Ры́бий гла́з («Фишай», транскрипция от ) — разновидность сверхширокоугольных объективов с целенаправленно увеличенной дисторсией, другое название дисторси́рующий (или «дисторзирующий») объектив. От обычных (ортоскопических) короткофокусных объективов отличается ярко выраженной бочкообразной дисторсией, позволяющей отображать пространство и предметы при помощи азимутальной, ортографической или стереографической проекций, в зависимости от конкретной оптической конструкции. За счёт сильных искажений угловое поле «рыбьего глаза» может достигать 180° или даже превышать эту величину, что недоступно для ортоскопической оптики, реализующей гномоническую проекцию окружающего пространства.
Главной особенностью объективов типа «Рыбий глаз» являются характерные искажения, сходные с видом отражения в зеркальной сфере. Прямые линии, не пересекающие оптическую ось, отображаются в виде дугообразных кривых, а предметы по мере удаления от центра к краям кадра сильно сжимаются в радиальном направлении. При этом, рекордный полусферический обзор не является обязательным свойством рыбьего глаза, и у некоторых объективов этого типа поле зрения не превышает 120—160° при таких же искажениях. У дисторсирующих зум-объективов обзор может сужаться ещё сильнее.
Историческая справка
Название «рыбий глаз» подчёркивает сходство изображения, даваемого таким объективом, с эффектом «окна Снелла», благодаря которому подводные обитатели видят всю верхнюю полусферу надводного мира в пределах конуса шириной около 90 градусов. Это объясняется законом Снеллиуса, то есть, резким перепадом показателя преломления на границе воды и воздуха. Впервые термин «рыбий глаз» использовал в 1911 году американский физик-экспериментатор Роберт Вуд () в своей книге «Физическая оптика». За 5 лет до этого он смоделировал подобную оптическую систему, поместив на дно ведра, заполненного водой, фотопластинку, а на половине глубины над ней линзу с точечной диафрагмой. Полученное изображение, несмотря на низкое качество, продемонстрировало возможность получения полусферического обзора. В дальнейшем Вуд усовершенствовал съёмочную камеру, заполнив водой герметичную металлическую коробку с отверстием.
Приоритет в создании дисторсирующего объектива принадлежит английскому биохимику Робину (Роберту) Хиллу (), запатентовавшему в декабре 1923 года трёхлинзовую оптическую систему, состоящую из сильного отрицательного мениска, расположенного перед положительным склеенным ахроматом. Такое устройство могло обеспечить угловое поле, охватывающее небосвод целиком, и достаточное для регистрации всей облачности. При этом за счёт неисправленной дисторсии становится доступным поле зрения 180° на изображении конечного размера. Ортоскопический объектив не способен обеспечить такой охват, поскольку размеры изображения в этом случае стремятся к бесконечности.
Первый объектив Хилла под названием Hill Sky Lens изготовлен в 1924 году лондонской компанией Beck of London. Несмотря на чрезвычайно низкую светосилу f/22, объектив давал вполне чёткое изображение в форме круга, и позволял одним кадром снимать всю небесную полусферу при помощи камеры с тем же названием Hill Sky Camera. В 1929 году советский оптик Владимир Чуриловский рассчитал оптическую схему аналогичной широкоугольной камеры, объектив которой состоит из двухлинзового отрицательного дистортера и расположенного за ним ортоскопического объектива типа «Тессар». Комбинация обеспечивала угловое поле 127° при светосиле f/5,6. В 1933 году на основе объектива Чуриловского реализована технология аэрофотосъёмки больших площадей местности с дешифровкой снимков оптическим ортотрансформатором, вносящим обратные искажения.
