Z notatnika optyka: Głębia ostrości

0
Bernard Piechal
24 Wrzesień 2011
Artykuł na: 9-16 minut
Kontynuujemy cykl "Z notatnika optyka". W tym tygodniu wyjaśnimy kolejne ważne zagadnienie: głębię ostrości. Nie będzie o tym jak ją wykorzystać, ale o tym jak powstaje i dlaczego działa, tak jak działa.
Głębia ostrości
O głębi ostrości z punktu widzenia "nie mam pojęcia jak to działa, ale tak się tego używa" już pisano. Na przykład tu. W dzisiejszym odcinku napiszemy o głębi ostrości z drugiej strony - jak powstaje i dlaczego działa tak, jak działa. Jednym zdaniem: nieco bardziej zaawansowany kurs na temat głębi ostrości.

Skąd to się bierze
Weźmy sobie soczewę o jakiejś ogniskowej i ustawmy ostrość na nieskończoność. Dostajemy coś takiego:


Aby ustawić ostrość na coś, co jest bliżej, musimy soczewkę odsunąć od powierzchni matrycy. Jak wtedy zostanie odwzorowane coś położone bardzo daleko?


Okazuje się, że punkt znajdujący się w nieskończoności zostanie odwzorowany jako okrągła plama (a właściwie jako plama o takim kształcie jak otwór przysłony). Jeżeli coś będzie dalej niż obiekt, na który ustawiliśmy ostrość, ale bliżej niż w nieskończoności, to obraz też będzie krążkiem, ale już mniejszym. Dla pewnej odległości krążek będzie na tyle mały, że patrząc na zdjęcie przestaniemy widzieć różnicę pomiędzy tym krążkiem, a ostro odwzorowanym punktem. A największy taki krążek, który będzie nieodróżnialny na zdjęciu od ostro odwzorowanego punku wyznaczy nam granicę zakresu głębi ostrości. Jednak tu pada pytanie:

Jak duże kółko przestaniemy odróżniać od punktu?
To zależy. Nawet całkiem bardzo. Zależy od rozmiaru, do którego powiększymy zdjęcie, od odległości, z jakiej je oglądamy i trochę od tego kto ogląda. Jednak rynek przyjął pewne konwencje.

Otóż istnieje coś takiego, jak odległość dobrego widzenia: minimalna odległość z jakiej coś możemy oglądać bez wysiłku. Ta odległość dla większości ludzi wynosi ok. 25 cm. Największy obraz, jaki można wygodnie oglądać z takiej odległości i postrzegać go jako całość, to obraz o przekątnej około 30 cm. Natomiast rozdzielczość, jaką możemy zobaczyć na takim obrazie oscyluje wokół 5 linii/mm. A więc postrzegalna rozdzielczość to jest około 1500 linii po przekątnej kadru. I to jest najbardziej popularne kryterium, według którego grawerowane są na obiektywach skale głębi ostrości. Bierze się przekątną klatki w aparacie, dzieli się na 1500 i dostaje rozmiar kółeczka, które, jak się standardowo uznaje, będzie największym jeszcze nierozróżnialnym od punku. Takie największe kółeczko nazywa się krążkiem rozproszenia. I oczywiście jego rozmiar zależy od rozmiaru klatki w aparacie: dla formatu 4x5 cali wynosi 0,11mm, dla 6x6 - 0,053mm, dla małego obrazka, czyli formatu 24 x 36mm (co niektórzy nazywają już tylko pełną klatką) - 0,029mm. Dla formatów APS-C rozmiar krążka rozproszenia waha się pomiędzy 0,019, a 0,02mm, natomiast dla formatu 4/3 wynosi 0,015.

I jest to informacja ważna. A to dlatego, że wiele osób do współczesnych lustrzanek cyfrowych o formatach APS-C i 4/3 kupuje i używa starych (albo, zupełnie nowych ) obiektywów zaprojektowanych do małego obrazka. Ba, spotykam się nawet z osobami, które używają do lustrzanek cyfrowych NRDowskich Sonnarów 180mm f/2,8, projektowanych do średnioformatowych Pentaconów Six (nb to bardzo dobre obiektywy). Otóż, jeżeli ktoś chce używać obiektywu małoobrazkowego do mniejszej klatki niech pamięta, że skala głębi ostrości przestaje działać. Skala głębi ostrości na obiektywie małoobrazkowym wyznacza zakres odległości w jakim fotografowane punkty będą na matrycy zobrazowane w kółka mniejsze niż 0,029mm. Ale jak robimy zdjęcia aparatem O. systemu 4/3 (na przykład, żeby się potem łatwo liczyło), to aby punkt był ostry, jego obraz musi mieć mniej, niż 0,015mm (a nie 0,029). A więc coś, co się znajdzie w zakresie głębi ostrości wg skali ostre wcale nie będzie.

To nie jest tak, że ta skala robi się bezużyteczna. Tylko trzeba ją troszeczkę przeliczyć. Ale aby wiedzieć jak przeliczyć trzeba zobaczyć, jak wpływa przymykanie przysłony na ostrość punktu nieostrego.

Przysłona
Różnica pomiędzy fotografowaniem przy pełnym otworze przysłony i z przysłoną przymkniętą wygląda mniej więcej tak:


Tu należy zwrócić uwagę na jedną prostą zależność: jeżeli zmniejszamy źrenicę wejściową obiektywu ileś razy, to plamka na matrycy będąca obrazem czegoś poza płaszczyzną ostrości zmniejszy się tyle samo razy.

I ta zależność nam bardzo pomaga przy fotografowaniu starymi obiektywami. Jeżeli do naszego aparatu O. podepniemy przez przejściówkę jeden z obiektywów tej samej firmy O. sprzed lat, projektowany do lustrzanki małoobrazkowej, to aby skala głębi ostrości działała musimy ją tak zmodyfikować, aby znaczki wyznaczały odpowiednio mniejsze plamki rozproszenia. Tu można sobie przypomnieć dwie rzeczy.

Po pierwsze, przymknięcie przysłony tak, aby źrenica wejściowa była 2 razy mniejsza to ustawienie jej na 2 razy większą liczbę. Po drugie plamka rozproszenia, używana jako standard głębi ostrości to zawsze jest długość przekątnej matrycy (czy filmu) podzielona przez 1500, a więc dla dwóch różnych formatów stosunek rozmiarów plamek rozproszenia jest taki sam jak tzw. "crop factor".

No i się robi prosto: jeżeli na obiektywie małoobrazkowym jest znaczek głębi ostrości wydrukowany dla przysłony na przykład f/4, to jak ten obiektyw podepniemy do wspomnianego wyżej aparatu cyfrowego O., systemu 4/3, to ten znaczek już nie będzie działał dla przysłony ustawionej na f/4. Ale będzie działał dla przysłony ustawionej na f/ (4 x crop factor), czyli dla f/8. Jak ten sam obiektyw podepniemy do lustrzanki APS-C firmy na C, przekątna kadru której jest 1,6 razy mniejsza od kadru małoobrazkowego, to ten sam znaczek będzie działał dla przysłony ustawionej na f/(4 x 1,6), czyli f/6,4 .

Jeżeli używamy obiektywów średnioformatowych to tę zasadę też należy stosować, choć zawsze należy liczyć "crop factor" w stosunku do takiego rozmiaru klatki, do jakiej zaprojektowano obiektyw.

Inny problem związany z mniejszymi matrycami
Można zadać pytanie: mamy dwa aparaty, z matrycami różnych rozmiarów, z obiektywami o takim samym kącie widzenia, tak samo jasnymi. Czy jeżeli zrobimy zdjęcie tego samego obiektu z takiej samej odległości, ustawiając taką samą przysłonę, to czy uzyskamy taką samą głębię ostrości?

Proponuję ćwiczenie myślowe: porównajmy sobie takie dwie sytuacje: mamy dwa aparaty - jeden z sensorem dwa razy mniejszym od drugiego. Aparaty mają tak samo jasne obiektywy, przy czym ogniskowa tego o mniejszej matrycy jest dwa razy mniejsza od ogniskowej drugiego (a więc są to obiektywy odpowiadające sobie pod względem kąta widzenia). Robimy nimi zdjęcia modelce. Ale tu uwaga - jak robimy zdjęcia aparatem z mniejszą matrycą, to modelkę ustawiamy dwukrotnie bliżej aparatu. A robimy to po to, żeby sprawdzić jak zostanie oddane tło:


Okazuje się, że rozmiar obrazu modelki na matrycy będzie taki sam w obu przypadkach. Jest to logiczne, bowiem rozmiar obrazu zależy od stosunku ogniskowej do odległości do przedmiotu, a jak oba skróciliśmy dwukrotnie to stosunek tych wielkości się nie zmienił. To jednak powoduje, że obraz na mniejszej matrycy przestał się mieścić. Ale zwróćmy uwagę co z nieostrym obrazem czegoś w nieskończoności. Okazuje się, że w obu przypadkach nieostra plama zajmuje ok. 1/3 wysokości kadru, a więc na końcowym zdjęciu obraz tła wyjdzie taki sam. Gdybyśmy chcieli jednak zmieścić modelkę w kadrze jak poprzednio, musielibyśmy ją oddalić do takiej samej odległości, jak w przypadku aparatu z dużą matrycą. Ale wtedy odległość do przedmiotu byłaby większą wielokrotnością ogniskowej a tło byłoby mniej rozmyte. Jeżeli chcielibyśmy dostać na zdjęciu całą modelkę na tak samo rozmytym tle, to musielibyśmy wziąć dwa razy mniejszą modelkę i ustawić ją dwa razy bliżej, niż fotografując aparatem z większym sensorem. Wniosek jest prosty: głębia ostrości zależy od rozmiaru sensora. Na zdjęciu zrobionym aparatem z mniejszym sensorem nawet z obiektywem odpowiadającym kącie widzenia, z tej samej odległości i z tą samą przysłoną głębia ostrości będzie większa.

Jak silny jest to efekt? Jeżeli mówimy o lustrzankach cyfrowych to efekt ten jest widoczny, ale nawet aparatami formatu 4/3 można uzyskać zdjęcia z płytką głębią ostrości (tu było porównanie małego obrazka z APS-C w tej kwestii). Jednak jeżeli zejdziemy do matryc o rozmiarach stosowanych w kompaktach, to już jest gorzej. Na przykład matryca rozmiaru 1/1.8" (która, jak na te używane w aparatach kompaktowych, jest jedną z największych) ma przekątną o długości niecałych 9mm, czyli 5 razy mniej niż przekątna klatki małoobrazkowej. Co to oznacza? Załóżmy, że robimy aparatem "pełno klatkowym" portret w plenerze obiektywem 100mm f/2 z odległości 1.5m. Aby kompaktem z matrycą 1/1.8" dostać taki sam kąt widzenia musimy użyć obiektywu o ogniskowej ok. 20mm. Ale aby tło było tak samo rozmyte to zamiast osoby 1,65m wzrostu z odległości 1.5 m musielibyśmy sfotografować figurkę o wysokości 35cm z odległości 30cm. To jednak nie to samo.

W tym miejscu można się zacząć zastanawiać, jaką głębię ostrości dostaniemy z nowiusieńkiego bezlusterkowca nowiusieńkiego systemu jednej firmy na N. Matryce tych aparatów rozmiarami uplasowały się praktycznie w połowie drogi pomiędzy największymi z małych matryc (rozmiar 2/3 cala), a najmniejszymi z dużych (system 4/3). Spodziewam się, że uzyskanie małej głębii ostrości będzie niełatwe, ale nie niemożliwe. Warunkiem jest zastosowanie strasznie jasnej optyki (i matryc, które mogą tak płasko padające światło zarejestrować). To jest jednak kwestia wciąż jeszcze otwarta, jako że dla każdego fizyka prawdą nie jest to, co mu się wydaje logiczne, tylko to, co jest zgodne z doświadczeniem.

Komentarze
Więcej w kategorii: Poradniki
Nie wiesz jaki film wybrać? Strona Filmtypes rozwieje twoje wątpliwości
Nie wiesz jaki film wybrać? Strona Filmtypes rozwieje twoje wątpliwości
Na początku przygody z fotografią analogową zorientowanie się w dostępnych materiałach i ich właściwościach może przysporzyć bólu głowy. Z pomocą przychodzi nowa...
61
0
Brak ci motywacji? Oto 29 porad od najbardziej wpływowych fotografów w branży
Brak ci motywacji? Oto 29 porad od najbardziej wpływowych fotografów w branży
Gdybyś miał najważniejszą radę odnośnie pracy fotografa, co by to było? Takie pytanie fotograf Taylor Jackson zadał jednym z najbardziej rozpoznawalnych współczesnych...
63
0
Wybierasz się na zasłużony urlop? Oto sprzętowe pomysły i praktyczne sztuczki, które warto rozważyć
Wybierasz się na zasłużony urlop? Oto sprzętowe pomysły i praktyczne sztuczki, które warto rozważyć
Letni sezon to czas podróży, odkrywania odległych miejsc i… fotografowania. Dlatego przygotowaliśmy kilka praktycznych porad oraz zestawienie przydatnych akcesoriów,...
3
0
Powiązane artykuły
Wczytaj więcej (20)