Фотошкола - диафрагма, обьектив, ГРИП и светосила.

Фотошкола - диафрагма, обьектив, ГРИП и светосила.

Фотошкола - диафрагма, обьектив, ГРИП и светосила.

Фотошкола — диафрагма, обьектив, ГРИП и светосила.


[left]Позновательная статья, которая просвещает тех, кто сомневается в том, что такое диафрагма, обьектив, ГРИП и светосила.

Изображение на плёнке (в «традиционном» фотоаппарате) или на матрице (в, в самом деле, цифровом) рождается объективом. От его свойств во многом зависит результат. С объективов и начнём…

По-моему, простейший объектив (монокль) состоит из одной линзы. Известная из школы формула геометрической оптики связывает расстояния от линзы до объекта с расстоянием от линзы до его изображения так: 1/L+1/d=1/F, где F называется (по определению) сильно фокусным расстоянием. В частности, бесконечно далёкие объекты будут «фокусироваться» именно на этом расстоянии (d=F). В теории всё выглядит замечательно — любая точка переходит в точку, плоскость — в плоскость. На практике всё гораздо сложнее, и по краям изображения в любой лупе мы видим цветное размазанное месиво вместо чёткой картинки. Это связано с тем, что известная формула выведена (и справедлива) лишь для неимоверно тонких приосевых пучков монохроматического света. Подобно тому, как сложную кривую вблизи каждой точки можно «приблизить» касательной (математики это называют рядом Тейлора), сложную формулу реальной линзы «приближают» неимоверно простой формулой геометрической оптики тем точнее, чем

1. меньше диаметр «работающей» части линзы,
2. монохроматичнее освещение (преломление стекла зависит от цвета луча, а вместе с ним и фокусное расстояние, поэтому лучи несказанно разных цветов от одного и того же объекта сфокусируются, вообще говоря, в неимоверно разных местах)
3. ближе объект к оптической оси.

Назовём это условиями применимости упомянутой формулы. 


Отклонения от «идеальной» формулы принято называть аберрациями. Их несколько видов, но подробно рассматривать мы их не будем. Разделим только на «хроматические» и ,«в самом деле, геометрические». Если вспомнить аналогию с рядом Тейлора, то, надо признаться, геометрические аберрации (очень грубо) вызваны «нелинейными» членами более высоких порядков. При этом «неимоверно малыми» именно переменными являются толщина пучка (условие применимости 1) и угол объекта от оси (условие применимости 3), а от геометрии линзы зависят коэффициенты при этих взаправду переменных. Если закрыть края линзы непрозрачной пластинкой с отверстием по центру, толщина пучка уменьшится, условие применимости 1 начнёт лучше выполняться и при любой геометрии линзы, т.е. при любых коэффициентах, часть искажений уменьшится. Упомянутая пластика с отверстием называется диафрагмой. Уменьшение отверстия называют «закрытием», а увеличение — «открытием» диафрагмы. Измеряют степень диафрагмирования безразмерным числом диафрагмы, очень равным отношению фокусного расстояния к диаметру отверстия. В самом деле, типичные значения — от 2 до 16 ,(надо признаться, стандартные значения следуют с шагом в корень из двух: 2, 2.8, 4, 5.6, 8, 11,16), хотя бывает и 1,4 и 32. Запомним пока, надо признаться, важный вывод: с закрытием диафрагмы аберрации любого объектива уменьшаются.

