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〞視覺清晰度〞 與 〞正確還原照片透視〞 [複製連結]

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發表於 2015-9-14 19:12:49 |顯示全部樓層 | 字體大小
1.
人體視覺是有極限的,最簡單的解釋方式,就是視力檢查表的設計與使用原理。
〞使用視力檢查表為什麼要固定距離?〞,是因為這就是視力(Visual acuity)的定義,〞the ability to resolve a spatial pattern separated by a visual angle of one minute of arc (https://en.wikipedia.org/wiki/Eye_examination#Visual_acuity)〞
你所站定的觀看距離,與你看不看得清楚,是有直接關係的。

2.
每張照片拍攝的當下,在將3D畫面〞投射〞成2D畫面時,就會產生透視變形(Perspective distortion),這是因為物體之間的3D相對關係被記錄進一個2D平面所產生的限制,而在單純的光學上,透視變形的影響因子只有二種:影像拍攝時的AOV,以及照片被觀看時的AOV。 〞Perspective distortion is influenced by the relationship between two factors: the angle of view at which the image is captured by the camera and the angle of view at which the photograph of the subject is presented or viewed.〞(https://en.wikipedia.org/wiki/Perspective_distortion_(photography)#Influencing_factors)


請注意,這邊的AOV就已經完整處理了 鏡頭焦距 及 感光元件大小 的差異。

〞For a lens projecting a rectilinear image (focused at infinity, see derivation), the angle of view (α) can be calculated from the chosen dimension (d), and effective focal length (f) as follows:
〞視覺清晰度〞 與 〞正確還原照片透視〞

d represents the size of the film (or sensor) in the direction measured (see below: sensor effects). For example, for 35mm film which is 36 mm wide and 24mm high, d = 36 mm would be used to obtain the horizontal angle of view and d = 24 mm for the vertical angle〞

(https://en.wikipedia.org/wiki/An ... a.27s_angle_of_view)


----------

出門開會,晚點再補完。

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發表於 2015-9-15 07:54:48 |顯示全部樓層 | 字體大小
透視變形的基本成因,是因眼睛在不合適的距離觀看2D圖片,並在腦中重建其3D相對位置時所造成的;這個是單純的〞認知錯誤〞,並且可經由計算/使用〞正確還原透視的觀看距離〞,採用相同的AOV來完全消除這種錯誤。

Criteria relating CoC to the lens focal length have also been used. Kodak (1972), 5) recommended 2 minutes of arc (the Snellen criterion of 30 cycles/degree for normal vision) for critical viewing, giving CoC ≈ f /1720, where f is the lens focal length. For a 50 mm lens on full-frame 35 mm format, this gave CoC ≈ 0.0291 mm. This criterion evidently assumed that a final image would be viewed at “perspective-correct” distance (i.e., the angle of view would be the same as that of the original image):
Viewing distance = focal length of taking lens × enlargement
〞(https://en.wikipedia.org/wiki/Circle_of_confusion#Circle_of_confusion_diameter_limit_in_photography)

〞* For accurate perspective, the angle subtended at the viewpoint by a given object should equal the angle subtended by the object at the camera. * This effect is best treated as an optical illusion.......... equals the focal length of the lens multiplied by the enlargement factor e.g. with a 50mm taking lens and a print enlarged 10 times, the 'correct' viewing distance is 500mm. 〞(http://www.idigitalphoto.com/dictionary/perspective_distortion)

而正確觀看距離的計算方式就是 〞拍攝鏡頭的焦距 x 放大倍率〞,所以,看一張f=50mm鏡頭拍攝,放大倍率5倍的照片(約等同24*35mm底片沖洗為5"*7")時,正確觀看距離是25cm。

透視變形與一般聽到的〞鏡頭設計時沒校正完全的桶狀/針狀變形〞完全沒關係,後者是屬於初階像差(1st order Optical aberration)中的Radial distortion,無法像透視變形經由〞正確還原透視的觀看距離〞來消除。
(https://en.wikipedia.org/wiki/Distortion_(optics)#Radial_distortion)


3.
一般人在看中片幅或大片幅底片的影像覺得比較清晰,其實是忽略了很多因素。對清晰度最直接的描述就是CoCi(Circle of Confusion for image),這個我曾在2011年整理過一次了:

但實際上,對於圖像上,CoCi (CoC for image) 值會受到很多因子影響。

I. 一般來說,人眼的 視覺最近分辨距離 (near distance for distinct vision) 約為25cm,而在這個距離之下人眼的對〞圖像〞上的分辨力約為 CoCi ≒ 0.2mm ( ≒5 lp/mm)。也就是說,只要最終呈像的時候沒超有 CoCi ≒ 0.2mm,就會被認為是清楚的。

II. 看圖距離(Vd, viewing distance) 不同時,CoCi 隨著 Vd 增加。
例如,在25cm與50cm距看同一張圖片,CoCi 會增加 50cm/25cm = 2x。

III. 圖像放大率(Mi, image magnification) 不同時, CoCi 隨著 Mi 降低。
例如,傳統35mm*24mm 底片,如果放大到10'*8',約放大了7倍,如果在這種放大率下還要求 CoCi ≒ 0.2mm,原始圖像的 C 就要到大約 0.2mm / 7 ≒ 0.029mm (29um)。


將這三個因子同時考慮後,可以將 最終圖像的CoCi 計算如下

CoC(mm) of the source required for the final image to be as CoCi 0.2mm @ 25cm = Vd (cm) / (desired final-image resolution (lp/mm) for a 25 cm viewing distance * 25 ) / Mi
〞 (http://pentaxfans.net/thread-110595-1-1.html)


4.
所以,若單純考慮人眼在25cm觀看距離的狀況,把小/中/大片幅都洗成同樣大小的照片(8"*10")時,對CoC最明顯的影響因子是〞圖像放大率〞,因為135底片與10"*8"就直接有7倍的差異。

如果採同樣AOV的設定拍攝,例如24*35mm/f=50mm 與 6x7/f=105mm,兩者沖洗成相同大小的相片時,看圖距離相同可以忽略,真正影響的因子只有放大率。

但是如果拍攝的AOV不同時,例如24*35mm/f=28mm 與 f=70mm 站在同一點拍攝,沖洗成5"*7"相片(放大5倍),f=28mm(正確觀看距離14cm/CoC~0.0224mm)、f=70mm(正確觀看距離35cm/CoC~0.056mm),只要鏡頭本身的解像力(Resolving Power)足夠達成CoC的最低限,最後在視覺上呈現的結果都是相當於人眼分辨力極限的CoCi~0.2mm@25cm,沒有任何差別。

如果硬是要把兩張相片放在同樣的觀看距離,但兩張相片的畫面涵蓋範圍已有2.5倍的差距,就會有錯覺認為f=70mm的相片比較清晰!但這種相同的觀看距離方式,就會導致透視變形!
本帖最後由 Faerie Bard 於 2015-9-16 14:47 編輯

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Faerie Bard 發表於 2015-9-14 15:54
透視變形的基本成因,是因眼睛在不合適的距離觀看2D圖片,並在腦中重建其3D相對位置時所造成的;這個是單純 ...


多謝老師您的教誨. 這篇真是精湛且深奧. 不過您說的東西跟小弟所推倡的概念並無衝突, 這是種良性的交流. 此留言並不是吐槽, 而是跳出框框思考提發疑問.

1. 人的視覺確實是有極限的, 因此到了某個觀看距離以後, 眼睛視無法分析更多的細節. 這是以 "倘若沖洗照片放在牆上為例". 當眼睛無法分析之後的距離, 自然你無論哪種片幅沖洗出來的照片確實一樣. 但是在這距離以內呢? 解像度越高就會越清晰. 想必您在討論距離相同時, 難道您用電腦螢幕看照片也是站得遠遠的嗎? 不怎符合使用螢幕的邏輯吧?

觀賞距離相同, 若對著螢幕看時, 視覺極限此說並不符合. 目前市面上最高的螢幕標榜 Reitna 也就是 Apple iMac 5k 螢幕. 本身已經是人眼在電腦螢幕前方最佳觀賞距離上的 "最高解像" 能力. 因此越高解像的照片, 在這種螢幕上表現會越細膩. 尤其是大圖縮小後所得到額外的細節資訊! 螢幕使用者並非走出人眼最佳的分辨能力距離, 所以片幅大小直接影響的是縮圖的運算以及增加的細節內容. 這與觀賞距離相同, 片幅大小沒差的說法就無法在這使用了. 因為我們已經改變了觀看圖片的方式.

而我個人不怎相信多少距離眼睛會分辨不出片幅差異. 原因是因為就算是傳統的幻燈片投影到牆壁上, 片幅大小的細膩程度依然是馬上就能看出來. 除非! 您的觀看距離必須非常非常遠才能夠矇騙眼睛吧?

