Fisheye (" Fishay ", transcripción del inglés fish-eye ) es un tipo de lente ultra gran angular con una distorsión aumentada a propósito , otro nombre es una lente distorsionadora (o "distorsionadora") [1] . Se diferencia de los lentes ordinarios ( ortoscópicos ) de foco corto por una pronunciada distorsión en forma de barril [2] , que permite mostrar el espacio y los objetos utilizando proyecciones acimutales , ortográficas o estereográficas , según el diseño óptico específico. Debido a fuertes distorsiones, el campo angular del "ojo de pez" puede alcanzar los 180° o incluso superar este valor, que es inaccesible para la óptica ortoscópica que implementa la proyección gnomónica del espacio circundante [3] .
La característica principal de las lentes de ojo de pez son las distorsiones características, similares al reflejo en una esfera de espejo. Las líneas rectas que no cruzan el eje óptico se muestran como curvas arqueadas y los objetos, a medida que se alejan del centro hacia los bordes del marco, se comprimen fuertemente en la dirección radial [4] . Al mismo tiempo, no siempre se logra una vista hemisférica récord, y para lentes de zoom distorsionados, el campo de visión puede cambiar mientras se mantiene la distorsión [5] [* 1] .
El nombre "ojo de pez" enfatiza la similitud de la imagen dada por tal lente con el efecto de " ventana de Snell " , debido a que los habitantes submarinos ven todo el hemisferio superior del mundo de la superficie dentro de un cono de unos 90 grados de ancho [7] . Esto se debe a la ley de Snell , es decir, una fuerte caída en el índice de refracción en la frontera del agua y el aire. El término "ojo de pez" fue utilizado por primera vez en 1911 por el físico experimental estadounidense Robert Williams Wood en su libro "Physical Optics" [ 8 ] . Cinco años antes, había modelado un sistema óptico similar colocando una placa fotográfica en el fondo de un balde lleno de agua y, a la mitad de la profundidad por encima, una lente con un agujero de alfiler [9] . La imagen resultante, a pesar de la baja calidad, demostró la posibilidad de obtener una vista hemisférica [7] . Más tarde, Wood mejoró la cámara de filmación llenando con agua una caja de metal sellada con un agujero [10] .
La prioridad en la creación de una lente distorsionadora pertenece al bioquímico inglés Robin (Robert) Hill , quien patentó en diciembre de 1923 un sistema óptico de tres lentes consistente en un fuerte menisco negativo ubicado frente a un acromático pegado positivo [11] . Tal dispositivo podría proporcionar un campo angular que cubriera todo el cielo y suficiente para registrar todas las nubes [12] . En este caso, debido a la distorsión no corregida, se dispone de un campo de visión de 180° en la imagen del tamaño final. Una lente ortoscópica no es capaz de proporcionar tal cobertura, ya que las dimensiones de la imagen en este caso tienden al infinito [13] .
La primera lente de Hill, llamada Hill Sky Lens, fue fabricada en 1924 por Beck of London [14] [15] . A pesar de la apertura extremadamente baja de f/22 , la lente produjo una imagen muy nítida en forma de círculo y permitió que un cuadro capturara todo el hemisferio celeste usando una cámara con el mismo nombre Hill Sky Camera. En 1929, el óptico soviético Vladimir Churilovsky calculó el diseño óptico de una cámara gran angular similar, cuya lente consta de un distorsionador negativo de dos lentes y una lente ortoscópica tipo " Tessar " ubicada detrás de ella . La combinación proporcionó un campo angular de 127° con una apertura de f/5,6 [16] . En 1933, sobre la base de la lente Churilovsky, se implementó la tecnología de fotografía aérea de grandes áreas del área con la decodificación de imágenes por un ortotransformador óptico, que introduce distorsiones inversas [17] .
Pronto, también se creó en Alemania un ojo de pez de gran apertura: en 1932, AEG recibió la patente n.º 620.538 para un Weitwinkelobjektiv de cinco lentes desarrollado por Hans Schulz [19] [ 20] [21] . El objetivo era tan bueno que permitía disparar al instante, y ya en 1935 el fotógrafo Umbo realizaba con él espectaculares reportajes [22] . En 1938, sobre la base del desarrollo alemán, heredado por Japón bajo el Pacto del Acero , se creó el Fish-eye Nikkor 16/8.0, después de la guerra se produjo para el “ rolefilm ” [23] [24] . En el mismo año, el óptico alemán Robert Richter diseñó el Zeiss Pleon de seis lentes, que se utilizó durante la Segunda Guerra Mundial para el reconocimiento fotográfico [16] [25] . El "ojo de pez" moderno para cámaras de pequeño formato y cámaras digitales "recortadas" tiene su origen en el siguiente desarrollo alemán Zeiss Sphaerogon, diseñado antes de la guerra por el óptico Willy Merté , y en 1947 sacado a la luz por el Ejército de los EE. UU. junto con otras exhibiciones del Museo Carl Zeiss [26] [27] .
