Оптическая и фотографическая резкость

До появления цифры специалисты различали резкость оптическую и резкость фотографическую. Оптическая резкость, или резкость оптического изображения, – это степень различимости точек и контуров. Зависит от четырех составляющих:

– от сфокусированности конкретной оптической системы,

– от аберраций,

– от рассеяния света внутри объектива,

– от глубины резкости объектива.

Если идеальная оптическая система сфокусирована точно, на матрице будет нарисовано то, что видел зрачок объектива: точка будет похожа на точку, элипс – на элипс, квадрат – на квадрат.

Аберрации – это искажения формы идеальной точки, которые неизбежно возникают в любых объективах. Некоторые дорогие объективы способны нарисовать почти идеально круглую точку, те, что подешевле, вместо точки изображают огурец, как, например, на фото 5а, снятое на закате.

Фото 5а. «Приморский пейзаж»

Камера Canon PowerShot G11

Зум встроенный

Чувствительность 100 ISO

Выдержка 1/80 сек.

Диафрагма 4

Экспокоррекция – 0,67 EV

Фокусное расстояние 20 мм пленочного стандарта

Частенько, удовлетворенный съемкой, я уходил с пляжа, напевая любимую с детства песенку про «берег турецкий». Право же, мне нравится этот берег. Всего 200 метров от отеля и ты – в стране гранд-каньонов, безмятежных озер и оранжевых скал. Американские заповедники отдыхают. Трудно поверить, что эти горы возвышаются над окрестностями всего на пятьдесят сантиметров. Берег Эгейского моря буквально изъеден прибоем. Если снимать его цифрокомпактом с широкоугольником c очень низкой точки, можно легко получить такой пейзаж.

Цифрокомпакты обладают очень большой глубиной резкости. Чем меньше матрица аппарата, тем больше глубина резкости любого объектива, для нее сконструированного. А если на него надеть еще и широкоугольную насадку, то иногда можно получить резкость почти от самого стекла объектива до бесконечности. Но следует помнить, что при этом ухудшаются общие резкостные показатели. В данном случае широкоугольная насадка бессовестно моет края снимка. Точка тут из круга превращается в овал с цветными ореолами вокруг. Фотографы называют это явление хроматическими аберрациями, то есть цветными искажениями, возникающими от того, что оптические стекла по-разному отклоняют свет в разных точках сферической линзы. В центре сферы все цветные лучи пронизывают, никуда не отклоняясь, а потому на матрице точка выглядит круглой. А вот на краю сферы белый свет солнца, состоящий из всех цветов радуги, падает на стекло под углом. Лучи при этом, и теплые и холодные, отклоняются в разные стороны на каждой границе стекло-воздух и потому на матрицу падают уже не в одной точке, а в разных. Сильнее всего отклоняются линзами синие и красные лучи, на фотографии цветные искажения превращаются в синюю или красную кайму вдоль контура предмета на границе темных и светлых объектов. Они хорошо видны на светлом фоне неба фото 5б: с левой стороны вертикалей – синеватая кайма, а с правой – красная. Понятно, что резкости снимку эти явления не добавляют. Бороться с аберрациями можно только одним способом – приобретением дорогих объективов.

Фото 5б. Выкадровка из левого верхнего угла фото 5а

Камера Canon PowerShot G11

Зум встроенный

Чувствительность 100 ISO

Выдержка 1/80 сек.

Диафрагма 4

Экспокоррекция – 0,67 EV

Фокусное расстояние 20 мм пленочного стандарта

От рассеяния света внутри объектива на снимке образуются паразитные засветки в виде светлых пятен различной формы, так называемые «зайцы». Возникают они при съемке против света или при попадании боковых лучей на линзы объектива. Фото 6а—6б испорчено зайцами.

Фото 6а

Камера Canon PowerShot G11

Зум встроенный

Чувствительность 100 ISO

Выдержка 1/60 сек.

Диафрагма 5

Экспокоррекция – 0,67 EV

Фокусное расстояние 20 мм пленочного стандарта

Фото 6б. Фрагмент фото 6а

Камера Canon PowerShot G11

Зум встроенный

Чувствительность 100 ISO

Выдержка 1/60 сек.

