Prospettiva cilindrica: Esplorazione della percezione visiva nella visione artificiale

Capitolo 1: Prospettiva cilindrica

La prospettiva cilindrica è un tipo di distorsione prospettica creata dagli obiettivi fisheye e panoramici che rendono curve le linee orizzontali diritte sopra e sotto il livello dell'asse dell'obiettivo, mentre le linee orizzontali rette sul livello dell'asse dell'obiettivo diventano diritte. Questa è anche una caratteristica degli obiettivi anamorfici grandangolari della cinematografia con lunghezze focali inferiori a 40 mm, nonché la base per creare la visione periferica a 146 gradi di Cinerama quando viene proiettata su uno schermo cilindrico curvo.

L'arte è sempre stata un riflesso di come gli esseri umani percepiscono il mondo che li circonda. Uno degli aspetti più affascinanti della rappresentazione artistica è l'uso della prospettiva. La prospettiva lineare tradizionale, con i suoi punti di fuga e le linee dell'orizzonte, è stata per secoli la pietra angolare dell'arte occidentale. Tuttavia, c'è un'altra tecnica prospettica che offre un modo unico di vedere e rappresentare lo spazio: la prospettiva cilindrica.

La prospettiva cilindrica, nota anche come prospettiva panoramica o grandangolare, si discosta dalle rigide regole della prospettiva lineare. Invece di un singolo punto di fuga all'orizzonte, la prospettiva cilindrica impiega una linea dell'orizzonte curva, risultando in una vista panoramica che avvolge lo spettatore. Questa tecnica imita il modo in cui percepiamo l'ambiente circostante nella vita reale, soprattutto quando il nostro campo visivo si estende oltre i 180 gradi.

Le radici della prospettiva cilindrica possono essere fatte risalire ad antiche forme d'arte, come i dipinti panoramici trovati nelle tombe egizie e gli affreschi greci. Tuttavia, è stato solo nel Rinascimento che gli artisti hanno iniziato a esplorare e formalizzare questa tecnica. I primi esperimenti possono essere visti nelle opere di artisti come Paolo Uccello, che ha incorporato elementi di prospettiva cilindrica nei suoi dipinti, anche se sottilmente.

Uno dei più importanti sostenitori della prospettiva cilindrica fu il pittore olandese Pieter Bruegel il Vecchio. Nei suoi dipinti di paesaggio, come I mietitori e La torre di Babele, Bruegel ha abilmente utilizzato la prospettiva cilindrica per creare vaste scene coinvolgenti che attirano lo spettatore nel dipinto. La curvatura della linea dell'orizzonte nelle opere di Bruegel non solo aggiunge profondità e dimensione, ma aumenta anche il senso di scala e grandezza.

Il vero potenziale della prospettiva cilindrica, tuttavia, si è realizzato nel XIX secolo con l'avvento della fotografia panoramica. Pionieri come Robert Barker e Thomas Sutton hanno sviluppato tecniche per catturare viste grandangolari utilizzando fotocamere e obiettivi specializzati. Queste prime fotografie panoramiche fornivano un nuovo modo di vivere e documentare il mondo, dai vasti paesaggi alle affollate strade cittadine.

Nell'ambito dell'arte contemporanea, la prospettiva cilindrica continua a ispirare e incuriosire gli artisti attraverso vari mezzi. Gli artisti digitali utilizzano software di modellazione 3D per creare ambienti virtuali immersivi, in cui la prospettiva cilindrica consente esperienze interattive che trascendono le tradizionali immagini statiche. Allo stesso modo, i registi e gli sviluppatori di videogiochi sfruttano la prospettiva cilindrica per immergere il pubblico in mondi ampi e realistici.

Anche gli architetti e gli urbanisti riconoscono il valore della prospettiva cilindrica nella visualizzazione e nella progettazione degli spazi. Utilizzando rendering panoramici e simulazioni di realtà virtuale, possono rappresentare con precisione come appariranno edifici e paesaggi da diversi punti di vista, fornendo ai clienti e alle parti interessate una comprensione più completa dei loro progetti.

Al di là delle sue applicazioni artistiche e pratiche, la prospettiva cilindrica offre anche una visione filosofica della natura della percezione. Abbracciando la linea curva dell'orizzonte, gli artisti riconoscono i limiti della nostra comprensione lineare dello spazio e del tempo. La prospettiva cilindrica ci ricorda che la realtà non è confinata in un unico punto di vista ma è invece un panorama sfaccettato e in continua evoluzione.

In conclusione, la prospettiva cilindrica rappresenta un approccio ricco e dinamico alla rappresentazione dello spazio e della forma nell'arte. Dalle sue antiche origini alle sue manifestazioni moderne, questa tecnica ha affascinato artisti e spettatori con la sua capacità di trasmettere profondità, scala e immersione. Che sia utilizzata nella pittura, nella fotografia, nell'arte digitale o nella visualizzazione architettonica, la prospettiva cilindrica ci invita a vedere il mondo da una nuova angolazione e ad esplorare le illimitate possibilità della percezione.

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Capitolo 2: Aberrazione ottica

L'aberrazione è una caratteristica dei sistemi ottici, come le lenti, che consente alla luce di essere dispersa in una certa regione dello spazio piuttosto che essere focalizzata in un singolo punto. Questo fenomeno è noto nel campo dell'ottica.

