Hloubka pole

Hloubka ostrosti ( DOF ), hloubka ostrosti - vzdálenost podél optické osy čočky mezi dvěma rovinami v prostoru objektů , ve které jsou objekty subjektivně ostře zobrazeny v konjugované ohniskové rovině [1] . Přímo závisí na nejdůležitějších vlastnostech optického systému: hlavní ohniskové vzdálenosti a relativní cloně a také na zaostřovací vzdálenosti . V tomto případě jsou absolutně ostře zobrazeny pouze objekty umístěné ve stejné rovině prostoru objektů, odpovídající zaostřovací vzdálenosti [2] .

V běžné řeči se pojem hloubky ostrosti označuje kratším výrazem „hloubka ostrosti“. Ten však v optice označuje jinou veličinu, která se měří v obrazovém prostoru [1] . Jeho praktické hodnocení fotografy a kameramany se neprovádí, ale hraje důležitou roli v aplikovaných oborech. Odhad hloubky ostře zobrazeného prostoru lze provést vizuálně na matném skle přímé kamery nebo zrcadlovky , dále na monitoru elektronického hledáčku nebo podle odpovídajícího měřítka na tubusu objektivu a tabulek sestavených při výpočet optické soustavy [3] .

Kritéria hloubky ostrosti

Hloubka ostrosti není absolutní hodnotou, protože se určuje na základě nejmenšího rozlišení čočky, dále na podmínkách pozorování výsledného obrazu a schopnostech lidského vidění [4] . Kritériem pro hloubku ostře zobrazeného prostoru je kruh rozptylu , který přesahuje průměr Airyho disku čočky, protože se počítá s rozptylem světla fotografické emulze , který snižuje rozlišení. Na druhé straně velikost kruhů rozptylu, které tvoří obraz předmětu, závisí na vzdálenosti mezi ním a rovinou zaostření. Čím větší je odsazení od zaměřovací roviny, tím větší je průměr takového kruhu a tím nižší je ostrost obrazu. Body objektů nacházející se mimo rovinu zaostření lze subjektivně zobrazit ostře, pokud průměry odpovídajících kružnic rozptylu nepřekročí prahovou hodnotu [5] .

Tato hodnota je zvolena na základě úvahy, že při pohledu ze vzdálenosti nejlepšího vidění 25 centimetrů vnímá lidské oko obraz jako ostrý, pokud je kruh rozptylu menší než 0,1 mm [6] . Průměr je brán jako prahová hodnota pro velkoformátové negativy určené pro kontaktní tisk [3] . Maloformátové fotografické negativy určené ke zvětšení umožňují průměr 0,03–0,05 mm, neboli 1/1000 úhlopříčky rámu [7] . U středoformátových negativů 6×6 cm nesmí kruh rozptylu přesáhnout 0,075 mm. Tato hodnota je vypočtena pro fototisky středních velikostí 13×18 a 18×24 cm. Při větším zvětšení se mohou objekty umístěné ve vypočítané hloubce ostrosti ukázat jako rozmazané v důsledku překročení prahové hodnoty, která je okem nepostřehnutelná [ 4] . To je však kompenzováno tím, že velké obrazy jsou pozorovány z dálky.

U 35mm filmového negativu nebyla podle sovětských norem hodnota kruhu rozptylu větší než 0,03 mm a u 16 mm - 0,015 mm [8] . V širokoúhlé kinematografii je stejný kruh rozptylu považován za stejný jako u standardního 35mm filmu . Větší velikosti kruhu disperze byly přijímány v zahraničí: v USA to byly 0,05 mm (0,002 palce ) pro 35 mm film a 0,025 mm (0,001 palce) pro 16 mm [8] . Všechny tyto hodnoty jsou také vypočteny na základě podmínek pro sledování hotového obrazu, které závisí na velikosti hlediště a standardních obrazovkách.

Faktory hloubky

Hloubka ostrosti je nepřímo úměrná ohniskové vzdálenosti objektivu a přímo úměrná hodnotě clony [3] . Hloubka ostrosti zoomových objektivů se mění současně s ohniskovou vzdáleností. Hloubka ostrosti je navíc přímo úměrná vzdálenosti, na kterou je objektiv zaostřen. Maximální hloubka ostrosti je dosažitelná v nekonečnu, která u většiny objektivů začíná na 15-20 metrech. Naopak při míření na blízko ležící objekty je velká hloubka ostrosti dosažitelná s obtížemi. To je patrné zejména při makrofotografii , kdy ostrá plocha obrazu může být zlomky milimetru i při silném zaclonění.

