移轴镜头在高速摄像中的应用探索

拍摄对象高度较大且拍摄距离又不足够远时，在地面使用三脚架就需要调节云台的俯仰。因此像平面与被摄对象就产生了一定角度，无法获得平直的画面。如下图。

 

 

如果想要避免这种情况，就需要将摄像机安装到对象高度一半的位置。像面方能平行于物面，拍出平直的画面。

但是如果是拍摄体积较大，或者并不容许过浅景深的环境，就无法采用这样的方式。通常会采用另一个方式，使用移轴镜头。

移轴镜头是一种具有倾角与偏移（Tilt（倾角），Shift（偏移））机构的特殊镜头。它的可利用像场非常大，所以允许用户使用倾角与偏移功能向不同角度和位置转动镜头，并移动合焦面或对被摄体的形状进行补偿。

 

 

 

 

 

 

大画幅胶片相机通过改变镜头光轴与成像面的位置关系进行移轴摄影，由于最近实时显示拍摄功能的扩展，使得小幅面成像元件使用移轴镜头操作起来更加简单。只需牢记其基本原理，不断尝试操作就可以灵活使用，还能体验其他镜头无法带来的意想不到的效果。其对焦方式只有手动对焦一种，而且由于镜头的多个部位可以活动，相应配备了操作及锁定旋钮，可以分别控制以下几种不同的调节方式：

1.倾角

 

 

可使镜头前面部分上下或左右倾斜的机构。通过该机构可以控制合焦面，从而实现在景深过浅时，依然能让被摄体整体合焦。

 

2.偏移

 

 

可使镜头卡口的前面部分整体上下或左右平移。通过该功能可以改变拍摄范围，获得与升高或降低拍摄位置一样的效果。

移轴镜头在摄影中有很多作用，比如能够削弱透视带来的变形，将被摄对象拉伸还原平直，控制近景和远景的虚化，能扩大清晰范围或制造光学模糊。有时我们拍摄会处于狭窄环境中，摄像机不能自由调节位置，因此无法正对被摄物体，这就需要使用移轴镜头来减少这方面带来的影响。

 

什么是沙姆定律（Scheimpflug Principle）？

沙姆定律最初是由奥地利军官沙姆发现的，用于航空摄影中校正透视变形。沙姆定律说的是，如果镜头平面与成像平面不平行，不妨假设他们相交于某一条直线，那么所有能够清晰成像的点全部落在另一个平面上，这个平面同样经过直线。换句话说，对焦平面（能够清晰成像的点所在的平面或者叫物平面）、镜头平面、成像平面，这三个平面都相交于某一条直线，平面示意图如下图所示（在平面图上，三条红色虚线代表三个平面，这三条直线相交于同一个点。）

 

 

 

 

当镜头与成像平面不平行的时候，对焦平面、镜头平面、成像平面三者相交于同一处，我们可以想到，景深范围的前后界限，也会相交于同一处，所以景深范围是一个楔形的空间。

图中展示了普通情况下的景深范围，这种情况下景深范围有限，无法把所有的物体都拍摄清楚。如果我们运用沙姆定律（如上图中间画面所示），找到物体所在平面与成像平面所在的交线，然后旋转倾斜镜头，使得镜头平面也相交于那一条线，这样就能把（倾斜排列的）所有的物体都拍摄清楚了。

 

移轴镜头的使用

使用移轴镜头，要将摄像机安装在固定位置上，因为在使用这种镜头时还要调整方向和角度，这样固定机位会更加容易操作。由于移轴镜头要确认偏移和倾角功能为默认设置，因此在保管镜头时，要将倾角和偏移的位置复原，更好的保养镜头。

为了在拍摄的时候更加严密的把握被摄体的形状，可以从实时设置菜单中选择“网格线显示”。设置网格线，方便用户精确的控制取景范围。尤其是在使用移轴镜头时，这样的设置会使拍摄更加好控制。

 

图为PCC软件的实时预览和回放界面调出网格辅助线方式

 

通过偏移调整被摄体的形状，通过手动对焦大致合焦后再进行偏移操纵，调整被摄体的形状。在拍摄的过程中，尽量保持镜头和被摄体的水平或垂直的位置关系，同时要对被摄体的形状进行补偿。

下面为大家带来一组由VEO1310高速摄像机和佳能90mm移轴镜头拍摄的实例。

 

图为室温表面上的水滴的扩散现象

 

图为表面加热到沸腾温度以上，以确保水不会接触表面并且不会沸腾

 

由于现象并不相同，采用了移轴镜头在同样机位进行了倾角的微调。让试验的差异表现得更加明显。

 

VEO1310产品介绍

Phantom VEO系列是集小巧坚固与强大功能为一体的高速摄像机，具有在多种应用场景下使用的能力。在材料分析、流体分析、生物力学、燃烧分析、弹道分析、车载试验等接触与非接触工作流程中都可以发挥作用。摄像机的机身由铣削铝制成，整体结构强度高，足以保护相机最敏感的内部部件。电子设备密封性良好，可降低灰尘聚集在传感器上的可能性。

VEO1310作为VEO系列包括100万像素的新产品，主要应用于高速运动分析的VEO1310，能够在全像素采样时达到上万FPS的高速，这样的高传输速率甚至可以和UHS系列媲美。

 

 

VEO1310产品数据

指标/型号	VEO1310S，VEO1310L
分辨率&像素数	1280×960（1,228,800）
满画幅最大帧率（FPS）	10,860
最高帧率	320×24: 300,000
单位像素尺寸	18µm
传感器尺寸	23mm×17.2mm
像素深度	12Bit
单色ISO	80,000 125,000（binning）
彩色ISO	8,000
最大E.I.指数	32,000（彩色），125,000（单色）；40,000（彩色），250,000（单色）
分辨率步进值	水平：320，垂直：12
最小曝光时间	1µs
内存容量	18/36/72GB
满画幅最大帧数记录时长	【18GB】0.9s，【36GB】1.8s，【72GB】3.6s
是否具有S系列型号	否
断电保护	S型具备双电源接口
Binning模式	640×480，40,300FPS
拓展存储	最大512GB CFast 2.0（仅S型）
镜头支持	标配：尼康F卡口，可选配：佳能EF卡口、PL卡口、C螺口
数据传输接口	标配千兆以太网：可选万兆以太网
外形尺寸	127mm×127mm（S型为140mm）×127mm
重量	L型2.7Kg：S型3Kg
工作温度	-10～50℃
电源供电	【适配器规格】100～240VAC，【DC】16～32VDC；24V/65W （VEO1310:80W）；第二电源输入12VDC（Capture 端口，仅S型）
EDR功能	支持EDR功能，可在一帧内设置两档曝光时间
内存分区	最大支持平均分成63段
视频输出	3G HD-SDI和标准HDMI视频输出支持1080p 60帧数，后面板附加3G HD-SDI BNC端口（仅S型）
电池供电	选配外置V-LOCK或AB GOLD卡口和原厂XLR供电线实现

 

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