Диафрагма 5

Экспокоррекция – 0,67 EV

Фокусное расстояние 20 мм пленочного стандарта

Здесь их целый выводок, поскольку солнце светило спереди и сбоку, еще чуть-чуть, и оно попало бы в поле видения объектива. Я не заметил момента, когда коварный лучик ухитрился лизнуть поверхность передней линзы. Напрямую он на матрицу никак не мог упасть, но после нескольких переотражений от внутренних стенок объективного цилиндра и от торцевых поверхностей линз на матрицу попало несколько изображений диафрагмы разного цвета – это результат скитаний паразитного луча по утробе объектива. Мое отношение к этой диафрагменной дорожке понятно – ничего хорошего «паразитным» не назовут.

Качественные дорогие объективы тоже могут ловить зайцев, но значительно реже, чем дешевые. Зайцы плохого объектива менее живописны – их практически нельзя использовать в качестве изобразительного приема, а вот с зайцами породистых объективов это иногда случается (см. фото 12). Однако при этом ухудшается цветопередача и снижается контрастность.

Глубина резкости, присущая разным объективам, также влияет на оптическую резкость. Например, объектив Fisheye Nikkor 16/2,8 смотрит на мир широко – обзор по диагонали кадра 180 градусов. Так видят мир некоторые рыбы. Для них это жизненно важно: проморгал акулу – стал завтраком. Для фотографа рыбий глаз – один из инструментов, помогающих сделать броскую, непривычную картинку. Все широкоугольники обладают большой глубиной резкости, а этот вообще рисует резко от метра до бесконечности при открытой диафрагме. Мальчик стоял всего в полутора метрах от меня, а доски настила оказались резкими (см. фото 7).

Фото 7. «Повелитель карусели»

Камера Nikon D3s

Объектив Fisheye Nikkor 16/2,8

Чувствительность 800 ISO

Выдержка 1/1000 сек.

Диафрагма 4

Экспокоррекция +0,33 EV

Диафрагма, правда, была закрыта на одно деление. Свойственные такой оптике аберрации производителю удалось каким-то волшебным способом побороть ровно настолько, насколько это полезно для выразительности картинки. Изогнутые вертикали по краям кадра – влияние дисторсии, в фотографическом обиходе, бочки. Дисторсия делает изображение квадрата похожим на подушку или бочку. Фотографы уже давно научились превращать этот недостаток в художественный прием.

Фото 8 сделано светосильным широкоугольным объективом, но с углом зрения примерно шестьдесят градусов – близким к привычному для глаз человека.

Фото 8. «Отражения»

Камера Nikon D3s

Объектив AF-S Nikkor 35/1,4 D G N

Чувствительность 200 ISO

Выдержка 1/250 сек.

Диафрагма 1,6

Экспокоррекция —1,00 EV

Диафрагма почти полностью открыта, и потому глубина резкости минимизирована. Легко убедиться, что она сильно отличается от ГРИПа сверхширокоугольного рыбьего глаза. Фон за спиной девушки основательно размыт – что сразу выделяет главное в кадре. Обратите внимание на зону нерезкости – она в данном случае очень красива. Дешевые несветосильные объективы не могут размыть фон так нежно. В подобной ситуации они нарисовали бы фон довольно резко, он наползал бы на передний план, сливался бы с ним, глубина пространства в кадре исчезла бы, а композиция превратилась бы в мешанину равноважных, спорящих за внимание зрителя объектов.

Угол зрения зума AF-S Nikkor 70—200/2,8 D G ED IF VR примерно 25 градусов – такие объективы принято называть «телеобъективами» (см. фото 9). Глубина резкости у этих линз всегда намного меньше, чем у нормальных. При наводке резкости на относительно близкие объекты и открытой диафрагме задний план основательно размывается, а заодно словно бы приближается к переднему. Пространство сжимается.

Фото 9. «Капканчик» из серии «Сто картинок про любовь»

Камера Nikon D3s

Зум AF-S Nikkor 70—200/2,8 D G ED IF VR

Чувствительность 200 ISO

Выдержка 1/1250 сек.

Диафрагма 2,8

Экспокоррекция – 0,33 EV

Фокусное расстояние 200 мм

Фотографическая резкость – это степень размытости границ между ярко освещенными и более темными зонами фотографического изображения.

В эпоху пленочной фотографии фотографическая резкость зависела:

– от свойств пленки,

– от правильности экспонирования,

– от химической обработки при проявлении.

Даже самые лучшие пленки последних лет дают легкое размытие на границах между предметами. Фотографическая резкость постепенно продолжает вымирать вместе с серебряной фотографией.