Z přímých závislostí hloubky ostrosti na ohniskové vzdálenosti a zaostřovací vzdálenosti vyplývá další, nepřímá: hloubka ostrosti je nepřímo úměrná nárůstu obrazu předmětu v ohniskové rovině, tedy měřítku s které se zobrazuje. Přiblížení je dosažitelné jak přiblížením fotografovaného objektu, tak použitím objektivu s delší ohniskovou vzdáleností , což má v obou případech za následek zúžení ostře zobrazované oblasti prostoru. Malé zvýšení zároveň umožňuje získat velkou hloubku ostrosti.

V praktickém fotografování a filmování se hloubka ostrosti často ovládá pomocí clony s proměnnou clonou. Clonění objektivu umožňuje zvýšit hloubku ostrosti, přičemž všechny ostatní věci jsou stejné [9] . Získání malé hloubky ostrosti je možné na relativně krátké vzdálenosti snímání pomocí vysokoclonové optiky s otevřenou clonou. Schopnost "oddělit" objekt od pozadí na velké vzdálenosti 50-100 metrů dávají pouze rychlé teleobjektivy , speciálně vyrobené pro sportovní fotografii.

Čím větší je formát negativu (snímač), tím obtížnější je dosáhnout velké hloubky ostrosti při stejném měřítku obrazu, protože musíte použít objektiv s delší ohniskovou vzdáleností. Velkoformátové fotoaparáty vyžadují silnou clonu, aby portrét ostře zobrazil celou hlavu současně, zatímco na maloformátovém negativu je to dosažitelné i se středními hodnotami clony. Videokamery s miniaturním CCD snímačem poskytují obrovskou hloubku ostrosti i při natáčení zblízka. Tento jev se vysvětluje závislostí ohniskové vzdálenosti potřebné k získání obrazu s určitým úhlem zorného pole na velikosti okna rámu. Zmenšení velikosti rámečku tak, aby byl vyplněn obrazem stejného objektu, vám umožní použít objektiv s kratší ohniskovou vzdáleností.

Proto dva snímky stejného objektu pořízené kamerami různých formátů ve stejném měřítku ze stejné vzdálenosti, se stejnou relativní clonou čoček, mají různé hloubky ostrosti. Fotoaparát s menší velikostí rámečku poskytuje větší hloubku ostrosti, protože k dosažení stejného zoomu se používá objektiv s kratší ohniskovou vzdáleností.

Vliv pohybu kamery

Popsané principy závislosti hloubky ostrosti platí pouze tehdy, když je optická osa objektivu striktně kolmá na rovinu fotografického materiálu nebo matrice. Naklonění osy v důsledku posunů mění obraz rozložení ostrosti v důsledku nesouladu mezi rovinou ostrého obrazu a rámovým oknem. Toho lze využít jak k ostrému rozšíření zobrazované plochy obrazu, tak k jejímu umělému zúžení [10] .

Schopnost ovládat hloubku ostrosti pomocí posuvů je typická pro gimbal kamery a kamery vybavené tilt-shift objektivem . Shoda se Scheimpflugovým principem umožňuje zobrazit ostře předměty umístěné v různých vzdálenostech bez clony objektivu [11] . Hloubka ostrosti se však nezvyšuje, ale oblast prostoru, která je zobrazena, se prudce posouvá. Objekty mimo tuto zónu vypadají rozmazaně, i když jsou ve stejné vzdálenosti jako ostré. Naklonění optické osy dává efekt malé hloubky ostrosti vzdálených krajin, obvykle ostré přes celé pole snímku. Ve výsledku se velké předměty zdají subjektivně miniaturní, podobně jako model nebo hračka [12] .

Vlastnosti digitální fotografie

Stupnice hloubky ostrosti vytištěné na rámech většiny výměnných fotografických objektivů jsou vypočteny pro fotografický film , jehož emulze má rozptyl světla, který snižuje ostrost obrazu. Fotomatice ovlivňují rozlišení v mnohem menší míře, což vám umožní lépe využít možnosti stejné optiky, jakou používají moderní digitální zrcadlovky . Nejnovější standardy objektivů DSLR jsou 1,5krát přísnější a jsou založeny na kruhu zmatku, který je 1/1500 úhlopříčky full-frame snímače, tedy 28 mikrometrů [13] . Hloubka ostrosti určená těmito měřítky je zcela v souladu s nejoblíbenějším formátem tisku fotografií 10 × 15 cm. U větších obrázků a obrázků na monitoru počítače se ukazuje, že je přeceňována, protože moderní snímače poskytují vyšší rozlišení než film [13] . V ještě větší míře se nesoulad mezi takovými měřítky projevuje při použití fotomatic zmenšených velikostí APS-C a Nikon DX . Pro zohlednění moderních technických možností lze použít alternativní kalkulátory hloubky ostrosti , vypočítané na základě velikosti maticového pixelu [14] .

