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槐花村人 2011-01-20 17:36

鱼眼镜头相关技术知识介绍

鱼眼镜头的原理 ZBJ3VK  
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人眼的结构
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鱼眼的结构
鱼眼镜头是一种超广角的特殊镜头,其视觉效果类似于鱼眼观察水面上的景物,我们知道,鱼的眼睛其实同人眼构造类似,但是人眼的水晶体是扁圆形的,因此可以看到更远处的东西,而鱼的眼睛水晶体是圆球形,因此虽然只能看到比较近的物体,却拥有更大的视角,也就是看得更加广阔,直说一鱼眼的水晶体弧度会如此高,主要就是为了应对水中光线的折射率问题,我们看杯子中的筷子会觉得筷子变弯了,这就是典型的折射。 UiIF6-ZZ!  
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以上就是典型的水在光线中的折射关系,根据光路可逆的规律,也就是说,如果在水中看空气中的东西的话,同样会有折射现象存在,而鱼眼镜头的原理就是根据这个获得的,如果说鱼眼在水中的视角是150度,那么其到空气中的视角可能就要达到180度。而鱼眼镜头的思路就是来自于这种特点,当然其实同鱼眼观察水面以外物体的关系真的不大,只是体现的效果比较类似,毕竟这里不存在水的折射率,只是镜头设计者研究了鱼眼的结构,才搞出了有意思的鱼眼镜头。 ?'w sIH]m  
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尼康8mm f/2.8圆形鱼眼镜头拍摄样片
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鱼眼镜头的设计中心思想就是,拥有更大的球面弧度(类似鱼眼的球形水晶体),成像平面离透镜更近(鱼眼的水晶体到视网膜距离很近)。 j{;|g%5t  
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鱼眼镜头视角可以接近或者超过180度,对于135画幅的相机来说,鱼眼镜头的焦段多在6-16mm之间,视角一般都在170度左右,由于视角超大,因此其桶形弯曲畸变非常大,因此画面周边的直线都会被弯曲,只有镜头中心部分的直线可以保持原来的状态。 vCb]%sd-U  
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180度鱼眼
150度鱼眼
120度鱼眼
90度鱼眼
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鱼眼镜头无论如何它的边缘线条都是要弯曲的,即使90度的鱼眼也是这样,这种畸变我们在很多广角镜头上都可以看到,而这就是明显的桶形畸变。同样的120度的鱼眼看起来弯曲的更加厉害一些了,而且被容纳进范围的景物更多;150度同样如此,而180度的鱼眼则可以把镜头周围180度范围内的所有物体都拍摄进去。 b+@D_E-RJ  
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从结构上来说,鱼眼镜头确实也是类似于鱼眼的结构,并且鱼眼镜头派生出两种类型,一种称为Circular Image Fisheye(圆形鱼眼),另外一种称为Full Frame Fisheye(全幅鱼眼)。圆形鱼眼是鱼眼镜头的鼻祖,其设计的视角基本在180度以上,因此画面中只能看到圆形部分,这种镜头一般拥有超大的前组镜片,且镜片弯曲度非常大(为了采集来自更多方向的光线),自然成本也极高,目前基本上已经很少有厂商继续生产圆形鱼眼镜头了,这主要还是出于成本的考虑。 94{)"w]  
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圆形鱼眼镜头拍摄的照片
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转化成360度环视照片
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鱼眼镜头的好处很多,由于视角大,其可以容纳的场景会更多,而且可以适应很多狭小空间的拍摄需求,并且随着数字化的普及,鱼眼镜头实现360度环视效果变得非常方便,而且这个往往也要比普通的接片更方便。 gvyT-XI  
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圆形鱼眼镜头的成像效果
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尼康的9片5组圆形鱼眼镜头设计(镜头长度88mm)
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主流的圆形鱼眼镜头的生产厂商并不多,这里还是有必要提一下,尼康绝对是圆形鱼眼镜头生产的王者,1962年就提出了8mm鱼眼镜头的结构(9片5组),这款镜头直接奠定了尼康在这个领域的领导地位。
