КАК ОПРЕДЕЛИТЬ ФОКУСНОЕ РАССТОЯНИЕ ГЛАЗА И КАКАЯ ЛИНЗА ДАЕТ ТАКОЙ ЖЕ УГОЛ ОБЗОРА КАК И ЗРЕНИЕ ЧЕЛОВЕКА

Почему 50 мм — это нормально?

25-мм кинообъектив стал стандартом 50-мм обычного объектива для фотографии, поскольку он надежно заполнял кадр 35-мм фотографического негатива полностью и резко.

Что такое минимальное фокусное расстояние?

Минимальное фокусное расстояние — это наименьшее расстояние, на котором объектив может сфокусироваться. В случае цифровых зеркальных камер расстояние до объекта съемки измеряется от метки фокальной плоскости на корпусе камеры, а не от передней части объектива.

Почему фокусное расстояние 50 мм?

Почему фокусное расстояние 50 мм является особенным Для многих фотографов фокусное расстояние 50 мм является предпочтительным для портретной съемки, даже по сравнению с 35 мм, благодаря своим возможностям пограничного телефото. Это означает, что вы получаете большее сжатие и лучшее разделение между объектом и фоном практически при любой диафрагме.

Приблизительно соответствует углу человеческого зрения так называемый нормальный объектив.

Для малоформатного кадра 24х36 мм (такой использовался на той самой плёнке шириной 35 мм) нормальным объективом считается полтинник — фокусное расстояние 50 мм. Такой же размер кадра у полнокадровых (full frame) цифровых камер. Для других размеров кадра или матрицы нормальным считается другое фокусное расстояние. Известно, что для большого размера кадра и ФР эквивалентного объектива больше, а для меньшего кадра — меньше. Чтобы получить 35-миллиметровый эквивалент, собственное ФР объектива умножается на величину кроп-фактора. Так, тот же полтинник на кэноновском кропе будет вести себя как портретник с ФР=50*1,6=80 мм. Чтобы найти нормальный объектив для данного кроп-фактора, поступим обратно: 50/1,6=31,25 — то есть нормальным будет объектив с ФР приблизительно 30 мм.

У Кэнона таких нет, зато есть EF 28mm f/1.8 USM, EF 35mm f/2 IS USM, элька EF 35mm f/1.4 L USM. Их условно можно считать нормальными для такой матрицы. Можно поискать и у других производителей. У Сигмы найдутся те же 28 и 35 мм, это эквивалентно 45 и 56 мм соответственно. Как вы видите, допустим некоторый разброс. Это ничего. Те же «Гелиосы» шли к «Зенитам» как штатные и считались нормальными, хотя ФР у них аж 58 мм.

Фокусное расстояние человеческого глаза — это расстояние между сетчаткой и хрусталиком глаза. Фокусное расстояние глаза у разных людей разное. Это связано с тем, что у всех людей разная «сила глаза». Типичное минимальное фокусное расстояние человеческого глаза составляет 22,7 мм (2,27 см).

Почему 50 мм считается нормальным? 25-мм кинообъектив стал стандартом 50-мм нормального объектива для фотографии, потому что он надежно заполнял рамку 35-мм фотографического негатива.

Является ли человеческий глаз 50 мм? 50 мм — это определенно эквивалент человеческого глаза, говорит продавец фотоаппарата, который пытается продать вам камеру с объективом 50 мм. Оглянитесь вокруг. Да, 50-миллиметровый объектив может дать такой же обзор, как человеческий глаз. Но и 24 мм, и 70 мм, и 200 мм.

Какое максимальное фокусное расстояние у нормального человека? хейя! Максимальное и минимальное фокусное расстояние глазных линз составляет 2,5 см и 2,27 см соответственно. Близорукость также называют близорукостью.

Каково фокусное расстояние человеческого глаза? Молодой человеческий глаз может менять фокус с расстояния (бесконечность) до 6,5 см от глаза. Это резкое изменение фокусной силы глаза примерно на 15 диоптрий (обратная величина фокусного расстояния в метрах) происходит вследствие уменьшения зонулярного напряжения, вызванного сокращением цилиарной мышцы.

Человеческий глаз – удивительный орган, позволяющий нам воспринимать окружающий мир. Важной характеристикой глаза является его фокусное расстояние, которое определяет, как далекие или близкие объекты мы можем видеть четко. Фокусное расстояние глаза зависит от ряда факторов и может быть изменено с помощью множества оптических средств.

Средняя величина фокусного расстояния человеческого глаза составляет около 17 мм. Это означает, что глаз может четко видеть объекты, находящиеся на таком расстоянии. Однако, глаз способен адаптироваться и к другим расстояниям благодаря своей структуре, особенностям работы мышц и наличию специальной оптической системы.

Интересно, что фокусное расстояние глаза может быть улучшено с помощью использования различных оптических средств, таких как очки, контактные линзы или хирургическое вмешательство. Благодаря этому люди с нарушенным зрением могут видеть четко и качественно на разных расстояниях.

