В этой статье 1845 слов.
Навигация по записям
Определение ГРИП простым языком
Глубина резко изображаемого пространства это расстояние между нерезким пространством до объекта фокусировки и нерезким фоном за объектом фокусировки.
Начинается плавно и в численном выражении есть различные субъективные мнения, ГРИП уже началась или еще нет.
ГРИП зависит от:
Фокусного расстояния объектива (также можно выразить в угле обзора объектива)
,
- относительного отверстия (для камер с кроп-фактором — эквивалентного. Для учета этого фактора я ввёл в формулу размер сенсора)
,
- дистанции фокусировки
- принятого кружка нерезкости.
Масштаб и фокусное расстояние
Вы можете также услышать, что влияет не , а масштаб объекта в кадре. Это будет формально (!) неверно т.к. масштаб не является характеристикой объектива. Тому, кто скажет, что не влияет на ГРИП предложите поставить телеконвертер не сходя с места и решить — влияет или нет. Уверяю, что влияет (масштаб тоже само собой больше станет).
Простейший тест со шкалой это доказывает. Расстояние до мишени одинаковое, камера та же самая, относительное отверстие одинаковое. Менялись только объективы.
Посмотрите на цифры 3-4-5-6 на обеих шкалах. На Canon 100/2.8L цифры сильно размыты, а на Canon 50/2.5 они вполне читаемы. Листья растения за шкалой тоже более резкие на снимке объектива с меньшим фокусным расстоянием.
Но вопрос не принципиальный — оба варианта дают одинаковый результат и можно рассчитывать ГРИП через масштаб. Удивительно, что по этому вопросу столько мнений и споров. Масштаб и фокусное расстояние — две стороны одной монеты.
Пример . Один говорит, что на сладкий вкус чая влияет положите вы в него сахар или нет, а другой, что важно только содержание глюкозы в чае. Оба по своему правы. Хотя сложно получить сладкий чай, если ничего в него не класть.
Существуют объективы разных фокусных расстояний, которые дают одинаковый масштаб. Например, Carl Zeiss Makro- 100/2.8 c/y дает масштаб 1:1 . Такой же масштаб даёт Carl Zeiss Makro-Planar 60/2.8 c/y . Но на разной дистанции! 100 мм объектив даёт масштаб 1:1 на расстоянии 45 см, а 60 мм объектив на расстоянии 24 см.
Более сложно становится понять правильность расчета с объективами с внутренней фокусировкой (про них написано ниже) т.к. если посчитать их реальное фокусное расстояние (зная масштаб и дистанцию фокусировки), то вы очень удивитесь. Например, Canon 180/3.5L имеет дистанцию фокусировки 48 см при масштабе 1:1, что говорит о его реальном фокусном расстоянии 120 мм на этой дистанции. Масштаб легко определить сфотографировав обычную линейку и поделив попавшую в кадр длину линейки на известную длину сенсора. Если масштаб больше, чем в реальной жизни, то он выразится в числах больше единицы (1.хх, 2.хх и т.д.), а если меньше, то в числах меньше единицы (0.хх).
Кроп-фактор
И можете услышать, что на ГРИП влияет кроп-фактор фотокамеры. Это спорное утверждение. Чисто формально можно сказать, что кроп-фактор не влияет на ГРИП т.к. если я вырежу с готового изображения кусочек (что и происходит с чисто физической точки зрения), то ГРИП не может физически поменяться.
НО! Всё кто считает, что кроп-фактор влияет на ГРИП выравнивают масштаб объекта в кадре относительно полнокадровой камеры тем, что отходят назад в случае с кроп-фактором больше единицы. Таким образом они сами себя обманывают т.к. увеличивают расстояние до объекта съемки, которое влияет на ГРИП очень сильно, увеличивая её.
Если же взять этот кусочек кадра от камеры с кроп-фактором и растянуть её на формат от полнокадровой с такой же плотностью пикселей, то выйдет, что ГРИП уменьшилась. Вот такая диалектика.
Варианты не совсем правильных и правильных сравнений камер
Вариант 1 — неправильный
Относительное отверстие без учета кроп-фактора — неправильно.
Результат — ГРИП на камере с бОльшим кроп-фактором явно больше.
Вариант 2 — правильный
Фокусное расстояние с учетом кропа — правильно.
Результат — ГРИП примерно одинаковый. Но он будет все равно визуально немного больше на кадре, который имеет меньшее общее количество пикселей. Зато нет влияния масштабирования.
Вариант 2 — правильный
Фокусное расстояние с учетом кропа — правильно.
Относительное отверстие с учетом кроп-фактора — правильно.
Результат — ГРИП примерно одинаковый. Но он будет чуть меньше на камере с бОльшим кроп-фактором за счет растягивания картинки до размера камеры с бОльшим сенсором.
Изменение ГРИП
Вы можете заменить объектив на объектив с другим фокусным расстоянием , тем самым увеличить или уменьшить ГРИП, если у вас объектив с фиксированным фокусным расстоянием и вы не меняете дистанцию до объекта съемки. Если у вас зум-объектив, то вы можете «зуммировать», меняя фокусное расстояние.
Мало кто знает, все объективы с внутренней фокусировкой («хобот» объектива не выдвигается вперед) меняют своё фокусное расстояние даже если они по сути (маркировке) являются объектами с фиксированным фокусным расстоянием. Например, объектив Canon EF 100/2.8L IS USM изменяет своё фокусное расстояние до 1.4 раз при фокусировке в макрорежиме (100 мм -> 75 мм).