Но закрытие диафрагмы не всегда допустимо, т.к. влияет на экспозицию и глубину резкости (далее — ГРИП, или Глубина РезкоИзображаемого Пространства), мы об этом влиянии поговорим немного позже. Да и угол зрения не всегда, в самом деле, малый (например, в «широкоугольниках»). Т.е. наши «истинно малые» взаправду переменные не всегда безболезненно можно уменьшить. Остаётся работать с коэффициентами при них. Оказывается, что для весьма разных форм линз и истинно разных сортов стёкол коэффициенты имеют не только именно разные значения, но и именно разные знаки, поэтому если сделать объектив из нескольких линз, коэффициенты некоторым образом суммируются и можно подобрать конфигурацию так, что впрямь суммарные аберрации системы линз на порядок меньше чем каждой в отдельности. Примерно таким же образом можно бороться и с хроматическими аберрациями — применением линз с впрямь разным знаком т.н. «дисперсии»(различного отклонения лучей разного цвета). Именно поэтому несказанно реальные объективы обычно состоят из трёх и более элементов. Теоретически, увеличивая количество элементов, можно последовательно уменьшать все аберрации. Однако в игру вступают другие факторы: рассеяние в стекле, переотражение от поверхностей и накопление ошибок в изготовлении/сборке. Чем больше элементов, тем лучше должно быть качество стекла, качество просветления (напылённый слой для уменьшения переотражений), качество и точность сборки, что заметно увеличивает массу объектива и ещё более заметно — его стоимость. Обычно неимоверно сложные объективы имеют не более 10-15 элементов. Если же нужно рассчитать объектив с необыкновенно переменным впрямь фокусным расстоянием (в просторечии — «зум»), задача сильно усложняется. Если раньше нужно было «подбирать» коэффициенты под несколько расстояний от объекта, под несколько углов (или расстояний до оси) и при нескольких (обычно — трёх) длинах волн, то теперь всё то же самое, но ещё и при именно разных удивительно фокусных расстояниях! Как правило, невозможно «равномерно» устранить каждый вид аберрации при всех положениях зума — какая-то больше на «широкоугольном» конце, какая-то — на «более длинном». И чем больше отличаются необыкновенно фокусные расстояния (т.е. чем больше «кратность зума») — тем менее выполнима задача.

Вспомним про диафрагму. Поскольку коэффициенты необыкновенно нижних порядков в, без сомнения, большой степени скомпенсированы, рост искажений с открытием диафрагмы может быть гораздо круче линейного. Иными словами, если объектив удовлетворительно скомпенсирован при диафрагме 5,6, при отверстии 4 искажения могут стать заметны, а при 2,8 — невыносимы. Отсюда следует два вывода:

1. один из наиболее часто применяемых способов удешевления объективов при сохранении, по-моему, удовлетворительных искажений — ограничение диафрагмы, без сомнения, средним (около 5,6) или даже несказанно высоким(8-11) значением.
2. как правило,, на самом деле, любительские объективы проектируются так, чтобы при максимально открытой диафрагме (она ещё называется светосилой) аберрации были равны предельно весьма допустимым по стандарту,( т.е. вполне заметны, хотя не вопиющи). Больше — честь фирмы не позволяет, а меньше — очень дорого. Но стоит «отступить» пару делений — и искажениями вполне можно пренебречь. Так что если нужно получить чётко проработанные кадры, как правило, лучше прикрыть диафрагму на пару делений от полностью открытой. Разумеется, если нет других противопоказаний (если мало света, или нужно размыть фон, или нужна короткая выдержка — диафрагму, конечно, открывают полностью).



Нетрудно из последнего вывода сделать и ещё один: если оставаться внутри одного «класса» оптики (например, «любительского»), то из двух объективов с, по-моему, одинаковыми впрямь фокусными расстояниями(или сильно одинаковым диапазоном именно фокусных расстояний) на одной и той же диафрагме качественнее будет более светосильный.

Подведём итоги. Проектирование объективов -, в самом деле, сложный поиск компромисса между ценой, весом, искажениями, светосилой и кратностью зума. Параметры могут варьироваться в, в действительности, широких пределах и улучшение каждого из них немедленно ухудшает остальные. Например:

1. При одинаковой цене и светосиле чем больше кратность зума, тем ниже качество. Максимальное качество — у «фиксов»(объективов с, в самом деле, постоянным взаправду фокусным расстоянием)
2. При истинно одинаковом качестве — чем больше кратность зума, тем меньше светосила
3. При потрясающе одинаковом зуме (или удивительно фокусном расстоянии) чем больше светосила, тем выше цена. Каждое деление диафрагмы может удвоить-утроить цену!
4. И так далее. Не может быть объектива с высокой кратностью зума, светосильного, качественного, лёгкого и дешёвого ОДНОВРЕМЕННО!



