Гиперфокальное расстояние
Содержание
Гиперфокальное расстояние код
Расстояние, на которое сфокусирован объектив, когда задняя граница резко изображаемого пространства лежит в «бесконечности» для данного геометрического относительного отверстия, называется «гиперфокальным»
Понятие гиперфокального расстояния важно в практической фотографии и киносъёмке потому, что обеспечивает максимально возможную глубину резкости, расположенную от бесконечности до половины расстояния фокусировки
При ландшафтной съёмке короткофокусной оптикой наилучшая резкость достигается при фокусировке объектива не на «бесконечность», а на гиперфокальное расстояние. Упрощённо это достигается совмещением символа «бесконечности» шкалы фокусировки с делением шкалы глубины резкости, соответствующим текущей диафрагме. Тогда передняя граница резко изображаемого пространства будет находиться на расстоянии, равном половине дистанции наводки. При расположении объектов съёмки не ближе этого расстояния всё изображаемое пространство на фотографии будет практически резким с учётом размеров кружка рассеяния. Большинство широкоугольных объективов для малоформатных фотоаппаратов и 35-мм кинокамер при фокусировке на гиперфокальное расстояние отображают резкими предметы практически на любых дистанциях. До появления эффективных систем автофокуса этим явлением пользовались при репортажной и спортивной съёмке, когда времени на точную фокусировку недостаточно.
Компактные устройства с небольшим размером кадра и короткофокусным объективом, такие как веб-камеры, экшн-камеры, камерафоны и камеры видеонаблюдения, зачастую не требуют фокусировки за счёт неподвижной установки объектива типа фикс-фокус на гиперфокальное расстояние. То же относится к простейшим фотоаппаратам и кинокамерам.
Гиперфокальное расстояние для каждого объектива индивидуально и зависит от текущего диафрагменного числа. Вычисляется по формуле:
- H=f2Kz+f{\displaystyle H={\frac {f^{2}}{Kz}}+f}, где
f{\displaystyle f} — фокусное расстояние;
K{\displaystyle K} — знаменатель относительного отверстия;
z{\displaystyle z} — диаметр кружка рассеяния;
H{\displaystyle H} — гиперфокальное расстояние.
Для практических расчётов можно воспользоваться упрощённой формулой:
- H=f2Kz{\displaystyle H={\frac {f^{2}}{Kz}}}
При фотографировании бесконечности использование гиперфокального расстояния упрощает формулы расчета границ резко изображаемого пространства:
- R1=HRH+R{\displaystyle R_{1}={\frac {HR}{H+R}}};
- R2=HRH−R{\displaystyle R_{2}={\frac {HR}{H-R}}}, где
R1{\displaystyle R_{1}} — передняя граница резко изображаемого пространства;
R{\displaystyle R} — расстояние, на которое производится наводка на резкость;
R2{\displaystyle R_{2}} — задняя граница резко изображаемого пространства;
H{\displaystyle H} — гиперфокальное расстояние при данном относительном отверстии.
Из формул следует, что зона резкости по протяженности больше от плоскости наводки до задней границы резкости, чем от плоскости наводки до передней границы резкости.
Для определения плоскости наводки R{\displaystyle R} при заданных передней и задней границах резкости пользуются формулой:
- R=2R1R2R1+R2{\displaystyle R={\frac {2R_{1}R_{2}}{R_{1}+R_{2}}}}
Факторы глубины резкости
Зависимость глубины резкости изображаемого пространства от относительного отверстия
Глубина резко изображаемого пространства обратно пропорциональна фокусному расстоянию объектива и прямо пропорциональна диафрагменному числу. ГРИП вариообъективов изменяется одновременно с фокусным расстоянием. Кроме того, глубина резкости прямо пропорциональна дистанции, на которую сфокусирован объектив. Максимальная глубина резкости достижима на бесконечности, которая для большинства объективов начинается с 15—20 метров. Напротив, при наводке на близко расположенные предметы большая глубина резкости достижима с трудом. Особенно это заметно при макросъёмке, когда зона резкого изображения может составлять доли миллиметра даже при сильном диафрагмировании.
