Quelle est la différence entre une distorsion en perspective et une distorsion en barillet ou en coussinet?

J'ai entendu parler de:

• distorsion de la perspective
• distorsion en barillet
• distorsion en coussin
• distorsion de la moustache

Quels sont ces différents types de distorsion et comment sont-ils liés? Quelles en sont les causes et peuvent-elles être corrigées sur le terrain ou en post-production logicielle?

Qu'en est-il de la "projection fisheye" - est-ce aussi une sorte de distorsion?

J'ai également entendu les termes "distorsion de l'objectif" et "distorsion géométrique" - s'agit-il encore de types de distorsions ou de catégories plus larges, ou quoi?

La perspective est déterminée par la position de la caméra par rapport à la scène . Lorsqu'une position de caméra produit une perspective qui donne à un objet ou à une scène un aspect différent de ce à quoi nous pouvons nous attendre, nous appelons cela une distorsion de perspective .

Toutes les autres distorsions répertoriées sont le résultat de la façon dont les lentilles courbent la lumière lorsque la lumière les traverse. Ils sont le résultat de la géométrie avec laquelle une lentille projette une image virtuelle de la scène d'où proviennent les rayons lumineux traversant la lentille.

Distorsion en perspective

La distorsion en perspective est une sorte d'abus. Il n'y a vraiment que de la perspective . Elle est déterminée par la position de visualisation d'une scène. Dans le contexte de la photographie, la perspective résulte de la position de la caméra par rapport à la scène ainsi que des positions des différents éléments de la scène les uns par rapport aux autres. Ce que nous appelons la distorsion en perspective est une perspective qui nous donne une vue d'une scène ou d'un objet dans cette scène qui est différente de ce à quoi nous nous attendrions normalement à ce que la scène ou l'objet ressemble.

Si l'on prend une photo d'un cube en trois dimensions à partir d'une position très proche d'un coin, le coin le plus proche du cube semble être tendu vers la caméra. Si l'on prend une photo du même cube à une distance beaucoup plus grande et une distance focale beaucoup plus longue pour que le cube soit de la même taille dans le cadre, le même coin du cube semble être aplati.

_{Copyright de l'image 2007 SharkD , sous licence CC-BY-SA 3.0}

Beaucoup de gens comprennent mal que c'est la distance focale des lentilles qui cause la différence. Ce n'est pas le cas . C'est la position de prise de vue utilisée pour cadrer le cube avec les deux objectifs différents. Si nous avions un appareil photo et un objectif grand angle, tous deux avec une résolution suffisante, et que nous avons pris le cube avec l'objectif grand angle à partir de la même position que nous avions rempli le cadre avec le cube en utilisant l'objectif à plus longue distance focale, puis recadré la photo résultante afin le cube est de la même taille, la perspective serait également la même - le cube apparaîtrait tout aussi aplati que lorsque nous l'avons tourné avec l'objectif plus long.

Si l'on prend une photo d'un gratte-ciel rectangulaire du trottoir dans une rue étroite, le haut du bâtiment sera beaucoup plus étroit que le bas. (À moins que nous n'utilisions correctement une lentille de contrôle de perspective d'inclinaison / décalage ou une caméra de vue capable de contrôler les mouvements de perspective .) Lorsque nous regardons la scène de nos propres yeux, notre cerveau compense cette différence et nous percevons que le sommet du bâtiment est la même largeur que le bas. Mais lorsque nous regardons la photo que nous avons prise au même endroit, nous ne donnons pas à notre cerveau la même batterie d'indices (principalement notre vision stéréo due à deux yeux) et notre cerveau ne perçoit pas la photo de la même manière qu'elle perçu la scène réelle de la même position.

La même chose est vraie lorsque nous prenons un portrait d'un visage à une distance si proche que le nez semble deux fois plus grand que les oreilles. Le nez est tellement plus proche de la caméra que les oreilles, ils semblent beaucoup plus grands en proportion des oreilles qu'ils ne le sont vraiment. Lorsque nous regardons le visage d'une autre personne à une telle distance avec nos yeux, notre cerveau traite la scène et corrige les différences de distance entre les différentes parties du visage devant nous. Mais lorsque nous regardons une photo prise à la même distance, notre cerveau n'a pas tous les indices dont il a besoin et ne peut pas construire le même modèle 3D corrigé dans notre perception de la photo.