2. 這也沒錯. 背景的透視感是由物體的距離與背景所形成. 因此感光體為 135mm FF 時, 43mm 為標準的視角. 因此 40~55 之間都是大家俗稱的 "標準" 鏡頭. 本身的含意就是當看照片成品時, 最正確的視角還原就是標準焦段. 因此廣角就是壓縮變形. 稱為 Compression distortion.

換句話說, https://en.wikipedia.org/wiki/Perspective_distortion_(photography) 有很簡單的說明. 當你採用 28, 50, 70 在同一個地點拍攝時, 您拍攝的 AOV 是相同的, 所以照片僅僅只有裁切的差異性. 因為拍攝主題與相機位置並未改變. 所以視角的變形並沒有移動. 因此倘若 50mm 是標準的視角變形, 此時 28mm 將會有更多的畫面. 70mm 將會有更少的畫面. (自然這是指鏡頭本身對影像的變形已經校正了或者並不存在, 不過光學鏡片是圓的, 所以越廣像差也越嚴重, 這非討論主題所以可以跳過)

此時倘若使用 70mm 做接圖的動作還原 50mm 的包含範圍, 甚至包含到 28mm, 視角是沒有改變的! 但是圖片的細膩程度高了 2.5X. 自然的! 圖片檔案也變大了 2.5x. 自然若壓縮成同樣大小的圖片而言, 高達 2.5x 細膩程度的影像也一樣對成像的品質加分. (小弟認為接圖是直接把片幅變大的意思. 鏡頭本身的焦段因為了片幅而增長但是並沒有改變拍攝主題與背景的 AOV 與視角變形喔!)

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倘若 50mm 標準焦段為 135 片幅的 "視角變形還原", 那麼 77mm 為 645 還原逼準視角的焦段是沒錯的. 倘若是 105mm 當做 67 片幅的焦段也是正確的! 因為當所謂視角變形的還原, 我們是指當你用 FF 50mm 拍攝的景物, 我必須要用 75mm 去拍攝! 但是因為片幅增大了, 所以採用 75mm 焦段站在原地, 我是可以擷取到 FF 50mm 一樣的視角 AOV. 這點並不衝突. 背景沒有被壓縮或者改變! 拍攝者的位置也沒有變過. (唯一改變是景深與片幅變大因此細節更多了)

==

反之, 然而您拍攝時使用 28mm 是向前行走去搭配標準視角變形時的主題, 您會發現因為主題的跟攝影者的位置已經改變, 廣角對於消失點的壓縮造成了視覺上的變形, 因此背景被壓縮了!  此裡可證, 望遠端則是背景的樹木距離被拉長了 (也是變形). 這是以拍攝 "主題大小相同", "片幅相同" 時的效果.

然而拍攝者是固定片幅, 移動自己來調協主題大小為一樣大的話, 那麼廣角鏡頭就會失真變形, 因為鏡頭必須壓縮更多的背景才能達到主題一樣大的效果. 望遠鏡頭亦然. 但是這是以同樣片幅而言. 跟所討論的片幅增大是兩回事. 片幅增大是上面所序. 是給予視角還原以及增加解像能力. 這不是錯覺上的問題. 片幅大增就能容納更多的資訊. 跟眼睛的分析能力無太大關連, 跟觀看遠近也老實說關連也不很大.

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3. 還有 CoC 指針對拍攝時鏡頭的分析能力而已. 若不是沖洗放像觀看, 此變因少很多. Coc 可以因為縮圖而改變. 這是為什麼用大檔案縮小會有提昇影像優勢的原因之一.

5. 沒錯! 傳統沖洗大片幅最大的優勢是因為放大比例, 所以看起來比較清晰. 但是數位 1:1 時這個放大比例因素並不存在. 觀看眼睛的極限也不存在, 觀看的距離也是同樣不存在的.

