Arial Georgia Tahoma Times New Roman Verdana

Результаты тестирования оптических систем

Начнем с камеры Casio QV4000 без насадок.

Для оценки качества производилась съемка радиальной и кольцевой мир, напечатанных на молочной пластиковой пленке Epson S041071, закрепленной на светостоле hama с цветовой температурой 8000 К. Падающий свет на миру полностью отсутствовал. Радиальная мира имеет 90 черных линий. Диаметр миры 118 мм. Отношения яркости полос более 50 раз. Баланс белого камеры устанавливался вручную при съемке светостола аппаратом без насадок. Фокусировка осуществлялась, когда миры располагались в центре кадра, после чего камера поворачивалась таким образом, чтобы мира оказалась в углу кадра. Съемка проводилась при полностью открытой диафрагме аппарата и диафрагме f:8. Диафрагмы остальных оптических элементов всегда полностью открыты. Устанавливалось максимальное фокусное расстояние объектива камеры, равное 21 мм. Соблюсти одинаковый масштаб при съемке со всеми оптическими насадками за счет перемещения камеры не удалось, поскольку суммарная длина комнаты и коридора не превышала 7 м.

Под снимками указана диафрагма, выдержка и координаты центра миры по отношению к верхнему левому углу кадра размером 2240×1680 пикселей. Радиус круга в пикселях, вне которого различимы все штрихи, обозначен буквой R. При наличии астигматизма круг вырождался в эллипс, в этом случае замерялась полуось, лежащая в меридиональной (Rm) и в сагиттальной (Rs) плоскостях. Как видно из схемы хода лучей при фокусировке лучей, идущих в меридиональном сечении, кружок фокусировки превращается в линию, лежащую в сагиттальной плоскости, и, наоборот, при фокусировке лучей, идущих в сагиттальном сечении, кружок фокусировки превращается в линию, лежащую в меридиональной плоскости. Разрешение штрих на пиксель можно получить по следующей формуле: 180/6,28R. Черная и белая линии — 2 штриха. Оценка радиуса проводилась с помощью программы Levels по исходному снимку, после чего мира вырезалась, фрагмент сохранялся в JPEG с помощью программы Photoshop 5, сжатие 4, и помещался в нижеприведенную таблицу. Проверка показала, что разрешение оригинала и копии практически одинаково.

f:2, 1/100 с, X=1456,Y=867, R=43	f:8, 1/6 с, X=1457,Y=867, R=43
f:2, 1/80 с, X=128,Y=172, R=52	f:8, 1/6 с, X=128,Y=172, R=43

Добавим трубу Кеплера, состоящую из фотообъективов Гелиос-44 и Волна-3. Фокусные расстояния, соответственно, 58 и 80 мм.

f:2, 1/80 с, X=1216,Y=831, R=43	f:8, 1/4 с, X=1198,Y=828, R=43
f:2, 1/50 с, X=171,Y=154, R=52, Rm=41, Rs=52	f:8, 1/4 с, X=141,Y=165, R=57, Rm=45, Rs=57

Отмечу практически полное отсутствие хроматических аберраций и заметный астигматизм для снимка миры, помещенной в углу кадра. Телескопическая насадка не повлияла на разрешение в центре кадра. Предельное разрешение при полностью открытой диафрагме в углу кадра практически не изменилось, контраст же существенно уменьшился, причем это особо заметно, если оценивать изменение амплитуды сигнала вдоль линии, лежащей в меридиональной плоскости. При диафрагме f:8 разрешение уменьшилось, причем в основном за счет фокусировки лучей в меридиональном сечении. Для штрихов, перпендикулярных сагиттальному сечению, радиус кружка, вне которого штрихи отображаются резко, практически не изменился по сравнению с родным объективом и равен 45 пикселям. Я полагаю, что диафрагмирование почти не сказалось на астигматизме, однако значительно уменьшило другие остаточные аберрации, что увеличило контраст изображения и в совокупности с алгоритмом обработки сигнала с чувствительных элементов матрицы привело к ярко выраженному различию в разрешении между штрихами миры, лежащими в сагиттальной и меридиональной плоскостях. Свой вклад внесла и методика, при которой фокусировка осуществляется по объекту в центре кадра; в результате, в данном случае, на краю у нас получилась оптимальная фокусировка для лучей, идущих в сагиттальной плоскости.

Для более детального изучения этого эффекта построим с помощью программы Levels графики изменения амплитуды сигнала вдоль линий, пересекающих кольцевую миру в сагиттальной и меридиональной плоскостях. Кольцевая мира нарисована таким образом, что толщина штрихов в пикселях пропорциональна расстоянию от центра миры и составляет 0,1 от радиуса.