Considérez ce que nous appelons la compression téléobjectif :

Supposons que vous vous trouviez à 10 pieds de votre ami Joe et prenez sa photo en orientation portrait avec un objectif de 50 mm. Disons qu'il y a un bâtiment à 100 pieds derrière Joe. Le bâtiment est 10 fois plus éloigné de l'appareil photo que Joe, donc si Joe mesure 6 pieds et que le bâtiment mesure 60 pieds, ils sembleront avoir la même hauteur sur votre photo, car les deux occuperaient environ 33º de l'angle de 40º de vue d'un objectif de 50 mm sur la plus grande dimension.

Maintenant, sauvegardez 30 pieds et utilisez un objectif de 200 mm. Votre distance totale de Joe est maintenant de 40 pieds, ce qui est 4 fois plus long que les 10 pieds que vous avez utilisés avec l'objectif de 50 mm. Étant donné que vous utilisez une distance focale qui est 4X la 50 mm d'origine (50 mm X 4 = 200 mm), il apparaîtra la même hauteur dans la deuxième photo que dans la première. Le bâtiment, par contre, est maintenant à 130 pieds de la caméra. Ce n'est que 1,3X pour autant qu'il l'était lors du premier tir (100 pieds X 1,3 = 130 pieds), mais vous avez augmenté la distance focale de 4 fois. Maintenant, le bâtiment de 60 pieds de haut semblera être environ 3X la hauteur de Joe dans l'image (100 pieds / 130 pieds = 0,77; 0,77 X 4 = 3,08). Au moins, ce serait le cas si tous les 60 pieds de celui-ci pouvaient tenir dans l'image, mais il ne peut pas tenir à cette distance avec un objectif de 200 mm.

Une autre façon de voir les choses est que dans la première photo avec l'objectif de 50 mm, le bâtiment était 10X plus éloigné que Joe (100 pieds / 10 pieds = 10). Dans la deuxième photo avec l'objectif de 200 mm, le bâtiment n'était qu'à 3,25X plus loin que Joe (130 pieds / 40 pieds = 3,25), même si la distance entre Joe et le bâtiment était la même. Ce qui a changé, c'est le rapport entre la distance entre la caméra et Joe et la distance entre la caméra et le bâtiment. C'est ce qui définit la perspective: le rapport des distances entre la caméra et les différents éléments d'une scène.

En fin de compte, la seule chose qui détermine la perspective est la position de la caméra et les positions relatives des différents éléments de la scène.

Pour voir comment même une légère différence de perspective affecte une image, veuillez consulter: Pourquoi l'arrière-plan est-il plus grand et plus flou dans l'une de ces images?

Distorsions d'objectif

Les distorsions de l'objectif sont causées par la façon dont un objectif projette une image virtuelle de la lumière qui pénètre à l'avant de l'objectif par l'arrière de l'objectif. Les termes suivants sont différents types de distorsions d'objectif. Les distorsions de lentilles sont parfois appelées distorsions géométriques car elles affectent la façon dont les formes géométriques sont représentées par une lentille.

La distorsion en barillet est une distorsion géométrique où les lignes droites semblent être courbées loin du centre de l'image. Cela est dû au fait que le grossissement est plus important au centre de la lentille qu'aux bords. La plupart des objectifs avec une distorsion en barillet sont des objectifs à angle plus large qui pressent une scène très large sur un capteur ou un morceau de film plus étroit. Le summum de la distorsion en barillet est un objectif fisheye, qui sacrifie la projection rectiligne au profit d'un champ de vision plus large obtenu par la projection sphérique. Un ensemble de lignes droites horizontales et verticales soumises à une distorsion en barillet:

La distorsion en coussin est une distorsion géométrique où les lignes droites semblent être incurvées vers le centre de l'image. Cela est dû au fait que le grossissement est plus grand au bord de l'objectif qu'au centre. La distorsion en coussinet a tendance à apparaître à l'extrémité focale plus longue des objectifs zoom. Un ensemble de lignes droites horizontales et verticales soumises à une distorsion en coussinet:

La distorsion de la moustache est, à proprement parler, une distorsion géométrique qui montre une distorsion en barillet près du centre de l'axe optique et se transforme progressivement en distorsion en coussin près des bords. Parfois, d'autres modèles de distorsion provoqués par une correction partielle de la distorsion en barillet ou en coussinet sont également appelés distorsion en moustache . Un ensemble de lignes droites horizontales et verticales sujettes à la distorsion de la moustache:

Les objectifs zoom ont tendance à montrer plus de distorsion géométrique que leurs homologues à focale unique. Un objectif principal, qui est un objectif avec une seule focale, peut être réglé pour corriger au mieux la distorsion géométrique à cette focale. Un zoom doit faire des compromis pour essayer de contrôler la distorsion à toutes les focales. Si la distorsion en coussinet est fortement corrigée pour l'extrémité la plus longue, la distorsion en barillet serait plus grave à l'extrémité large. Si la distorsion en barillet est fortement corrigée sur l'extrémité large, elle exacerberait la distorsion en coussinet sur l'extrémité longue. Plus le rapport est large entre l'angle le plus large et les extrémités les plus longues des focales d'un objectif zoom, plus la corde raide est difficile à corriger correctement les distorsions géométriques aux deux extrémités.

Même avec des objectifs principaux, il coûte plus cher de corriger précisément les objectifs pour la distorsion géométrique que de les corriger "juste assez près". Cela coûte plus cher en termes de recherche et développement au stade de la conception de l'objectif. Cela coûte plus cher en termes de nombre d'éléments optiques utilisés, de quantité de matériaux nécessaires pour fabriquer ces éléments et de coût de matériaux plus exotiques utilisés pour fabriquer certains des éléments correctifs les plus efficaces. Il en coûte plus cher de fabriquer ce nombre accru d'éléments optiques, parfois dans des formes irrégulières plus exotiques, et à des tolérances plus élevées.

Certains des objectifs les plus chers sont également parmi les objectifs les plus corrigés pour les distorsions optiques. Des lentilles comme la gamme Zeiss de lentilles Otus, par exemple. Les objectifs zoom les moins chers ont tendance à être des objectifs qui affichent la distorsion géométrique la plus élevée ainsi que d'autres aberrations optiques.

Correction des distorsions de l'objectif

Quelles en sont les causes et peuvent-elles être corrigées sur le terrain ou en post-production logicielle?

La cause des distorsions géométriques des lentilles est la conception de la lentille et la façon dont elle plie la lumière qui la traverse. De nombreux objectifs simples présentent une distorsion géométrique d'une sorte ou d'une autre. La correction d'un objectif pour cette distorsion dépend des éléments correcteurs supplémentaires ajoutés à la formule optique d'un objectif.

La meilleure façon de corriger la distorsion géométrique de l'objectif sur le terrain est d'utiliser l'objectif disponible à l'époque qui démontre le moins de distorsion indésirable.

On peut corriger la distorsion géométrique en utilisant le traitement à l'intérieur de l' appareil photo (si l' appareil photo a cette capacité) ou en post-traitement, mais il est livré avec plusieurs mises en garde.

• Comme les bords sont incurvés pour corriger la distorsion géométrique, la couverture du champ de vision est réduite si la forme rectangulaire ou carrée de l'image globale est préservée. Tout ce que l'on voit sur les bords de l'image non corrigée n'apparaîtra pas dans l'image corrigée.
• Lorsque les pixels sont remappés, la résolution peut être perdue . Si l'objectif est assez doux et flou pour commencer, cela ne sera probablement même pas mesurable, et encore moins perceptible. Mais avec des objectifs à plus haute résolution utilisés sur des caméras à plus haute résolution, cela peut avoir à la fois un effet mesurable et même un effet perceptible à des tailles d'écran plus grandes. Comme le dit Roger Cicala, LensGuruGod1 sur lensrentals.com, dans un article de blog consacré au sujet ,

"Vous pouvez le corriger par la poste, mais
... il n'y a pas de déjeuner gratuit.

• Toute correction intégrée à l'image lors de la prise de vue RAW sera reflétée dans le jpeg de prévisualisation généré et ajouté au fichier brut, mais le fait que la correction soit appliquée ou non en post-traitement dépend du convertisseur brut utilisé. En général, les convertisseurs bruts tiers tels que Lightroom ignoreront les instructions concernant la correction incluses dans la section "notes du fabricant" des informations EXIF, tandis que la plupart des logiciels maison des fabricants d'appareils photo appliqueront les paramètres intégrés à l'appareil photo lors de l'ouverture d'un fichier brut. De plus, la correction que l'on peut appliquer à l'aide d'un convertisseur brut tiers tel que Lightroom sera effectuée en utilisant les profils d'objectif fournis par cette application tierce plutôt que le profil d'objectif, normalement fourni par les fabricants d'appareils photo, utilisé dans l'appareil photo pour générer l'aperçu jpeg. ou en poste en utilisant les fabricants de caméras propre logiciel. D'un autre côté, la plupart des fabricants ne fournissent que des profils de correction pour leurs propres objectifs (pour la correction interne ou post-production) tandis que les convertisseurs bruts tiers auront parfois des profils disponibles pour les objectifs tiers.