сверху объектив Carl Zeiss 100/2.8 c/y, честно двигающий «хобот» и с постоянным фокусным расстоянием. Снизу объектив Canon 100/2.8L с внутренней фокусировкой. «Хобот» не выдвигается, фокусное меняется от 100 мм на бесконечности до 75 мм на масштабе 1:1
Этот момент усложняет подсчёт ГРИП т.к. мы точно не знаем, насколько он изменяет фокусное расстояние, пока не посчитаем его, исходя из известного масштаба и расстояния фокусировки.
Посчитать реальное фокусное расстояние вашего объектива, если он имеет внутреннюю фокусировку
Изменить относительное отверстие
. Это цифра, которая выбирается в камере и определяет степень закрытости диафрагмы. Типичные значения: F1.2, F1.4, F2, F2.8, F4, F5.6, F8, F11, F16, F22, F32.
Многие камеры позволяют устанавливать относительное отверстие в промежуточные значения.
изменение относительного отверстия
Это отверстие регулируется диафрагмой, шторками расположенными внутри объектива. Особенно хорошо их видно на старых объективах т.к. на новых они всегда открыты и закрываются только в момент съемки, а на старых их можно закрыть вручную до любого положения.
Как определить куда попала ГРИП, а куда нет
Загружаете снимок в Adobe Photoshop.
переключаете изображение в цветовое пространство Lab
создаёте дубликат слоя и маску слоя для него
идёте в image->apply image и выбираете «слой 1» и "яркость
«
грузим канал яркости в маску слоя
с нажатым ALT кликаем на маске слоя и она появляется на экране
Сейчас в ней канал яркости снимка.
идём в Filters->Stylize->find edges
применяем фильтр find edges и видим куда попала ГРИП
слева — само фото, справа: как распределилась ГРИП (где резко)
ГРИП также зависит от принятого кружка нерезкости
Кружок нерезкости - это максимальное рассеяние оптическое точки, при котором изображение кажется нам резким. Раньше кружок нерезкости привязывали к фотографическогму формату (на какой формат будет печататься и на какую пленку будут снимать) и расстоянию просмотра.
Дело в том, что человеческий глаз тоже видит не всё и чем дальше мы от отпечатка или чем он меньше — тем более резким он нам кажется (мы просто не видим разницу).
В цифровую эпоху мы имеем возможность увеличивать насколько угодно сильно на экране монитора и размер единичного элемента матрицы тоже стал меньше.
Потому мы отталкиваемся от размеров матрицы камеры и размера единичного сенселя (светочувствительного элемента).
Расчёт ГРИП для цифровой камеры смотрите ниже по ссылке.
Для расчётов по умолчанию стоит значение 0,030 мм, принятое производителями фотокамер как основное для расчёта ГРИП для полнокадровых камер.
Для камер с кроп-фактором 1.6х используйте 0,019 мм, как его использует компания Canon
.
С другой стороны при этих значениях ГРИП будет теоретически не очень верна.
Теоретически правильное значение кружка нерезкости при просмотре со 100% увеличением на мониторе:
В формулах удобно использовать кружок нерезкости, а в сравнении камер плотность пикселей, т.е. сколько этих самых кружков нерезкости влезает на 1 мм.
Ок, но как это выглядит визуально? Чтобы понять разницу я подготовил вам пару иллюстраций.
Я взял две совсем разные камеры: Canon 5DsR и Olympus E-M1 .
У Canon 5DsR
плотность пикселей довольно высокая, 248 пикс/мм и полный кадр.
У Olympus E-M1
плотность пикселей еще выше — 266 пикс/мм, но кроп-фактор 2.0 (размер сенсора 17,3 х 13 мм).
Таким образом, если бы сенсор Olympus E-M1
был такого же размера, как у Canon 5DsR
, то картинка результирующая была бы больше при наложении кадров друг на друга, а ГРИП у Олимпуса меньше.
Но сенсор Olympus E-M1
физически намного меньше и поэтому, несмотря на некоторое увеличение картинки благодаря небольшому преимуществу в плотности пикселей, общий размер картинки на экране маленький. И соответственно при наложении картинки на кадр с 5дср оказывается, что ГРИП Олимпус значительно больше. В моём калькуляторе плотность пикселей учитывается с помощью кружка нерезкости (подставьте соответствующий камере), а физическая разница размеров — расчетом кроп-фактора.
Другой пример — Mamiya DF+ Credo 40 (40 Мпикс) с объективом Schneider 80/2.8 LS (эквивалент 60 мм на полном кадре 35 х 24 мм) и Canon 5DsR (50 Мпикс) с объективом ZEISS Otus 55/1.4 .
Определение глубины резкости (расчёт):
Для расчёта используется фокусное расстояние объектива, относительное отверстие, дистанция фокусировки и принятый кружок нерезкости.