Центр кольцевой миры расположен в точке с координатами X=175, Y=164, диафрагма f:8. Буквой S помечена кривая, отражающая изменения амплитуды в сагиттальном сечении, М— в меридиональной. Кривая М1 соответствует измерениям от центра миры к центру кадра, а кривая М2 — от центра миры к краю кадра. Как видно, ситуация с аберрациями резко ухудшается непосредственно у края кадра. Для сравнения приведены графики для аппарата без насадок (2) и объектива Волна (3), установленного на аппарат Canon EOS D30. Приведено всего по одному графику, так как в этом масштабе разницу между сагиттальным и меридиональным сечениями уловить сложно.

Интересно, что хроматические аберрации у получившейся системы (2) даже меньше, чем у исходного аппарата (1).

Сравним со снимком, сделанным Canon EOS D30 с объективом Волна-3.

Поскольку объектив Волна-3 предназначен для среднеформатных камер, то и разницы в разрешении между центром и краями кадра камеры D30 я не заметил, и привожу снимок только одной миры, снятой с диафрагмой f:2,8 и выдержкой 1/125с, R=41. На снимке хорошо видно, что с уменьшением толщины штрихов контраст почти не меняется, а кружок разрешения определяется не по потере контраста, а по возникновению муара.

Гелиос-44 — Мир-38

f:2, 1/60 с, X=1243,Y=843, R=43	f:8, 1/5 с, X=1243,Y=843, R=44
f:2, 1/60 с, X=137,Y=127, R=50 Rm=43, Rs=50	f:8, 1/5 с, X=137,Y=127, R=57 Rm=43, Rs=57

Еще одной проблемой, с которой приходится сталкиваться при использовании телескопической системы, является падение освещенности к краям поля изображения. При диафрагмировании освещенность по полю выравнивается. Для описываемой конструкции отношение освещенностей в точке, отстоящей на 5% от края к центру кадра, составило 0,76 при f:2 и 0,94 при f:8.

Юпитер-3 — Мир-38

f:2, 1/60 с, X=1194,Y=839, R=43	f:8, 1/4 с, X=1190,Y=839, R=43
f:2, 1/50 с, X=134,Y=132, R=59 Rm=43, Rs=59	f:8, 1/5 с, X=108,Y=108, R=47 Rm=43, Rs=47

С этим окуляром ситуация более предсказуемая, и диафрагмирование улучшает ситуацию по всем показателям. Однако, виньетирование заметно больше.

Гелиос-44 — Pentacon 2,8/135 (фото в заголовке статьи)

f:2, 1/40 с, X=990,Y=871, R=43	f:8, 1/5 с, X=890,Y=843, R=45
f:2, 1/40 с, X=518,Y=199, R=55 Rm=47, Rs=55	f:8, 1/5 с, X=552,Y=209, R=45

Эта система дает виньетирование углов кадра примерно на 90 пикселей. В результате центр миры был расположен несколько дальше от края кадра, что привело к некоторому завышению результатов по сравнению с остальными системами.

Гелиос-44 — Ортагоз 4,5/135

f:2, 1/40 с, X=778,Y=823, R=54	f:8, 1/2 с, X=837,Y=837, R=46
f:2, 1/40 с, X=104,Y=148, R=57 Rm=48, Rs=57	f:8, 1/2 с, X=116,Y=153, R=53 Rm=53, Rs=47

Низкая светосила объектива Ортагоз f:4,5 сказалась и на всей системе, однако это самый легкий объектив в моем обзоре, и к тому же система, построенная с его участием, обладает минимальным виньетированием углов.

Гелиос-44 — Pentacon 135 с объективом SUPER – EBC FUJINON камеры FUJIFILM FinePix 6900. Фокусное расстояние объектива камеры 47 мм. Размер кадра 2832×2128. Для адекватного сравнения с камерами на стандартной ПЗС матрице домножим результаты на 0,71 — отношение линейных размеров кадра при одинаковом числе чувствительных элементов у камер с SUPER CCD и CCD матрицами. R'=0,71R.

фотография миры

f:2,8, 1/64 с, X=1058,Y=931, R=68, R'=48

фотография миры

f:2,8, 1/64 с, X=334,Y=563, R=94, R'=67

f:8, 1/12 с, X=1041,Y=563, R=69, R'=49

f:8, 1/12 с, X=322,Y=628, R=141, R'=100, Rm=76 ,Rs=141.

Можно заметить выраженные хроматические аберрации. Впрочем, у Fujifilm с 2,3-кратной телескопической системой получилось рекордное фокусное расстояние — 105 мм или 480 мм в 35 мм эквиваленте. Но даже для подобной системы признать результат удовлетворительным сложно.

Увы, наша телескопическая система отнюдь не универсальна, а объективы с шестикратным изменением фокусного расстояния, вероятно, дальнейшей форсировке уже почти не поддаются.