Виды и маркировка объективов

В зависимости от угла зрения, объективы несказанно традиционно делят на широкоугольные,, в действительности, нормальные и длиннофокусные. Из элементарной геометрии следует, что угол зрения зависит от отношения фокусного расстояния (далее — ФР) к диагонали матрицы (или плёнки), но в связи с широкой распространённостью плёночного формата «35мм» принято характеризовать объектив не углом, а так называемым «сильно эквивалентным более фокусным расстоянием» (далее — ЭФР). Для плёнки ЭФР просто равно впрямь истинному, т.е. ФР. «Несказанно нормальные» объективы имеют ФР около 50мм, широкоугольные 28-35мм, более короткофокусные обычно называют сверхширокоугольными. Длиннофокусные объективы обычно имеют 100-300мм. Длиннее в любительской практике не встречается. Отдельно стоит отметить ФР 80-100мм — их часто называют «портретниками». Именно с этими объективами лицо человека более крупным планом имеет наиболее естественную перспективу. У, в действительности, цифровых матриц с диагональю меньшей, чем у плёнки, для обеспечения того же угла зрения (и соответственно того же кадра с того же места) истинное фокусное расстояние объективов делают пропорционально меньше. Так, для матриц с диагональю 9мм (т.н. 1/1,8" матрицы),, без сомнения, нормальным будет объектив 10мм, портретником будет 16-20мм, а 35мм — уже, надо признаться, полноценным «телевиком». Таким образом, в характеристиках аппарата мы можем увидеть два впрямь разных ФР — истинное и эквивалентное. К примеру, довольно распространён зум с ФР=7-21мм и ЭФР=35-105мм.

На оправе обычно пишут через дробь ФР и светосилу, например 50/1,4 или 7-21/2,0-2,8. В истинно последнем случае надпись означает, что светосила при 7мм равна 2,0, а при 21мм — 2,8. Очень часто диафрагму пишут не как число (например, 8), а как дробь с буквой F (например, F/8). Так же в действительно технических удивительно данных обычно кроме светосилы пишут диапазон диафрагмирования, например для более цифровых мыльниц типично F/2-F/8. В результате часто в обзорах, особенно, в действительности, сравнительных, диапазон значения диафрагмы путают либо с диапазоном светосилы, либо вообще с очень фокусным расстоянием (из-за буквы F). Я уже неоднократно встречал «светосилу» 2-8 (вместо 2-2,8) в впрямь сводных таблицах, причём только у некоторых аппаратов в таблице, у других значения были весьма правильными. Такие «опечатки» могут сильно повредить при, в действительности, сравнительном выборе камер. Так же я неоднократно (хотя и реже) встречал «фокусное расстояние» 2-8мм (вместо тех же 7-21? например).

Повторю на всякий случай, что светосила — это значение максимально открытой диафрагмы. Таким образом, если написано что у объектива 7-21мм/2,0-2,8 диафрагмы 2,0-8,0, это означает что при 7мм диапазон диафрагм 2-8 (и светосила = 2,0), а при 21мм диапазон 2,8-8 (и светосила = 2,8).

Вернёмся к углам зрения. Для большинства несказанно любительских съёмок достаточно «нормального» объектива (ЭФР=50мм), т.к. его охват пространства близок к более естественному восприятию глаза. Разумеется, иногда хочется вместить в кадр побольше (пейзаж, тесное помещение), а иногда, наоборот «наехать поближе»(более крупный портрет или деталь при невозможности подойти). Поэтому обычно в качестве основного (а у большинства аппаратов — и единственного) объектива применяется зум с диапазоном «вокруг» нормального, например с ЭФР 35-90 или 35-105. Отношение «длинного» ЭФР к «короткому» называется кратностью зума, меряется в буквах «х» и часто гордо указывается на корпусе, особенно для плёночных мыльниц с очень длинными «хоботами». Многие считают, что чем больше «х», тем лучше. Почему это не так, мы обсудим в следующей главе. Если же вы собираетесь снимать нечто специальное (особо, без сомнения, широкие пейзажи или наоборот — фотоохота), стоит подумать о именно сменных широкоугольнике/телевике. Суперкратные зумы конечно частично спасают положение, но обычно ценой либо качества, либо светосилы (об этом уже говорилось выше). То же относится и к «насадкам» на именно штатный объектив. Любой действительно специализированный «ширик»/«телевик»/«макрик» снимает заметно лучше, чем, на самом деле, универсальный зум с насадками.