С появлением цифры в привычных представлениях о резком и нерезком произошли почти революционные перемены. Вместо фотографической резкости мы получили цифровую со свойственными ей контрастными, неразмытыми контурами. Внутри матрицы нет светорассеяния, а значит нет и пограничной нерезкости. Зато есть математическая прошивка, способная заметно влиять на резкость изображения. Производители фотоаппаратуры используют математические методы повышения резкости уже внутри камеры в процессе обработки данных, полученных с матрицы. В результате даже дешевые, заведомо не слишком породистые объективы выдают фотографии, по резкости ничем не уступающие дорогим.

Как-то раз собрались мы с внуком поохотиться. Гуляли недалеко от Белорусского вокзала. Пожалев мальчика, я не стал нагружать его хорошей, но тяжелой оптикой. Дешевенький китовый объектив нарисовал нормальную резкую картинку (см. фото 10). На шкуре хряка при увеличении можно рассмотреть узоры кожного покрова. Не могу сказать, каким способом фирма Nikon добивается такой резкости, но тот же объектив ни за какие коврижки не может оторвать почти резкий фон от идеально резкого переднего плана. В результате плохо размытый фон убивает фотографию.

Фото 10. «По улицам хряка водили…». Фото Андрея Асса

Камера Nikon D300

Зум DX AF-S 18—105/3,5—5,6 D G ED IF

Чувствительность 500 ISO

Выдержка 1/500 сек.

Диафрагма 5

Экспокоррекция – 1,00 EV

Фокусное расстояние 90 мм пленочного стандарта

Глубина резкости

Глубина резкости, или глубина резко изображаемого пространства (ГРИП), – это расстояние, в пределах которого изображение получается резким (см. рис. 1).

Рис 1. Глубина резко изображаемого пространства (ГРИП).

Все объективы обладают этой важной характеристикой, ни один не может одинаково резко нарисовать все детали и на переднем плане, и на заднем. Если навести резкость на передний план (например, травинки вблизи объектива), то поплывут границы предметов в глубине композиции. Если попытаться получить резкость в середине композиции, то нерезкими в той или иной степени окажутся и передний, и задний планы. Попытка навести резкость на бесконечность приведет к потере резкости переднего плана. Есть прямая зависимость глубины резкости от угла зрения объектива и величины отверстия внутри объектива, то есть диафрагмы.

Чем меньше фокусное расстояние объектива и шире угол его обзора, тем больше у него глубина резкости (ГРИП), и наоборот, чем больше фокусное расстояние объектива и уже угол его обзора, тем меньше у него глубина резкости (см. рис. 1—2).

Рис 2. Фокусное расстояние и нодальная точка.

Фокусное расстояние – это расстояние от нодальной точки до точки фокуса или, иначе говоря, фокальной плоскости оптической системы (см. рис. 2).

Нодальная точка – точка внутри объектива, в которой пересекаются все лучи света (см. рис. 2).

Фокальная плоскость – это место, где образуется изображение и куда наводится резкость. Матрица всегда расположена в фокальной плоскости (см. рис. 2).

Главное свойство нодальной точки состоит в том, что свет приходит в эту точку под тем же углом, под каким из нее и выходит. Вот почему именно вокруг нодальной точки нужно вращать камеру, когда хочешь получить идеальные заготовки для сборки панорамы. Позволяет легко собрать панораму без видимых нестыковок объектов на границах соседних кадров. Особенно важно использовать этот прием для съемки панорам с выраженным передним планом.

Однажды в разгар лета случайно набрел на стоянку зимней снегоуборочной техники. Выкрашенные в яркие цвета, согласно правилам техники безопасности, машины даже летом радовали глаз. Мне захотелось сделать этот кадр особенно тщательно проработанным, и я снял его как панораму (см. фото 11). То есть сделал несколько кадров слева направо, затем свел все заготовки в один файл. Такие картинки всегда содержат раза в два больше деталей, чем одинокий файл. С точки зрения любителей резких фотографий, панорамный снимок заведомо лучше снимка, полученного из одного файла.

Фото 11. «В ожидании снега»

Камера Nikon D2х

Зум DX AF-S Nikkor 17—55/2,8 D G ED IF

Чувствительность 100 ISO

Выдержка 1/250 сек.

Диафрагма 8

Фокусное расстояние 24 мм пленочного стандарта

Практические выводы:

– фокусное расстояние объективов компактных камер всегда меньше, чем у объективов полноформатных зеркальных аппаратов, и потому глубина резко изображаемого пространства (ГРИП) у них заметно больше;

– чем больше открыта диафрагма объектива, тем меньше глубина резкости, и наоборот, чем меньше отверстие диафрагмы объектива, тем больше глубина резкости.