J'ai entendu parler de:

distorsion de la perspective

distorsion en barillet

distorsion en coussin

distorsion de la moustache

La distorsion de perspective décrit comment une image (ou une vue, ou, plus précisément, votre perspective) change lorsque vous vous rapprochez ou vous éloignez de votre sujet (c.-à-d. Changez votre perspective).

La façon la plus simple d'y penser est la suivante: imaginez si vous n'êtes qu'à 10 cm du visage de quelqu'un. De cette distance (c'est-à-dire de ce point de vue), vous ne pouvez pas voir tout leur visage à la fois - vous devez tourner votre propre tête vers la gauche, la droite, le haut, le bas, pour voir tout leur visage. Pensez maintenant à l'angle sous lequel vous regardez leur visage lorsque vous tournez la tête vers la gauche. Le nez s'avance, bloquant peut-être la vue de leur joue.

Reculez maintenant jusqu'à 5 mètres. Vous pouvez voir tout leur visage en un coup d'œil. Vous pouvez voir leur nez et toute leur joue. Le nez ne bloque pas la joue, peu importe si vous regardez à gauche, à droite ou au centre de leur visage.

Ce changement dans l'apparence de l'image (leur visage) n'est pas dû à un zoom avant ou arrière. Si vous vous teniez à 5 mètres de distance et utilisiez un zoom pour agrandir leur visage afin de remplir votre cadre - la perspective n'aura pas changé. Mais si vous vous approchez du visage, à seulement 10 cm de plus, votre perspective a changé et l'apparence du visage a changé.

Il y a une grande image montrant cette distorsion -

Bien que cette image répertorie les focales utilisées, ne vous laissez pas berner en pensant que c'est la focale (ou zoom) qui a provoqué la distorsion. Ce qui s'est passé, c'est qu'à des focales plus courtes, le photographe s'est rapproché du sujet afin de remplir le cadre avec le visage du sujet - c'est ce changement de perspective qui provoque la distorsion.

Un meilleur exemple de l'effet de la distance focale, ou zoom, est dans la séquence ci-dessous -

Notez ici que parce que la position de la caméra n'a pas changé, la perspective n'a pas changé entre les photos et donc la grange n'est pas déformée d'une photo à l'autre.

Désolé, je ne peux pas décrire ou expliquer de manière exhaustive les 3 autres distorsions que vous avez répertoriées.

La distorsion en perspective maintient les lignes droites droites. Cependant, les parallèles ne restent pas parallèles (sauf lorsqu'ils sont parallèles à l'horizon). Les quadrilatères sont transformés en quadrilatères. La distorsion en perspective peut être décrite par un équivalent de transformation en perspective, projetant une scène 3D à travers un point sur un plan.

La distorsion en barillet et en coussinet ne maintient pas les lignes droites droites. Ils les plient respectivement vers l'extérieur ou vers l'intérieur à partir du centre de l'image. Ils sont une conséquence de la géométrie de la lentille. La distorsion de la moustache se produit lorsqu'une telle distorsion s'affaiblit de nouveau à l'extérieur. Cela peut être dû au fait que les mesures correctives pour la distorsion en barillet ou en coussinet ne sont pas également efficaces à chaque point.

Toutes ces diverses distorsions de l'objectif réorganisent les pixels de l'image (indépendamment du contenu de la scène). Les lignes droites deviennent des lignes courbes par exemple. Il s'agit d'une distorsion de reproduction, car les lignes du sujet sont droites et les lignes courbes n'existent pas.

Perspective organise le contenu de la scène, les objets de la scène les uns par rapport aux autres. Les choses proches (comme peut-être le nez dans un portrait) semblent plus grandes, simplement parce que nous nous levons trop près pour les voir. Ou si nous nous tenons près, alors séparation horizontale apparente différente des choses éloignées par rapport aux choses proches ... Ce n'est pas une distorsion sauf dans nos notions d'esprit. Tous les cas sont bien sûr exactement comment les choses apparaissent réellement lorsque la caméra se trouve à cet endroit