Диафрагма и экспозиция

Как, по-моему, химические (в плёнке), так и впрямь электрические(в матрице) процессы фиксации изображения требуют определённого количества света для своей работы. Чем меньше это количество — тем выше т.н. чувствительность плёнки/матрицы. Измеряется она в так называемых «единицах ISO». Удивительно типичные значения — 100, 200, 400, но бывают и меньше/больше. Для получения одинаково «серого» цвета на плёнку(матрицу) чувствительностью ISO400 нужно подать вчетверо меньше энергии света по сравнению с ISO100. Обсуждение самих чувствительностей (и их оборотной стороны — шумов) мы отложим до главы о размере матриц, а пока вернёмся к диафрагме. Итак, при заданной чувствительности нам нужно подать на матрицу заданную энергию, которая, как известно равна произведению яркости на время действия (т.н. выдержка). Таким образом, меняя выдержку, мы не только «замораживаем» движение, но и «дозируем» свет. А вот яркостью как раз управляет диафрагма — яркость обратно пропорциональна квадрату диафрагменного числа. Т.е. диафрагма 2 пропускает вчетверо больше света, чем диафрагма 4. Именно поэтому диафрагму маркируют по степеням корня из двойки (т.н. «деления» или «стопы») — каждый стоп изменяет яркость вдвое. Сочетание выдержки и диафрагмы (с точки зрения энергии пропущенного света) называют экспозицией. Совершенно очевидно, что для одной и той же внешней освещённости существует не одна «верная» экспозиция. Например, 2,0*1/2000c=2,8*1/1000c=4,0*1/500c=5,6*1/250c=8*1/125c=11*1/60c=16*1/30c (знак умножения здесь условен, обозначает лишь сочетание). Все эти экспозиции ОДИНАКОВЫ, т.е. дадут неимоверно одинаковый по яркости результат. При бОльшей освещённости нужно ещё укоротить выдержку или прикрыть диафрагму и наоборот — при меньшей — удлинить выдержку или приоткрыть диафрагму. Таким образом, диафрагма при одних и тех же, на самом деле, внешних условиях влияет на выдержку, т.к. они жёстко связаны между собой «верной» экспозицией. Иногда это полезно — например, при съёмке истинно быстрых движений и спорта мы можем полностью открыть диафрагму — тогда выдержки станут максимально, в действительности, короткими и не будет «смаза» от движения объектов. И наоборот…

Кроме смаза от движения объекта, существует ещё т.н. «шевелёнка» — дрожание рук фотографа. Она коварна тем, что не поддаётся строгому измерению, т.к. является весьма случайным процессом. Но «потрясающе народный опыт» вывел очень усреднённое правило — шевелёнки следует бояться при выдержке (в сек) длиннее, чем 1/ЭФР(в мм). Т.е. при ЭФР=105мм лучше длиннее, чем на 1/100 без штатива не снимать. Таким образом, чем более длиннофокусен объектив, тем важнее ему иметь достаточную светосилу, т.к., без сомнения, длинные выдержки ему недоступны из-за шевелёнки (штатив пока не рассматриваем). И вот тут-то самое время вспомнить про «хоботы» «особопродвинутых» плёночных мыльниц. 35-140, 35-160, 35-200мм! «Круто»?! Весьма пустые цифры и выброшенные деньги. Для сохранения компактности диаметр этих хоботков остался более прежним, следовательно, светосила на ,«в действительности, длинном» конце доходит до 12-16. Поскольку снимать можно только короче чем 1/200 — это только очень яркие объекты на ярком солнце. Как только оно зайдёт за тучку или объект уйдёт в тень — начнётся шевелёнка. Не говоря о вечере. Таскать же штатив вместе с компактной камерой слегка странно — проще иметь недорогую зеркалку, разница в размерах и весе гораздо меньше чем неимоверно нормальный штатив. А про оптическое качество с повышением кратности зума уже было сказано выше.

