Głębia ostrości i odległość hiperfokalna w aparatach cyfrowych (np. w C740UZ) z Forum: Szukam i szukam i znaleźć nie mogę... Może za mało szukam...:-( Chodzi mi o procedure w jakiej wykonuje sie dobre zdjecie portretowe...! Za choinke jasna nie umiem tego zrobic...! Jak wiadomo zdjecie portretowe charakteryzuje sie tym ze cala ostrosc skupia sie na osobie, a tlo za nia jest zamazane lub jednolite...niestety u mnie tak nie ma Nawet jezeli ustawie funkcje na "portretowe zdjecia" to i tak zaden portret mi nie wychodzi, tylko zwykle zdjecie... Użytkownik C750UZ Głębię ostrości definiuje się i opisuje w słownikach w sposób następujący... Głębia ostrości - strefa fotografowanego obrazu, w której obiekty odwzorowane są z wystarczającą ostrością. Przestrzeń, w której wszystkie elementy są ostre w obrazie. Zależy to od typu obiektywu i zadanej przesłony. Głębia ostrości zmienia się w zależności od nastawionej, wybranej wartości przesłony, nastawionej wybranej odległości przedmiotowej oraz od długości ogniskowej obiektywu. Głębia ostrości wzrasta, jeżeli zmniejsza się otwór przesłony lub jeżeli do zdjęć użyto obiektywu o krótszej długości ogniskowej oraz wówczas kiedy wzrasta odległość przedmiotowa ustawiona w obiektywie. Możliwość operowania głębią ostrości daje fotografii i fotografowi trzeci wymiar na płaskim zdjęciu. To nie tylko odpowiednie ustawienie kadru, to także możliwość wyboru odległości, w jakiej obiekty na zdjęciu będą ostro przedstawione, ale również obszary rozmyte. W tym sensie autor fotografii może sięgnąć w głąb płaskiego obrazu. Przy tym ważny jest nie tylko stopień, ale również charakter rozmycia. Rysunek rozmycia zależy od wielu parametrów konstrukcyjnych obiektywu i nie podlega prostej analizie matematycznej. Zarówno początkujący jak i profesjonalni fotografowie nie są skłonni stale zajmować się obliczeniami. Sam używałem poniżej przytoczonych wzorów, kiedy zacząłem fotografować zoomem C740UZ, w którym nie ma skali głębi ostrości takiej jaką miałem w swoim aparacie analogowym. Przygotowałem wtedy dla wybranych odległości ostrzenia i ogniskowych obiektywu, tabele głębi ostrości, które po zalaminowaniu mam zawsze przy sobie w torbie. Jako materiał pomocniczy okazały się one bardzo przydatne. Każdy może zrobić sam podobne tablice do swojego typu aparatu posługując się gotowymi arkuszami kalkulacyjnymi Microsoft Excel opublikowanymi w sieci. http://www.master.pl/~cinek74/olek/artykuly/art008/tabele_go.xls W charakterze przykładu opracowałem arkusz i tabele dla użytkowników C740UZ i przytoczyłem poniżej. Odpowiednie wzory dla obliczenia można łatwo poszukać w różnych poradnikach i artykułach. Dlaczego więc postanowiłem opracować poradnik na ten temat? Przyświecały dwa cele: Zebrać wszystkie wzory w zakresie jednego poradnika Zwrócić uwagę czytelnika na wnioski, wynikające z tych wzorów Oczywiście, ludzie, dawno zajmujący się fotografią, potrafią ocenić głębię ostrości na podstawie swojego doświadczenia praktycznego, ograniczając się przejrzeniem fotografowanego tematu przez obiektyw lustrzanki. Ja wskażę jak mogą postępować użytkownicy zaawansowanych kompaktów w których nie ma skali głębi ostrości. Intuicja i doświadczenie okazują się w fotografii ważne. Tym nie mniej, u kogo na razie doświadczenie nie jest za duże, a intuicja na razie nie rozwinięta, może wskazanym będzie zaznajomić się z poniższymi wzorami i wskazówkami, aby nie poszukiwać ich w internecie. Poradnik składa się z czterech części: w pierwszej przedstawiono wzory. w drugiej wnioski z tych wzorów. w trzeciej o stopniu rozmycia tła w zdjęciu w czwartej praktyczne wykorzystanie wiadomości Jeśli matematyczne wyrażenia wydają się niepotrzebne, przechodzimy do zapoznania się z częścią drugą. Zanim przejdziemy do szczegółów, zaznaczam, że wszystkie przytoczone poniżej wzory są przybliżone, to znaczy, oparte na pewnych założeniach upraszczających. Na przykład, nie uwzględniają one różnicy w rozmiarach obiektywu - wyjściowej i wyjściowej soczewki.