Важно помнить, что забота о здоровье глаза и регулярные визиты к врачу-офтальмологу позволяют сохранить хорошее зрение на долгие годы.

В этой статье мы рассмотрим подробнее, как работает фокусное расстояние человеческого глаза, какие факторы влияют на его величину и какие методы можно использовать для улучшения зрения. Также мы рассмотрим основные заболевания и проблемы, связанные с фокусным расстоянием глаза, и дадим советы по их предупреждению и лечению.

Общая структура оптико-электронного прибора

Оптико-электронный прибор состоит из следующих независимых модулей. В порядке от рассматриваемого предмета к изображению:

Объектив с камерой

Интересный факт. Этот принцип соблюдается не только в оптике, но и в других диапазонах шкалы электромагнитных волн. Например, по идентичному принципу построен направленный радиолокатор: его тарелкообразный рефлектор служит объективом, а приёмник в фокусе рефлектора – аналогом камеры.

Уточним термины. В рамках курса дадим такие определения:

Объектив – оптический элемент, формирующий из реального объёмного мира плоское изображение, которое способна воспринимать матрица.

Матрица (или сенсор) – тонкая пластинка из полупроводника, представляющая собой массив микроскопических светочувствительных элементов. Матрица с добавлением электроники и помещённая с ней в единый корпус называется камерой.

Интересный факт. В фотографии камера интегрирована в корпус фотоаппарата, потому фотографы используют только слова «объектив» и «матрица», а слово «камера» имеет у фотографов иное значение – так называют сам фотоаппарат.

Изображение интересующей нас сцены окружающего мира не может само телепортироваться в компьютер. Именно объектив, фокусируя световые лучи, формирует из трёхмерной области пространства плоское двумерное изображение, которое можно совместить с плоской матрицей, произвести захват изображения и перевести изображение в электрический сигнал и цифровой код.

Важно: объектив формирует изображение независимо от наличия за объективом камеры. Если с объектива снять камеру, изображение никуда не пропадёт и будет физически «висеть в воздухе» за объективом. Это изображение можно наблюдать глазом или на листе бумаги.

Время на прочтение

Меня зовут Андрей, я – специалист по оптическим системам, оптик и инженер-конструктор в одном лице.

Уже несколько лет, будучи единственным оптиком фирмы, я работаю бок о бок с отделом нейросетей, занимающихся распознаванием изображений. У меня сложилось чёткое понимание, какие именно кусочки оптических знаний используют сами CV-разработчики в своей работе, а где уже зовут профильного специалиста.

Из таких кусочков, выложенных в удобном порядке, и появился этот курс. Изначально я писал его для внутреннего обучения джунов и мидлов отдела нейросетей, начинающих работать с распознаванием изображений. В курсе ровно то, с чем CV-разработчики сталкиваются на практике при сборке макетов и работе с объективами. Не больше и не меньше. Чтобы с элементарными вопросами ко мне реже бегали 🙂

Почему вообще пришлось писать, когда есть гугл? Оптика – узкая и наукоёмкая сфера, и попытка гуглить информацию по ней чаще всего приводит к неудачам (т.к. неспециалисту трудно отличить правильную информацию от ошибочной). Я ради интереса много раз смотрел, что пишут в интернете по оптике, и чаще всего там, мягко говоря, некорректная информация. Англоязычный гугл лучше, но тоже не панацея. Статьи пишут в основном или фотолюбители (там много ошибок), или астрономы (там всё уже лучше, но очень специфичная область, которую не всякий сможет «портировать» на свой проект), или просто случайные люди типа любителей охотничьих прицелов (там полёт мысли такой, что просто туши свет).

Правильная информация есть в профильных статьях или книгах по 500 страниц, но в такие глубины неспециалисты обычно не ныряют. Потому возникла идея написать максимально короткий и простой курс-шпаргалку по аппаратной части для начинающего CV-разработчика.

Курс чрезвычайно сокращён и упрощён, потому кое-где я отклоняюсь от классической оптической теории. Строгость терминов сознательно принесена в жертву удобству практического применения курса. Прошу знающим людям не придираться к формулировкам.

Самый маленький кружок в центре мишени на топографической проекции в коре занимает площадь совсем немного меньше, чем площадь внешнего круга. У человека этот эффект ещё более выражен — центральная часть поля зрения проецируется на бОльшие площади в коре.
Для облегчения понимания был создан такой рисунок:

Здесь прекрасно видно, как увеличивается изображение с центра сетчатки.
Сделаю ударение на том, что это не оптическое, а кортикальное увеличение.

Подведём итог:
— фокусное расстояние ~17 мм,
— охват поля зрения одного глаза по горизонтали 140 – 160˚,
— изображение с центральной части сетчатки создаёт в коре ощущение(феномен) увеличенной картинки, хотя оптически проекция равномерная.

