¿Cuál es la diferencia entre la distorsión de perspectiva y la distorsión de barril o alfiletero?

He escuchado de:

• distorsión de perspectiva
• distorsión de barril
• distorsión de alfiletero
• distorsión del bigote

¿Cuáles son estos diferentes tipos de distorsión y cómo se relacionan? ¿Qué los causa y pueden corregirse en el campo o en la posproducción de software?

¿Qué pasa con la "proyección de ojo de pez"? ¿Es eso un tipo de distorsión también?

También he escuchado los términos "distorsión de la lente" y "distorsión geométrica": ¿son esos tipos de distorsiones aún más, o categorías más amplias, o qué?

La perspectiva está determinada por la posición de la cámara en relación con la escena . Cuando la posición de una cámara produce una perspectiva que hace que un objeto o escena se vea diferente de lo que podríamos esperar, llamamos a esa distorsión de perspectiva .

Todas las demás distorsiones enumeradas son el resultado de la forma en que las lentes doblan la luz a medida que la luz pasa a través de ellas. Son el resultado de la geometría con la que una lente proyecta una imagen virtual de la escena a partir de la cual se originan los rayos de luz que pasan a través de la lente.

Distorsión de perspectiva

La distorsión de perspectiva es una especie de nombre inapropiado. Realmente solo hay perspectiva . Está determinado por la posición de visualización de una escena. En el contexto de la fotografía, la perspectiva es el resultado de la posición de la cámara en relación con la escena, así como de las posiciones de los diversos elementos en la escena entre sí. Lo que llamamos distorsión de perspectiva es una perspectiva que nos da una vista de una escena u objeto dentro de esa escena que es diferente de lo que normalmente esperaríamos que parezca la escena u objeto.

Si se toma una foto de un cubo tridimensional desde una posición muy cercana a una esquina, la esquina más cercana del cubo parece estar estirada hacia la cámara. Si se toma una foto del mismo cubo desde una distancia mucho mayor y una distancia focal mucho más larga para que el cubo tenga el mismo tamaño en el marco, la misma esquina del cubo parece estar aplanada.

_{Derechos de autor de la imagen 2007 SharkD , con licencia CC-BY-SA 3.0}

Muchas personas no entienden que es la distancia focal de las lentes lo que causa la diferencia. No es . Es la posición de disparo utilizada para enmarcar el cubo con las dos lentes diferentes. Si tuviéramos una cámara y una lente gran angular, ambas con suficiente resolución, y tomáramos el cubo con la lente gran angular desde la misma posición que habíamos llenado el marco con el cubo usando la lente de mayor distancia focal y luego recortamos la foto resultante el cubo es del mismo tamaño, la perspectiva también sería la misma: el cubo aparecería tan plano como cuando lo grabamos con la lente más larga.

Si se toma una foto de un rascacielos rectangular desde la acera a través de una calle estrecha, la parte superior del edificio se verá mucho más estrecha que la inferior. (A menos que usemos adecuadamente una lente de control de perspectiva de inclinación / cambio o una cámara de visión capaz de movimientos de control de perspectiva ). Cuando vemos la escena con nuestros propios ojos, nuestro cerebro compensa esta diferencia y percibimos que la parte superior del edificio está del mismo ancho que el fondo. Pero cuando vemos la foto que tomamos desde el mismo lugar, no le damos a nuestro cerebro la misma batería de pistas (principalmente nuestra visión estéreo debido a que tenemos dos ojos) y nuestro cerebro no percibe la foto de la misma manera. percibió la escena real desde la misma posición.

Lo mismo es cierto cuando tomamos un retrato de una cara desde una distancia tan cercana que la nariz se ve dos veces más grande que las orejas. La nariz está mucho más cerca de la cámara que las orejas que parecen mucho más grandes en proporción a las orejas de lo que realmente son. Cuando vemos la cara de otra persona desde esa distancia con nuestros ojos, nuestro cerebro procesa la escena y corrige las diferencias de distancia entre las diversas partes de la cara que tenemos delante. Pero cuando vemos una foto tomada desde la misma distancia, nuestro cerebro carece de todas las pistas que necesita y no puede construir el mismo modelo 3D corregido en nuestra percepción de la foto.