Из прямых зависимостей глубины резкости от фокусного расстояния и дистанции фокусировки вытекает ещё одна, косвенная: глубина резкости обратно пропорциональна увеличению изображения объекта съёмки в фокальной плоскости, то есть масштабу, с которым он отображается. Увеличение масштаба достижимо как приближением к снимаемому предмету, так и использованием более длиннофокусного объектива, что в обоих случаях приводит к сужению области пространства, отображаемого резко. В то же время, небольшое увеличение позволяет получить большую глубину резкости.
В практической фото- и киносъёмке глубина резкости чаще регулируется при помощи апертурной диафрагмы с изменяемым относительным отверстием. Диафрагмирование объектива позволяет повысить глубину резкости при прочих равных условиях. Получение небольшой глубины резкости возможно на сравнительно небольших дистанциях съёмки при помощи светосильной оптики с открытой диафрагмой. Возможность «отделить» объект от фона на больших удалениях 50—100 метров дают только светосильные телеобъективы, специально выпускаемые для спортивной фотографии.
Чем больше формат негатива (сенсора), тем труднее достижима большая глубина резкости при том же масштабе изображения, поскольку приходится использовать более длиннофокусный объектив. Крупноформатные фотоаппараты для получения портрета, резко отображающего одновременно всю голову, требуют сильного диафрагмирования, в то время как на малоформатном негативе это достижимо даже при средних значениях диафрагмы. Видеокамеры, обладающие миниатюрной ПЗС-матрицей, обеспечивают огромную глубину резкости даже при съёмке крупным планом. Явление объясняется зависимостью фокусного расстояния, требуемого для получения изображения с определённым углом поля зрения, от размера кадрового окна. Уменьшение размера кадра для его заполнения изображением того же объекта съёмки позволяет использовать более короткофокусный объектив.
Поэтому два снимка одного и того же объекта, сделанные камерами разных форматов в одинаковом масштабе с одного расстояния, при равном относительном отверстии объективов обладают различной глубиной резкости. Камера с меньшим размером кадра даёт более протяжённую глубину резкости, так как для получения аналогичного масштаба используется более короткофокусный объектив.
Особенности цифровой фотографии
Увеличение глубины резкости программным способом. Слева — два из шести исходных снимков, снятых с брекетингом фокуса; справа — готовый снимок, полученный в приложении «CombineZM»
Шкалы глубины резкости, нанесённые на оправы большинства сменных фотообъективов, рассчитаны для фотоплёнки, эмульсия которой обладает светорассеянием, снижающим резкость изображения. Фотоматрицы влияют на разрешение в значительно меньшей степени, позволяя полнее использовать возможности этой же оптики, используемой с современными цифровыми зеркальными фотоаппаратами. Стандарты новейших объективов для DSLR в 1,5 раза строже, и исходят из размера кружка нерезкости, составляющего 1/1500 диагонали полнокадровой матрицы, то есть 28 микрометров. Глубина резкости, определяемая по таким шкалам, вполне соответствует наиболее массовому формату фотоотпечатка 10×15 см. Для более крупных снимков и изображения на мониторе компьютера она оказывается завышенной, поскольку современные сенсоры обеспечивают более высокую разрешающую способность, чем плёнка. В ещё большей степени несоответствие таких шкал проявляется при использовании фотоматриц уменьшенных размеров APS-C и Nikon DX. Для учёта современных технических возможностей могут использоваться альтернативные калькуляторы глубины резкости, рассчитанные исходя из размера пикселя матрицы.
Существующие технологии цифровой фотографии также позволяют значительно увеличить глубину резкости за счёт объединения нескольких фотографий, снятых с различными дистанциями фокусировки объектива (брекетинг фокуса). В настоящий момент доступны специальные компьютерные приложения, позволяющие склеивать снимки с переменной фокусировкой. Такая техника, получившая название англ. Focus Stacking, получила распространение в прикладной научной фотографии, главным образом в макро- и микрофотографии, поскольку пригодна только для съёмки неподвижных объектов.
Новейшая технология камеры светового поля позволяет регулировать дистанцию фокусировки и глубину резкости изображения уже после съёмки программными методами.
Последние модели смартфонов Nokia с 2013 года оснащаются встроенной камерой с возможностью управления глубиной резкости, получившей торговое название «Refocus». При этом фокусировка может быть изменена после съёмки, что особенно эффективно для сцен, протяжённых в глубину.