И всё же, для успокоения тех, у кого подгорает от 17 мм — выше была дана цифра фокусного расстояния для ВСЕГО глаза и для ВСЕГО поля зрения.
Чёткое зрение у нас только в центральной части сетчатки, которая называется Fovea. Угловое разрешение этой части сетчатки 1˚40′. Когда мы смотрим на мир вокруг(читаем текст, разглядываем пейзаж), то практически всегда наше внимание находится в этой маленькой точке с угловым разрешением около 1 градуса. Да, сознательно мы можем сместить внимание хоть на край сетчатки — там, где картинка совсем нечёткая. Но расширить зону внимания невозможно — такова физиология зрительной коры и феноменология построения той картинки, которую мы видим в итоге. И исходя из этого зрительного опыта создаётся впечатление о более узком поле зрения(длинном фокусном расстоянии), чем есть на самом деле.

Литература:
В. В. Вит «Строение зрительной системы человека» 2003 г.
Е. А. Егоров «Офтальмология» 2010 г.
С. А. Рухлова «Основы офтальмологии» 2006 г.
Новохатский А. Г. « Клиническая периметрия», 1973 г.
Дэвид Хьюбел — «Глаз, мозг, зрение»
Стивен Палмер — «От фотонов к феноменологии»
Баарс Б., Гейдж Н. — «Мозг, познание, разум»
Джон Николлс, А. Мартин, Б. Валлас, П. Фукс — «От нейрона к мозгу»
Майкл Газзанига — «Кто за главного?»

Основные параметры объектива

Из всего многообразия оптических параметров объектива интересны в первую очередь три основных, которых достаточно, чтобы в 95% случаев подобрать объектив:

Основные параметры объектива

Фокусное расстояние. Дать ему точное определение невозможно, не введя предварительно несколько терминов из теории геометрической оптики, так что точное определение опустим и будем использовать практически удобное: фокусное расстояние – расстояние от тонкой линзы (которая заменяет собой объектив при расчёте) до фокальной плоскости.

Чем больше фокусное расстояние, тем сильнее увеличение объектива, но тем меньше его угловое поле зрения. Фокусное расстояние и поле зрения обратно пропорциональны.

Интересный факт. Зайдите в Википедию и прочитайте, что написано в статье про фокусное расстояние. Чёткого определения там нет – и неспроста.

Примечание. Незнание строгого определения не мешает фотографам использовать нужную оптику и не помешает программистам выбирать объективы.

Относительное отверстие (и его альтер-эго: диафрагменное число). Отношение диаметра входного зрачка линзы к её фокусному расстоянию: D:f ´, когда D приведено к единице. Обратная величина, f ´/D, называется диафрагменное число. Диафрагменное число написано на кольце управления диафрагмой фотообъектива.

Что такое входной зрачок (его иногда ещё называют апертурой)? Входной зрачок определяет максимальный диаметр пучков, которые могут пройти через объектив. В случае одиночной линзы – это диаметр самой линзы. В случае линзы в оправе – это внутренний диаметр оправы. В случае сложного объектива с регулируемой диафрагмой это изображение диафрагмы, которое наблюдается через все предшествующие ей линзы. Прикройте диафрагму наполовину и загляните в объектив. Изображение диафрагмы, которое видно через линзы объектива, и есть входной зрачок.

Примечание. В случае отсутствия отдельной диафрагмы (такой, какая есть на фотоаппаратах), диафрагмой служит та оправа линзы, которая видится наименьшей, если смотреть внутрь объектива.

Входной зрачок объектива: изображение диафрагмы, видимое через впередистоящую линзу

Диаметр входного зрачка объектива – это не диаметр его первой линзы и не диаметр самой диафрагмы. Это диаметр изображения диафрагмы, наблюдаемое, если смотреть внутрь объектива. На размер и положение входного зрачка влияют линзы, стоящие перед диафрагмой; линзы после диафрагмы на входной зрачок не влияют.

Относительное отверстие, как отношение диаметра входного зрачка к фокусному расстоянию, определяет способность объектива собирать свет подобно конусу-воронке, основание которого – диаметр выходного зрачка, а высота – фокусное расстояние. Чем больше относительное отверстие (чем больше дробь, то есть чем меньше знаменатель дроби; относительное отверстие 1:2 больше, чем 1:4) – тем светлее изображение.

Пример №1. Рассчитаем относительное отверстие для одиночной линзы. Диаметр линзы 50 мм, фокусное расстояние – 100 мм. В случае одиночной линзы входной зрачок – это её диаметр. Относительное отверстие: 50/100 = 1:2. Произносится – «один к двум», традиционно пишется через знак «:».

Пример №2. На торце объектива написано: F4/200. Это означает: фокусное расстояние объектива 200 мм, диафрагменное число F4, относительное отверстие – 1:4.

Примечание. Как легко заметить, относительное отверстие и диафрагменное число фактически описывают одно и то же. Это историческое разделение – относительное отверстие это немецкая/советская оптические школы, а диафрагменное число – англо/американская.

