С чего начинается …видео
- 27/07/2017
Александр Попов
12 июля, как оказалось, отмечался всемирный день фотографа. Это и натолкнуло на тему очередного блога. Или скорее то, что с этим днем по «Автиорадио» поздравили…большую часть населения, поскольку, как было сказано, сегодня практически все имеют смартфоны- айфоны и, таким образом, оказались причастными к делу фото-видеосъемки.
Признаюсь! Своим смартфоном фотографировал. Один раз. И в «Галереи» в нем одна единственная фотография. Моих автомобильных прав. Сыну срочно понадобилась для оформления ОСАГО, а я был далеко. Вот и пришлось снизойти до этого, как бы помягче выразиться, гаджета для получения изображения, похожего на оригинал со степенью, достаточной для страховых компаний. Все. Больше не снимал. Но имею постоянно в работе четыре фотоаппарата, и бывают ситуации, когда даже трехсотграммовый экземпляр оставляю дома, а беру с собой в поле здоровенную и тяжелую (более килограмма) «зеркалку». Потому что нужна фотография, а не дурь инстаграмовская. А еще, потому что есть базовые знания, которых сегодня все меньше остается у нашего потребителя. Все по той же причине – рынок сегодня зачастую определяет, что надо знать потребителю, а чего лучше бы и не знать. Поскольку знания могут пойти откровенно вразрез с целями рынка. А мне глубоко наплевать на интересы того же рынка смартфонов – айфонов. И лично мне на моем рынке гораздо выгоднее иметь образованного клиента, нежели сначала всякий раз заниматься переучиванием и возвращением к основам.
Как-то раз на одном из отраслевых форумов появилась тема «Что необходимо знать инсталлятору про IP-видеонаблюдение, чтобы не выглядеть лохом в приличном обществе». Естественно, тема была инициирована представителями именно IT-технологий и сводилась к этим самым технологиям. В свою очередь, ведя на протяжении четырех лет подряд конкурс инсталляторов в рамках выставки «Sfitex» в Питере, я заполнял неизбежные паузы общением с аудиторией болельщиков, задавая им самые несложные и базовые вопросы по всевозможным темам, касающимся деятельности этих самых инсталляторов, давая символические призы за правильные ответы.
Помните, в предыдущих блогах я говорил, что лозунг любого оператора – «Снимает не камера, а объектив». Вот в свете этого моим постоянным вопросом был: «Что такое фокусное расстояние объектива?» На рынке видеонаблюдения …вдумайтесь…семеро из десяти не знают ответа на этот вопрос. Все, друзья! Приплыли! Лично мне уже совершенно не важны ни чувствительность матрицы, ни ее разрешающая способность, ни способ передачи, ни скорость потока…Ничего! Потому что все это уже не имеет смысла, если относительно самого истока системы, с чего все начинается и от чего все будет в дальнейшем зависеть, у «специалиста» нет никакого базового понимания.
Но нынче объявляются даже фотоконкурсы «сэлфи», хотя ни одно из этих «сэлфи» не может по нормальным канонам фотографии называться портретом. Почему? Потому что: «На дирижабле в космос не полететь, на самокате не забраться в гору…» (с). Но можно объявить, что космос сегодня начинается с высоты 500 метров, тогда все могут стать космонавтами, купив место в дирижабле, и рынок дирижаблей будет несказанно рад такой трактовке понятия «космос». Вы хотите войти в группу оболваненных клиентов рынка? Нет?
Вот и давайте начнем в который раз все сначала. И всякий раз будем возвращаться к истокам, как только потребуется.
Впервые я эту тему поднял на страницах еще сигнального номера журнала «Алгоритм безопасности» аж в 2001 году. Вот эта статья, которая сегодня доступна только на нашем сайте: http://www.tahion.spb.ru/article13 . Когда вы прочтете этот блог, очень советую прочесть и эту статью. Всего в блоге повторять не буду. Но все, что в статье, должно быть изучено и понято в полном объеме, если вы претендуете на звание специалиста в области видеонаблюдения. Без этого, даже если вы специалист по сетям самого высокого уровня, за видеонаблюдение вам браться не стоит. Потом я повторил весь материал в своей книге «Моя азбука видеонаблюдения» в качестве самой первой информационной главы. Поскольку именно с этого и начинается азбука. И эта книга уже доступна на нашем сайте. Тем не менее, сменились поколения с момента выхода статьи. А тогда она имела очень большой успех. Но с течением времени народ читать перестал. Предлагал переиздать статью, но редакция журнала сочла неправильным повторять ранее изданное. Хотя странно – следуя такой логике мы должны изучать любые материалы исключительно по первоначальным публикациям. Думаю, очень многие фундаментальные труды были бы нам недоступны и в силу их физического износа, и в силу языка изложения.
