Глубина резко изображаемого пространства

Глубина резко изображаемого пространства она же Depth of Field – зона в видимом пространстве, в которой все объекты отображаются приемлемо резкими. Ширина и высота зоны ограничена углом обзора объектива, а размер глубины зависит от многих других факторов, таких как: диафрагма, фокусное расстояние, расстояние до объекта съёмки, размер светочувствительного материала. В этой статье речь пойдёт о всём, что связано с глубиной зоны резкости, как она влияет на изображение, от чего она зависит и как ей управлять.

Малая глубина резкости появляется, когда объектив фокусируется на близком расстоянии. При помощи малой глубины резкости можно поставить акцент, подчеркнуть, выделить какое-либо место на изображении. Фотографы пользуются маленькой ГРИП подобно тому, как учитель пользуется указкой. Когда учительская доска вся исписана примерами и формулами, учитель берёт указательную палочку и начинает тыкать в нужные места на доске, чтобы класс обратил внимание на что-то о чём хочет рассказать учитель в данный момент.

Малая глубина резкости подобна сачку, чем он крупнее тем больше живности им можно разом поймать, однако в отличие от рыбаков или охотников за кузнечиками – фотографам не так важно накрыть “сачком” целиком, достаточно просто зацепить переднюю видимую часть объекта и в принципе этого бывает достаточно.

Открыватель малой глубины резкости

Первооткрывателем феномена “Shallow Depth of field” или малой глубина поля, приписывают французскому изобретателю, физиологу, популяризатору графического метода, а также изобретателю хронофотографии – Этье́ну Жюль Маре́.

Этот гражданин много сделал полезного для медицины, техники, кинематографа и прочего всего, однако, по-моему, не скромному мнению главным его вкладом в фотографию стало изобретение фоторужья. Я всю жизнь думал, что это такой прикол, выдумка создателей советского мультфильма Простоквашино. В нём, пёс Шарик получил в подарок фоторужье, с которым он потом носился за испуганным зайцем.

Этот брутальный длиннофокусный монстр снимал снарядами восьмиугольными фоточувствительными пластинами и обладал скорострельностью аж в 12 кадров в секунду, как вам такое дорогие мои обладатели зеркалок у, которых 5 кадров/сек потолок? Разумеется, такая скорострельность была необходима открывателю для работы. Маре фотографировал скоростной съёмкой людей и различных зверей с целью последующего их изучения во имя науки или просто по приколу.

Например, благодаря серии фотографий Маре смог подтвердить распространенное мнение о том, что кошки всегда приземляются на лапы. Люди и раньше знали о многих явлениях, которые фиксировал Маре, но только это всё были разговоры и текст, а он впервые смог предоставить доказательства многим вещам.

Открытие малой глубины резкости Маре в полне себе закономерна, потому что он постоянно пользовался длиннофокусными объективами в своей работе, а не заметить маленькую зону резкости при работе с таким типом объективов прямо скажем – трудно. Правда, одно дело заметить, а другое дело описать, сформулировать и застолбить открытие за собой и вот в этом и заключается моя проблема. Несмотря на то, что открытие много, где присваивается именно Маре, каких-либо документов и доказательств, я в сети найти не смог. Не на английском, не на французском.

Как создаётся изображение

Для того, чтобы понять каким образом можно управлять глубиной зоны резкости, необходимо сперва разобраться каким образом изображение формируется.

Лучи света попадают на объект, после чего отражается от него и направляются в объектив, где они фокусируется системой линз и обретают вид трёхмерного конуса. Кончик нашего получившегося конуса соприкасается с фоточувствительной плоскостью, где в последствии фиксируется и преобразуется в заготовку будущего кадра. В зависимости от качества линз и точности фокусировки, размер пятна контакта может меняться, это пятно называется circle of confusion или по-русски…

Пятно рассе́яния – это отпечаток созданный сфокусированным конусом света на плоскости изображения.

Острие светового конуса — это место, где формируется сфокусированное изображение, оно находится всегда дальше фокусного расстояния. Главная точка фокусировки — это место главного фокуса, то куда линза старается перенаправлять лучи, однако в ней оказываются только “прямые” лучи. Другие лучи света путешествуют по иным маршрутам, однако их встреча в любом случае состоится в месте, где формируется изображение, то есть на острие нашего конуса света.

Такой идеальный сферический конус в вакууме создаёт идеальное маленькое пятнышко — это становится возможно только когда точка, от которой исходит свет, находится в “фокусе”, а вот, что происходит с точками, которые находятся не в “фокусе”. Обратим свой взор на рисунок снизу.

В первом варианте точка на объекте располагается дальше от линзы и дистанции фокусировки в следствии этого изображение создаётся раньше светочувствительной поверхности – плохо.

Во втором варианте точка на объекте располагается ближе к линзе и дальше от дистанции фокусировки в следствии этого изображение создаётся за светочувствительной поверхностью – плохо.

В третьем варианте точка на объекте располагается точно на дистанции фокусировки в следствии чего изображение создаётся на светочувствительной поверхности – хорошо.

Таким образом, только точка в третьем варианте будет отображена как резкая.

Для наглядности приведу в пример ещё одну диаграмму, на которой изображён процесс фотосъёмки фигурок Марио и Луиджи с близкого расстояния. Обратите внимание на то, как красные сфокусированные лучи идущие от кепки Марио создают конус света и соприкасаются с матрицей фотоаппарата в виде небольшой точки, благодаря чему фигурка видится резкой. Зелёные лучи Луиджи сфокусировались дальше главной точки фокуса и из-за этого изображение должно сформироваться позади матрицы. В этом случае зелёный конус света соприкасается с матрицей и создаёт более крупное пятно, что в свою очередь привело к размытию фигурки Луиджи.

Подобно матрице фотоаппарата наши глаза воспринимают изображение как резкое и чёткое, только если оно отрисовано пятнами такого размера, которые нашими глазами воспринимаются как точки. Когда точка становится слишком крупной наше зрение воспринимает её как размытие также как это делает матрица.

Разобравшись с тем, что такое пятно рассеяния и то, каким образом оно влияет на создание фотографии приступим к изучению различных способов её управления.

Как управлять глубиной резкости

Когда речь заходит об управлении глубиной резкости чаще всего вспоминают диафрагму и это во многом справедливо, потому что это единственный инструмент, который всегда доступен фотографу. Остальные способы управления зоной резкости такие как фокусное расстояние, изменение дистанции до объекта съёмки, размеры матрицы фотоаппарата часто бывают недоступны в момент фотосъёмки, однако мы всё равно их затронем.

Малая зона резкости зависит от:

• размера входного отверстие объектива. Меньше число диафрагмы – меньше зона резкости;
• расстояния до объекта съёмки. Ближе к объекту – меньше зона резкости;
• фокусного расстояния. Больше фокусное расстояние – меньше зона резкости;
• размера матрицы. Меньше матрица -меньше зона резкости.

Разберём все виды зависимостей ниже.

Зависимость глубины резкости от диафрагмы

Когда речь заходит о размытии фона во главу угла всегда ставится диафрагма и значение её апертуры. До открытия малой глубины резкости фотографы использовали диафрагму только по её прямому назначению – ограничение мощности светового потока. В наши дни объективы также оценивают по тому, как те умеют размывать фон и какую минимальную зону резкости они могут обеспечить.

Фотографы портретисты 21 века уже больше походят на художников нежели их коллеги из 20 века. Имея в арсенале светосильную технику способную мылить картинку и в вдоль и поперёк, современные фотографы вполне могут считать себя если уж не художниками с большой буквы Ху, то уж виртуозами мыловарения как минимум. Художники рисуют задний план так что бы он дополнял образ портретируемого, задавал настроение или дополнял интересными деталями. Фотографы 20 века поступали аналогично и более тщательно подбирали места съёмок. Фотографы 21 века такие – “Фон? Какой фон? БОКЕ!”. Покупаешь себе длиннофокусный объектив с минимальным значением диафрагмы и забываешь про, фон как про страшный сон.

В объективах, которые используются в фото и видеографии используется ирисовый тип диафрагмы, в которой установлены специальные лепестки, которые перекрывают собой доступ к линзам ограничивая тем самым световой поток. Когда входное отверстие уменьшается – количество лучей света от объектов падает, это уменьшает яркость изображение. Одновременно с этим конус света меняет свой внешний вид, он становится более острым, что в свою очередь приводит к увеличению чёткости объектов в кадре.

На диаграмме снизу изображены два куба: красный и синий. Объектив сфокусирован на синем кубе, диафрагма не препятствует прохождению света. При такой комбинации расстояния и размером входного отверстия – зона глубины резкости получилась недостаточно большой, чтобы в неё попал красный куб. Лучи света от точки на красном кубе фокусируются ближе от матрицы, где они переворачиваются и создают на матрице крупное пятно из-за чего куб будет отображён не резким.

Допустим мы хотим сделать оба куба резкими. Для этого нам нужно, чтобы оба куба находились в зоне ГРИП и поможет нам в этом диафрагма.

Прикрываем отверстие лепестками диафрагмы и блокируем часть света. Из-за блокировки, количество синих и красных лучей резко сократилось, это привело к потери мощности света и изображение стало заметно темнее. На фокусировку это никак не повлияло, голубые и красные лучи всё ещё собираются в тех же местах, однако кое-что всё-таки изменилось – лучи поменяли форму и стали уже. Особенно подобные изменения коснулись красных лучей, их пятно рассеяния стало значительно меньше. Такие лучи нарисуют на матрице более детальное изображение красного куба.

Процесс закрытия диафрагмы делает входное отверстие меньше, через которое проходит свет. Чем меньше становится отверстие, тем меньше будут пятна рассеяния, что в свою очередь делает зону резкости больше.

Вывод: чем больше число диафрагмы -> меньше входное отверстие -> темнее картинка -> больше зона резкости.

Зависимость глубины резкости от расстояния до объекта съёмки

Когда объектив фокусируется на дальнем расстоянии – глубина резкости становится больше и если расстояние постепенно увеличивать, то в какой-то момент зона резкости станет бесконечной (гиперфокальное расстояние).

Сокращение зоны резкости происходит из-за большей требовательности к углу света. При отдалении объектов от объектива они визуально уменьшаются, свет от них исходит с куда более острого угла — это делает пятна рассеяния меньше, что в свою очередь делает объекты более чёткими. Когда объекты сближаются с объективом происходит обратный эффект – угол светового конуса расширяется — это увеличивает размер пятна и объекты не в фокусе станут более размытыми.

Приближаясь к цели, фотограф уменьшает зону резкости, так, что если вы хотите лучше выделить фотографируемый объект и круче размыть задний фон – встаньте к объекту ближе.

Зависимость глубины резкости от размера матрицы

Кропнутые матрицы обладают меньшей глубиной резкости из-за более маленького допустимого размера пятна рассеяния. Если для полнокадровых фотоаппаратов размер светового пятна не должен превышать 0,03 мм, то для цифровых матриц другого размера принято множить значение 0,03 мм на кроп фактор системы.

Кропнутая матрица регистрирует резкими более маленькие пятна рассеяния, потому что её физический размер меньше, а количестве мегапикселей часто такое же или даже больше.

Не смотря на, то, что пятна рассеяния на диаграмме выше выходят за пределы своих ячеек они всё равно будут восприняты как нормальные, потому что современные цифровые матрицы умеют вычислять такие приколы. Матрицы в любом случае вычисляют – не вышло ли пятно за свои границы опрашивая соседние фотодиоды, то есть пиксель не строится по данным от одного фотодиода.

Разница в глубине резкости у фотоаппаратов с разными размерами матриц, но с одинаковым количеством пикселей будет существенная, однако размер кадра у этих фотоаппаратов будет тоже отличаться существенно, он будет обрезан. Чтобы на кропнутой матрице получить кадр схожий полнокадровой необходимо отдалиться назад, правда это приведёт к тому, что глубина резкости возрастёт и станет аналогичной полному кадру, то есть как говориться – шило на мыло.

Вывод. Чем меньше физический размер цифровой матрицы – тем меньше ГРИП, однако для сохранения композиции кадра требуется корректировка дистанции до объекта фокусировки или уменьшению фокусного расстояния, что в большинстве случаев нивелирует преимущество маленького размера.

Зависимость глубины резкости от фокусного расстояния

Фокусное расстояние влияет на глубину резкости косвенным образом. Дело в том, что, изменяя фокусное расстояние мы одновременно с этим получаем кадр с другой композицией. Большее фокусное расстояние увеличивает объекты в кадре из-за чего происходит эффект приближение, что приводит к потери информации по краям кадра, глубина резкости в таком случае становится меньше. Меньшее фокусное расстояние делает объекты наоборот уменьшает объекты в кадре в следствии чего в изображение влезает куда больше информации, глубина резкости в таком случае становится больше. Для сохранения композиции, чтобы в кадр помещалось одинаковое количество объектов, необходимо менять дистанцию съёмки, например, увеличивая фокусное расстояние мы делаем глубину резкости меньше, но для сохранения композиции нам необходимо отдалится от объекта, что приведёт к росту глубины резкости и в таком, случаем получается размен – шило на мыло.

На гифке сверху периодически меняется фокусное расстояние 70, 135 и 300мм. Все три кадра я сделал с одинокого расстояния и для сохранения композиции я специально обрезал кадры таким образом, чтобы было заметно, как меняется глубина резкости в независимости от композиции кадра. Обратите внимание как фигурка Рафаэля размывается при 300мм фокусных и становится резче при 70 мм, это происходит по двум причинам 1) при уменьшении фокусного расстояния зона резкости становится шире и фигурка Рафа становится ближе к зоне резкости и становится менее размыта 2) увеличивая фокусное расстояние мы увеличиваем дистанцию с которой начинается бесконечность, при этом фигурка Рафаэля как бы проваливается дальше от Донателло, об этом эффекте читайте в разделе “Размытие фона”.

Эксперимент выше доказывает, что фокусное расстояние оказывает прямое воздействие на размер глубины резкости, однако если требуется сохранить композицию кадра размер глубины резкости становится аналогично прежней.

Заключение

Глубина резкости — это инструмент, которым необходимо пользоваться правильным образом. Старайтесь всегда перед съёмкой рассчитывать какие значения диафрагмы и фокусных расстояний вам могут понадобиться в различных ситуациях.

Большая ГРИП = больше информации, а чем больше информации вы сохраните на фотографии, тем дольше её будет изучать зритель, а чем дольше человек что-то изучает, тем больше у него возникает к этому эмоциональная привязанность.

Никогда не доверяйте LCD дисплею. На маленьком дисплее фотоаппарата, всё всегда кажется лучше, чем есть на самом деле, потому что просмотр изображения на маленьком дисплее равно просмотру плаката с десяти метров. Всегда перестраховывайтесь. Если кадр вам очень важен, не ленитесь, снимите его сперва на прикрытую диафрагму, например f/4, а затем уже занимайтесь творчеством фотографируя на открытую, ведь худшее, что может случится, когда вы дома на мониторе увидите глаза клиентов не в фокусе – в то время как LCD дисплей во время съёмки рисовал прекрасные резкие фотографии.

Не бойтесь шума его можно убрать в редакторе, в пределах 1600 ISO почти все фотоаппараты не влияют сильно на резкость. Держите в уме тот факт, что размытое сделать резким не получится, поэтому подумайте, что для вас и для ваших клиентов важнее – зерно или мыло?

Я очень долго делал эту статью и надеюсь она кому-нибудь окажется полезной. Тема глубины резкости по истине заслуживает формата книги – не меньше, а на это у меня пока нет ни сил, ни желания.

Спасибо, что дочитали до этого места! Здоровья вам и удачи на съёмках!