Technika digitální fotografie umožňuje výrazně zvýšit hloubku ostrosti kombinací několika fotografií pořízených s různou zaostřovací vzdáleností objektivu ( focus bracketing ). Speciální počítačové aplikace umožňují „slepování“ snímků s proměnným ohniskem [15] [16] [17] . Tato technika ,  tzv Focus stacking se rozšířil v aplikované vědecké fotografii, zejména v makro a mikrofotografii , protože je vhodný pouze pro fotografování stacionárních objektů. Nejnovější technologie kamery se světelným polem umožňuje upravit zaostřovací vzdálenost a hloubku ostrosti snímku již po nafocení softwarovými metodami [18] .

Nejnovější chytré telefony Nokia jsou od roku 2013 vybaveny vestavěným fotoaparátem s možností ovládání hloubky ostrosti, který dostal obchodní název „Refocus“ [19] . V tomto případě lze po natáčení změnit zaostření, což je zvláště účinné u scén rozšířených do hloubky.

Výpočet IPIG

Přední a zadní hranice ostře znázorněného prostoru lze určit pomocí vzorců [8] :

; ,

kde

 - vzdálenost k přední hranici ostře zobrazeného prostoru;  - zaostřovací vzdálenost;  - vzdálenost k zadní hranici ostře zobrazeného prostoru;  - zadní hlavní ohnisková vzdálenost objektivu v metrech;  - jmenovatel geometrické relativní apertury objektivu nebo clonové číslo ;  - průměr kružnice záměny nebo přípustná kružnice rozptylu u negativů formátu 24 × 36 mm rovný 0,03-0,05 mm (do vzorce se dosazuje hodnota v metrech).

Hodnoty se počítají od ohniskové roviny fotoaparátu (kde je umístěn fotografický materiál nebo fotomatice). Hloubka ostrosti je určena rozdílem mezi zadním a předním okrajem ostrosti:

Hyperfokální vzdálenost

Vzdálenost, na kterou je čočka zaostřena, když zadní okraj zorného pole leží v „nekonečnu“ pro danou geometrickou relativní aperturu, se nazývá „hyperfokální“ [20] [21] [22] [3] . Koncept hyperfokální vzdálenosti je důležitý v praktickém fotografování a filmování, protože poskytuje největší možnou hloubku ostrosti v rozsahu od nekonečna do poloviny ohniskové vzdálenosti.

Při fotografování krajiny optikou s krátkým ohniskem je nejlepší ostrosti dosaženo, když je objektiv zaostřen nikoli na nekonečno, ale na hyperfokální vzdálenost. Zjednodušeně je toho dosaženo kombinací symbolu „nekonečna“ stupnice zaostření s dělením stupnice hloubky ostrosti odpovídající aktuální cloně [23] . Pak bude přední hranice ostře zobrazovaného prostoru ve vzdálenosti rovné polovině hyperfokální vzdálenosti [22] . Při fotografování objektů, které nejsou blíže než tato vzdálenost, bude celý zobrazený prostor na fotografii prakticky ostrý, s přihlédnutím k velikosti kruhu rozptylu. Většina širokoúhlých objektivů pro maloformátové fotoaparáty a 35mm kinokamery zobrazuje při zaostření na hyperfokální vzdálenost ostré předměty téměř na jakoukoli vzdálenost. Před nástupem výkonných autofokusů se tento fenomén využíval při reportážní a sportovní střelbě, kdy nebyl dostatek času na přesné zaostření.

Kompaktní zařízení s malou velikostí rámečku a objektivy s krátkou projekční vzdáleností, jako jsou webové kamery , akční kamery , telefony s fotoaparátem a bezpečnostní kamery , často nevyžadují ostření fixací objektivu s pevným ohniskem na hyperfokální vzdálenost. Totéž platí pro nejjednodušší fotoaparáty a filmové kamery. Hyperfokální vzdálenost pro každou čočku je individuální a závisí na aktuálním clonovém čísle . Vypočteno podle vzorce:

[21] ,

kde

 — hyperfokální vzdálenost;  - ohnisková vzdálenost ;  je jmenovatel relativní apertury;  je průměr kruhu rozptylu.