Камера 1
По умолчанию используются данные для полнокадровой фотокамеры 35 мм (кроп 1х)
Справка по размерам сенсоров
| Светочувствительный элемент | Размер элемента, мм | Кроп-фактор, раз | Кружок нерезкости (CoC), мм |
|---|---|---|---|
| плёнка 35 мм | 36 x 24 | 1 | 0,030 |
| Nikon APS-C | 23.7 x 15.6 | 1,5 | 0,019 |
| Pentax APS-C | 23.5 x 15.7 | 1,5 | 0,019 |
| Sony APS-C | 23.6 x 15.8 | 1,5 | 0,019 |
| Canon APS-C | 22.3 x 14.9 | 1,6 | 0,019 |
| Olympus 4/3" | 18.3 x 13.0 | 2 | 0,015 |
| компакт 1" | 12.8 x 9.6 | 2,7 | |
| компакт 2/3" | 8.8 x 6.6 | 4 | |
| компакт 1/1.8" | 7.2 x 5.3 | 4.8 | |
| компакт 1/2" | 6.4 x 4.8 | 5.6 | |
| компакт 1/2.3" | 6.16 x 4.62 | 6 | |
| компакт 1/2.5" | 5.8 x 4.3 | 6.2 | |
| компакт 1/2.7" | 5.4 x 4.0 | 6.7 | |
| компакт 1/3" | 4.8 x 3.6 | 7.5 |
Камера 2
По умолчанию используются данные для фотокамеры с кроп 2.0
Справка по размерам сенсоров
| Светочувствительный элемент | Размер элемента, мм | Кроп-фактор, раз | Кружок нерезкости (CoC), мм |
|---|---|---|---|
| плёнка 35 мм | 36 x 24 | 1 | 0,030 |
| Nikon APS-C | 23.7 x 15.6 | 1,5 | 0,019 |
| Pentax APS-C | 23.5 x 15.7 | 1,5 | 0,019 |
| Sony APS-C | 23.6 x 15.8 | 1,5 | 0,019 |
| Canon APS-C | 22.3 x 14.9 | 1,6 | 0,019 |
| Olympus 4/3" | 18.3 x 13.0 | 2 | 0,015 |
| компакт 1" | 12.8 x 9.6 | 2,7 | |
| компакт 2/3" | 8.8 x 6.6 | 4 | |
| компакт 1/1.8" | 7.2 x 5.3 | 4.8 | |
| компакт 1/2" | 6.4 x 4.8 | 5.6 | |
| компакт 1/2.3" | 6.16 x 4.62 | 6 | |
| компакт 1/2.5" | 5.8 x 4.3 | 6.2 | |
| компакт 1/2.7" | 5.4 x 4.0 | 6.7 | |
| компакт 1/3" | 4.8 x 3.6 | 7.5 |
Формулы для расчёта ГРИП
Передняя граница резкости
Задняя граница резкости
R - расстояние фокусировки
f - фокусное расстояние объектива (абсолютное, а не эквивалентное фокусное расстояние)
k - знаменатель геометрического относительного отверстия объектива
z - допустимый
Для расчёта используется фокусное расстояние объектива, диафрагма и принятый кружок нерезкости.
Упрощённая формула расчёта гиперфокального расстояния
H - гиперфокальное расстояние
f - фокусное расстояние
k - относительное отверстие
z - диаметр кружка нерезкости
Полная формула расчёта гиперфокального расстояния
Определение правильной дистанции фокусировки и диафрагмы
Для расчёта используется расстояние до ближней и дальней границы объекта, фокусное расстояние объектива и принятый кружок нерезкости.
A: Фокусирование камеры на гиперфокальное расстояние обеспечивает максимальную резкость от половины этого расстояния и до бесконечности.
Для расчёта используется фокусное расстояние объектива, диафрагма и принятый кружок нерезкости.
Гиперфокальное расстояние, как и глубина резкости не зависит от размера сенсора камеры при прочих равных условиях.
Фокусировка на гиперфокальное расстояние часто используется в пейзажной съемке, а также в других ситуациях, когда нужно получить максимальную глубину резкости или нет времени на точную фокусировку на объекте съемки.
Многие дешевые фотокамеры снабжены объективами, жестко сфокусированными на гиперфокальное расстояние и не имеющими механизмов фокусировки.
Кружок нерезкости возникает при пересечении плоскости матрицы/плёнки (обозначена жёлтой линией) конусом лучей света, проходящих через объектив.
Фиолетовым обозначена - расстояние до матрицы и за матрицей, попадая в которое изображение будет „в фокусе“.
При выборе кружка нерезкости мы сталкиваемся с не очевидной задачей — ответить на вопрос, где и как мы будем просматривать снимок т.к. критерием резкости снимка является человеческий глаз и условия просмотра снимка, при которых он или реализует всю свою разрешаюшую способность или реализует её частично.
Разрешение глаза
Одна угловая минута
4 lp/mm на расстоянии 50см от мишени
8 lp/mm на расстоянии 25см от мишени
В 20-ом веке в качестве стандартных условий просмотра снимка были такие:
Размер отпечатка: 12×18см
Формат снимка: 35мм
Расстояние просмотра: 25 см
В этом стандарте используются самые благоприятные для человеческого зрения условия и человеческий глаз видит с разрешением 1/3000 от диагонали кадра. Это соответствует примерно 0.02мм кружку нерезкости.
Для удобства (не у всех идеальное зрение) был принят менее жесткий стандарт — 1/1500, что соответствует 0.03 мм кружку нерезкости.
В большинстве случаев используют именно 1/1500 диагонали кадра, чтобы определить кружок нерезкости для формата кадра. Но в наше время, эпоху развития цифровых технологий мы уже не можем исключать из расчетов разрешение самого светорегистрирующего элемента (пленка/матрица), как делали наши деды, потому что ныне существует большой разброс по разрешению этих элементов.
Будет показано, что в стандартный кружок нерезкости помещается уже довольно много пикселей камеры. Т.е. выбрав размер кружка нерезкости 0.03 мм и использовав его в расчетах ГРИП и гиперфокального расстояния мы увидим ошибочность расчётов.