1: Imaging da una lente con aberrazione cromatica.

Inoltre, una lente che ha un'aberrazione cromatica inferiore

I sistemi ottici di formazione dell'immagine soggetti ad aberrazione comporteranno la produzione di immagini non nitide. I produttori di strumenti ottici sono tenuti ad apportare modifiche ai loro sistemi ottici per compensare l'aberrazione.

Le tecniche dell'ottica geometrica possono essere utilizzate per fare un'analisi dell'aberrazione. Alcune delle caratteristiche generali dei raggi riflessi e rifratti sono discusse negli articoli dedicati alla riflessione, alla rifrazione e alle caustiche.

Riflesso da uno specchio sferico.

I raggi riflessi (verde) che non sono diretti verso il punto focale sono prodotti dai raggi incidenti (rosso) che sono diretti lontano dal centro dello specchio, F.

A causa dell'aberrazione sferica, questo è il caso.

Una lente ideale permetterebbe alla luce proveniente da qualsiasi punto di un oggetto di attraversarlo e convergere in un singolo punto del piano dell'immagine (o, più in generale, della superficie dell'immagine). Questo sarebbe il caso se l'obiettivo fosse perfetto. Le lenti vere e proprie, d'altra parte, non concentrano con precisione la luce su un singolo punto, anche quando sono costruite alla perfezione. Aberrazioni dell'obiettivo sono il termine usato per descrivere queste deviazioni dalle prestazioni idealizzate dell'obiettivo.

Le due categorie di aberrazioni sono note come aberrazioni monocromatiche e cromatiche. Quando la luce viene riflessa o rifratta, possono svilupparsi aberrazioni monocromatiche. Queste aberrazioni sono create dalla geometria della lente o dello specchio e possono verificarsi in uno di questi due processi. Il nome deriva dal fatto che sono visibili anche quando si utilizza la luce monocromatica.

Le aberrazioni cromatiche sono causate dalla dispersione, che è la variazione dell'indice di rifrazione di una lente che si verifica indipendentemente dalla lunghezza d'onda. È a causa della dispersione che lunghezze d'onda distinte della luce vengono messe a fuoco in punti diversi in luoghi specifici. L'uso della luce monocromatica non provoca la comparsa di aberrazioni cromatiche perché.

In termini di aberrazioni monocromatiche, le più comuni sono:

Defocus

Aberrazione sferica

Coma

Astigmatismo

Curvatura del campo

Distorsione dell'immagine

Nonostante il fatto che la sfocatura sia teoricamente l'ordine più basso delle aberrazioni ottiche, in genere non è considerata un'aberrazione dell'obiettivo. Questo perché può essere corretto spostando l'obiettivo (o il piano dell'immagine) per avvicinare il piano dell'immagine alla messa a fuoco ottica dell'obiettivo.

Queste aberrazioni non sono gli unici fattori che possono causare lo spostamento del punto focale; Gli effetti del pistone e dell'inclinazione sono ulteriori esempi di tali effetti. Quando un fronte d'onda altrimenti perfetto viene alterato dal pistone e dall'inclinazione, creerà comunque un'immagine impeccabile e priva di aberrazioni; L'unica differenza è che verrà spostato in una nuova posizione. Questo è il motivo per cui il pistone e l'inclinazione non sono considerati errori di aberrazione ottica effettivi.

Confronto tra un'immagine ideale di un anello (1) e quelle con aberrazione cromatica solo assiale (2) e solo trasversale (3)

Quando diverse lunghezze d'onda non sono focalizzate nello stesso punto, si è verificato un fenomeno noto come aberrazione cromatica. Alcuni esempi di aberrazione cromatica includono:

Aberrazione cromatica assiale, spesso nota come longitudinale

Viene anche definita aberrazione cromatica trasversale.

Nella teoria classica dell'ottica, un sistema ottico perfetto comporta quanto segue:, Le indagini condotte da James Clerk Maxwell

Figura 1

Nel caso in cui S (figura 1) sia un qualsiasi sistema ottico, i raggi che viaggiano da un punto dell'asse O e si trovano sotto un angolo u1 si fonderanno nel punto dell'asse O'1, mentre i raggi che viaggiano sotto un angolo u2 si uniranno nel punto dell'asse O'2. Se c'è rifrazione su una superficie sferica collettiva o attraverso una sottile lente positiva, allora O'2 si troverà davanti a O'1 fintanto che l'angolo u2 è maggiore di u1 (sotto correzione). D'altra parte, se c'è rifrazione su una superficie dispersiva o su lenti, allora O'2 si troverà davanti a O'1 (correzione eccessiva). Nel primo scenario, la caustica è paragonabile al simbolo >, che sta per più grande di, mentre nel secondo scenario è simile al simbolo <, che sta per minore di. Quando l'angolo u1 è molto piccolo, l'immagine gaussiana è indicata con O'1. L'aberrazione longitudinale delle matite con apertura u2 è indicata come O'1 O'2, mentre l'aberrazione laterale è indicata come O'1R. Se la matita con l'angolo u2 è quella che ha la maggiore aberrazione di tutte le matite che sono