Przewidują one także, że robię zdjęcia, kiedy odległość ogniskowania s istotnie przewyższa długość ogniskowej obiektywu f. W przeważającej większości przypadków wszystkie te wzory można stosować w praktyce. Rozpatrywanie innych bardziej szczegółowych detali wykracza ramy tego poradnika (np. makrofotografia, zastosowanie specjalnej optyki itp. inny poradnik) W pierwszej grupie wzorów za punkt ogniskowania przyjęto fotografowany obiekt. Wzory te pozwalają odpowiedzieć na pytanie: jak daleko rozprzestrzenia się obszar ostrości przed obiektem Gp i za obiektem. Jest to zakres odległości (wzdłuż osi obiektywu) dla którego obiekt jest prezentowany na zdjęciu akceptowalnie ostro. Wartości granic głębi ostrości możemy obliczyć przy pomocy wzorów: Gp = s / [1 + F*c*(s-f) / f²] przednia - bliższa granica głębi ostrości; = s / [1 F*c*(s-f) / f²] tylnia - dalsza granica głębi ostrości; lub: Gp = s * s h / [s h + (s - f)] i s * s h / s h + s dla f << s = s * s h / [s h - (s - f)] i s * s h / s h s dla f << s i s < s h gdzie: s - odległość od aparatu do fotografowanego obiektu (zakres ostrzenia - od mechanizmu migawki), f - fizyczna ogniskowa aparatu, F - przysłona (wartość F), c - akceptowalny rozmiar krążka rozmycia, przyjmowany dla aparatów cyfrowych jako: równowartość ułamka 1/1440 przekątnej klatki 35mm = 0,03mm podzielonej przez współczynnik ekwiwalentnej ogniskowej naszego aparatu N, czyli dla C740UZ 0,03/6,032 = 0,00498 ~ 5 µm (omówiony poniżej) s h - odległość hiperfokalna, jest to odległość od aparatu do punktu, w którym zaczyna się strefa ostrości rozciągająca się do nieskończoności. Obliczana z wzoru: s h = (f² / F*c) + f lub s h = (EFL/N) 2 / F*c we wzorze: f - długość ogniskowej rzeczywistej (np. 6,3mm) F - to przysłona efektywna; N - współczynnik ekwiwalentnej ogniskowej; EFL ekwiwalentna ogniskowa;
Jak widać, wartość odległości hiperfokalnej (s h ), jest zależna od ogniskowej i przysłony oraz dopuszczalnego krążka rozmycia (wartość + f możemy pominąć, gdyż jest ona znacznie mniejsza od pierwszej części wzoru). Ustawienie punktu ostrości w odległości hiperfokalnej s h skutkuje głębią ostrości rozciągającą się od połowy odległości pomiędzy obiektywem i obiektem fotografowanym (s) do nieskończoności. Ujemne wartości (tylnej granicy głębi ostrości) oznaczają głębię rozciągającą się do nieskończoności. Wszystkie dane podstawiamy do obliczeń w takich samych jednostkach. Jak widać z wzorów: Głębia ostrości zależy od akceptowalnego rozmiaru (średnicy) krążka rozmycia. Głębia ostrości wzrasta wraz z zamykaniem przysłony (gdy wzrasta F). Głębia ostrości jest większa dla krótkich ogniskowych niż dla długich. Różnica bardzo znacząca!. Głębia ostrości wzrasta wraz z odległością do obiektu. Druga grupa wzorów pozwala obliczyć wartość DoF opisującą strefę (obszar ) głębi ostrości w systemie odczytu: DoF = Gp Innymi słowami, w przedziale (zakresie) od do Gp wszystko otrzymujemy na zdjęciu (wystarczająco) ostre. Po przekształceniach otrzymujemy wzory: DoF = Gp 2*s h *s 2 / s 2 h - s 2 przy s < s h Jeśli s będzie większe lub równe s h, to s 2 równe jest nieskończoności. Podstawiając w powyższym wzorze, dane dla s h otrzymamy: DoF 2*F*c*f 2 * s 2 / (f 4 F 2 *c 2 *s 2 ) Jak widać DoF zależy od długości ogniskowej aparatu f, wartości przesłony F, oraz odległości ogniskowania. Ustawienie ostrości na płaszczyźnie dla której wartość krążka rozproszenia (rozmycia) jest wspólna dla odległości Gp i jest średnią odległością Gs na jaką należy ogniskować obiektyw aparatu. Pytanie: Jaka powinna być (dla ustalonej długości ogniskowej obiektywu), odległość średnia Gs i jaką należy zastosować wartość przesłony F, aby objąć ostrością cały przedmiot (lub obszar) mieszczący się w interesującej nas odległości od Gp do. Dla znanej długości ogniskowej f, średnią odległość ogniskowania Gs (duża w porównaniu z długością ogniskowej f ) i wartość przesłony F (która zapewni ostrość w tym przedziale), określamy z przybliżonych wzorów: Gs = 2*Gp* / Gp+ (płaszczyzna ogniskowania Gs jest umiejscowiona bliżej Gp). F f^2*( Gp) / c*2*gp* Po podstawieniu wartości wyciągniemy wniosek podany poniżej => Zasada N razy F Trzecią grupę wzorów dobrze jest zastosować wtedy, kiedy będziemy fotografować w jednej określonej skali odwzorowania M. Jeżeli np. zmierzamy wykonać portret, to z góry podejmujemy decyzję odnośnie skali zdjęcia. Jak w tym przypadku głębia ostrości będzie zależeć od długości ogniskowej obiektywu?. Odpowiedź na podobne pytania daje trzecia grupa wzorów. Pod skalą M rozumiemy stosunek rozmiaru obiektu na matrycy (filmie) do jego rzeczywistego rozmiaru. Jeśli odległość ostrzenia znacznie przewyższa długość ogniskowej obiektywu (co generalnie jest spełnione), to wartość skali odwzorowania (M) określamy za pomocą przybliżonego wzoru:
M = f / (s f) f / s Po przekształceniu tego wzoru można z niego wyliczyć z jakiej odległości należy fotografować, aby uzyskać pożądaną skalę odwzorowania obiektu: s = (f / M) + f Przyjmując ten stosunek, a także przytoczony już wzór na odległość hiperfokalną możemy otrzymać: Gp = (c * F ) / (M 2 *(1 + (s / s h ))), = (c * F ) / (M 2 *(1 - (s / s h ))), lub: Gp = (c * F ) / (M 2 *(1 + (c * F /f * M))), = (c * F ) / (M 2 *(1 - (c * F / f * M))) Wzory te zostały otrzymane z pierwszej grupy za pomocą przekształceń. Wzory trzeciej grupy są przydatne do analizy, podczas gdy wzory grupy pierwszej i drugiej bardziej nadają się do praktycznych obliczeń. Zagadnienia związane z głębią ostrości w makrofotografii omówiono w innym poradniku!. Wnioski, które wynikają z przytoczonych powyżej wzorów: 1. Należy zrozumieć, że nie ma żadnej czytelnej granicy pomiędzy ostrością i nieostrością na zdjęciu. Wszystko, co znajduje się przed punktem ostrzenia i za nim, w tej lub innej mierze jest rozmyte. Kiedy mówimy o zakresie głębi ostrości, to mamy na względzie przedział, w którym rozmycie nie przekracza zadanej wartości. 2. Głębia ostrości zależy, w ogólnym przypadku, od skali odwzorowania zdjęcia M, wartości przysłony F i od stosunku s / s h (tj od stosunku odległości, na którą jest zogniskowany obiektyw, do odległości hiperfokalnej. 3. Jeśli odległość hiperfokalna jest mała (i prawie równa minimalnej odległości ogniskowania), to mamy do czynienia z dużą głębią ostrości. (Tanie aparaty z zafiksowaną ostrością są zaopatrzone w obiektywy z ogniskowaniem na odległość hiperfokalną.)
4. Jeśli obiektyw skierować na nieskończoność, to bliższa granica zakresu ostrości będzie równa odległości hiperfokalnej Gp = s h. (Rys a) 5. Jak już wspomniano powyżej, przy s = s h tylnia granica głębi ostrości przesuwa się do nieskończoności, oraz Gp = s h / 2 to znaczy przednia granica obszaru ostrości równa jest połowie odległości hiperfokalnej. (Rys b) 6. Jeśli obiekt zdjęcia znajduje się w odległości, dużo mniejszej od hiperfokalnej (s << s h lub c F << f M), to w tym przypadku (i tylko w tym przypadku) głębia ostrości praktycznie nie zależy od ogniskowej obiektywu przy niezmienności M i F. Co to znaczy, dużo mniejszej?. Należy przyjąć - 10 i więcej razy. 7. Przy zdjęciach na odległościach ostrzenia 10 i więcej razy mniejszych od hiperfokalnej(s << s h lub c F <<f M) obszar ostrości rozmieszczony jest symetrycznie względem obiektu: Gp = = (c * F ) / M 2 Widać stąd, że przy zdjęciach na odległościach dużo mniejszych od hiperfokalnej, obszar ostrości jest wprost proporcjonalny wartości przysłony F, to znaczy przymykanie przysłony o jeden stopień głównego szeregu zwiększa obszar ostrości 1,4 razy. (Przypominam: stopnie głównego szeregu przysłony są ułożone wg. wielokrotności pierwiastka kwadratowego z 2, czyli 1x 2= 1,4; 1,4x 2~ 2; 2x 2=2,8 itd., ale zmiany można wprowadzać również skokowo o wartość powiększoną o ok. 1/6 poprzedniej działki, np. 2,8 => 3,2.) W innych przypadkach zależność ta ma bardziej złożony charakter. Otrzymane wzory można przekształcić do innej postaci: Gp = = s 2 / s h Ponownie podkreślam, że są to wzory przybliżone, których dokładność jest tym większa, czym mniejsze s w porównaniu do s h. 8. W miarę wzrostu odległości do obiektu przedni obszar ostrości staje się mniejszy od tylniego obszaru. Kiedy s staje się równe s = s h / 3 (jednej trzeciej odległości hiperfokalnej), tylny obszar ostrości dwukrotnie przewyższa obszar przedni. Zasada N razy F Głębia ostrości aparatu cyfrowego z obiektywem o współczynniku ekwiwalentnej ogniskowej aparatu N przy danej wartości przysłony F jest taka sama jak głębia ostrości aparatu małoobrazkowego 35mm przy przysłonie zamkniętej do wartości F przemnożonej przez N. Aby zapewnić ostrość w określonym przedziale, wartość przysłony F dla aparatu cyfrowego o współczynniku ekwiwalentnej ogniskowej N będzie potrzebna N razy większa niż dla identycznej skutecznej długości ogniskowej aparatu małoobrazkowego 35mm. (F f^2*( Gp) / c*2*gp* => Gp =2m; = 3m f = 50mm = 0,05m c analog = 0,03mm = 30* 10-6 m F 7 dla C740UZ c = 0,005mm = 5*10-6 m stąd aby zapewnić głębię ostrości w tym przedziale trzeba by F 42) Profesjonaliści sugerują przeprowadzanie porównania, nie dla stałości długości ogniskowej, ale stałości pola widzenia obiektywów. Dla takiego warunku trzeba by w C740UZ dla f = 6,3mm zastosować obiektyw F 0,7. Jaki stąd wniosek, że nigdy i przy żadnych warunkach nie będziemy mogli osiągnąć w C740UZ takiego rozmycia jakie daje obiektyw analogowy na filmie 35mm. Uzyskanie w aparatach kompaktowych niewielkiej głębi ostrości jest w porównaniu do aparatów analogowych wręcz niewykonalne. Aparaty wyższej klasy oraz lustrzanki jednoobiektywowe z tym zadaniem radzą sobie dużo lepiej. (Przykład: dla D100; D200; D70s;D1H.. c = 0,019 dla EOS1D c = 0,023; EOS1DsMKII c = 0,029) Wartość odległości hiperfokalnej aparatu cyfrowego o współczynniku ekwiwalentnej ogniskowej N jest N razy większa niż dla identycznej skutecznej ogniskowej aparatu małoobrazkowego 35mm. (Np. dla C740UZ f=50mm; F4 i c=0,005 s h =125m, a dla aparatu analogowego: f = 50mm; F4 i c=0,03 s h =21m) Stopień rozmycia tła w zdjęciu Potrzebą znaczącego grona fotografów, jest otrzymanie na zdjęciu, nie wszystkiego jednakowo ostrego, co należy bezwarunkowo, uznać jako w pełni naturalne. Po pierwsze dlatego, że tak widzi oko człowieka. Po drugie, dodaje to fotografii dodatkowy wyraz artystyczny. Zatrzymamy się na regułach fizycznych, opisujących rozmycie tła obiektywami fotograficznymi. Mowa będzie tylko o stopniu rozmycia. Szczegółowe aspekty systemów optycznych nie będą tutaj rozpatrywane. Wykorzystajmy wzór, opisujący rozmiar strefy ostrości za obiektem: = (c * F ) / (M 2 *(1 - (s / s h ))), Średnicę krążka rozmycia możemy wyrazić przez pozostałe wielkości: c = (M 2 * f * s o ) / (F * (f + (s o * M))) Wzór pokazuje, jaką średnicę będzie miała plamka, w którą zamieni się punkt, rozmieszczony za obiektem i znajdujący się od niego w odległości s o. Wzór jest przybliżony i prawdziwy przy tych samych założeniach uproszczających, co i wzór wyjściowy. Po pewnych przekształceniach można doprowadzić go do postaci: c = c (1 / (1 + (f / (M * s o )))), lub c = c (1 / (1 + ( s / s o ))),
gdzie: c średnica plamki, w którą rozmywa się punkt oddalony do nieskończoności: c = f 2 / (s * F) = (M * f) / F gdzie M = f / s Uniwersalny wzór dla opisania rozmycia obrazu będzie wyglądać następująco: c = c I 1 - ( s / s o ) I, gdzie: symbole I I oznaczają operację obliczenia Modułu liczby - wartości bezwzględnej liczby. c średnica plamki, w którą zamieni się punkt, oddalony od aparatu na odległości - s o s - odległość od aparatu do fotografowanego obiektu (zakres ostrzenia - od mechanizmu migawki), Jakie wnioski, wynikają z przytoczonego powyżej wzoru? Aby odpowiedzieć na to pytanie trzeba przeanalizować otrzymany w Excelu wykres funkcji c (Rys.). c = c' I1 - (s/so)i gdzie c' = M * f / F = f * f / s * F 3,5 3 2,5 2 c 1,5 1 0,5 0 0,25 0,5 0,75 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 s/so Rys. Stopień nieostrości dla obiektów, znajdujących się w różnych odległościach od aparatu Jak można było oczekiwać w punkcie ostrzenia (s o = s) rozmycie nie istnieje (s = 0), a dokładniej mówiąc: dzięki efektowi dyfrakcji stopień rozmycia punktu w miejscu ostrzenia nie będzie równy zero. W praktyce, przejście w punkcie s o = s zawsze będzie łagodne (czerwona punktowa linia na rys.). Rozmiar plamki dyfrakcyjnej (tj. rozmiar minimalnie osiąganego punktu na matrycy lub filmie) jest proporcjonalny do wartości przysłony. Wartość tą można ocenić z wzoru: gdzie r oznacza promień krążka dyfrakcji, który jeszcze jesteśmy w stanie rozpoznać jako pojedynczy punkt, λ (Lambda) jest długością fali rozpraszanego światła, a A jest wielkością apertury (f-stop) czyli przysłony. ( Posługując się dyskiem Airy`ego otrzymamy wartość średnicy krążka dyfrakcji: d air = 2,44* λ* A ) Długości fal są takie: Obliczając krążek dyfrakcji w zakresie niebieskiej części widma (λ=440nm) np. dla przysłony 2.8 otrzymamy promień 0.0015mm a dla światła czerwonego (λ =700nm) otrzymamy promień 0.0024mm. Rozpiętość widma jest duża, dlatego wyniki są przybliżone i szacunkowe. Oko ludzkie jest najbardziej czułe w obszarach zieleni, dlatego do dalszej analizy przyjmiemy średnią wartość z tego zakresu. Dla światła zielonego (λ = 550nm) promień krążka dyfrakcji dla przysłony 2.8 będzie wynosił 0.0019mm, dla przysłony 8.0-0.0054mm (dla światła czerwonego będzie już 0.0068), a dla przysłony 11.0 byłoby to już 0.0074mm.(nm=10-9 m=10-6 mm) Widać, że przy mniejszej średnicy otworu (większej wartości przysłony), zjawiska dyfrakcyjne są silniejsze. Gdyby więc cyfrówki miały przysłony np. 22 to zdjęcia byłyby nieostre ponieważ obraz rozmyłby się na skutek dyfrakcji. Stąd limit na otwór przysłony dla cyfrówek jest rzędu max F11. Te same wnioski można wyprowadzić z innego znanego wzoru: R = 1600/F dla fali 512 nm. [ c = 1/R = F/1600] Inne niekorzystne efekty sprawiają, że średnica rzeczywistego dysku dyfrakcyjnego staje się wielokrotnie większa niż idealny, matematycznie wyznaczony dysk Airy ego.
Najwyższą teoretyczną częstotliwością, którą matryca może rozróżnić, jest częstotliwość Nyquista, równa 0,5/rozmiar piksela =~ 1 / 2*0,00028 =178 Hz/mm [lub inaczej wyliczona (2048px/2px/ln)/5,76mm=~178 ln/mm)]. Ale, realistycznie możemy założyć, że dobrą rozdzielczość (obiektyw + matryca) otrzymamy, gdy na jedną linię przypadnie minimum do 3 pikseli (Kell-factor dla rozróżnienia pary linii niezbędne są trzy linie), stąd osiągana rozdzielczość pozioma wyniesie 2048/3 = 683 linii, a pionowa 1536/3 = 512 linii, czyli max. osiągana rozdzielczość sumaryczna od 683 x 512 = 441.856linii lub (1.325.568 pikseli) co nie równa się rozdzielczości matrycy 2048x1536 = 3.145.728 pikseli. Najwyższą częstotliwość obrazu można również wyliczyć z wzoru: f =1 / 2*r gdzie: r j/w promień krążka dyfrakcji, stąd dla F8 i λ =550nm otrzymamy 1 / 2*0,0054= 92 Hz/mm; dla F2.8; λ =550nm mamy 1 / 2*0.0019=263 Wg.: ( http://www.normankoren.com/digital_cameras.html#sensor_size Pixel size und diffraction) Dla optymalnej jakości (kiedy ekstremalna głębia ostrości nie jest wymagana), apertura powinna być ustawiona przynajmniej o jeden stopień większa, niż apertura gdy kryterium Rayleigha jest równe częstotliwości Nyquista: A R=N =3,2 * rozmiar piksela (µm) Np. dla 740UZ wymiar piksela ~2,8mikrona A R=N =3,2*2,8 = F 8,96, dlatego apertura powinna być ustawiona na F5,6 lub większą np.f5. ( A R=N = 1/1,22*0,5*0,512µm*rozmiar piksela µm) Wymiar piksela matrycy C740UZ (a dokładniej średnica soczewki!) = 5,76mm/2048 = 0,0028 = 2,8mikrona; lub 4,29/1536=0,0028 Ilustracja wpływu wielkości przysłony (od F2,8;F4;F5,6 i F8) na promień krążka dyfrakcji animacja. Przyrost dyfrakcji przy zwiększaniu F Dalej w tekście ograniczenia dyfrakcyjne do wnioskowania nie będą brane pod uwagę. 1. Za punktem ostrzenia stopień rozmycia rośnie, czym bardziej oddalone tło od obiektu, tym bardziej jest ono rozmyte. Nie oznacza to jednak, że tło oddalone na nieskończoność jest rozmyte nieskończenie. Graniczne rozmycie punktu oddalonego na nieskończoność nie przekracza średnicy plamki c'=m*f/f. Inaczej, wartość c pokazuje, w jakiej średnicy plamkę, będzie rozmyty na obrazie punkt, oddalony do nieskończoności. Wszystko co znajduje się bliżej, będzie rozmyte w mniejszym stopniu. Przed punktem ostrzenia w miarę zbliżania się od obiektu do aparatu stopień jego rozmycia (na matrycy lub filmie) rośnie bardzo gwałtownie. W punkcie który jest rozmieszczony dokładnie po środku pomiędzy aparatem i obiektem, na który zogniskowano obiektyw (s o = s/2), stopień rozmycia będzie identyczny jak dla nieskończoności. W odległości cztery razy mniejszej od odległości ostrzenia (s o = s/4), stopień rozmycia trzykrotnie przekracza wartość c'. Mówiąc o zdjęciu w jednej skali odwzorowaniu - graniczne rozmycie jest wprost proporcjonalne do długości ogniskowej obiektywu. Jeśli robimy zdjęcie z jednej i tej samej odległości s i w różnych skalach odwzorowania, to c będzie już proporcjonalne kwadratowi długości ogniskowej. 2. W dowolnym przypadku, stopień rozmycia tła jest odwrotnie proporcjonalny wartości przysłony. Czyli, zmieniając przysłonę o jeden stopień głównego szeregu, zmieniamy stopień rozmycia 1,4 krotnie ( 2). 3. Jakie tło można uznać za oddalone praktycznie już na nieskończoność, wykorzystując dla oceny rozmycia powyższe wzory?
Z wzoru c = c' I 1 - (s / s o )I wynika, że dla s o = 10s stopień rozmycia tła wyniesie 90% wartości maksymalnej, określonej wartością c = M*f/F. Bardzo istotnym jest, że otrzymana ocena zależy tylko od odległości ogniskowania, a nie zależy ani od wartości przysłony, ani od długości ogniskowej. Innymi słowami, dla dowolnego obiektywu nieskończoność praktycznie zaczyna w odległości 10s, jeśli za początek odczytu przyjąć obiektyw aparatu. Na podstawie wyżej przytoczonych wzorów i wniosków, każdy może sam określić swoje kryteria ostrości dla swojego aparatu. Praktyczne wykorzystanie wiadomości: Z jakimi problemami spotykamy się korzystając z aparatu C740UZ: W trybie "A i M" możemy zmieniać ustawienia: przesłony, migawki, ISO, tryb lampy błyskowej. Można regulować FL tylko jak osiągnąć zamierzoną głębię ostrości. O tym poniżej. - tryb portretowy, automatyka czasu i przysłony, z przesuniętą linią programową w kierunku, jak najmniejszej liczby przysłony (F2,8 dla f do 60mm, oraz F3,2 dla długości ogniskowych powyżej 60mm do ok. 250mm dalej F3,7), co skutkuje "wybiciem" głównego obiektu z tła, które będzie powiedzmy nieostre. Portretowana osoba powinna zostać wyodrębniona z otoczenia przez elektronikę aparatu - jej rysy i postać powinny być ostre, podkreślone, ważne, zaś tło rozmyte, niewyraźne, jak gdyby emocjonalnie nieistotne. Ogniskowa obiektywu nie ustawia się samoczynnie na dłuższą ogniskową (np. 100mm), jak być powinno, ale możemy ją ustawić manualnie sami np. metodą z zasłoniętym obiektywem. O tym poniżej. - tryb zdjęć portretowych na tle krajobrazu, automatyka czasu i przysłony, z przesuniętą linią programową w kierunku, jak najmniejszej liczby przysłony (F2,8-F5,6), co skutkuje "wybiciem" głównego obiektu z tła. Oczywiście nie tylko na tle krajobrazu. Założeniem programu jest, aby pierwszy plan był ostry, można stosować lampę błyskową!. Lepiej skorzystać z reguły odległości hiperfokalnej (patrz poniżej). - autoportret w tym trybie można trzymając aparat wykonać zdjęcie samego siebie. Przesunięta linia programowa w kierunku, jak najmniejszej liczby przysłony (F2,8), czasy max do 1. Tylko tutaj zoom zablokowany automatycznie na W czyli EFL - 38mm. Możliwość zmiany parametrów A/S/M zablokowana. Lampa błyska w trybie AUTO ; ; ;. Minimum specyfikacji technicznej niezbędnej do obliczeń: Zakres przysłon: F 2,8 8,0 dla W oraz F 3,7 8,0 dla T (w trybie P;A) Długość ogniskowej: FL 6,3mm (dla Wmax ) do 63mm (dla Tele) Długość ekwiwalentnej ogniskowej EFL = 38 do 380mm w aparacie 35mm "Diagonal / Width / Height" are the dimensions of the sensors image producing area. http://www.dpreview.com/learn/?/key=sensor_sizes W tym miejscu omówię jeszcze, sprawę związaną z parametrem c stosowanym w obliczeniach GO. Podobnie jak w fotografii analogowej, dopuszczalna średnica krążka rozmycia (rozproszenia) c jest wielkością subiektywną i jego wartość zależy od tego jak fotograficzny obraz będzie powiększany w druku, lub, z jakiej odległości będzie oglądany. Oko ludzkie nie jest doskonałe i odróżnia jako oddzielne, obiekty, których kąt widzenia różni się o więcej niż ok. 1'' (minutę kątową). Wielkość dopuszczalnej średnicy krążka rozmycia (rozproszenia) zależy od formatu negatywu i przewidywanej wielkości odbitki. Jeśli chcemy mieć odbitkę ostrą to rozmiar krążka rozmycia na odbitce nie powinien być większy niż 0.1mm (bo taka jest najmniejsza wielkość szczegółów rozróżnialnych gołym okiem). Jeśli mamy format negatywu 24*36mm i przewidujemy format odbitki np. 10*15cm, powiększenie pozytyw/negatyw wyniesie 15cm/36mm=150/36 4, zatem dopuszczalna średnica krążka rozmycia na negatywie wyniesie 0.1mm/4 ~ 0.025mm. Ale najczęściej przyjmowana wartość średnicy krążka rozmycia dla aparatów analogowych formatu 24x36mm (przekątna 43,27mm) jest równa 0,03mm jako równowartość ułamka 1/1440 (1/1500) przekątnej klatki. We wszystkich cyfrowych aparatach kompaktowych matryce są bardzo małe, Olympus C740UZ ma matrycę 1/2,5 (2048 x 1536px) o wymiarach powierzchni czynnej 5,76x4,29 i przekątnej 7,182mm, stąd rozmiar krążka rozmycia 7,182mm / 1440 = 0,00498 ~ 0,005mm = 5*10-6 m = 5µm. Dla powyższego przykładu chcąc wydrukować klatkę z filmu 35mm, musieliśmy zastosować powiększenie ok. ~ 4 razy, natomiast, aby uzyskać taki sam wydruk z aparatu C740UZ musimy obraz powiększyć ok. 150/5,76 ~ 26 razy, dlatego dopuszczalna wielkość krążka rozmycia będzie niemal dokładnie 6 razy mniejsza, czyli 0,005.
Współczynnik ekwiwalentu ogniskowej EFL dla Olympus C740UZ wynosi: (stosunek przekątnych) 43,27mm/7,182mm = 6,03, stąd także krążek rozmycia 0,03/6,032 = 0,00498 ~ 0,005mm. Wynika z tego, że obraz z matrycy OlyC740UZ musi być 6 razy ostrzejszy niż z negatywu kamery 35mm, aby osiągnąć identyczną jakość odbitki formatu 10*15cm. Gdy znacznie powiększa się fragment obrazu negatywu (matrycy) - graniczny rozmiar krążka rozproszenia należy przyjąć niższy, jeżeli zdjęcia nie będą drukowane, a tylko oglądane na ekranie monitora, wtedy wartość c można przyjąć nawet równą (300dpi/72dpi)*0,005 = 4,2*0,005 = 0,02mm (i dlatego często zdjęcie nieostre oglądane na ekranie komputera wydaje się ostre, a dopiero po wydrukowaniu okazuje się, że jego jakość będzie nie akceptowalna). Obliczenia wartości odległości hiperfokalnej (s h ) z wzoru: s h = (f² / F*c) + f lub s h = (EFL/N) 2 / F*c gdzie: f fizyczna ogniskowa aparatu F - przysłona efektywna; c - dopuszczalny krążek rozmycia; N - współczynnik ekwiwalentnej ogniskowej; EFL ekwiwalentna ogniskowa; (wartość +f możemy w obliczeniach pominąć, gdyż jest znacznie mniejsza od pierwszej części wzoru). Dla C740UZ: przy ogniskowej 6,3mm i F/4 oraz c = 0,005 otrzymamy: s h = 6,3 2 /4*0,005 = 39,69/0,02 = 1984,5mm = 1,984m ~ 2m ustawienie punktu ostrości na tą odległość spowoduje że głębia ostrości rozciągać się będzie wtedy od s h /2 = 0,992m ~ 1m do nieskończoności. Tabela wartości s h zestawiona dla akceptowalnej średnicy krążka rozmycia c = 0,005 = 5µm = 5*10-6 m Optyka zmienno ogniskowa w C740UZ bez skali głębi ostrości utrudnia (ale umożliwia) ustawienie głębi ostrości, przy korzystaniu z wyliczeń, (dane z tabel) trochę trudno jednak ustawić punkt odniesienia do uzyskanych wartości. Postępujemy następująco: zmieniając ogniskową przy całkowicie zasłoniętym obiektywie i przy włączonej lampie błyskowej (tylko w trybach P, A, ustawiamy tryb pracy lampy jako błysku dopełniającego lub AUTO), zauważymy, że zmieniając ogniskową, szybkość migawki zostanie zawsze zablokowana na wartości 1/f, przy ogniskowej 38mm, na wyświetlaczu czas ustawia się na 1/30s, a przy ogniskowej 200mm, czas ustawia się na 1/200s. Również przy wartościach pośrednich, czasy odpowiednio się dopasowują - tak ustawiamy ogniskową EFL, natomiast odległość (odczytaną z tabeli ustawiamy na skali wyboru odległości) w trybie MF. Przytrzymujemy przez ok. 1 sek. "OK", na wyświetlaczu pojawi się skala wyboru odległości, należy nacisnąć kursor w lewo, aby wybrać MF. Naciskając kursory góra/dół ustawiamy odległość. Wskaźnik na wyświetlaczu podaje jedynie szacunkową odległość. Naciśnięcie "OK", przez ok. 1 sek. zachowuje odległość, a na wyświetlaczu pojawia się czerwone MF. Dalej wybieramy np. jeden z podanych trybów fotografowania. (Po wykonaniu zdjęcia ponowne przytrzymanie "OK" przez 1 sek. umożliwi powrót do AF.) Przykłady zastosowania: Przy zdjęciach portretowych, chcemy rozmyć tylny plan!. W trybie portretowym w C740UZ, automatyka czasu i przysłony, jest z przesuniętą linią programową w kierunku, jak najmniejszej liczby przysłony (F2,8 dla f do 60mm, oraz F3,2 dla długości ogniskowych powyżej 60mm do ok. 250mm, dalej F3,7), co skutkuje "wybiciem" głównego obiektu z tła, które będzie nieostre, ale, ogniskowa obiektywu nie ustawia się samoczynnie na dłuższą ogniskową (EFL = 100mm). Przyglądając się przytoczonym poniżej tabelom widać, że dla F3,2 i trybu zdjęć portretowych chcąc osiągnąć małą głębię ostrości mamy do wyboru odległość ostrzenia 1m przy której dla EFL = 100mm otrzymamy głębię od 0,95m do 1m. (dla odległości ostrzenia 2m od 1,8m do 2,3m; dla 3m od 2,5m do 3,6m). Ustawienia wykonujemy wg. powyżej podanej metody: w trybie np. A, przy włączonej lampie błyskowej i zasłoniętym obiektywie, zmieniamy ogniskową delikatnymi ruchami dźwigni w prawo, aż szybkość migawki zostanie ustawiona na wartości 1/125s i trochę cofamy w lewo na 1/100s. Teraz przełączamy się do trybu zdjęć portretowych, i przytrzymując przez ok. 1 sek. "OK", na wyświetlaczu pojawi się skala wyboru odległości, kursor w lewo, przełączamy się w tryb MF, ustawiamy kursorem szacunkową odległość 1m. Naciśnięcie "OK", przez ok. 1 sek. zachowuje odległość, na wyświetlaczu pojawia się czerwone MF. Wybrane ustawienia możemy zapisać w jakimś trybie My Mode. (Można również skorzystać z trybu A i odległości 1,2m, mamy wtedy do dyspozycji przysłony od F3,2 do 8 i ogniskowe EFL od 100 do 380mm, a głębię ~ od 1,2 do 1,4m, ale dla ogniskowej od 250 do 380mm F3,7 do F8).
Istnieje prosta możliwość sprawdzenia jak aparat ustawia się np. w trybie zdjęć portretowych, przy korzystaniu z ustawiania ostrości AF; po wciśnięciu spustu migawki do połowy i naciśnięciu przycisku OK, aparat przełączy się na MF, zostanie wyświetlona skala ręcznego ustawienia ostrości, na której wyświetli się zablokowana odległość. Przykładowo: ustawiamy długość ogniskowej na EFL = 100mm, ostrzymy z zastosowaniem AF na dobrze oświetlony przedmiot w odległości ok. 1m naciskamy na OK. i stwierdzimy, że na skali odległości została wyświetlona odległość ~ 1,0m, natomiast dla długości ogniskowej ustawionej metodą j/w na EFL = 50mm; na skali odległości pojawia się wartość ~ 1,3m. Potwierdzają to tabele, ale pamiętać należy że skala wyboru odległości w aparacie podaje jedynie szacunkową odległość!. Zdjęcia krajobrazowe W C740UZ można zastosować np. dla trybu A i M: gdy ustawimy manualnie F 4.0, a ogniskową ( 6,3mm = EFL 38mm) oraz manualnie ostrość na odległość ok. 2m (na s h ), głębia ostrości sięgnie od 1m do horyzontu, jednak nie oznacza to niestety, że uzyskana fotografia będzie naprawdę ostra. Po prostu w całym zakresie głębi ostrości będzie ona średnio ostra. Takie zdjęcia fotograficy zwykli określać mianem mydlanego. Dlatego, aby tego uniknąć, należy skorzystać z tej właściwości obiektywów, że przymknięte o dwie działki przysłony zwykle zyskują na ostrości ( w naszym przypadku do F5,6). Zyskujemy na ostrości, a także częściowo likwiduje się pewne wady zestawu. Ogniskowej hiperfokalnej używamy głównie do fotografowania krajobrazu. Kiedy komponujemy pejzaż, składa się na niego główny temat uzupełniony bardzo często jakimś obiektem lub detalem umieszczonym na pierwszym planie, którego zadaniem jest przyciągnąć wzrok oglądających i poprowadzić go po obrazie. Jak widać powyżej ustawienie odległości hiperfokalnej to na początku dość długa zabawa w ustawieniach manualnych. Jak już powiedziano, korzystanie tej techniki bazuje na koncepcji tzw. akceptowalnej ostrości, ale jeśli przygotowujemy odbitki w średnich formatach różnice będą niezauważalne!. Jednak ostateczny wynik to znalezienie atrakcyjnego miejsca do uwiecznienia, odpowiednie warunki pogodowooświetleniowe, kompozycja obrazu i wykonanie zdjęcia naszym zdaniem najbardziej zbliżonego do ideału. Ogniskowej hiperfokalnej używa wielu fotografów np. Peter Watson zajmujący się fotografowaniem brytyjskiego krajobrazu. Korzystamy z tej reguły również aby ograniczyć czas wykonania zdjęcia unikając użycia autofokusa, wybrane ustawienia zapisujemy w jednym z My Mode. Jak widać z tabel, działa to najlepiej dla krótkiej i normalnej ogniskowej dla dłuższych ogniskowych odległość hiperfokalna jest zbyt duża by znaleźć praktyczne zastosowanie poza fotografią portretową. Załączając tryb M możemy użyć każdego dostępnego czasu migawki i liczby przysłony oraz użyć flash. Dostępny jest wtedy jedyny automatyczny tryb flesza SLOW, tryb lampy AUTO nie miał by sensu. Tryby Slow1 i Slow2 działają przy każdym czasie migawki. Dalej Kształtowanie głębi ostrości, nie jest tym czego można się nauczyć studiując tylko poradniki i literaturę. Powyższe podstawy są ważne, jednak operowanie tym aspektem zdjęcia wymaga przede wszystkim wyczucia, a to można wypracować tylko w praktyce. A więc praktyka czyni mistrza!. Nie pozostaje nic innego jak zacząć eksperymentować. W terenie nie ma czasu na zabawy z wzorami i kalkulatorami, ale możemy mieć zapisane ustawienia. Literatura uzupełniająca: http://smad.jmu.edu/dof/ - interaktywny DOF Tutorial http://www.colorado.edu/physics/phet/simulations/lens/lens.swf - interaktywny Tutorial http://www.irphotoschool.com/lessons/c740dofport/c740dofport.php http://www.faqs.org/faqs/rec-photo/lenses/tutorial/ http://www.republika.pl/fotonyf/kurs/faq.htm - tłumaczenie http://www.vanwalree.com/optics/vwdof.html Kalkulator http://photoinf.com/tools/don_fleming/depth_of_filed_calculator.html Kalkulator http://www.dl-c.com/dl.html Kalkulator http://www.cambridgeincolour.com/tutorials/dof-calculator.htm Kalkulator http://info.radom.pl/k/spot/ kalkulator (uniwersalny) http://www.vanwalree.com/optics/dofderivation.html http://www.largeformatphotography.info/articles/dofindepth.pdf http://www.cambridgeincolour.com/tutorials/hyperfocal-distance.htm http://www.normankoren.com/tutorials/mtf6.html http://www.wrotniak.net/photo/dof/#nta http://www.janrik.net/insects/extendeddof/lepsocnewsfinal/edof_newslepsoc_2005summer.htm http://www.hadleyweb.pwp.blueyonder.co.uk/cz5/combinez5.htm http://www.dofmaster.com/articles.html http://nzphoto.tripod.com/stereo/3dtake/fdof.htm#factors Macro! http://en.wikipedia.org/wiki/depth_of_field http://en.wikipedia.org/wiki/circle_of_confusion http://en.wikipedia.org/wiki/diffraction
http://pl.wikipedia.org/wiki/bokeh - słowo oznaczającego rozmycie http://www.digitaldingus.com/reference/general/sensorsizes.php dane matryc dużej ilości aparatów Opracował: Zbyma72age Przykłady wykresów otrzymanych dla danych przeliczeniowych z tabel Excel: Wykres głębi ostrości dla EFL=50mm i odległości s = 2m 25,000 20,000 Głębia 15,000 10,000 5,000 0,000 Gp Gp Gp Gp Gp Gp Gp Gp F/2,8 F/3,2 F/3,5 F/4,0 F/4,5 F/5,0 F/5,6 F/6,3 Przysłona Gp Głębia ostrości dla f = 6,3mm i 8,3mm s < sh = 0,4m 0,700 0,600 0,500 0,400 0,300 0,200 0,100 0,000 F/2,8 F/3,2 F/3,5 F/4,0 F/4,5 F/5,0 F/5,6 F/6,3 F/7,0 F/8,0 Gp Gp