Las primeras lentes distorsionadoras fueron diseñadas para capturar el círculo completo de la imagen, que estaba inscrito en un marco cuadrado o rectangular. En 1963, Asahi Optical lanzó el primer Fish-eye Takumar 18mm f/11 de cuadro completo o "diagonal", que cubría un cuadro rectangular completo con una vista hemisférica solo en diagonal [28] . Este tipo de ojo de pez ha demostrado ser más buscado por los fotógrafos, ya que produce una imagen con una forma familiar. Desde mediados de la década de 1960, las ópticas de distorsión han ocupado un lugar firme en los catálogos de las empresas ópticas, vendidas tanto para fines especiales como como complemento a la línea estándar de lentes ortoscópicos. En la URSS, la óptica distorsionada estuvo disponible para los fotógrafos comunes a fines de la década de 1970 con la llegada de los modelos "civiles" " Zodiak-2" y "Zodiac-8 " [* 2] . Todos ellos eran "diagonales", ocupando la totalidad de los marcos de pequeño y mediano formato , respectivamente [30] [31] . Posteriormente, BelOMO lanzó la producción de lentes circulares " Peleng " [32] .
El "ojo de pez" se ha utilizado en el fotoperiodismo , el arte fotográfico y el cine como un medio vivo de expresión. Las lentes ultra gran angular del primer sistema de cine moderno de formato ancho , Todd-AO , fueron diseñadas para distorsionarse ligeramente para una reproducción de perspectiva natural [33] [34] . Los sistemas cinematográficos esféricos (por ejemplo, IMAX DOME ) se basaron originalmente en el uso de lentes de ojo de pez para filmar y proyectar una imagen en una pantalla hemisférica [35] . Debido a la forma de la pantalla, las distorsiones inherentes a tales ópticas se compensan y los espectadores observan los objetos en una perspectiva normal en ángulos amplios que mejoran el efecto de presencia [36] . Del mismo modo, la proyección de la imagen del cielo estrellado se realiza en los modernos planetarios de cúpula completa [37] .
Todos los objetivos ojo de pez suelen dividirse en dos variedades principales según el grado de llenado de la ventana del marco de la cámara : "circular" y "diagonal" [38] . Ambos tipos de imágenes se pueden realizar simultáneamente en un objetivo zoom , que funciona como un ojo de pez circular en la distancia focal mínima y como uno diagonal en la máxima [6] .
Circular
Diagonal
círculo recortado
Circular
círculo recortado
Otra variedad es intermedia, y el círculo de imagen de la lente no llena completamente el marco rectangular, sino que no se registra en él por completo, quedando recortado en ambos lados. En este caso, el diámetro del círculo se inscribe en el lado largo y no en el lado corto, como en las lentes circulares. La imagen de lentes circulares de fotograma completo montadas en una cámara recortada, así como algunas lentes de zoom en una posición intermedia del anillo de zoom, se ve similar.
Al crear lentes de gran angular convencionales, se esfuerzan por reducir la distorsión a cero : la curvatura de las líneas rectas que no pasan por el centro del marco. Por tanto, la imagen que da una lente ortoscópica equivale a una proyección gnomónica de una esfera sobre un plano. En este caso, es imposible obtener un campo angular de 180°, ya que el borde del campo de visión estará infinitamente distante [13] . Para lograr una visión hemisférica, se introduce deliberadamente una distorsión negativa en la lente durante su desarrollo , lo que proporciona una visualización específica del espacio, dependiendo de la intensidad de distorsión correspondiente a una u otra proyección geométrica [40] [41] . La mayoría de los lentes disponibles para los fotógrafos implementan la proyección de azimut de área igual de Lambert , que se puede lograr con una complejidad óptica mínima. En este caso, la relación entre la distancia focal de la lente y su campo de visión es más complicada que en las lentes ortoscópicas, y depende de la cantidad de distorsión que determina el tipo de proyección de la esfera sobre el plano [42] .