И вот решил сделать очередную попытку привнесения фундаментальных знаний хотя бы тем, кто предпочитает стиль изложения в виде блогов.
Я даже не буду утруждать себя какой-нибудь презентабельной графикой. Не потому что лень (хотя, конечно, есть и такое). А чтобы вы, уважаемый читатель, поняли до конца, насколько все это элементарно и просто. Как это можно сходу понять и усвоить. Как это невозможно оспорить. И задумались бы, а почему нечто подобное до вашего сознания не захотел довести кто-нибудь другой?
Итак! Во всяком и видео, и фото объектив всему голова. Надо взять настоящее изображение и куда-то его спроецировать. Туда, откуда можно будет это изображение потом считать. Неважно, каким способом. Их много. Но считывать будем уже то, что спроецировали. Больше, чем позволил нам объектив, мы ничего из информации не выжмем. Какой бы самой современной не была сама камера.
Как-то попался в интернете видеоролик одной из фирм рынка на тему «Как работает объектив». Просто, глянув на иллюстрирующую схему, я понял, что , как минимум, половина зрителей вообще испугается смотреть этот ролик, глянув только на эту схему, а из оставшейся половины 99% так до конца ничего и не поймет. Как мне кажется, задача подобных роликов – показать зрителю, насколько же умный этот с позволения сказать лектор, а, значит, к этой фирме можно обращаться и как к поставщику, и как к консультанту.
Мы же, напротив, будем руководствоваться высказыванием действительно великого ученого – математика Лобачевского, сказавшего однажды: «Геометрия – есть наука хорошо мыслить на плохих чертежах!» И начинаем плохо чертить и понятно объяснять.
Линзу все себе представляете? В детстве – любимая игрушка. И посмотреть на что-нибудь с увеличением. А уж повыжигать что-нибудь в солнечную погоду… Пробовали? Или у всех тяжелое детство было с электронными гаджетами в качестве единственных игрушек? Да, компьютерные стрелялки?
Вот так выглядит линза сбоку в общем случае. Может быть с одной стороны плоская, может быть даже вогнутая. Это на суть дела никак не влияет. Суть состоит только в том, что луч, проходя через линзу, преломляется дважды – при входе в тело линзы и при выходе из него. В однородной среде – то есть, в самой линзе и в воздухе – луч своего направления не меняет.
А следующий принципиальный момент – любой объектив работает, как одна линза. Поэтому суть работы объектива будем разбирать не на реальном чертеже реального объектива, а на одной единственной нашей идеальной линзе. В действительности объективы изготавливаются из нескольких линз. И склеиваются линзы между собой, и подвижно относительно друг друга располагаются, и фиксировано, но раздельно. Но все это делается с единственной целью – приблизить реальный объектив к идеальной линзе. Ну, в варианте с трансфокатором за счет набора подвижных линз обеспечить изменение фокусного расстояния объектива. Но пока мы не дошли до самого понятия фокусного расстояния, так что не забивайте себе голову лишней информацией. Надо максимально приблизить разрешающую способность по периферии объектива к разрешающей способности по центру, снизить потери света при прохождении и куча еще всего, ради чего объективы получаются весьма сложными оптическими изделиями и стоить могут в действительности весьма существенно больше, нежели сама камера. Во всяком случае, не на нашем рынке убогой техники, а для действительно серьезных и видео и фотокамер такая ситуация вполне рядовая и никого из грамотных пользователей ничуть не удивляет.
Итак, договорились – объектив рассматриваем, как обыкновенную линзу. Далее. Чтобы не городить построения с двойным преломлением, договариваемся, что вводим понятие некоей оптической плоскости линзы и считаем, что луч преломляется не два раза на поверхностях линзы, а один раз на суммарный угол при прохождении этой плоскости. Смотрим на картинку ниже:
А еще есть точка в теле линзы, проходя через которую любые лучи не испытывают никакого преломления. В общем случае это геометрический центр линзы. Или центр симметрии линзы. Бывает экзотика, но нас она точно не касается. И не коснется.
И последнее, что необходимо, чтобы переходить к пониманию главных понятий. Прямая, проходящая чрез оптический центр перпендикулярно плоскости линзы носит название главной оптической оси. Все. Запомнили – плоскость линзы, оптический центр линзы, главная оптическая ось. Усвоили и осознали, что есть что.