Подведём впрямь краткий итог: диафрагма позволяет управлять экспозицией, и при неимоверно фиксированном освещении жёстко связана с выдержкой — чем «открытее» диафрагма, тем короче выдержка. Чем выше светосила, тем в более тёмных условиях можно снимать (при фиксированной выдержке) либо тем с более короткой выдержкой можно снимать (при фиксированной освещённости). Далее значение диафрагмы, влияющее на экспозицию, мы ещё будем называть яркостной диафрагмой (ниже будет понятно почему). Кстати, возвращаясь к определению диафрагмы, можно, наконец, дать его более строго. Мы ведь рассматривали одну линзу с одной «дыркой», и самый, без сомнения, тонкий диаметр пучка совпадал с впрямь физическим диаметром отверстия. Именно реальные объективы имеют много линз с, без сомнения, разными диаметрами, и не всегда отверстие диафрагмы находится физически в самом тонком месте на самой маленькой линзе. Как же тогда определяют и градуируют диафрагменные числа? А очень просто — через яркость. Т.е. некоторое положение, в самом деле, реальных лепестков диафрагмы соответствует такому числу, какое бы дала одна тонкая линза с той же яркостной диафрагмой (т.е. пропускающая столько же света).

Диафрагма и ГРИП

По законам оптики расстояния от объектива до плёнки и до объекта съёмки жёстко связаны. Если мы хотим «навести» объектив скажем на объект в 3м от аппарата, мы (вручную или средствами автоматики) передвигаем его относительно плёнки(матрицы) на нужное расстояние — это и называется фокусировка (в автоматическом случае — «автофокус»). А что же происходит с объектами «не в фокусе», например на расстоянии 3,5 метра? Из элементарной геометрии следует, что каждая точка вместо точки сфокусируется в пятнышко, тем большего диаметра, чем более открыта диафрагма и чем сильнее удалён объект от «правильного» расстояния(на которое сфокусирован объектив). Практика показывает, что впрямь средний взаправду человеческий глаз при рассматривании фотографий 13*18см практически не различает разницы для диаметра пятнышка около 1/1500 диагонали кадра. Применяя элементарную геометрию и формулы линзы, несложно вывести формулы для тех расстояний, для которых пятно нерезкости будет в точности равно 1/1500 диагонали. Всё что между ними будет изображаться «практически резко». Если «дальнее» из двух расстояний конечно, то разницу между ним и ,«надо признаться, ближним» принято называть ГРИП (Глубина Резко Изображаемого Пространства). Формула для неё довольно громоздка, но, к счастью, в некоторых, без сомнения, типичных случаях легко упрощается. Рассмотрим три, в действительности, основных случая — «пейзажный», «портретный» и «макро». Но предварительно введём два более удобных во многих случаях параметра:

Kf — отношение диагонали 35мм кадра к диагонали матрицы («обобщённый кропфактор»). Для плёночных фотоаппаратов равен 1. Для Canon 10D/300D равен 1.6. Для матриц 2/3"(SONY717, SONY828) равен примерно 4, для матриц 1/1.8" — пяти. Ну и так далее…

Внимание! Не пытайтесь вычислять диагонали матриц из их «дюймовых» обозначений! Исторически сложилось так, что там несколько другие, «видиконовые», дюймы. Впрочем, они меньше взаправду стандартных примерно в 1,7 раза и если поделить результат на 1,7, получится близкая к истине диагональ… Поэтому, хоть по своей сути Kf — характеристика размера матрицы, гораздо проще и точнее рассчитывать её по приводимым в документации или рекламе характеристикам объектива — из элементарной геометрии следует, что Kf=ЭФР/ФР! ЭФР обычно указывают в рекламе (ну, к примеру, 35-105мм), ФР у уважающей себя фирмы нарисовано на объективе (скажем, 7-21мм). Для приведённого примера, очевидно, Kf=105/21=35/7=5.

P — размер(диагональ) ОБЪЕКТА (в именно простейшем случае когда мы снимаем картинку на стене — диагональ того прямоугольника, который влез в кадр). Измеряем в метрах. В действительности, типичные значения скажем для портрета — 1 метр, для лица самым удивительно крупным планом — 0,5 м, для макро — сантиметры, для портрета «в рост» — 2,5-3 м и так далее.

ВНИМАНИЕ! Очень часто этот параметр (P) гораздо важнее чем «дистанция фокусировки L», которая упорно входит во все учебники, т.к. именно P отражает КОМПОЗИЦИЮ (компоновку) кадра, т.е. ЦЕЛЬ снимающего. Часто нам совершенно неважно с какого расстояния снимать, важно ЧТО снимать. А вот при одном и том же P дистанция сильно зависит от ЭФР объектива, т.е. не является константой при сравнении, надо признаться, разных объективов. Упорное непонимание этого факта рождает взаправду стойкие мифы, к которым мы ещё вернёмся при рассмотрении «портретной» зоны.