Первейшей причиной этого будет то, что просматривать свои снимки мы будем не на отпечатке 12×18см, а на мониторе. Мало того, что монитор значительно крупнее стандартного отпечатка, имеет свою некую плотность пикселей, так на нём еще и можно увеличивать снимок, чем большинство фотографов и пользуется для того, чтобы убедиться, что снимок резкий.
Что такое ГРИП ? Пожалуй, все фотографы знают, что Г лубиной Р езко И зображаемого П ространства называется расстояние между ближней и дальней границами пространства, которое принято считать резким. Но как понять, где проходят эти границы?
ГРИП — условное понятие. Реально какой-либо конкретно очерченной глубины резкости не существует. Есть лишь плоскость фокусировки, в которой лучи, проходящие через объектив фокусируются чётко. Ближе и дальше от этой плоскости, изображение образуют пятна, которые называются «кружками нерезкости».
Чем дальше от плоскости фокусировки находятся предметы, тем большими пятнами нерезкости они будут формироваться на плоскости матрицы или плёнки. Но если кружок нерезкости увеличивается постепенно, то где пролегают границы ГРИП? Мы можем лишь условно
определить минимальный размер пятна, которое мы будем считать нерезким, и отталкиваясь от этого, посчитать глубину резкости.
Сейчас, для 35мм плёнки этот стандарт определяется пятном нерезкости диаметром в ~30 микрон. Но, наиболее часто используется размер не в микронах. Самое распространённое значение кружка нерезкости — 1/1500 от диагонали матрицы или плёнки. Если перевести его в микроны, это будет примерно 28,8 µm. К сожалению, все эти стандарты безнадёжно устарели, и чтобы понять это, достаточно взглянуть на мою схему:
Оранжевым цветом тут обозначен пиксель матрицы цифрового фотоаппарата,такого
как Canon EOS 5D Mark II (синий квадратик — Canon EOS 7D). Зелёным — кружок
нерезкости диаметром в 30 микрон. Красная окружность — диаметр
кружка нерезкости, равного 1/1500 диагонали 35мм камеры (28 микрон).
Что может быть плохого в устаревших понятиях о кружке нерезкости? Дело в том, что от размера кружка нерезкости отталкиваются при расчёте ГРИП как фотографы, так и производители фототехники (например, при нанесении шкалы ГРИП на оптику), а также всевозможные калькуляторы ГРИП. В результате устаревших стандартов, при расчётах ГРИП, пользователь получает неверные данные, что может привести к браку во время важной съёмки. Безусловно, производители знают, что эти данные устарели, но почему же тогда никто не меняет стандарты? Ниже я привожу ответ на этот вопрос, от известнейшего производителя оптики, компании Carl Zeiss:
Carl Zeiss о стандартах кружка нерезкости:
(мой вольный перевод части статьи с англ.)
Представьте себе кончик булавки нулевого размера, который находится чётко в плоскости фокусировки. На плёнке он будет изображаться точно таким же размером, не увеличиваясь за счёт размытия объектива. Теперь переместите иголку в сторону камеры, и смотрите, как будет увеличиваться её изображение, из-за размытия. Как только диаметр кончика булавки вырастет до 30 µm, остановитесь. Это и будет передняя граница ГРИП. Теперь повторите тоже самое, но в противоположную сторону. Пройдя мимо плоскости идеальной резкости Вы упрётесь в дальнюю границу ГРИП.
Все школьные учебники в мире объясняют этот принцип и рассказывают похожие истории, хотя, возможно и с другими примерами. И все производители в мире, в том числе и Carl Zeiss должны придерживаться этих принципов и международных стандартов, при изготовлении шкалы ГРИП и таблиц. Но школьные учебники не говорят о следующих фактах:
Кружок нерезкости в 30 микрон, эквивалентен разрешению 30 пар линий на миллиметр (lp/mm). Стандарт кружка нерезкости был установлен еще задолго до Второй Мировой войны и ориентировался на «нормальное» качество, удовлетворительное для плёнки. Тем временем прошли десятилетия, и сегодняшние цветные плёнки легко разрешают 120 lp/mm и даже больше. Kodak Ektar 25 and Royal Gold 25 до 200 lp/mm.
Полноцветный процесс печати тоже значительно улучшился, повышая наши требования к качеству. Однако стандарт глубины резкости остался неизменным.
Все это абсолютно нормально, ведь большинство пользователей — любители. Они делают свои снимки без штатива, и печатают максимум 4 на 6 дюймов (10 на 15 см, прим.-Владимир Медведев). Имейте ввиду, что такие пользователи составляют 90% всех фотографов. Поэтому не стоит ожидать кардинального изменения стандартов ГРИП в ближайшее время, т.к. у производителей нет достаточно веских мотивов, чтобы изменять шкалу ГРИП.
Интересно, что несмотря на свой консерватизм и пессимизм по поводу «любителей, которые не печатают фотографии больше чем 10 на 15», в истории объективов Carl Zeiss, уже был прецедент по смене допусков для шкалы ГРИП. Если на старых объективах шкала рассчитывалась исходя из 1/1000 диагонали 35мм плёнки (или 43 микрона), то на новых, она рассчитывается уже исходя из 1/1500 диагонали матрицы (28 микрон), что, впрочем тоже не даёт достаточной точности. Тем не менее, прецедент интересный и заслуживает внимания, давайте посмотрим, как это выглядело.