Pro praktické výpočty můžete použít zjednodušený vzorec:

V praxi stačí vypočítat významné číslice s přesností 1–2, protože průměr kruhu rozptylu se obvykle udává se stejnou přesností. Hodnoty jsou jasnější a snadněji zapamatovatelné, když jsou zaokrouhleny na standardní f-čísla (pro přiblížení exponenciálních čísel se jmenovatelem ). Ve výše uvedené tabulce odpovídají hyperfokální vzdálenosti kružnici o průměru disperze asi 0,02 mm na rámu 24×36 mm.

Ohnisková
vzdálenost,
mm 		Hyperfokální vzdálenost, m, při cloně
f/2 f/2,8 f/4 f/5,6 f/8 f/11 f/16
osmnáct osm 5.6 čtyři 2.8 2 1.4 jeden
24 16 jedenáct osm 5.6 čtyři 2.8 2
35 32 22 16 jedenáct osm 5.6 čtyři
padesáti 65 45 32 22 16 jedenáct osm
70 130 90 65 45 32 22 16
100 250 180 130 90 65 45 32

Při fotografování nekonečna použití hyperfokální vzdálenosti zjednodušuje vzorce pro výpočet hranic ostře zobrazeného prostoru [24] :

; ,

kde

 - přední hranice ostře zobrazeného prostoru;  - vzdálenost, na kterou se provádí ostření;  - zadní hranice ostře zobrazeného prostoru.

Ze vzorců vyplývá, že zóna ostrosti je na délku větší od roviny záměru k zadní hraně ostrosti než od roviny zaměření k přední hraně ostrosti. Takže při zaostření objektivu na vzdálenost H / 2 bude délka zóny ostrosti od H / 3 do H , při zaostření na H / 3  - od H / 4 do H / 2 a tak dále.

Chcete-li určit cílovou rovinu pro dané limity přední a zadní ostrosti, použijte vzorec:

Praktický význam hloubky ostrosti

Velká hloubka ostrosti potřebná k přesnému zobrazení detailů není na snímku vždy vnímána jako výhoda. Zvýraznění hlavního předmětu s ostrostí v umělecké fotografii a kině se tradičně používá jako výrazový prostředek spolu s tonální a lineární perspektivou [25] .

Pro klasické foto a filmové fotoaparáty s velkým rámečkem je charakteristická malá hloubka ostrosti, která umožňuje efektivně využít tuto techniku. Obzvláště výhodné jsou v tomto ohledu plnoformátové digitální zrcadlovky a digitální kinokamery formátu Super-35 . Speciální portrétní objektivy patří do skupiny teleobjektivů a mají malou hloubku ostrosti. Naopak miniaturizace techniky a rozšíření mobilografie se vyznačují tendencí ke zvyšování hloubky ostrosti, snadno dosažitelné na krátkých ohniskových vzdálenostech. To umožňuje většině těchto zařízení obejít se bez ostření, ale ovlivňuje estetiku obrazu bez objemu.

Simulace hloubky ostrosti se často používá ve 3D grafice a počítačových hrách , aby obraz získal skutečný „optický“ vzhled. Navíc pomáhá zaměřit pozornost hráče na hlavní předmět nebo postavu. Na specializovaných stránkách se tento efekt obvykle nazývá anglickým ekvivalentem termínu „hloubka pole“ – Depth of Field, DOF [26] .

Moderní kinematografie, která se díky všudypřítomnosti 3D technologií rozvíjí směrem k rostoucí zábavě , zároveň vykazuje tendenci opouštět takový výrazový prostředek, jakým je zvýraznění ostrostí ve své malé hloubce. Přenos hlasitosti se ve stereokině dosahuje jinými způsoby, které nevyžadují „klasické“ výrazové prostředky. Tento přístup znesnadňuje inscenaci složitých scén, například při natáčení filmu „ Stalingrad “ pomocí nejnovějších technologií IMAX 3D, kdy byl obraz natočen s očekáváním dosažení maximální hloubky ostrosti celého snímku [27] . Obraz fantastického " Avatara " [ 28 ] byl vytvořen podobným způsobem . Moderní kameramanská škola vychází ze skutečnosti, že velká hloubka ostrosti umožňuje plně využít výhod trojrozměrných snímků a zvýšit efekt přítomnosti. .