Источники код
- ↑ , с. 64.
- , с. 23.
- ↑ , с. 24.
- ↑ . Объективы. Zenit Camera. Дата обращения 7 июля 2014.
- , с. 65.
- , с. 37.
- ↑ , с. 156.
- , с. 16.
- . Cambridge in colour. Дата обращения 15 апреля 2013.
- Д. Корн. . Статьи о фототехнике. Фотомастерские РСУ. Дата обращения 1 мая 2014.
- . Статьи. Fotorox. Дата обращения 24 апреля 2014.
- ↑ Владимир Медведев. (недоступная ссылка). Статьи. Персональный блог. Дата обращения 26 января 2014.
- (недоступная ссылка). Medvedev. Дата обращения 4 июля 2014.
- (англ.) (недоступная ссылка). CMOS Cameras. Голландские микроскопы «Euromex». Дата обращения 5 июля 2014.
- (англ.). Demos. Biomedical Imaging Group. Дата обращения 5 июля 2014.
- (англ.). Deep Focus Module. Promicra. Дата обращения 5 июля 2014.
- ANNE STREHLOW. (англ.). Stanford News (3 November 2005). Дата обращения 5 июля 2014.
- Brad Molen. (англ.). Nokia Lumia 1520 review. Engadget. Дата обращения 5 июля 2014.
- , с. 63.
- ↑ , с. 157.
- ↑ , с. 67.
- , с. 39.
- , с. 158.
- . «Про Фото». Дата обращения 6 марта 2012.
- Joe Demers. (англ.). NVIDIA Developer Zone. Дата обращения 6 марта 2012.
- , с. 18.
- . LiveJournal (30 декабря 2009). Дата обращения 6 июля 2014.
Угол поля зрения объектива
Цифровые зеркальные фотоаппараты оборудуются светочувствительными сенсорами (матрицами) разного размера см. Размеры матриц цифровых фотокамер
В цифровых зеркальных фотокамерах наиболее распространёнными являются сенсоры двух форматов:
-
Полный формат матрицы имеет размер около 24х36 мм и обозначается как FF и FX
-
Уменьшенный формат матрицы имеет размер около 16х24 мм и обозначается как APS-C или DX
Фокусное расстояние и угол поля зрения фотографического объектива (в некоторых изданиях – угол обзора) необходимо рассматривать в связке с размерами светочувствительного сенсора, который он обслуживает.
В общем случае качественное изображение, которое строит объектив в фокальной плоскости, представляет собой круг см.Рис.1.
Рис.1. Изображение, которое строит объектив в фокальной плоскости, представляет собой круг
Подобные изображения дают классические объективы тип «рыбий глаз». Такие объективы формируют изображение в виде круга, вписанного в кадр. Квадратный формат кадра в этом случае является предпочтительным.
В остальных случаях производители фототехники используют только часть изображения, которое строит объектив, остальное обрезается границами кадра см.Рис.2.
Рис.2. В фотокамере используется только часть изображения, сформированного объективом. Остальное обрезается границами кадра
Угол поля зрения объектива соответствует диагонали кадра. Поэтому, при использовании сенсора с меньшей диагональю (формат APS-C или DX) угол обзора будет меньше, чем при использовании обычного полноформатного сенсора (формат FF или FX) см.Рис.3.
Рис.3. При использовании сенсора с меньшей диагональю (формат APS-C или DX) угол обзора будет меньше, чем при использовании обычного полноформатного сенсора (формат FF или FX)
Некоторые производители фотоаппаратуры при сравнении углов обзора полного формата FF и формата APS-C используют термин «эффективный угол зрения».
Большинство фотографов ещё с плёночных времён привыкли к соответствию фокусных расстояний объективов, их углов поля зрения и размеру кадрового окна 35-мм фотоаппарата.
При съемке с использованием объектива с одинаковым фокусным расстоянием, угол обзора на формате APS-C или DX будет меньше, чем на формате FF или FX.
Меньший угол обзора на формате APS-C или DX равносилен применению оптики с большим фокусным расстоянием на формате FF или FX.
Другими словами одинаковый угол поля зрения на формате APS-C или DX и на формате FF или FX получается при разных фокусных расстояниях.