Вскоре светосильный «рыбий глаз» был создан и в Германии: в 1932 году компанией AEG получен патент № 620 538 на пятилинзовый Weitwinkelobjektiv, разработанный Гансом Шульцем (). Объектив был настолько хорош, что позволял вести моментальную съёмку, и уже в 1935 году фотохудожник Умбо снимал им эффектные репортажи. В 1938 году на основе немецкой разработки, доставшейся Японии в рамках Стального пакта, создан Fish-eye Nikkor 16/8,0, после войны выпускавшийся в составе камеры для «рольфильма». В том же году немецкий оптик Роберт Рихтер () сконструировал шестилинзовый Zeiss Pleon, который использовался во время Второй мировой войны для фоторазведки. Современный «рыбий глаз» для малоформатных фотоаппаратов и «кропнутых» цифровых камер ведёт своё происхождение от следующей немецкой разработки Zeiss Sphaerogon, сконструированной перед войной оптиком Вилли Мертэ (), и в 1947 году вывезенной Армией США вместе с другими экспонатами Музея Carl Zeiss.
Первые дисторсирующие объективы рассчитывались на регистрацию всего круга изображения, который вписывали в квадратный или прямоугольный кадр. В 1963 году компания Asahi optical выпустила первый полнокадровый или «диагональный» Fish-eye Takumar 18 мм f/11, кроющий прямоугольный кадр целиком с полусферическим обзором только по диагонали. Этот тип «рыбьего глаза» оказался более востребованным фотографами, поскольку даёт изображение привычной формы. С середины 1960-х годов дисторсирующая оптика прочно заняла место в каталогах оптических фирм, продаваясь как для специальных целей, так и в качестве дополнения к стандартной линейке ортоскопических объективов. В СССР дисторсирующая оптика стала доступна рядовым фотографам в конце 1970-х годов с появлением «гражданских» моделей «Зодиак-2» и «Зодиак-8». Все они были «диагональными», заполняя целиком малоформатный и среднеформатный кадры соответственно. Позднее на БелОМО начат выпуск циркулярных объективов «Пеленг».
«Рыбьему глазу» нашлось применение в фотожурналистике, фотоискусстве и кинематографе в качестве яркого выразительного средства. Сверхширокоугольные объективы первой современной широкоформатной киносистемы Todd-AO для естественной передачи перспективы проектировались незначительно дисторсирующими. Сферорамные кинематографические системы (например, IMAX DOME) изначально основаны на использовании объективов типа «рыбий глаз» для съёмки и проекции изображения на полусферический экран. По такому же принципу построена купольная проекция «Спейсариум». За счёт формы экрана искажения, присущие такой оптике, компенсируются и зрители наблюдают предметы в нормальной перспективе под большими углами, усиливающими эффект присутствия. Таким же способом осуществляется проекция изображения звёздного неба в современных полнокупольных планетариях.
Основные разновидности Все объективы типа «рыбий глаз» принято разделять на две главные разновидности по степени заполнения кадрового окна камеры: «циркулярные» и «диагональные». Оба типа изображения могут быть одновременно реализованы в одном зум-объективе, который при минимальном фокусном расстоянии работает как циркулярный фишай, а при максимальном — как диагональный. Циркулярный (или «круговой») — в данном случае круг поля изображения, даваемого объективом, не заполняет кадровое окно целиком, а его диаметр близок к размеру короткой стороны кадра. Такой объектив имеет угол поля зрения 180° и более во всех направлениях. Зачастую габариты циркулярных объективов из-за большого диаметра передних линз превышают размеры камеры в несколько раз. Наиболее широкое применение они нашли в специальных областях прикладной фотографии, например в метеорологии и астрономии для съёмки небосвода.
Диагональный (или «полнокадровый») — полученный кадр целиком занят изображением, вырезаемым из круглого пятна, даваемого объективом. При этом угол поля зрения 180° соответствует диагонали кадра. Не всегда поле зрение «Рыбьего глаза» достигает 180°: у некоторых объективов оно меньше, и часто соответствует ортоскопическим сверхширокоугольникам, сохраняя при этом дисторсию.