Considere lo que llamamos compresión de teleobjetivo :

Supongamos que está a 10 pies de distancia de su amigo Joe y tome su fotografía en orientación vertical con una lente de 50 mm. Digamos que hay un edificio a 100 pies detrás de Joe. El edificio mide 10 veces la distancia de la cámara como lo está Joe, por lo que si Joe mide 6 pies de alto y el edificio mide 60 pies de alto, aparecerán a la misma altura en su foto, ya que ambos ocuparían aproximadamente 33º del ángulo de 40º de Vista de una lente de 50 mm a lo largo de la dimensión más larga.

Ahora retrocede 30 pies y usa una lente de 200 mm. Su distancia total de Joe ahora es de 40 pies, que es 4 veces más que los 10 pies que usó con la lente de 50 mm. Dado que está utilizando una distancia focal que es 4 veces la original de 50 mm (50 mm X 4 = 200 mm), aparecerá en la segunda foto la misma altura que en la primera. El edificio, por otro lado, ahora está a 130 pies de la cámara. Eso es solo 1.3X en la primera toma (100 pies X 1.3 = 130 pies), pero ha aumentado la distancia focal en 4X. Ahora el edificio de 60 pies de altura parecerá tener aproximadamente 3 veces la altura de Joe en la imagen (100 pies / 130 pies = 0.77; 0.77 X 4 = 3.08). Al menos lo haría si los 60 pies pudieran caber en la imagen, pero no puede caber a esa distancia con una lente de 200 mm.

Otra forma de verlo es que en la primera foto con la lente de 50 mm, el edificio estaba 10 veces más lejos que Joe (100 pies / 10 pies = 10). En la segunda foto con la lente de 200 mm, el edificio estaba solo 3.25X más lejos que Joe (130 pies / 40 pies = 3.25), a pesar de que la distancia entre Joe y el edificio era la misma. Lo que cambió fue la relación entre la distancia de la cámara a Joe y la distancia de la cámara al edificio. Eso es lo que define la perspectiva: la relación de las distancias entre la cámara y varios elementos de una escena.

Al final, lo único que determina la perspectiva es la posición de la cámara y las posiciones relativas de los diversos elementos de la escena.

Para ver cómo afecta incluso una pequeña diferencia de perspectiva a una imagen, consulte: ¿Por qué el fondo es más grande y más borroso en una de estas imágenes?

Distorsiones de lentes

Las distorsiones de la lente son causadas por la forma en que una lente proyecta una imagen virtual de la luz que entra por la parte frontal de la lente por la parte posterior de la lente. Los siguientes términos son varios tipos de distorsiones de lentes. Las distorsiones de la lente a veces se llaman distorsiones geométricas porque afectan la forma en que una lente representa las formas geométricas.

La distorsión de barril es una distorsión geométrica en la que las líneas rectas parecen estar curvadas lejos del centro de la imagen. Esto se debe a que el aumento es mayor en el centro de la lente que en los bordes. La mayoría de las lentes con distorsión de barril son lentes de ángulo más amplio que comprimen una escena muy amplia en un sensor o pieza de película más angosta. Lo último en distorsión de barril es una lente ojo de pez, que sacrifica la proyección rectilínea en favor de un campo de visión más amplio ganado por la proyección esférica. Un conjunto de líneas rectas horizontales y verticales sujetas a distorsión de barril:

Distorsión de alfiletero es una distorsión geométrica donde las líneas rectas parecen estar curvadas hacia el centro de la imagen. Esto se debe a que el aumento es mayor en el borde de la lente que en el centro. La distorsión de alfiletero tiende a aparecer en el extremo de mayor distancia focal de las lentes con zoom. Un conjunto de líneas rectas horizontales y verticales sujetas a distorsión de alfiletero:

La distorsión de bigote es, estrictamente hablando, una distorsión geométrica que demuestra la distorsión de barril cerca del centro del eje óptico y transiciones graduales para distorsionar el acerico cerca de los bordes. A veces, otros patrones de distorsión causados ​​por la corrección parcial de la distorsión de barril o alfiletero también se etiquetan como distorsión del bigote . Un conjunto de líneas rectas horizontales y verticales sujetas a la distorsión del bigote:

Las lentes de zoom tienden a mostrar más distorsión geométrica que sus contrapartes de distancia focal única. Una lente principal, que es una lente con una sola distancia focal, se puede ajustar para corregir mejor la distorsión geométrica en esa longitud focal. Un objetivo zoom debe comprometerse para tratar de controlar la distorsión en todas las distancias focales. Si la distorsión del acerico está altamente corregida para el extremo más largo, la distorsión del barril sería más severa en el extremo ancho. Si la distorsión del barril está altamente corregida en el extremo ancho, exacerbaría la distorsión del acerico en el extremo largo. Cuanto más amplia sea la relación entre el ángulo más amplio y los extremos más largos de las distancias focales de una lente de zoom, más dura será la cuerda floja para corregir adecuadamente las distorsiones geométricas en ambos extremos.

Incluso con lentes de primera calidad cuesta más corregir con precisión las lentes por distorsión geométrica que corregirlas "lo suficientemente cerca". Cuesta más en términos de investigación y desarrollo en la etapa de diseño de la lente. Cuesta más en términos de la cantidad de elementos ópticos utilizados, la cantidad de materiales necesarios para fabricar esos elementos y el costo de materiales más exóticos utilizados para fabricar algunos de los elementos correctivos más efectivos. Cuesta más fabricar ese mayor número de elementos ópticos, a veces en formas irregulares más exóticas y con tolerancias más altas.

Algunas de las lentes más caras también son algunas de las lentes más altamente corregidas para distorsiones ópticas. Lentes como la línea Zeiss de lentes Otus, por ejemplo. Las lentes con zoom más baratas tienden a ser lentes que muestran la mayor distorsión geométrica, así como otras aberraciones ópticas.

Corrección de distorsiones de lentes

¿Qué los causa y pueden corregirse en el campo o en la posproducción de software?

La causa de las distorsiones geométricas de la lente es el diseño de la lente y la forma en que dobla la luz que la atraviesa. Muchas lentes simples demuestran una distorsión geométrica de un tipo u otro. La cantidad de corrección de una lente para esa distorsión depende de elementos correctivos adicionales agregados a la fórmula óptica de una lente.

La mejor manera de corregir la distorsión geométrica de la lente en el campo es usar la lente disponible en el momento que demuestre la menor cantidad de distorsión indeseable.

Se puede corregir la distorsión geométrica utilizando el procesamiento de la imagen en la cámara (si la cámara tiene esa capacidad) o en el procesamiento posterior, pero viene con varias advertencias.

• Como los bordes se curvan para corregir la distorsión geométrica, la cobertura del campo de visión se reduce si se conserva la forma rectangular o cuadrada de la imagen general. No todo lo que se ve en los bordes de la imagen sin corregir aparecerá en la imagen corregida.
• Cuando los píxeles se reasignan , se puede perder la resolución . Si la lente es bastante suave y borrosa para empezar, esto probablemente ni siquiera será medible, y mucho menos notable. Pero con lentes de mayor resolución utilizados en cámaras de mayor resolución, esto puede tener un efecto medible e incluso un efecto notable en pantallas de mayor tamaño. Como Roger Cicala, LensGuruGod1 en lensrentals.com, dice en una publicación de blog dedicada al tema ,

"PUEDES corregirlo en el correo, pero
... no hay almuerzo gratis.

• Cualquier corrección en la cámara aplicada a la imagen cuando se dispara en RAW se reflejará en el jpeg de vista previa generado y agregado al archivo sin formato, pero si la corrección se aplicará en el procesamiento posterior depende del convertidor sin formato que se use. En general, los convertidores sin formato de terceros, como Lightroom, ignorarán las instrucciones sobre la corrección incluidas en la sección de "notas del fabricante" de la información EXIF, mientras que la mayoría de los fabricantes de cámaras aplicarán la configuración de la cámara al abrir un archivo sin formato. Además, la corrección que se puede aplicar utilizando un convertidor sin formato de terceros, como Lightroom, se realizará utilizando los perfiles de lente proporcionados por esa aplicación de terceros en lugar del perfil de lente, normalmente proporcionado por los fabricantes de cámaras, utilizado en la cámara para generar la vista previa de JPEG o en post usando los fabricantes de cámaras software propio Por otro lado, la mayoría de los fabricantes solo proporcionan perfiles de corrección para sus propios lentes (ya sea para la corrección en la cámara o en la posproducción), mientras que los convertidores sin formato de terceros a veces tienen perfiles disponibles para lentes de terceros.