Иногда относительное отверстие могут называть светосилой, но это неправильно. Настоящая светосила – отношение освещённости изображения к яркости предмета: H=E/В. Она пропорциональна квадрату относительного отверстия.

В объективе с регулируемой диафрагмой изменение относительного отверстия – это открытие или закрытие диафрагмы. Регулировка диафрагмы объектива выполняет следующие функции:

Эти параметры противоречивы, потому что все три завязаны на одну и ту же диафрагму. Повышение одного параметра одновременно приводит к снижению второго. Рассмотрим их подробнее.

Интересный факт. Если необходимо понять, какой эффект на изображение даёт диафрагма, можно обратиться к статьям и видеороликам фотографов. Однако не стоит запоминать их объяснения, как именно диафрагма даёт эти эффекты, какая там физика – в таких объяснениях часто встречаются ошибки.

Регулировка яркости. Интуитивно понятно: чем сильнее открыта диафрагма, тем больше света проходит через объектив и тем светлее картинка. Если есть выбор между осветлением компьютерными алгоритмами и открытием диафрагмы – следует выбирать диафрагму. Коррекция яркости алгоритмами – это искусственное вытягивание изображение, в то время как открытие диафрагмы – естественное увеличение светового потока и повышения отношения сигнал/шум. Особенно сильно алгоритмы уступают открытию диафрагмы в сумерках.

Повышение резкости. При закрывании диафрагмы повышается резкость изображения, особенно в центре кадра. Это связано с уменьшением аберраций широких пучков – сферической аберрации и комы (подробнее – в следующей статье). Однако, если продолжать закрывать диафрагму, с какого-то момента резкость снова начнёт ухудшаться – начнёт сказываться влияние дифракции (подробнее – так же в следующей лекции). Этот эффект хорошо разобран в статьях по фотографии.

Изменение глубины резкости. Чем больше открыта диафрагма, тем меньше глубина резко изображаемого пространства – области, ближе и дальше которой предметы будут размыты. Этот приём используется при портретной фотографии, когда диафрагма открывается широко, и фон за лицом становится размыт.

Вывод. Открытие диафрагмы повышает яркость и контраст изображения, но уменьшает чёткость и глубину резкости. Закрытие диафрагмы повышает чёткость и глубину резкости, но делает изображение более тёмным.

Угловое поле зрения. Угол в пространстве, который отображается объективом на матрице.

Примечание. Оптическая система объектива осесимметричная, так что любой объектив имеет круглое поле зрения, в который вписывается прямоугольная матрица. В итоге в спецификациях на объективы (lens datasheets) указывают угловые поля зрения по горизонтали и по вертикали, иногда – ещё и по диагонали. Поля указывают всегда для конкретного сенсора:

В таблице выше пример из спецификации трансфокатора (объектива с переменным фокусным расстоянием). Объектив совместим с сенсором 2/3 видиконовского дюйма, также совместим с меньшими типоразмерами сенсоров: 1/1,8 и 1/2. Для каждого сенсора указаны три угловых поля зрения: D – диагональное, H – горизонтальное и V – вертикальное. Для каждого поля зрения указано его максимальное и минимальное значение в градусах.

Важный факт. Диагонали матриц (1/2”, 2/3” и т.д. измеряются в видиконовских дюймах). Этот особый дюйм – это не привычный имперский дюйм 25,4 мм. Видиконовский дюйм равен приблизительно 2/3 от обычного дюйма или приблизительно 16,93 мм.

Интересный факт. Видиконовский дюйм – одна из очень немногих оставшихся в обращении внесистемных единиц измерения, не привязанных к системе СИ и метрологическим эталонам. В XXI веке видиконовский дюйм выглядит как измерение расстояния шагами или дальностью полёта стрелы. Однако, в силу инерции общества, им продолжают пользоваться.

Если объектив совместим с каким-то сенсором, то он также совместим с любым меньшим сенсором. А вот при попытке поставить сенсор большего размера на его краях возникнет виньетка.

Угловое поле в спецификациях иногда заменяется указанием максимального сенсора, совместимого с данным объективом. При этом само значение углового поля в градусах может отсутствовать.

Фокусное расстояние глаза. Какое же оно?

Перед началом статьи обращаюсь к маленьким фотографам — запасайтесь огнетушителями.
Поехали!

Объектив как аппаратная часть технического зрения

Если мы говорим об обработке изображений, то возникает вопрос, как мы получаем исходную картинку. Даже картинки из интернета кто-то как-то получил, прежде чем загрузить их в сеть.

Системы технического зрения, исходя из самого слова «зрение», воспринимают реальные предметы окружающего мира подобно глазу. Чтобы получить изображение окружающих предметов в форме, пригодной для компьютерной обработки, требуется два элемента: объектив и камера. Это – аппаратные части, «железки», без которых нельзя передать изображение реального мира в компьютер.

Глаз как оптическая система

На этом рисунке добавил пояснения для удобства.