您以上所說的東西, 僅解說了沖像後觀賞的距離差異性, 到了眼睛無法辨認差異的距離之後, 片幅大小是沒有優劣性的. 而 CoC 僅僅說明了鏡頭設計時給予的最佳值. 這與放大照片比較有關, 然而現代的沖印都是先把底片數位化之後才輸出. 老實說 CoC 在底片轉數位失真的同時已經失去了真實的比較意義. 因為人類尚未發明真實底片到數位的 1:1 轉換. 您怎轉換都會透過運算法的放大與縮小, 此時 CoC 已經不那麼的重要了! 因為已經無從去考量了. 對於鏡頭放入數位相機上的 CoC 確實對影像的清晰度有差異! 這是為什麼有些鏡頭 1:1 放大時就是比其他鏡頭較為清晰. 然而除非是 1:1 螢幕上觀看, 要不然 CoC 的影響還真不大! 因為都是縮圖在看的同時, 軟體在背後的運算法早就彌補了這個 CoC 的缺陷.

不過小弟必須多插上一句. 就算是大型或小型相機拍攝後沖像到 5x7 或許對您而言眼睛是無法辨認差異性的. 其實影像的形成是清晰, 模糊, 與色彩變化所形成的. 由於焦段的差異造成景深的差異性, 老實說就算沖像至同樣的 5x7 也好, 大片服用大影像縮小也好, 其實影像依然很容易可以辨認出差異性的. 不過這是我個人經驗, 無法與您的數學算式相比. 本帖最後由 photodesignch 於 2015-9-14 21:31 編輯

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發表於 2015-9-16 01:18:13 |顯示全部樓層 | 字體大小
2位老師都知識廣博PFC-Pentax Fans ClubPFC-Pentax Fans Club

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發表於 2015-9-16 02:32:40 |顯示全部樓層 | 字體大小
換句話說, https://en.wikipedia.org/wiki/Perspective_distortion_(photography) 有很簡單的說明. 當你採用 28, 50, 70 在同一個地點拍攝時, 您拍攝的 AOV 是相同的, 所以照片僅僅只有裁切的差異性. 因為拍攝主題與相機位置並未改變. 所以視角的變形並沒有移動. 因此倘若 50mm 是標準的視角變形, 此時 28mm 將會有更多的畫面. 70mm 將會有更少的畫面. (自然這是指鏡頭本身對影像的變形已經校正了或者並不存在, 不過光學鏡片是圓的, 所以越廣像差也越嚴重, 這非討論主題所以可以跳過)


這是完全錯誤的理解。

AOV (Angle of View) 是一個角度,與一般人認知到的〞相同畫面〞是完全不同的東西。

AOV決定於 感光元件大小(d) 與 鏡頭焦距(f),站在同一點時,只要拍攝的鏡頭焦距不同,AOV就不同。

〞An example of how lens choice affects angle of view.〞(https://en.wikipedia.org/wiki/Angle_of_view#Examples) 直接清楚說明了這點。

站在同一點時,相同的是認知到的〞透視 Perspective〞。你所謂的〞只有裁切的差異〞,並不是因為〞AOV相同〞,而只是因為站在同一地點時的透視相同。
但用不同鏡頭焦距拍攝,AOV不同,就必須要在正確的觀看距離,不然〞物體間相對關係的認知〞就會錯誤,這也就是認知上的透視變形(Perspective Distortion)。




〞AOV〞這個一般人常弄錯的重點我之前已經解釋過了。(http://pentaxfans.net/forum.php?mod=viewthread&tid=110595&page=2#pid919504)
..........


1) 以全幅機及截幅機要獲得相同視角的照片來說,
2) 使用同樣焦距的鏡頭,全幅機可以在更短的物距進行拍攝;
3) 在同樣物距的情況下,全幅機可以使用更長焦距的鏡頭來進行拍攝。

...
這部份有點問題。

我一開始的說明有點太簡略了。

一般人用的 〞同樣畫面〞比較,只是近似地比較 〞近似畫面邊界 / 近似主體大小(2)〞,但實際上並非不等於 〞相同照片〞,正確地說,只是〞東西都在,但之間相對位置都不同〞。

如果你要得到 〞相同照片〞,就是要 〞相同透視(物體之間相對位置一樣)(3)〞,也就是 〞物距 s 不能變動〞,依記錄器大小來調整 f 。

http://en.wikipedia.org/wiki/Perspective_distortion_(photography)

而你的命題 〞相同視角(1)〞,實際在問的是什麼,只有自己清楚。

看你是在意 〞相對關係〞  還是 〞大小〞。

要解釋〞經驗/實作〞,就必須要〞針對命題進行合理的論證〞。

你提出很多經驗想作為佐證,有些經驗本身確實是〞可重複的〞,但卻是完全不同的命題,抑或是錯誤的描述與張冠李戴的理解。失之毫釐,差以千里。

你我無親無故,亦無利益關係,我沒辦法幫你,因為不只有知識面的問題,也有邏輯面的問題,我只能建議你去找個真正的老師一對一學起。 本帖最後由 Faerie Bard 於 2015-9-15 20:02 編輯

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photodesignch 發表於 2015-9-15 13:29
多謝老師您的教誨. 這篇真是精湛且深奧. 不過您說的東西跟小弟所推倡的概念並無衝突, 這是種良性的交流.  ...