V tradiční „ploché“ kinematografii kameramani preferují použití filmovacích objektivů s relativně dlouhým ohniskem, které jim umožňují zvýraznit objekt ostrostí. . Kompaktní videokamery s malým snímačem dokážou rám takové optiky zcela využít pomocí DOF adaptérů s meziobrazem.

Viz také

Zdroje

  1. ↑ 1 2 Fotokinotechnika, 1981 , s. 64.
  2. ↑ Obecný fotografický kurz, 1987 , str. 23.
  3. ↑ 1 2 3 4 Obecný kurz fotografie, 1987 , s. 24.
  4. ↑ 1 2 Hloubka ostrosti . Objektivy . Fotoaparát Zenith. Získáno 7. července 2014. Archivováno z originálu dne 14. července 2014.
  5. ↑ Volosov, 1978 , s. 65.
  6. ↑ Opticko-mechanický průmysl, 1961 , s. 9.
  7. ↑ Krátká příručka pro amatérské fotografy, 1985 , str. 37.
  8. ↑ 1 2 3 Gordiychuk, 1979 , str. 156.
  9. ↑ Hedgecoe, 2004 , str. 16.
  10. ↑ Tilt/Shift: Ovládání hloubky pole . Cambridge v barvě . Získáno 15. dubna 2013. Archivováno z originálu 22. dubna 2013.
  11. ↑ D. Korn. formátové fotoaparáty. končící . Články o fotografickém vybavení . Photomaster DCS. Staženo 1. 5. 2014. Archivováno z originálu 18. 1. 2013.
  12. ↑ Naklápěcí adaptéry . Články . Fotorox. Získáno 24. dubna 2014. Archivováno z originálu 27. dubna 2014.
  13. ↑ 1 2 Vladimír Medveděv. Kruh zmatku. Nový vzhled (odkaz není k dispozici) . Články . Osobní blog. Datum přístupu: 26. ledna 2014. Archivováno z originálu 6. července 2013. 
  14. ↑ Nová kalkulačka hloubky ostrosti (nedostupný odkaz) . Medveděv. Získáno 4. července 2014. Archivováno z originálu 15. listopadu 2014. 
  15. ↑ ImageFocus Stacking software  (anglicky)  (downlink) . Fotoaparáty CMOS . Holandské mikroskopy "Euromex". Získáno 5. července 2014. Archivováno z originálu dne 29. června 2014.
  16. ↑ Rozšířená hloubka  ostrosti . ukázky . Biomedical Imaging Group. Datum přístupu: 5. července 2014. Archivováno z originálu 26. června 2014.
  17. ↑ Softwarový modul Focus Stacking pro  programy QuickPHOTO . Modul hlubokého zaostření . Promicra. Získáno 5. července 2014. Archivováno z originálu 23. prosince 2017.
  18. ↑ ANNE STREHLOW. Počítačoví vědci vytvořili „kameru se světelným polem “ , která potlačuje rozmazané fotografie  . Stanford News (3. listopadu 2005). Datum přístupu: 5. července 2014. Archivováno z originálu 14. července 2014.
  19. ↑ Brad Molen. Fotoaparát Nokia a zaostřovací čočka  . Recenze Nokia Lumia 1520 . Engadget. Získáno 5. července 2014. Archivováno z originálu 12. ledna 2014.
  20. ↑ Fotokinotechnika, 1981 , s. 63.
  21. ↑ 1 2 Gordiychuk, 1979 , s. 157.
  22. ↑ 1 2 Volosov, 1978 , s. 67.
  23. ↑ Krátká příručka pro amatérské fotografy, 1985 , str. 39.
  24. ↑ Gordiychuk, 1979 , s. 158.
  25. ↑ Co je hloubka ostrosti ve fotografii? . "Pro Photo". Získáno 6. března 2012. Archivováno z originálu dne 27. května 2012.
  26. ↑ Joe Demers. Kapitola 23. Hloubka ostrosti: Přehled  technik . Vývojářská zóna NVIDIA. Získáno 6. března 2012. Archivováno z originálu dne 27. května 2012.
  27. ↑ MediaVision, 2013 , str. osmnáct.
  28. ↑ Avatar. 3D IMAX . LiveJournal (30. prosince 2009). Získáno 6. července 2014. Archivováno z originálu dne 22. ledna 2010.

Literatura

Odkazy

  Přejděte na položku Wikidata  Slovníky a encyklopedie
V bibliografických katalozích