У меня есть два объектива Carl Zeiss Distagon 21 mm F/2.8 T* . Один старого выпуска, другой — современный вариант. Сфокусируемся на обоих вариантах примерно на 0,6 метра, и посмотрим, что входит в ГРИП, согласно шкале объектива. Для наглядности, возьмём значение диафрагмы f/22.
Старая версия объектива
Согласно шкале старого объектива, в ГРИП попадают объекты, находящиеся от нас на расстоянии 0,4 м (с огромным запасом), 2 метра и дальше, вплоть до бесконечности!
Новая версия объектива
Ужесточив допуски в реинкарнации легендарного объектива, Цейсс вычеркнул из ГРИП и 2 метра, и бесконечность, и даже 0,4 метра балансирует на самой грани!
Хочу особо подчеркнуть, что даже новый объектив создавался исходя из кружка нерезкости в 1/1500 от диагонали матрицы, а это та самая огромная красная окружность на моей схеме в начале статьи. Поэтому даже показаниям этой, современной, шкалы, не стоит доверять ответственные расчёты.
Давайте посмотрим, как это всё выглядит на практике. Возьмём неплохой показательно-резкий объектив, тот же Carl Zeiss Distagon 21 mm F/2.8 T*, выберем самую обычную съёмочную ситуацию. Например, нам надо сфотографировать многоплановый пейзаж, чтобы в резкости был и передний план и, что важно, задний план. Для этого воспользоваться любым калькулятором ГРИП. По сути нам нужно определить гиперфокал. Пейзаж мы снимаем на относительно закрытой диафрагме, пускай это будет f/8. Большинство калькуляторов нам предложат навестись на 1,9 метра. В этом случае, по мнению калькуляторов, резкость будет от ~0,9 м до бесконечности.
Попробуем последовать их совету. Рулеткой отмеряем до стены 1,9 метра, ставим штатив и фокусируемся с помощью Live View. Потом закрываем диафрагму до f/8, переводим объектив на пейзаж (бесконечно-удалённые объекты) и снимаем не перефокусируясь. Для чистоты эксперимента лучше всего выставить преподъём зеркала и снимать с помощью пульта. После этого снова включаем Live View, и с его помощью перефокусируемся для достижения идеальной резкости на удалённых объектах. Снимаем ещё раз. Теперь сравним результаты.
Посмотрите внимательно на вырезанные мной 100% кропы с каждого кадра. Размытый кадр был сделан при фокусировке на 1,9 м, а резкий — на 4 метра. Из-за неправильного определения кружка нерезкости, калькулятор считает, что оба кадра полностью в резкости. Но это устаревшие стандарты.
Теперь взгляните на схему рядом. Я добавил там сетку пикселей моей камеры. При использовании устаревших стандартов в 1/1500 от диагонали матрицы, я, можно сказать согласился, что кружок нерезкости будет полностью перекрывать 9 пикселей моей матрицы (обведённых на схеме красным квадратом)! Более того, кружок серьёзно затрагивает ещё плюс 12 пикселей вокруг! И Вы готовы считать это резким? А ведь кружок в реальности не один - их множество, они пересекаются друг с другом, сливаются, и... в итоге мы получаем то, что получаем.
Это десятикратное увеличение фрагмента из фотографий выше.
Первый слайд: фокусировка на 4,0 метра
Второй слайд: фокусировка на 1,9 метра
Третий слайд: в точном масштабе показан кружок нерезкости.
Мы разобрались, что прежние стандарты не годятся для определения размеров кружка нерезкости. Но как тогда выбрать новые стандарты? Может 1/2000 диагонали? Или 1/3000? Предлагаю полностью отказаться от вычисления кружка нерезкости в зависимости от диагонали. Я думаю, что на сегодняшний момент логичнее всего отталкиваться от размера пикселей, если мы хотим получить максимум из той матрицы, за которую заплатили. Иначе зачем покупать 20-ти мегапиксельные матрицы, и не использовать их возможности? Я полностью обновил калькулятор ГРИП , рассчитав точные параметры для каждой матрицы , в чём мне помогла моя таблица характеристик матриц цифровых фотоаппаратов .
Так выглядит в масштабе новый кружок нерезкости, при проецировании на любую матрицу
.
В заключение хочу сказать, что эта статья вовсе не позиционируется как революция в фотографии, бином Ньютона, или панацея от всех бед. Но теперь, пользуясь обновлённым калькулятором ГРИП , Вы можете быть уверены, что ГРИП не испортит Ваши снимки и Ваше впечатление от объективов. А помимо всех этих плюсов, пользоваться калькулятором теперь стало ещё проще, чем раньше.
Глубина резкости в фотографии – это расстояние между передней и задней границами резко изображенного пространства (в пространстве оптических изображений ), измеряемое вдоль оптической оси, в пределах которого объекты съемки на снимке выглядят резко (рис. 1).
Рис. 1 — Глубина резкости
Существует также понятие «глубина резко изображаемого пространства» (ГРИП), которое часто путают с понятием «глубина резкости».
ГРИП — это тоже расстояние вдоль оптической оси объектива, но лежит оно в пространстве предметов и в пределах которого предметы будут изображены резко. (рис. 2, 3).
Является результатом подобранного фотографом ГРИП, который виден непосредственно на фотографии, т. е. в плоскости оптических изображений за объективом. ГРИП же находиться в плоскости изображаемых предметов. В этом и заключается основное различие.