沖像至同樣的 5x7 ,你還能分辨出何種片幅拍的,太強大了...

小弟去參加過無數場攝影比賽的評審現場(幫忙排比賽作品),

比賽分可後製跟不可後製,

都是洗6X8或12X16,場上有很多專業級人士,他們都無法辨識出何種片幅拍,

你利害PFC-Pentax Fans Club 本帖最後由 sheng826 於 2015-9-16 10:29 編輯

菩提本無樹,明鏡亦非台;本來無一物,何處惹塵埃

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Faerie Bard 發表於 2015-9-15 13:32
這是完全錯誤的理解。

AOV (Angle of View) 是一個角度,與一般人認知到的〞相同畫面〞是完全不同的東西 ...


"這是完全錯誤的理解。

AOV (Angle of View) 是一個角度,與一般人認知到的〞相同畫面〞是完全不同的東西。

AOV決定於 感光元件大小(d) 與 鏡頭焦距(f),站在同一點時,只要拍攝的鏡頭焦距不同,AOV就不同。

〞An example of how lens choice affects angle of view.〞(https://en.wikipedia.org/wiki/Angle_of_view#Examples) 直接清楚說明了這點。

站在同一點時,相同的是認知到的〞透視 Perspective〞。你所謂的〞只有裁切的差異〞,並不是因為〞AOV相同〞,而只是因為站在同一地點時的透視相同。
但用不同鏡頭焦距拍攝,AOV不同,就必須要在正確的觀看距離,不然〞物體間相對關係的認知〞就會錯誤,這也就是認知上的透視變形(Perspective Distortion)。"


引用前輩上述的原文:

恕小的愚昧 您提到用不同鏡頭焦距拍攝 AOV不同 就必須要在正確的觀看距離

我覺得理論雖重要 但對生態攝者來說 如果不想驚擾野生動物又想拍的清楚 就必須要用超望遠鏡頭再加上加倍鏡 才可以得到看起來比較大而清晰的主題(當然細節也多了 更可以避免裁圖放大) 這應該就會發生前輩您說的物體間相對關係的認知(錯誤?) 的"透視變形"吧?

不過實務 應該說實際上 沒有人會用理論的態度退了好幾步去看這類照片 因為只要退幾步 眼睛就會看不清楚很多細節 那.....如果必須依照理論 我想沒有多少人會願意 PFC-Pentax Fans Club 如此也喪失使用這些"生態重型武器"的意義了 PFC-Pentax Fans Club

不過還是謝謝大家願意打字讓讀者們能夠學到深奧的知識 PFC-Pentax Fans Club

   
本帖最後由 amysyyz 於 2015-9-15 21:27 編輯

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sheng826 發表於 2015-9-15 21:18
沖像至同樣的 5x7 ,你還能分辨出何種片幅拍的,太強大了...

小弟去參加過無數場攝影比賽的評審現場(幫忙 ...


可以看出用什麼鏡頭拍 甚至機身何種設定都並不難呢! PFC-Pentax Fans Club

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amysyyz 發表於 2015-9-16 10:27
可以看出用什麼鏡頭拍 甚至機身何種設定都並不難呢!


機身型號跟鏡頭,太誇張了吧PFC-Pentax Fans Club

晚一點小弟貼一張給妳猜猜PFC-Pentax Fans Club


菩提本無樹,明鏡亦非台;本來無一物,何處惹塵埃

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sheng826 發表於 2015-9-16 10:30
機身型號跟鏡頭,太誇張了吧

晚一點小弟貼一張給妳猜猜


amysyyz大所說的"可以看出用什麼鏡頭拍 甚至機身何種設定"

應該不是指機身型號跟哪一顆鏡頭

鏡頭我猜應該是指焦段,而機身設定我猜是指光圈跟快門

而真正的定義還是要請amysyyz大來說明囉 本帖最後由 阿全 於 2015-9-16 18:42 編輯

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