Чтобы получить максимальную глубину резкости, нужно максимально закрыть зрачок диафрагмы. При съемке фото 12 был использован хороший широкоугольный объектив, специально разработанный для кропнутых камер, у которых матрицы примерно наполовину меньше пленочного формата. Он имеет большую глубину резкости, но только при основательно зажатой диафрагме способен резко рисовать все, что попадает в рамку кадра. В данном случае резко нарисован портрет велосипедиста, травинки на лугу и даже лес на горизонте. Обратите внимание на лучащееся солнце. Оно оказалось на границе кадрового окна, наплодило кучу зайцев, которые не только не испортили картинку, но даже украсили ее.

Фото 12. «Лето»

Камера Nikon D200

Зум DX AF-S Nikkor 12—24/4 D G ED IF

Чувствительность 100 ISO

Выдержка 1/500 сек.

Диафрагма 11

Экспокоррекция – 0,33 EV

Фокусное расстояние 18 мм пленочного стандарта

Любопытно сравнить фото 9 и 13. И тот и другой кадр сделаны одним и тем же объективом, но на фото 9 фон заметно размыт, а на фото 13 передний план с флагом и дома в глубине кадра почти одинаково резкие. На девятом снимке диафрагма полностью открыта – глубина резкости минимизирована, на тринадцатом – диафрагма закрыта до 8, этого оказалось достаточно, чтобы сделать картинку иконографически плоской.

Фото 13. «Флаг над городом»

Камера Nikon D3

Зум AF-S Nikkor 70—200/2,8 D G ED IF VR

Чувствительность 200 ISO

Выдержка 1/400 сек.

Диафрагма 8

Экспокоррекция – 0,33 EV

Фокусное расстояние 280 мм

Если глубину резкости нужно минимизировать, диафрагму открывают, как при съемке фото 14. Открытая диафрагма в данном случае успешно разделила передний план и фон на резкую и нерезкую зоны изображения. Это еще один пример съемки телеобъективом.

Фото 14. «Пиано» из серии «Хор МИФИ»

Камера Nikon D3

Зум AF-S Nikkor 70—200/2,8 D G ED IF VR

Чувствительность 1000 ISO

Выдержка 1/125 сек.

Диафрагма 2,8

Экспокоррекция – 1,00 EV

Фокусное расстояние 200 мм

Много лет назад я впервые попытался перенести свой восторг от вида ухоженного пшеничного поля со зреющими на солнце колосьями на плоскость фотобумаги. Результат удивил и огорчил. То, что глазами воспринималось как нечто восхитительное, на картинке превращалось в беспорядочное нагромождение однотипных объектов. До меня не сразу дошло, что в отличие от глаз человека, которые постоянно перефокусируются на конкретную точку, объектив фотоаппарата готов видеть резко только то, что попадает в пределы глубины резкости. Вот почему на картинках мы видим мир частично нерезким и не можем разглядеть, как в действительности выглядят объекты заднего плана. На фотографиях они остаются навсегда размытыми. Но в том случае, когда резкое и нерезкое разделено продуманно, это становится фотографическим приемом, потому что позволяет выделить из массы одинаковых колосьев резкие и любоваться их красотой. При этом фотография воспринимается как совершенно резкая. Фантазия лучше любой оптики позволяет домысливать подробности того, что на самой фотографии отображается светлыми и темными пятнами с размытыми очертаниями (см. фото 15).

Фото 15. «Колосья»

Камера Nikon D3s

Объектив AF-S Nikkor 35/1,4 D G N

Чувствительность 200 ISO

Выдержка 1/8000 сек.

Диафрагма 2

Экспокоррекция – 0,67 EV

Мониторы большинства современных цифровых камер малы и не дают качественной картинки. Наводить по ним резкость очень трудно, тем более пытаться определить, где именно проходит граница резкого и нерезкого в кадре. Владельцев такой аппаратуры может выручить формула, по которой принято рассчитывать гиперфокальное расстояние.

Гиперфокальное расстояние – это расстояние от камеры до гиперфокальной точки (см. рис. 1).

Гиперфокальная точка – точка в пространстве, фокусирование объектива на которую обеспечивает максимальную глубину резкости в кадре (см. рис. 1).