He escuchado de:

distorsión de perspectiva

distorsión de barril

distorsión de alfiletero

distorsión del bigote

La distorsión de la perspectiva describe cómo cambia una imagen (o vista, o, más exactamente, su perspectiva) a medida que se acerca o se aleja de su sujeto (es decir, cambia su perspectiva).

La forma más fácil de pensar en esto es esto: imagínese si está a solo 10 cm de la cara de alguien. Desde esta distancia (es decir, desde esta perspectiva) no puede ver toda su cara a la vez: debe girar la cabeza hacia la izquierda, derecha, arriba, abajo para ver toda su cara. Ahora piense en el ángulo en el que está viendo su cara cuando gira la cabeza hacia la izquierda. La nariz sobresale, tal vez bloqueando la vista de sus mejillas.

Ahora retrocede hasta 5 metros de distancia. Puedes ver toda su cara de un vistazo. Puedes ver su nariz y toda su mejilla. La nariz no bloquea la mejilla sin importar si miras a la izquierda, a la derecha o al centro de la cara.

Este cambio en la apariencia de la imagen (su cara) no se debe acercar o alejar. Si te paraste a 5 metros de distancia y usaste un zoom para agrandar su cara para llenar tu marco, la perspectiva no habrá cambiado. Pero si caminas hacia la cara, a solo 10 cm de distancia nuevamente, tu perspectiva ha cambiado y la apariencia de la cara ha cambiado.

Hay una gran imagen que muestra esta distorsión:

Aunque esta imagen enumera las distancias focales utilizadas, no se deje engañar pensando que fue la distancia focal (o el zoom) lo que causó la distorsión. Lo que sucedió es que a distancias focales más cortas, el fotógrafo se ha acercado al sujeto para llenar el cuadro con la cara del sujeto; es este cambio de perspectiva lo que está causando la distorsión.

Un mejor ejemplo del efecto de la distancia focal, o zoom, se encuentra en la secuencia a continuación:

Tenga en cuenta aquí que debido a que la posición de la cámara no ha cambiado, la perspectiva no ha cambiado entre disparos y, por lo tanto, el granero no se distorsiona de un disparo a otro.

Lo siento, no puedo describir o explicar exhaustivamente las otras 3 distorsiones que has enumerado.

La distorsión de perspectiva mantiene las líneas rectas rectas. Sin embargo, los paralelos no permanecen paralelos (excepto cuando son paralelos al horizonte). Los cuadriláteros se transforman en cuadriláteros. La distorsión de perspectiva se puede describir mediante una transformación de perspectiva equivalente, proyectando una escena 3D a través de un punto en un plano.

La distorsión de barril y alfiletero no mantiene las líneas rectas rectas. Los doblan hacia afuera o hacia adentro, respectivamente, desde el centro de la imagen. Son consecuencia de la geometría de la lente. La distorsión del bigote ocurre cuando dicha distorsión se debilita nuevamente en el exterior. Puede ser el efecto de que las medidas correctivas para la distorsión de barril o alfiletero no sean igualmente efectivas en todos los puntos.

Todas esas distorsiones de lentes reorganizan los píxeles de la imagen (independientemente del contenido de la escena). Las líneas rectas se convierten en líneas curvas, por ejemplo. Esto es una distorsión de la reproducción, ya que las líneas de asunto son rectas y las líneas curvas no existen.

La perspectiva organiza el contenido de la escena, de los objetos de la escena uno con respecto al otro. cosas cerca (como tal vez la nariz en un retrato) aparecen más grandes, simplemente porque nos ponemos de pie demasiado cerca para verlas. O si nos mantenemos cerca, entonces la separación horizontal aparente diferente de las cosas distantes en relación con las cosas cercanas ... Esto no es distorsión, excepto en nuestras nociones mentales. Por supuesto, todos los casos son exactamente como aparecen las cosas cuando la cámara se para en ese lugar