槐花村人 2011-01-20 17:40
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12片9组设计的220度视角鱼眼镜头 
1973年的6月5日,尼康推出了惊人的6.3mm鱼眼,这款镜头的视角竟然达到了220度,其镜头长度也非常惊人,达到205mm。
  尼康的6mm/f2.8鱼眼镜头是迄今为止视角最大的鱼眼镜头了(一般非大光圈圆形鱼眼镜头都很小巧),尺寸达到236x171x160mm,重达5.2公斤! }ug xN0  
此外,还有一些镜头也值得一提,奥林巴斯的8mm鱼眼、宾得的8mm鱼眼,这也都是比较常见的圆形鱼眼镜头。但这些镜头的结构都类似于尼康的设计,只是视角有所不同而已。当然需要明白的是,全圆鱼眼镜头最终视角同其最大光圈有很大关系,诸如尼康的6mm/ f5.6镜头的视角远小于6mm/f2.8,而且成本也低廉许多。
全幅鱼眼镜头也称对角线鱼眼镜头,其特点是整个画面并不出现遮角现象,是完整的24x36mm画幅,但画面的几何图形仍具有集中于画面中部的鱼眼视觉效果。全幅鱼眼是目前比较流行的产品,各大厂商均有推出,主要还是因为全幅鱼眼没有镜头遮挡,且生产成本要比圆形鱼眼镜头便宜许多,更多的人可以接受,于是这种镜头就是更多人所追求的了。这类镜头的视角一般在100-180度之间,部分版本也可以实现诸如180度这种大视角的拍摄,因此这种镜头自然慢慢会流行起来,并且逐步取代圆形鱼眼镜头(当然在部分特殊拍摄的时候,圆形鱼眼无法替代)。
10片8组结构
说到180度视角的对角线鱼眼镜头,美能达不得不提,其1971年提出的16mm 180度对角线鱼眼镜头结构成为日后其他厂商生产对应镜头的参照之一,可见美能达在广角研发上的视力同样相当强大。对角线鱼眼镜头之所以成本可以降低,主要是因为其不再需要巨大的球面前组,而只是要一枚内弧比较大的前组镜片就行了,并且通过复合的镜头结构来对镜头的象场进行修正,最终获得180度的象场。
目前具有180度视角的对角线鱼眼镜头在产的还是比较多的,诸如尼康的AF Nikkor 16/2.8、Sigma 15mm F2.8 EX DG(在35mm相机上无法实现全幅覆盖)等等。
随着数码化的到来,使用传统胶片来拍摄的人越来越少了,但是由于APC-S幅面的数码单反依旧占据市场主流,而这些产品在使用原有广角镜头的时候优势就不太明显了,1.5x的焦距转换系数会让原本“宽广”的成像范围变得“狭窄”起来。因为其视角产生了很大的变化,但是显然广角的效果就丢失了许多,于是生产镜头的厂商纷纷就开始在应对APS-C的幅面上研究新的镜头,很快这些厂商就推出了对应的10mm-14mm这种焦段的镜头,在APS-C的数码单反上,其实际焦距大约为15-21mm左右,也可以基本满足用户的需求了。
而对于广角之王(指的是视角范围)的鱼眼来说,这方面却没有太大的新发展,除了尼康2003年推出的一个AF Nikkor 10.5/2.8mm DX(使用在APS-C幅面上相当于16mm左右)镜头属于全幅鱼眼镜头以外,其他厂商还没有推出过其他全面幅鱼眼镜头(适马推出的15/2.8虽然也是180度的视角,但其焦段放到数码单反上显然就失去了原本的意义)
尼康针对传统相机的16/2.8对角线鱼眼镜头
从Nikkor 10.5mm/2.8鱼眼对比Nikkor 16mm/2.8鱼眼镜头来看,在APS-C幅面上的效果,很显然10.5mm/2.8鱼眼镜头可以得到更加广阔的空间,但是针对APS-C幅面的鱼眼镜头却要比全幅的复杂得多,以尼康的10.5mm/2.8鱼眼对比16mm/2.8鱼眼镜头的结构就可以看到明显的差距。
10.5mm/2.8,10片7组结构,在APS-C幅面上视角为180度
16mm/2.8采用8片5组,使用在全幅相机上视角为180度,APS-C幅面上为107度
hopebox 2011-01-29 10:12
thanks a lot for making the resources available!!!
leizi5416 2011-01-31 13:00
谢谢楼主分享
gd395467031 2011-02-04 19:07
生物本身的科学很多啊,就够研究一阵子了!
dyn8422 2011-02-19 16:17
谢谢分享,有没有其他应用领域的?
huifen66 2014-10-07 22:55
怎么看不到图片呢?
zqfid536 2016-01-12 08:54
图片显示不了啊
nimizi 2016-01-12 21:56
谢谢楼主分享
lihang 2016-07-20 00:11
谢谢楼主
coldsea 2016-11-18 15:42
图片看不到了  不过我在百度文库里找到了      
龙涛 2019-07-21 19:55
感谢楼主~
zgfjfzfq 2020-11-09 09:47
没有图配亲
xiangcha 2020-11-17 14:05
非常好的讲解文
huyue84 2021-10-08 17:09
优化顺序和操作数是什么呢
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