И у объектива, каким-бы навороченным и сложным он не был, присутствуют и оптическая плоскость, и главная оптическая ось, и оптический центр. И рассуждения с объективом будут точно такие же, как и с линзой.
А теперь главное свойство линзы, позволяющее ее считать линзой. В противном случае это будет просто некий кривой кусок стекла (или прозрачного пластика).
Внимание! Все лучи, параллельные главной оптической оси, преломляясь линзой, проходят через одну общую для всех для них точку, называемую фокусом линзы. Точка F на картинке. Естественно, точка эта лежит на главной оптической оси, поскольку луч, проходящий по самой оптической оси, на ней же и остается.
Вот и весь физический смысл фокуса – точка, в которой соберутся все лучи, идущие параллельно главной оптической оси. Или, можно сказать, что все лучи, идущие из бесконечности, соберутся в фокусе линзы. Или объектива.
А расстояние от оптического центра до этой точки F называется фокусным расстоянием линзы. Или объектива. Обозначается f. Самая главная и первостепенная характеристика объектива, имеющая самое основное практическое значение для формирования изображения от предмета данным объективом на матрице камеры.
Если направить линзу на солнце, то получим изображение этого солнца в виде маленького пятна точно в фокусе линзы. Мало того, пятно это будет иметь и достаточно высокую температуру, поскольку лучи от солнца имеют еще и тепловую энергию, которая также сфокусируется в этой точке. Если на улице достаточно тепло, то в точке фокуса можно устроить и возгорание , если к ней поднести горючий материал. Вот почему нельзя направлять видеокамеру, в особенности с функцией автофокусировки, на солнце. Матрица не выдержит высокой температуры и попросту прожжется. А вот если вручную сфокусировать объектив на близко расположенном объекте, а солнце все равно окажется в поле зрения, можно получить очень интересные фотографические эффекты. Ну, это так, для общего развития.
Усвоили? Дальше совсем все просто. Из вышеизложенных положений элементарно можем построить изображение реального объекта в том виде, как оно будет спроецировано на матрицу.
Итак! Есть объект АВ. Для простоты поместим точку А на оптическую ось (чтобы поменьше строить и не запутать читателя в построениях). Проводим из точки В прямую, параллельную главной оптической оси, до плоскости линзы. Дальше эта прямая, изображающая луч света, должна преломиться так, чтобы пройти через фокус линзы. Так и проводим. И проводим через точку В еще одну прямую через оптический центр линзы. Этот луч не испытывает никаких преломлений. Так его прямо и ведем дальше. Получаем точку пересечения наших двух лучей, в которой и находится изображение точки В после прохождения светового потока через линзу (объектив). А1В1 – изображение нашего предмета. Чтобы получить это изображение на матрице, надо расположить матрицу в месте, где находится наше изображение. Но в камерах мы двигаем не матрицу, а сам объектив. Что и называется фокусировкой на объект съемки.
Все! Элементарно и просто. Это надо осознать. А для этого самому сделать различные построения. Надо еще нанести на оптическую ось в обе стороны точки, соответствующие и фокусу F, а также удаленные от оптического центра на расстояние 2f – точки 2F. И проанализировать, что будет, если объект съемки находится в точке 2F, между точками F и 2F, а также ближе F. Все это мною проделано, проиллюстрировано и проанализировано в статье «Что и как увидит ваша камера» – http://www.tahion.spb.ru/article13 . Вспоминаем Устав! А там написано, что главный вид образования командного состава – самоподготовка. Поэтому, вперед!
И не говорите больше, что вы не знаете физического смысла фокусного расстояния объектива и не способны проанализировать его влияние на масштаб изображения, на угол обзора, на глубину резкости, на светосилу. А также…на вносимые объективом искажения. И я очень надеюсь, что, изучив данный материал, вы перестанете делать «сэлфи», осознанно представляя, каким искажениям подвергается ваша собственная физиономия, превращаясь на изображении в откровенную рожу. Господа, фокусное расстояние портретного объектива – 80-90 мм. Вы представляете себе габариты того смартфона, в который влезет такой объектив? Можно, конечно, «подправить» рожу программно, подобно функции «Трансформирование – деформация» в «Фотошопе». Но это уже отражение наших личных предпочтений, а не реальности.
Делать можно в любом случае все. Только делать полностью осознанно. А не руководствуясь только рекламными заявлениями рынка. Потому что такой путь заведет однозначно к в целом искаженному мировоззрению.
На самом деле все вышеизложенное – материал школьного курса физики за десятый класс. Во всяком случае, когда школа была еще десятилетней. А вот ни смартфонов, ни айфонов тогда не было.