Рис. 2 — Глубина резко изображаемого пространства и глубина резкости
Рис. 3 — Глубина резко изображаемого пространства
На ГРИП влияет:
- расстояние до объекта съёмки;
- фокусное расстояние объектива;
- величина объектива.
|
|
28 mm f5.6 |
|
28 mm f11 |
|
|
135 mm f5.6 |
|
|
135 mm f11 |
|
|
200 mm f2.8 |
|
|
200 mm f5.6 |
Рис. 4 — Изменение глубины резкости при разных фокусных расстояниях и значениях диафрагмы
Максимальная глубина резкости
При создании некоторых снимков, например, пейзажей, необходимо получить большую глубину резкости, при которой резко изображается максимальная часть сцены.
Для этого необходимо:
- встать так, чтоб предметы переднего плана находились как можно дальше от объектива, отойти на максимально возможную дистанцию;
- закрыть диафрагму до необходимого значения (f11 – f22), проверяя глубину резкости репетиром диафрагмы;
- по-возможности использовать широкоугольный объектив.
В некоторых фотокамерах предусмотрен режим автоматического замера экспозиции с контролем глубины резкости – DEP. В этом случае нужно указать две точки, которые должны отображаться резко и произвести съемку. Значения выдержки и диафрагмы определятся автоматически. Метод работает при автоматической фокусировке объектива.
Для достижения бесконечной (до горизонта) глубины резкости используют гиперфокальное расстояние – расстояние, начиная с которого и до бесконечности предметы выглядят резко при сфокусированном на бесконечность объективе (рис. 5). При ГРИП начинается с 1/2 расстояния до точки фокусировки и до бесконечности (рис. 6).
Значения гиперфокального расстояния при заданных параметрах (фокусном расстоянии объектива, диафрагменном числе, дистанции и величине кружка нерезкости объектива) рассчитываются с помощью специальных программ или таблиц, например, такой как таблица 1.
Таблица 1 — Расчет значений ГРИП и гиперфокального расстояния
Рис. 5 — Фокус на бесконечности
Рис. 6 — Гиперфокальное расстояние
Рис. 7 — Пример изображения снятого с гиперфокального расстояния
Минимальная глубина резкости
Задача сведения глубины резкости к минимуму намного сложнее, чем сделать ее максимальной. Во многих камерах (в основном компактных) такое вообще практически невозможно из-за маленького размера матрицы, короткофокусного объектива по умолчанию и фокусировки путем поиска гиперфокального расстояния. Именно это и является один из самых сильных аргументов в пользу цифрового зеркального фотоаппарата – возможность сделать резкой ту часть сцены, которая необходима фотографу.
Размытие фона или каких-то элементов переднего плана позволяет сфокусировать внимание зрителя на основном объекте съемки, выделить его, является одним из ключевых творческих моментов и причиной явления (рис. 8, 8).
Рис. 8 — Размытый передний план
Рис. 9 — Размытие заднего плана
Для достижения минимальной глубины резкости можно:
- использовать максимально открытую диафрагму (f1.2 — f1.8, f2.8) в зависимости от объектива;
- использовать длиннофокусные телеобъективы. Чем больше фокусное расстояние, тем меньше глубина резкости на изображении;
- подобраться как можно ближе к объекту съемки;
- по возможности, увеличить расстояние между фоном и объектом съемки.
Степень отсутствия резкости
Величина размытия изображения плавно изменяется вдоль глубины резкости. Абсолютно резким предмет изображается только в плоскости фокуса, все остальные точки начинают постепенно размываться по мере отдаления от этой плоскости.
Рис. 10 — Очень маленькая глубина резкости
Для достижения такой глубины резкости был использован макрообъектив с максимально открытой диафрагмой. Съемка проводилась со штатива максимально близко к объекту — монетке «5 копійок».
Трудности, связанные с глубиной резкости
Часто при использовании длиннофокусных или макрообъективов (большие расстояния или макросъемки) возникает ситуация, когда невозможно обеспечить такую глубину резкости, чтоб все значимые элементы были резкими, так как глубина резкости равна нескольким миллиметрам. Также это может быть связано с проблемой плохого освещения, так как при этом необходимо использовать открытые диафрагмы, чтоб обеспечить необходимую .
Для решения таких проблем можно:
- выбрать такой угол обзора, чтобы изменение глубины резкости было минимально (рис. 11);
- снимать с упора (штатив, монопод);
- при съемке людей фокусироваться на глазах, так как на них мы привыкли обращать внимание в первую очередь;
- в макросъемке делается серия кадров со смещением непосредственно камеры (без изменения фокуса), которые потом совмещаются в одно.
Рис. 11 — Изменение угла обзора
Итог
Регулировка глубины резкости во время съемки происходит в основном изменением значения диафрагмы и дистанцией до объекта съемки.
В пейзажной съемке используют максимальную глубину резкости, которую достигают фокусировкой на гиперфокальное расстояние, которое рассчитывают с помощью специальных таблиц или калькуляторов.
В портретной съемке ограничивают глубину резкости до такой, которая позволяет выделить необходимые элементы. Фокусироваться лучше всего на глаза. Исключением может быть документальная съемка, когда нужно показать человека в его среде, которая должна хорошо узнаваться (быть резкой).
При макросъемке, спортивной съемке, съемке дикой природы с длиннофокусными объективами фотографы могут сталкиваются с недостаточной глубиной резкости. Для этого закрывают диафрагму до возможных значений (f4-8) в пределах необходимой экспозиции.