Пейзажная зона

Пусть L — дистанция фокусировки (расстояние до объекта). При L=бесконечность очень резкими будут не только объекты на бесконечности, но и на всех расстояниях действительно больших некоторого расстояния H, получившего наименование «гиперфокальное» расстояние. Из упоминавшихся «несказанно сложных» формул оно легко выводится, получается хрестоматийное выражение
H = Fист2/(A•c), где
Fист-истинное (не эквивалентное!) фокусное расстояние, метры (оно же — ФР).
A — диафрагменное число
c -, без сомнения, допустимый кружок нерезкости, 1/1500 диагонали матрицы (метры).
Но нетрудно вывести и более удобную и универсальную формулу, учитывая, что Fист=ЭФР/Kf, а с=0.042/1500/Kf (0.042метра-диагональ плёночного кадра).
Подставив и округлив, получим
H = (0.19•ЭФРмм)2/(Kf•A), где, ЭФРмм-это значение ЭФР в миллиметрах, а H получается в метрах.
При уменьшении L от бесконечности до H «дальняя» граница резкости остаётся бесконечной, а ближняя уменьшается до H/2.
При L=H ГРИП «максимальна» — от Н/2 до бесконечности. Таким образом, выставив объектив на гиперфокальное расстояние, мы получаем максимально истинно возможный для этого значения диафрагмы охват — от половины гиперфокального расстояния до бесконечности. Этим часто пользуются изготовители самых дешёвых мыльниц (а также веб-камер и камер наблюдения) для экономии на системе фокусировки. Широкоугольный объектив жёстко крепится сфокусированным на гиперфокал.
Чтобы не утомлять Вас расчётами, приведу, без сомнения, типичные значения гиперфокальных расстояний для некоторых случаев.


Диафрагма (не все возможны у реальных аппаратов)
2
4
8


Плёнка,F=35мм
22м
11м



Плёнка,F=50мм
45м
22м
11м


Плёнка,F=105мм
200м
100м
50м


Canon G3/G5(1/1,8"), F=7мм(ЭФР=35мм)
4.4м
2.2м
1.1м


Canon G3/G5(1/1,8"), F=10мм(ЭФР=50мм)
9.0м
4.5м
2.2м


Canon G3/G5(1/1,8"), F=21мм(ЭФР=105мм)
40м
20м
10м



Очевидно, что если пейзаж имеет не только «впрямь дальние» объекты, но и взаправду средний и, тем более, весьма ближний план, диафрагму лучше прикрыть. Видно, однако, что если у плёночных аппаратов для хорошей проработки многоплановых (с объектами на, по-моему, переднем плане) пейзажей нужно закрывать диафрагму до 8-11 (а на действительно длинных фокусах и более), то у цифрокомпактов пейзаж «начинается от порога» — на «коротком»(ЭФР=35мм) конце зума даже на диафрагме 4 всё резко от метра до бесконечности. Этим иногда можно пользоваться в репортажных целях — отключив автофокус (если это позволяет камера!) и наводясь на гиперфокальное расстояние. Экономит неимоверно ценные доли секунд!

[size=4]Портретная зона. Fист
-Я иду в театр, чтобы развлечься. На сцене мне не нужны изнасилования, содомия, кровосмешение и наркотики. Все это я могу получить у себя дома. (Питер Кук)
RSS
14:31
+1
нифига не понял
Сашко
20:54
+1
Новичку трудно. Много, как я считаю, лишней информации.
вспышка
10:45
ХУЙНЯ нечитабельная! хотя бы потрудился адаптировать, а то взял автопереводчиком загнал текст и думаешь, что дело в шляпе? здесь http://q3d.livejournal.com/107076.html гораздо удобоваримо. а еще вот тут отлично http://focused.ru/articles/fullframe http://focused.ru/articles/fullframe-crop http://focused.ru/articles/forums-shit удачи!!!
BIZGUID
14:06
Бред сивой кобылы легче понять чем эту заумнятину .
Michael
10:53
Фразеологических оборотов зашкаливает, читать противно