Начнём с руководства по офтальмологии.
Суммарная преломляющая сила всей оптической проводящей системы глаза называется физической рефракцией.
Диоптрии всех оптических сред глазного яблока:
— роговица ~ 43 дптр,
— передняя камера ~ 3 дптр,
— хрусталик ~ 19-33 дптр,
— стекловидное тело ~ 6 дптр.
Передняя камера заполнена водянистой влагой — жидкостью по оптическим свойствам близкой к воде. ( Ремизов А. Н. « Медицинская и биологическая физика» с.384)
Необходимо понимать, что первые три среды являются собирающими свет, а стекловидное тело рассеивает его, поэтому при расчёте мы отнимаем это значение.

Сила преломления рассчитывается в диоптриях по простой формуле из геометрической оптики:
Д=Др+Дп.к+Дхр-Дст.т.= 43+3+19-6=59 дптр

Значение хрусталика в этом расчёте принято

, так как оно соответствует его рефракции в расслабленном состоянии, когда мы смотрим в даль.

Дальше переводим диоптрии в миллиметры:
F=1/Д=1/59=0,0169 м=17 мм.

Вывод: фокусное расстояние глаза человека ~17 мм.

На этапе изучения оптических свойств

мы имеем значение ~17 мм.
Цитата — «Возьмем случай, где средняя физическая рефракция (60,0D) в глазном яблоке с передне-задним размером средней величины (23 мм). Нетрудно подсчитать, что при толщине роговицы около 1 мм, глубине передней камеры около 3 мм и отрезке от переднего полюса хрусталика до узловой точки 2 мм, от последней до сетчатки остается как раз 17 мм, что и обеспечит фокусировку параллельных лучей в центральной ямке желтого пятна, так как совпадает с главным фокусным расстоянием.»

Но, думаю, кто-то возразит — фокусное расстояние должно быть около 50мм!

Почему должно и почему некоторым так кажется? Для ответа на этот вопрос мы двинемся дальше — в зрительную кору.

Как найти фокусное расстояние человеческого глаза?

D. 25/11 см. Подсказка: Это основные задачи, которые можно решить, используя расстояние до изображения (v) 2,5 см. Так как 2,5 см — это расстояние между сетчаткой и линзой, то для нахождения минимального фокусного расстояния используйте формулу линзы, т.е. 1v-1u=1f.

Что такое фокусное расстояние человеческого глаза? Сагиттальная вертикаль (высота) глаза взрослого человека составляет приблизительно 23,7 мм (0,93 дюйма), поперечный горизонтальный диаметр (ширина) — 24,2 мм (0,95 дюйма), а аксиальный передне-задний размер (глубина) в среднем 22,0-24,8 мм (0,87-0,98 дюйма) без существенных различий между полами и возрастными группами.

Сколько мегапикселей у камеры Eagle eye? Описание камеры: Eagle’s Eye AHD Series Bullet Camera имеет 1.3MP (720P) High-Performance, 1/3″ CMOS Sensor, разрешение до 720P, 3.6mm Fixed Lens, True Day / Night Vision, до 30m IR Range Distance. Эффективные пиксели — 1280 (В) x 960 (В).

Что означает фокусное расстояние глаза? Фокусное расстояние оптической системы — это показатель того, насколько сильно система конвергирует или дивергирует свет; оно является обратной величиной оптической силы системы. Положительное фокусное расстояние указывает на то, что система сближает свет, в то время как отрицательное фокусное расстояние указывает на то, что система расходится.

Каково максимальное фокусное расстояние глаза?

Максимальное фокусное расстояние глазной линзы составляет 2,5 см. Расстояние между линзой и сетчаткой глаза составляет 2,5 см. Минимальное фокусное расстояние возникает, когда вы фокусируетесь на изображении в ближней точке Минимальное фокусное расстояние линзы глаза составляет 2,27 см.

Какой нормальный размер глаза?

Размер глаза взрослого человека составляет приблизительно 24,2 мм (поперечный) × 23,7 мм (сагиттальный) × 22,0-24,8 мм (аксиальный) без существенной разницы между полами и возрастными группами. В поперечном диаметре размер глазного яблока может варьироваться от 21 мм до 27 мм.

Формирование изображения в объективе

Рассмотрим значение оптических параметров на примере идеальной тонкой линзы (этот раздел был в школьной физике в 8 классе). Тонкую линзу ещё называют идеальным объективом, то есть объективом, который создаёт идеальное изображение, без искажений и аберраций (подробнее об аберрациях в следующей статье).

Для начала вспомним построение изображения в одиночной линзе. От него всего лишь шаг до настоящего объектива и понимания его основных параметров. Одиночная линза – очень простая и удобная модель для расчётов. Любой объектив (кроме объектива с сильной дисторсией) при расчёте можно свести к эквивалентной ему одиночной линзе. Большое количество линз в реальных объективах служат лишь для получения изображения хорошего качества.

Предположим, перед линзой на некотором расстоянии L расположен предмет AB. Предмет перпендикулярен оптической оси и изображение A´B´этого предмета также будет перпендикулярно оптической оси. Значит, чтобы найти положение и размер изображенияA´B´, достаточно найти местоположение точки B´и опустить оттуда перпендикуляр на оптическую ось.

Для нахождения местоположения точки B´ достаточно построить два луча:

На месте пересечения этих двух лучей и будет располагаться точка B´.

Примечание. Фокус – точка на оптической оси, куда фокусируется пучок лучей, идущий параллельно оптической оси. Фокальная плоскость – плоскость, проходящая через точку фокуса и перпендикулярная оптической оси. Матрицу чаще всего располагают в фокальной плоскости.

Отсюда можно сделать два промежуточных вывода:

Теперь начнём удалять предмет от линзы, увеличивая расстояние L. Что произойдёт?

Смоделировано в программе Zemax

Первая линза на рисунке по расположению предмета и изображения совпадает с предыдущем рисунком «Идеальная линза».

Когда предмет перемещается на двойное фокусное расстояние, его изображение становится равным предмету.

При дальнейшем удалении предмета от линзы его изображение уменьшается и приближается к фокальной плоскости.

Когда предмет удаляется на бесконечность, его изображение располагается в фокальной плоскости:

Предмет наблюдения в бесконечности, изображение – в фокальной плоскости

Если идти по рисунку в обратном порядке, снизу вверх, то можно сделать выводы:

При удалении предмета его угловой размер (на рисунке – угол между центрами синего и зелёного пучков лучей) уменьшается. Поэтому даже самые большие объекты наблюдения помещаются на маленькую матрицу, если они наблюдаются издалека.

Реальные предметы никогда не располагаются в бесконечности. Бесконечность сама по себе умозрительное понятие, не имеющее отношение к практической физике. В реальности любой предмет располагается на конкретном расстоянии от объектива. Если расстояние до предмета настолько большое, что его изображение находится практически в фокальной плоскости и неотличимо по резкости от изображения строго в фокальной плоскости, то говорят, что предмет находится на гиперфокальном расстоянии или расстоянии начала бесконечности. Гиперфокальное расстояние зависит от параметров объектива; например, для глаза (а глаз – тоже объектив) оно равно приблизительно пяти метрам – именно на таком расстоянии висит офтальмологическая таблица для проверки остроты зрения.

Рассмотрим теперь некоторые соотношения идеальной линзы, через которую на матрицу проецируется предмет, находящийся на гиперфокальном расстоянии:

Основные соотношения тонкой линзы

Зная размер предмета, расстояние до предмета и фокусное расстояние объектива, можно определить линейный и угловой размеры изображения.

Зная размеры матрицы (подставив его вместо размера изображения y´) и фокусное расстояние объектива, можно определить угловое поле зрения.

Рассчитав угловой размер изображения, можно прикинуть необходимый размер матрицы и пропорции изображения на ней и на мониторе компьютера.

Рассчитав линейный размер изображения и зная размер пикселя матрицы, можно узнать, сколько пикселей займёт изображение. Это – важная часть задачи распознавания изображения нейросетью (часто указывается, что для работы нейросети необходимо, чтобы изображение занимало не менее Х пикселей).

Пример расчёта угловых полей

Задача: найти поля зрения для на максимальном зуме для объектива Computar M24Z1527PDC-MP с камерой на основе сенсора Python 2000.

У прямоугольного сенсора есть три ключевых размера (в спецификациях эта область называется opical area, sensitive area и т.д.):

К расчёту угловых полей через размер сенсора

Арктангенс отношения соответствующего размера сенсора к фокусному расстоянию даёт, соответственно, три угловых поля зрения: горизонтальное, вертикальное и диагональное.

Чтобы определить размеры a и b, необходимо умножить разрешение сенсора на размер одного пикселя.

Расчёт не учитывает дисторсию, неточность номинального фокусного расстояния и прочие погрешности реальных оптических систем, так что найденные величины примерные, и их стоит округлить до первого знака после запятой.

Ответ:  Диагональное поле зрения: 1,7 градуса               Горизонтальное поле зрения: 1,4 градуса               Вертикальное поле зрения: 0,9 градуса

Пример расчёта дистанции через необходимое число пикселей

Задача: найти расстояние, с которого объект высотой 5 метров при наблюдении в объектив Computar M24Z1527PDC-MP с камерой на основе сенсора Python 2000 на максимальном зуме будет занимать изображение размером 100 пикселей.

Одно и то же изображение, занимающее разное количество пикселей

Теперь посмотрим, как реальный многолинзовый объектив переходит в эквивалентную ему тонкую линзу. Эта тонкая линза располагается в точке пересечения продолжений входящего в объектив и выходящего из объектива лучей:

Переход от реального объектива к тонкой линзе

Обратите внимание, что фокусное расстояние объектива не зависит от длины его корпуса. Оно может быть как больше, так и меньше. Если фокусное расстояние больше, чем длина объектива, то это телеобъектив, а если меньше – то ретрофокусный объектив (на картинке как раз он).

Интересный факт. В зеркальных фотоаппаратах за объективом стоит отклоняющееся зеркало, требующее для работы много места. Объективу необходим длинный фокальный отрезок– расстояние от последний линзы до фокальной плоскости. Встречаются объективы, фокусное расстояние которого меньше, чем фокальный отрезок.

Примечание. Фокальный отрезок не следует путать с рабочим отрезком – расстоянием от базового торца корпуса объектива до фокальной плоскости. Рабочий отрезок отмеряется от металла, а фокальный – от стекла.

Тезисы (стоит запомнить)

1.) Чтобы получить изображение в компьютере, необходимы объектив и камера.

2.) Объектив фокусирует свет и формирует плоское изображение, с которым совмещается матрица. Матрицей называют светочувствительный сенсор камеры.

3.) При наблюдении вдаль изображение лежит в фокальной плоскости объектива; при наблюдении вблизи изображение удаляется от фокальной плоскости и объективу требуется перефокусировка на конечное расстояние.

4.) Объектив для габаритных расчётов можно свести к единичной идеальной линзе и высчитывать необходимые параметры из соотношения подобных треугольников.

5.) Фокусное расстояние и угловое поле зрения обратно пропорциональны. Чем больше фокусное расстояние, тем больше увеличение, но тем меньше поле зрения.

6.) Входной зрачок объектива – это не диаметр его первой линзы и не диаметр самой диафрагмы. Это диаметр изображения диафрагмы, наблюдаемое, если смотреть внутрь объектива. Входной зрачок влияет на ряд параметров изображения.

7.) Относительное отверстие объектива – отношение диаметра входного зрачка к фокусному расстоянию объектива: 1:2 / 1:2,4 / 1:5,6 и так далее. Диафрагменное число – знаменатель этой дроби, оно обратно относительному отверстию. Диафрагменное число написано на объективе: F/2 / F/2.4 / F/5.6.

Какое фокусное расстояние для iPhone?

Как и все флагманские смартфоны, линейка iPhone 11 по-прежнему отличается высочайшими характеристиками основной камеры — от выдержки до диафрагмы и ISO. Поле зрения 26 мм — это то, что мы привыкли видеть в современных смартфонах, это постепенное увеличение по сравнению с фокусным расстоянием 28 мм в смартфонах первой волны.

Почему важно фокусное расстояние?

Одним из наиболее важных аспектов при покупке объектива является фокусное расстояние. Оно позволяет вам знать, насколько близко вы должны находиться к объекту съемки. Более длинное фокусное расстояние необходимо для объектов, расположенных дальше. Меньшее фокусное расстояние позволяет охватить большую часть сцены перед вами.

Типы объективов, применяемых в техническом зрении

Для наблюдения вдаль используются объективы, называемые в интернет-магазинах либо «объективы для видеонаблюдения», либо «объективы для машинного зрения». Пример:

Примечание. Иногда объективы, прямо обозначенные как объективы для машинного зрения, предназначены для работы вблизи. В них указывается расстояние до предмета и для наблюдения вдаль они не годятся. Тип объектива надо всегда уточнять.

При выборе объектива для конкретной задачи необходимо в первую очередь учитывать следующие параметры:

Резьбы Cи CS типа (S означает short). Отличаются разным значением рабочего отрезка. Существуют прокладные кольца-переходники с CS на C.

Как работает фокусировка глаза?

Хрусталик расположен за радужкой и обладает способностью изменять свою выпуклость. При смотрении на близкое расстояние он становится более выпуклым, что позволяет фокусировать изображение на сетчатке. При смотрении на дальнее расстояние хрусталик расслабляется и становится менее выпуклым, чтобы фокусировка происходила на задней стекловидной влаге.

Фокусное расстояние глаза – это дистанция между хрусталиком и сетчаткой, на которой происходит фокусировка. Фокусное расстояние человеческого глаза постоянно меняется в зависимости от того, на каком объекте смотрит человек.

Когда человек смотрит на объекты, находящиеся на бесконечном расстоянии (например, на горизонте), фокусное расстояние его глаза составляет примерно 25 мм. Эта величина является определенной нормой, но может немного варьироваться у разных людей.

Возраст также может оказывать влияние на фокусировку глаза. С возрастом хрусталик теряет свою эластичность, что приводит к возникновению пресбиопии — состоянию, при котором возникают трудности с фокусировкой на близком расстоянии. В таких случаях ношение очков с коррекцией способствует восстановлению нормальной фокусировки.

Как сохранить зрение здоровым

Здоровье глаз играет важную роль в нашей жизни, поэтому очень важно заботиться о сохранении их зрения. Вот несколько советов, которые помогут вам сохранить зрение здоровым:

Помните, что забота о зрении начинается с вас. Следуя этим простым советам, вы можете сохранить свое зрение здоровым на долгие годы.

Анатомия глаза

Один из важнейших элементов глаза – роговица, прозрачная передняя часть глаза, которая защищает его и преломляет световые лучи. За роговицей находится радужка, окрашенная в различные оттенки. Она регулирует количество света, попадающего внутрь глаза.

За радужкой находится хрусталик, представляющий собой линзу, которая фокусирует свет на сетчатке – специальном тканевом образовании в задней части глаза. Сетчатка содержит фоторецепторные клетки, нейроны и другие структуры, необходимые для восприятия света и передачи информации о нем в мозг.

Оптические нервы, расположенные на сетчатке, собирают информацию о свете и передают ее через зрительный нерв в зрительные центры мозга. В результате мы видим окружающий мир.

Глаз является одним из наиболее чувствительных органов человека и требует особого ухода и осторожности. Неправильный уход за глазами или нарушения их работы могут привести к различным заболеваниям и ухудшению зрения. Поэтому важно обращать на них внимание и регулярно проводить профилактические осмотры.

Какова максимальная длина человеческого глаза?

Максимальное фокусное расстояние глазного хрусталика составляет 2,5 см. Расстояние между хрусталиком и сетчаткой составляет 2,5 см. Минимальное фокусное расстояние возникает, когда вы фокусируетесь на изображении в ближней точке Минимальное фокусное расстояние линзы глаза составляет 2,27 см.

Как определить фокусное расстояние человеческого глаза?

D. 25/11 см. Подсказка: Это основные задачи, которые можно решить, используя расстояние изображения (v) 2,5 см, так как 2,5 см — это расстояние между сетчаткой и линзой, затем используйте формулу линзы, т.е. 1v-1u=1f, чтобы найти минимальное фокусное расстояние.

Влияние фокусного расстояния на зрение

Фокусное расстояние играет важную роль в зрении человека. Оно определяет, насколько точно глаз может сосредоточиться на определенной точке в пространстве. Фокусное расстояние зависит от формы и размера глазного яблока, а также от аккомодационной способности хрусталика.

Чтобы ретина получила четкое изображение, должно быть достигнуто оптимальное фокусное расстояние. Если фокусное расстояние слишком велико, изображение будет нечетким, а если слишком мало — зрение будет рассогласовано. Это может привести к близорукости или дальнозоркости.

С возрастом фокусное расстояние человеческого глаза может изменяться. При возрастном дальнозоркости хрусталик становится менее гибким, что приводит к снижению его аккомодационной способности. В результате, человек начинает хуже видеть вблизи.

Фокусное расстояние также может быть корректировано с помощью оптических средств, таких как очки или контактные линзы. Они позволяют улучшить зрение, исправляя неправильное фокусное расстояние и обеспечивая ретине четкое изображение.

Поэтому понимание и контроль фокусного расстояния очень важны для поддержания хорошего зрения и предотвращения различных проблем с глазами.

Какое фокусное расстояние у камеры iPhone 11?

Как и все флагманские смартфоны, линейка iPhone 11 по-прежнему отличается высочайшими характеристиками основной камеры — от выдержки до диафрагмы и ISO. Поле зрения 26 мм — это то, что мы привыкли видеть в современных смартфонах, что является постепенным увеличением по сравнению с фокусным расстоянием 28 мм в смартфонах первой волны.

Каково минимальное расстояние при близорукости?

Таким образом, хрусталик человеческого глаза способен регулировать свое фокусное расстояние, чтобы видеть как далекие, так и близкие объекты на сетчатке. Эта способность называется силой аккомодации глаза. Q2. Человек с близоруким глазом не может отчетливо видеть предметы на расстоянии более 1,2 м.

Как рассчитывается фокусное расстояние?

Фокусное расстояние двояковыпуклой линзы задается формулой (1/v) + (1/u) = (1/f), где u — расстояние между объектом и линзой, v — расстояние между изображением и линзой.

Какое фокусное расстояние соответствует человеческой перспективе? Исследованиями был измерен конус зрительного внимания и установлено, что его ширина составляет около 55 градусов. На 35-мм полнокадровой камере 43-мм объектив обеспечивает угол обзора 55 градусов, так что это фокусное расстояние обеспечивает точно такой же угол обзора, как и у нас, людей.

Какова длина глазного яблока? Осевая длина глаза при рождении составляет приблизительно 17 мм и достигает 24 мм в зрелом возрасте. Она обычно длиннее 24 мм у близоруких и короче 24 мм у дальнозорких. Каждый мм изменения осевой длины глаза соответствует приблизительно 2,5 D См. биометрию глаза; ультрасонографию.

Какое фокусное расстояние у натурального фотоаппарата?

Но хотя угол обзора можно назвать сверхшироким, общая перспектива и пространственные отношения между объектами в поле изображения передаются как при съемке «обычным» объективом. В отличие от традиционного промышленного стандарта 50-55 мм, фактическое фокусное расстояние обычного объектива составляет 43 мм.