В данной статье приведена таблица по расчету ГРИП - глубины резко отображаемого простанства для большинства современных фотоаппаратов. Вам достаточно ввести фокусное расстояние Вашего объектива, Тип пленки или Тип Цифровой камеры или диаметр круга нерезкости.
Оптические термины
| f | фокусное расстояние |
| h | гиперфокальное расстояние h = f^2/(N*c) |
| M | увеличение M = Si/So, или M = (Si-f)/f |
| N | значение диафрагмы |
| Ne | эффективное значение диафрагмы Ne = N*(1+M) |
| c | максимально допустимый диаметр кружка нерезкости |
| So | расстояние от передней главной фокальной плоскости до объекта |
| Smax | расстояние от передней главной фокальной плоскости до самой дальней резко отображаемой точки Smax = h * So / (h - (So - f)) |
| Smin | расстояние от передней главной фокальной плоскости до самой ближней резко отображаемой точки Smin = h * So / (h + (So - f)) |
| Si | расстояние от задней главной фокальной плоскости до плоскости пленки |
Фокальная точка это точка, в которой параллельные световые лучи от бесконечно далекого объекта сходятся после прохождения через объектив. Плоскость, перпендикулярная оптической оси, на которой находится эта точка, называется фокальной плоскостью. На этой плоскости, находящейся там, где расположена пленка в камере, объект виден резко и, как говорят, находится "в фокусе". При обычных фотообъективах, состоящих из нескольких линз, фокус можно отрегулировать таким образом, чтобы световые лучи от объекта, расположенного ближе, чем в "бесконечности", сходились в какой-то точке на фокальной плоскости.
Фокусное расстояние - это расстояние от главного фокуса до оптического центра.
Диафрагма - Фокусное расстояние объектива, деленное на диаметр входного зрачка (видимого со стороны объекта), равно относительному отверстию N (численному значению диафрагмы). Hадпись f/4 обозначает 1/4 фокусного расстояния. Освещенность изображения на пленке обратно пропорциональна квадрату относительного отверстия. Глубина резкости увеличивается, но дифракция уменьшает резкость с увеличением значения диафрагмы.
Минимальное расстояние, на котором объекты изображаются резко, когда объектив сфокусирован на бесконечность h = f^2/(N*c)
Установка вашего объектива на гиперфокальное расстояние означает, что все объекты, расположенные на удалении от половины этого расстояния и до бесконечности, будут в фокусе. Иными словами, наводка на ГР позволяет добиться максимальной глубины резко изображаемого пространства (при резкой "бесконечности").
Именно на ГР наводятся объективы дешевых фикс-фокальных "мыльниц", но знание и умение пользоваться ГР может быть полезным и серьезным фотографам с куда более мощными камерами. Гиперфокальное расстояние зависит от фокусного расстояния объектива и выбранной диафрагмы. Например, объектив с фокусным расстоянием 28 мм при диафрагме f/22 имеет гиперфокальное расстояние 1,37 м. Вы можете рассчитывать, что при установке объектива на 1,37 м глубина резко изображаемого пространства составит от 1,37:2=0,7 м до бесконечности. Еще пример: объектив 50 мм при f/16 установлен на 6 м (см. таблицу), тогда глубина резкости составит от 3 м до бесконечности.
Поскольку у всех объективов есть определенные аберрации и астигматизм, они не могут идеально сводить лучи от точки объекта, чтобы они образовывали истинную точку изображения (т.е. бесконечно малую точку с нулевой площадью). Другими словами, изображения образуются из комплекса точек, имеющих определенную площадь или размеры. Поскольку изображение становится менее резким по мере увеличения размеров этих точек, то эти точки называют "кругами нерезкости". Таким образом, один из факторов, определяющих качество объектива, это самая малая точка, которую он может образовать, или его "минимальный круг нерезкости". Максимально допустимый размер точки на изображении называется "допустимым кругом нерезкости". Для 35мм камер диаметр кружка нерезкости обычно принимают с=0.03мм или с=1/1720 от диагонали кадра, что дает 0.025 для 35мм пленки.
Площадь съемочного плана, выраженная как угол, который может быть воспроизведен объективом в виде резкого изображения. Номинальный диагональный угол зрения определяется как угол, образуемый воображаемыми линиями, связывающими вторую главную точку объектива с обоими концами диагонали изображения (43,2 мм). Данные объектива с электронной фокусировкой обычно включают горизонтальный (36 мм) угол зрения и вертикальный (24 мм) угол зрения.
Угол зрения и круг изображения можно рассчитать как 2*arctan(X/(2*f*(M+1))), где Х - ширина, высота или диагональ кадра, М - увеличение.
Минимальное и максимальное расстояния
, на которых объекты изображаются резко могут быть расчитаны следующим образом:
Smin = h * So / (h + (So - f))
Smax = h * So / (h - (So - f))
Если знаменатель равен нулю или отрицателен, то Smax = бесконечности.
ГРИП, глубина резкости — расстояние между ближней и дальней границами пространства, измеренное вдоль оптической оси, при нахождении в пределах которого объекты находятся в фокусе (на снимке получаются достаточно резко).
frontdepth = So - Smin
frontdepth = Ne*c/(M^2 * (1 + (So-f)/h))
frontdepth = Ne*c/(M^2 * (1 + (N*c)/(f*M)))
reardepth = Smax - So
reardepth = Ne*c/(M^2 * (1 - (So-f)/h))
reardepth = Ne*c/(M^2 * (1 - (N*c)/(f*M)))
Задняя дистанция резкости равна бесконечности, если знаменатель равен нулю.