Ещё одна разновидность является промежуточной, и круг изображения объектива не заполняет прямоугольный кадр полностью, но и не регистрируется на нём целиком, оставаясь обрезанным с двух сторон. При этом диаметр круга вписан по длинной стороне, а не по короткой, как у циркулярных объективов. Аналогичным образом выглядит изображение полнокадровых циркулярных объективов, установленных на «кропнутой» камере, а также некоторых зум-объективов в промежуточном положении кольца масштабирования.
Отображение пространства При создании обычных широкоугольных объективов стремятся свести к нулю дисторсию — искривление прямых линий, не проходящих через центр кадра. Поэтому изображение, даваемое ортоскопическим объективом, эквивалентно гномонической проекции сферы на плоскость. В таком случае невозможно получить угловое поле 180°, так как край поля зрения окажется бесконечно удалённым. Для достижения полусферического обзора в объектив при его разработке намеренно вносят отрицательную дисторсию, которая обеспечивает специфическое отображение пространства, в зависимости от интенсивности искажения соответствующее той или иной геометрической проекции. В большинстве объективов, доступных фотографам, реализована равновеликая азимутальная проекция Ламберта, достижимая минимальной оптической сложностью. При этом зависимость между фокусным расстоянием объектива и его полем зрения сложнее, чем в ортоскопических объективах, и зависит от величины дисторсии, определяющей тип проекции сферы на плоскость. +Проекции пространства, реализованные в объективах различных оптических конструкцийОбъект Исходный объект в виде туннеля, фотографируемый из его центра влево перпендикулярно левой стене (обозначено стрелкой) Ортоскопический Рыбий глазГномоническаяСтереографическаяЭквидистантнаяАзимутальнаяОртографическая Схема ВидизображенияФункция отображенияОсобенностиОтображает пространство в соответствии с законами линейной перспективы так же, как и камера-обскура. Прямые линии отображаются прямыми, а форма предметов сохраняет геометрическое подобие. При очень широких углах обзора объекты на краях поля зрения растягиваются в направлении от центра кадра.Сохраняет углы между кривыми. Предпочтительно для фотографии, поскольку почти не сжимает объекты на краю поля зрения. Поле зрения полнокадровых объективов этого типа больше, чем у всех остальных при равном диагональном обзоре. Samyang является единственным производителем.Сохраняет угловые размеры. Предпочтительно для угловых измерений, в том числе в астрофотографии. В научном сообществе считается «идеальной проекцией». Эквидистантная проекция доступна в приложениях PanoTools для склейки панорам.Сохраняет соотношения площадей. Наиболее применимо при необходимости сопоставления поверхностей, например облачности или растительного покрова. Дисторсирующие объективы этого типа легче и компактнее других. Главный недостаток — сильное сжатие объектов на краю поля зрения.Практически отсутствует виньетирование, а яркость равномерна по всему полю, благодаря чему такие объективы предпочтительны для фотометрических исследований. Очень сильно сжимает объекты на краю поля зрения, самого узкого из всех в диагональной версии.Максимальное угловое полеМеньше 180°. В пределе 130—140°Не ограничено, может достигать 180° и болееМожет превышать 180°. Известны объективы с охватом 250°Не ограничено, может достигать 360°Не может превышать 180°ФокусноерасстояниеПримеры Все ортоскопическиеобъективы Samyang 7,5/2,8 Samyang 8/2,8 Samyang 12/2,8 Canon 7,5/5,6 Coastal Optical 7,45/5,6 Nikkor 6/2,8 Nikkor 7,5/5,6 Nikkor 8/2,8 Nikkor 8/8,0 «Пеленг» 8/3,5 Rokkor 7,5/4,0 Sigma 8/3,5 Canon 15/2,8 (1988) Minolta 16/2,8 (1971) Nikkor 10,5/2,8 Nikkor 16/2,8 (1995) Sigma 4,5/2,8 Sigma 8/4,0 Sigma 15/2,8 (1990) Zuiko 8/2,8 Nikkor 10/5,6 OP Madoka 180 7,3/4