Un objeto | El objeto original en forma de túnel, fotografiado desde su centro hacia la izquierda perpendicular a la pared izquierda (indicado por una flecha) | ||||
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ortoscópico | ojo de pez [43] [44] | ||||
gnomónico | estereográfica [45] | Equidistante | Azimut | ortográfico | |
Esquema | |||||
Vista de imagen |
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Función de visualización [* 3] [44] | [* cuatro] | ||||
Peculiaridades | Muestra el espacio de acuerdo con las leyes de la perspectiva lineal de la misma manera que una cámara oscura . Las líneas rectas se muestran rectas y la forma de los objetos conserva una similitud geométrica. En ángulos de visión muy amplios, los objetos en los bordes del campo de visión se alejan del centro del encuadre. | Conserva los ángulos entre curvas. Preferido para fotografía ya que apenas comprime los objetos en el borde del campo de visión. El campo de visión de las lentes de fotograma completo de este tipo es mayor que el de todas las demás lentes con un campo de visión diagonal igual. Samyang es el único fabricante. | Conserva las dimensiones angulares. Preferido para mediciones de ángulos, incluida la astrofotografía. En la comunidad científica, se considera una "proyección ideal". La proyección equidistante está disponible en las aplicaciones PanoTools para fusionar panoramas. | Conserva las proporciones de área. Más útil cuando necesita hacer coincidir superficies, como nubes o vegetación. Las lentes distorsionadas de este tipo son más ligeras y compactas que otras. El principal inconveniente es la fuerte compresión de los objetos en el borde del campo de visión. | Prácticamente no hay viñeteado y el brillo es uniforme en todo el campo, lo que convierte a estos objetivos en la opción preferida para los estudios fotométricos. Comprime muy fuertemente los objetos en el borde del campo de visión, el más estrecho de todos en la versión diagonal. |
Campo angular máximo | Menos de 180°. Dentro de 130-140° | Ilimitado, puede alcanzar 180° o más | Puede exceder los 180°. Se conocen lentes con cobertura de 250° [* 5] | Ilimitado, puede alcanzar 360° | No puede exceder los 180° |
Distancia focal [*6] |
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Ejemplos [40] [46] [47] | Todas las lentes ortoscópicas |
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La perspectiva, similar a la creada por las lentes de ojo de pez, se puede reproducir mediante fotografía computacional al combinar varias imágenes tomadas con óptica ortoscópica en una sola imagen. La tecnología es especialmente popular en la fotografía panorámica digital . La mayoría de las aplicaciones informáticas diseñadas para pegar panoramas le permiten configurar varias proyecciones de la imagen final, incluida la estereográfica . Al mismo tiempo, la imagen obtenida por el "Ojo de pez" puede transformarse programáticamente en una ortoscópica convencional, pero con una inevitable y fuerte pérdida de calidad en los bordes del campo [49] .
Buque " Akademik Ioffe "
Centro de Ciencias de Glasgow
Toma nocturna del hemisferio celeste
Lente "circular" de
toma de calle
Interior. Lente "diagonal"
Lente "diagonal"
interior del coche
Además de los lentes de ojo de pez completos, se puede lograr un tipo de imagen similar con la óptica convencional con un tipo apropiado de accesorio de gran angular afocal . En este caso, el accesorio, actuando según el principio de " teleobjetivo invertido ", aumenta el campo angular, al tiempo que introduce distorsión. Sin embargo, en términos de complejidad y costo, estos accesorios no son inferiores a lentes similares y, por esta razón, no se usan mucho en fotografía [38] .
Las boquillas de distorsión resultaron ser convenientes para trabajar junto con lentes de zoom de televisión , dando una distorsión característica y aumentando el ángulo de visión, sin embargo, debido a las características ópticas de la óptica de zoom, toda la combinación es operable solo en la posición "macro" con el el zoom no funciona [51] . Además, estos accesorios están diseñados para estar muy cerca de la lente principal, lo que impone ciertas restricciones en el diámetro y el diseño de su montura. Recientemente, se han generalizado las boquillas de distorsión para teléfonos con cámara , a las que se unen con un anillo magnético o un clip especial [52] . El campo de visión de las cámaras con estos accesorios no siempre alcanza los 180°, pero la distorsión característica proporciona el efecto visual necesario sin el procesamiento de imágenes por parte de las aplicaciones apropiadas [53] .
En una lente ojo de pez, es imposible instalar tradicionalmente filtros frente a una lente frontal grande y convexa: en este caso, su marco bloquea inevitablemente el campo de visión. Esto requiere una mayor atención y precisión al disparar, especialmente desde distancias cortas, ya que la lente sin un filtro protector de luz se daña fácilmente. Si es necesario, los filtros se instalan detrás del elemento óptico trasero, lo que dificulta la elección de su posición, que es necesaria para los filtros de gradiente y polarizadores . Dado que un elemento óptico adicional detrás de la lente trasera de la lente afecta sus propiedades ópticas, el diseño proporciona un compensador de vidrio plano-paralelo, que puede reemplazarse si es necesario con el filtro de luz necesario [54] . Algunos fabricantes proporcionan un mango de lente con un bolsillo especial para filtros de gelatina ópticamente neutros en un sustrato delgado y flexible [55] . Los modelos más antiguos de lentes de este tipo tienen discos giratorios incorporados con un conjunto estándar de filtros amarillo, naranja y rojo para fotografía en blanco y negro [24] [56] . La instalación de un parasol en el objetivo también es imposible debido al inevitable viñeteado del campo de visión por este. La mayoría de los lentes diagonales están equipados con un parasol de lente fijo integrado en el marco. Sin embargo, debido a su pequeño tamaño, dicho parasol es ineficaz y, en su mayor parte, realiza la función de valla protectora para la lente frontal [55] .
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