Аберрация - дефекты изображения, которые возникают из-за ограничений при проектировании и изготовлении объективов.
Изображение, cозданное идеальным фотообъективом, должно иметь следующие характеристики:
- точка должна быть образована как точка;
- плоскость (такая, как стена), перпендикулярная оптической оси, должна быть образована как плоскость;
- изображение, образованное объективом, должно иметь такую же форму, как сам объект. Кроме того, с точки зрения выражения изображения объектив должен показать истинный цвет воспроизводимого объекта.
Практически идеальная работа объектива возможна только в том случае, если используются лишь лучи света, поступающие в объектив вблизи оптической оси, и если свет монохроматический (свет только одной конкретной длинны волны). Однако в случае с обычным объективом, где большая апертура используется для получения достаточной яркости и объектив должен сводить вместе лучи, проходящие не только вблизи оптической оси, но от всех частей изображения, крайне трудно создать вышеупомянутые идеальные условия в силу существования следующих помех:
- Поскольку большинство объективов построено лишь из линз со сферическими поверхностями, лучи света от одной точки объекта не отображаются на изображении в виде идеальной точки. (Проблема, которой невозможно избежать при сферических поверхностях.)
- У различных типов света(т.е., у волн различной длины) разные положения фокальной точки.
- Есть много требований, связанных с изменениями угла зрения (в особенности в объективах с переменным фокусным расстоянием и в телефотообъективах).
Основные типы аберраций:
Действие всех аберраций (за исключением дисторсии и дополнительных цветов) можно уменьшить диафрагмированием. Кривизна поверхности не устраняется диафрагмированием.
Дифракция -явление, при котором световые волны попадают в район тени от объекта. В случае с фотообъективом экспозиция часто регулируется путем изменения размера диафрагмы объектива (апертуры), чтобы отрегулировать количество света, проходящего через объектив. Дифракция в фотообъективе происходит при малых диафрагмах, когда ребра диафрагмы мешают прохождению световых волн по прямой линии, в результате чего лучи света проходят близко к ребрам диафрагмы, огибая эти ребра на пути через диафрагму. Дифракция вызывает уменьшение контрастности и разрешающей способности изображения, в результате чего получается неконтрастное изображение. Хотя дифракция имеет тенденцию появляться тогда, когда диаметр диафрагмы меньше определенного размера, на самом деле она зависит не только от диаметра диафрагмы, но и от различных факторов, таких, как длинна волны света, фокусное расстояние и светосила объектива.
Начинающие фотографы часто задаются вопросом, почему у них на фото с группой людей только кто-то один в фокусе, а остальные размыты. Или как сфотографировать школьный класс, чтобы все были резкими на фотографии. Вообще-то, для этого нужен опыт и много практики. Но если практики пока мало, а разобраться хочется, то на помощь придёт калькулятор ГРИП.
Калькулятор удобно иметь под рукой, поэтому если у вас есть современный смартфон, то вот ещё варианты:
Правильные бесплатные калькуляторы для Андроида http://android.lospopadosos.com/dof
Правильный платный калькулятор для iPhone http://www.neuwert-media.com/dof.html
iPhone меня разочаровал больше всего, потому что я смог найти единственный правильно работающий калькулятор, и то за деньги. Хотя, фанаты Apple, как известно, денег не считают и с них берут за каждый чих. Пиком идиотизма были калькуляторы, где ГРИП зависит от кроп-фактора , да ещё и платить за это надо! Здрасте, приехали…
На самом деле, я понимаю, откуда берутся эти заблуждения. Предполагается, что если у вас меняется кроп-фактор, то меняется и угол обзора, а следовательно, и композиция кадра. Люди, которые пытаются сохранить композицию кадра, наивно полагают, что ГРИП, которая при этой процедуре меняется, зависит от кроп-фактора. На самом деле, меняется расстояние до объекта s или фокусное расстояние f. Говорить, что от кроп-фактора зависит глубина резкости некорректно, потому что это означало бы, что при всех прочих равных, меняя кроп-фактор, должна меняться и ГРИП, а у нас нет прочих равных. Аферисты и жулики, которые это утверждают, меняют вместе с кроп-фактором либо расстояние до объекта, либо фокусное расстояние, либо и то, и другое. Корректно можно провести эксперимент только со штатива, используя одну FX-камеру, переключая режимы FX и DX, но это равносильно обрезанию фотографии по краям. Очевидно, что глубина резкости меняться не будет.
Внимательные читатели уже обратили внимание на ключевое слово “слегка размыты” чуть выше и насторожились. Действительно, при просмотре фотографий резкость вещь субъективная. Каждый воспринимает её по-своему. Не имеет никакого смысла измерять глубину с точностью до миллиметра, если речь не идёт о макро , конечно. Не пытайтесь в погоне за глубиной резкости углубляться в технические характеристики, так как вас просто засосёт во фрактал подробностей и вы ещё сильнее запутаетесь.
Решение о том, достаточная глубина резкости или нет, надо принимать быстро и эмоционально, иначе получится как в известном случае с пациентом, который перенёс операцию в районе лобных долей: http://olegart.ru/wordpress/2011/07/05/3413/ Это, кстати, относится и к выбору фототехники вообще, выбор которой оказался самым сложным для человеческого мозга: