Определение ГРИП простым языком
Глубина резко изображаемого пространства это расстояние между нерезким пространством до объекта фокусировки и нерезким фоном за объектом фокусировки.
Начинается ГРИП плавно и в численном выражении есть различные субъективные мнения, ГРИП уже началась или еще нет.
ГРИП зависит от:
— фокусного расстояния объектива (также можно выразить в угле обзора объектива),
— относительного отверстия (для камер с кроп-фактором — эквивалентного. Для учета этого фактора я ввёл в формулу размер сенсора),
— дистанции фокусировки
— принятого кружка нерезкости.
Спорные моменты
Масштаб и фокусное расстояние
Вы можете также услышать, что влияет не фокусное расстояние, а масштаб объекта в кадре. Это будет формально (!) неверно т.к. масштаб не является характеристикой объектива. Тому, кто скажет, что фокусное расстояние не влияет на ГРИП предложите поставить телеконвертер не сходя с места и решить — влияет или нет. Уверяю, что влияет (масштаб тоже само собой больше станет).
Простейший тест со шкалой это доказывает. Расстояние до мишени одинаковое, камера та же самая, относительное отверстие одинаковое. Менялись только объективы.
Посмотрите на цифры 3-4-5-6 на обеих шкалах. На Canon 100/2.8L цифры сильно размыты, а на Canon 50/2.5 они вполне читаемы. Листья растения за шкалой тоже более резкие на снимке объектива с меньшим фокусным расстоянием.
Но вопрос не принципиальный — оба варианта дают одинаковый результат и можно рассчитывать ГРИП через масштаб. Удивительно, что по этому вопросу столько мнений и споров. Масштаб и фокусное расстояние — две стороны одной монеты.
Пример. Один говорит, что на сладкий вкус чая влияет положите вы в него сахар или нет, а другой, что важно только содержание глюкозы в чае. Оба по своему правы. Хотя сложно получить сладкий чай, если ничего в него не класть.
Существуют объективы разных фокусных расстояний, которые дают одинаковый масштаб. Например, Carl Zeiss Makro-Planar 100/2.8 c/y дает масштаб 1:1. Такой же масштаб даёт Carl Zeiss Makro-Planar 60/2.8 c/y. Но на разной дистанции! 100 мм объектив даёт масштаб 1:1 на расстоянии 45 см, а 60 мм объектив на расстоянии 24 см.
Более сложно становится понять правильность расчета с объективами с внутренней фокусировкой (про них написано ниже) т.к. если посчитать их реальное фокусное расстояние (зная масштаб и дистанцию фокусировки), то вы очень удивитесь. Например, Canon 180/3.5L имеет дистанцию фокусировки 48 см при масштабе 1:1, что говорит о его реальном фокусном расстоянии 120 мм на этой дистанции. Масштаб легко определить сфотографировав обычную линейку и поделив попавшую в кадр длину линейки на известную длину сенсора. Если масштаб больше, чем в реальной жизни, то он выразится в числах больше единицы (1.хх, 2.хх и т.д.), а если меньше, то в числах меньше единицы (0.хх).
Кроп-фактор
И можете услышать, что на ГРИП влияет кроп-фактор фотокамеры. Это спорное утверждение. Чисто формально можно сказать, что кроп-фактор не влияет на ГРИП т.к. если я вырежу с готового изображения кусочек (что и происходит с чисто физической точки зрения), то ГРИП не может физически поменяться.
НО! Всё кто считает, что кроп-фактор влияет на ГРИП выравнивают масштаб объекта в кадре относительно полнокадровой камеры тем, что отходят назад в случае с кроп-фактором больше единицы. Таким образом они сами себя обманывают т.к. увеличивают расстояние до объекта съемки, которое влияет на ГРИП очень сильно, увеличивая её.
Если же взять этот кусочек кадра от камеры с кроп-фактором и растянуть её на формат от полнокадровой с такой же плотностью пикселей, то выйдет, что ГРИП уменьшилась. Вот такая диалектика.
Варианты не совсем правильных и правильных сравнений камер
Вариант 1 — неправильный
Фокусное расстояние с учетом кропа — правильно.
Относительное отверстие без учета кроп-фактора — неправильно.
Результат — ГРИП на камере с бОльшим кроп-фактором явно больше.
Вариант 2 — правильный
Фокусное расстояние с учетом кропа — правильно.
Относительное отверстие с учетом кроп-фактора — правильно.
Результат — ГРИП примерно одинаковый. Но он будет все равно визуально немного больше на кадре, который имеет меньшее общее количество пикселей. Зато нет влияния масштабирования.
Вариант 2 — правильный
Фокусное расстояние с учетом кропа — правильно.
Относительное отверстие с учетом кроп-фактора — правильно.
Результат — ГРИП примерно одинаковый. Но он будет чуть меньше на камере с бОльшим кроп-фактором за счет растягивания картинки до размера камеры с бОльшим сенсором.
Почитать больше о сравнении разных фотокамер
Изменение ГРИП
Вы можете заменить объектив на объектив с другим фокусным расстоянием, тем самым увеличить или уменьшить ГРИП, если у вас объектив с фиксированным фокусным расстоянием и вы не меняете дистанцию до объекта съемки. Если у вас зум-объектив, то вы можете «зуммировать», меняя фокусное расстояние.
Мало кто знает, все объективы с внутренней фокусировкой («хобот» объектива не выдвигается вперед) меняют своё фокусное расстояние даже если они по сути (маркировке) являются объектами с фиксированным фокусным расстоянием. Например, объектив Canon EF 100/2.8L IS USM изменяет своё фокусное расстояние до 1.4 раз при фокусировке в макрорежиме (100 мм -> 75 мм).
сверху объектив Carl Zeiss 100/2.8 c/y, честно двигающий «хобот» и с постоянным фокусным расстоянием. Снизу объектив Canon 100/2.8L с внутренней фокусировкой. «Хобот» не выдвигается, фокусное меняется от 100 мм на бесконечности до 75 мм на масштабе 1:1
Этот момент усложняет подсчёт ГРИП т.к. мы точно не знаем, насколько он изменяет фокусное расстояние, пока не посчитаем его, исходя из известного масштаба и расстояния фокусировки.
Посчитать реальное фокусное расстояние вашего объектива, если он имеет внутреннюю фокусировку
Изменить относительное отверстие. Это цифра, которая выбирается в камере и определяет степень закрытости диафрагмы. Типичные значения: F1.2, F1.4, F2, F2.8, F4, F5.6, F8, F11, F16, F22, F32.
Многие камеры позволяют устанавливать относительное отверстие в промежуточные значения.
изменение относительного отверстия
Это отверстие регулируется диафрагмой, шторками расположенными внутри объектива. Особенно хорошо их видно на старых объективах т.к. на новых они всегда открыты и закрываются только в момент съемки, а на старых их можно закрыть вручную до любого положения.
диафрагма открыта, но не полностью. Если бы была открыта полностью, то отверстие было бы круглым. Сейчас примерно F2.8
диафрагма закрыта до примерно F11
Изменить ГРИП изменяя дистанцию фокусировки.
Если вы подойдете в объекту съемки ближе, то ГРИП уменьшится, фон размоется сильнее. Если вы отойдете от объекта фокусировки дальше, то ГРИП увеличится, фон станет более чётким. Про это забывают многие любители фотографии, пытаясь менять ГРИП только с помощью относительного отверстия.
При удалении от объекта его размер в кадре, соответственно уменьшится. Но иногда это неизбежное «зло», чтобы снимать портрет в сумерках не зажимая диафрагму.
F3.2. Большая ГРИП достигнута за счёт большой дистанции до объекта съемки и малого фокусного расстояния (фокусное: 16мм, дистанция ~5м
Как определить куда попала ГРИП, а куда нет
Загружаете снимок в Adobe Photoshop.
переключаете изображение в цветовое пространство Lab
создаёте дубликат слоя и маску слоя для него
идёте в image->apply image и выбираете «слой 1» и "яркость
«
грузим канал яркости в маску слоя
с нажатым ALT кликаем на маске слоя и она появляется на экране
Сейчас в ней канал яркости снимка.
идём в Filters->Stylize->find edges
применяем фильтр find edges и видим куда попала ГРИП
слева — само фото, справа: как распределилась ГРИП (где резко)
ГРИП также зависит от принятого кружка нерезкости
Кружок нерезкости — это максимальное рассеяние оптическое точки, при котором изображение кажется нам резким. Раньше кружок нерезкости привязывали к фотографическогму формату (на какой формат будет печататься и на какую пленку будут снимать) и расстоянию просмотра.
Дело в том, что человеческий глаз тоже видит не всё и чем дальше мы от отпечатка или чем он меньше — тем более резким он нам кажется (мы просто не видим разницу).
В цифровую эпоху мы имеем возможность увеличивать насколько угодно сильно на экране монитора и размер единичного элемента матрицы тоже стал меньше.
Потому мы отталкиваемся от размеров матрицы камеры и размера единичного сенселя (светочувствительного элемента).
Расчёт ГРИП для цифровой камеры смотрите ниже по ссылке.
Для расчётов по умолчанию стоит значение 0,030 мм, принятое производителями фотокамер как основное для расчёта ГРИП для полнокадровых камер.
Для камер с кроп-фактором 1.6х используйте 0,019 мм, как его использует компания Canon.
С другой стороны при этих значениях ГРИП будет теоретически не очень верна.
Теоретически правильное значение кружка нерезкости при просмотре со 100% увеличением на мониторе:
Nikon D800 = 0.0047 мм
Canon 5D mark II = 0.0062 мм
В формулах удобно использовать кружок нерезкости, а в сравнении камер плотность пикселей, т.е. сколько этих самых кружков нерезкости влезает на 1 мм.
Ок, но как это выглядит визуально? Чтобы понять разницу я подготовил вам пару иллюстраций.
Я взял две совсем разные камеры: Canon 5DsR и Olympus E-M1.
У Canon 5DsR плотность пикселей довольно высокая, 248 пикс/мм и полный кадр.
У Olympus E-M1 плотность пикселей еще выше — 266 пикс/мм, но кроп-фактор 2.0 (размер сенсора 17,3 х 13 мм).
Таким образом, если бы сенсор Olympus E-M1 был такого же размера, как у Canon 5DsR, то картинка результирующая была бы больше при наложении кадров друг на друга, а ГРИП у Олимпуса меньше.
Но сенсор Olympus E-M1 физически намного меньше и поэтому, несмотря на некоторое увеличение картинки благодаря небольшому преимуществу в плотности пикселей, общий размер картинки на экране маленький. И соответственно при наложении картинки на кадр с 5дср оказывается, что ГРИП Олимпус значительно больше. В моём калькуляторе плотность пикселей учитывается с помощью кружка нерезкости (подставьте соответствующий камере), а физическая разница размеров — расчетом кроп-фактора.
Другой пример — Mamiya DF+ Credo 40 (40 Мпикс) с объективом Schneider 80/2.8 LS (эквивалент 60 мм на полном кадре 35 х 24 мм) и Canon 5DsR (50 Мпикс) с объективом ZEISS Otus 55/1.4.
Определение глубины резкости (расчёт):
Рекомендую статью Немного про тесты — сравнение фотокамер с разными сенсорами
Для расчёта используется фокусное расстояние объектива, относительное отверстие, дистанция фокусировки и принятый кружок нерезкости.
Камера 1
По умолчанию используются данные для полнокадровой фотокамеры 35 мм (кроп 1х)
Справка по размерам сенсоров
Светочувствительный элемент | Размер элемента, мм | Кроп-фактор, раз | Кружок нерезкости (CoC), мм |
плёнка 35 мм | 36 x 24 | 1 | 0,030 |
Nikon APS-C | 23.7 x 15.6 | 1,5 | 0,019 |
Pentax APS-C | 23.5 x 15.7 | 1,5 | 0,019 |
Sony APS-C | 23.6 x 15.8 | 1,5 | 0,019 |
Canon APS-C | 22.3 x 14.9 | 1,6 | 0,019 |
Olympus 4/3" | 18.3 x 13.0 | 2 | 0,015 |
компакт 1" | 12.8 x 9.6 | 2,7 | |
компакт 2/3" | 8.8 x 6.6 | 4 | |
компакт 1/1.8" | 7.2 x 5.3 | 4.8 | |
компакт 1/2" | 6.4 x 4.8 | 5.6 | |
компакт 1/2.3" | 6.16 x 4.62 | 6 | |
компакт 1/2.5" | 5.8 x 4.3 | 6.2 | |
компакт 1/2.7" | 5.4 x 4.0 | 6.7 | |
компакт 1/3" | 4.8 x 3.6 | 7.5 | |
Камера 2
По умолчанию используются данные для фотокамеры с кроп 2.0
Справка по размерам сенсоров
Светочувствительный элемент | Размер элемента, мм | Кроп-фактор, раз | Кружок нерезкости (CoC), мм |
плёнка 35 мм | 36 x 24 | 1 | 0,030 |
Nikon APS-C | 23.7 x 15.6 | 1,5 | 0,019 |
Pentax APS-C | 23.5 x 15.7 | 1,5 | 0,019 |
Sony APS-C | 23.6 x 15.8 | 1,5 | 0,019 |
Canon APS-C | 22.3 x 14.9 | 1,6 | 0,019 |
Olympus 4/3" | 18.3 x 13.0 | 2 | 0,015 |
компакт 1" | 12.8 x 9.6 | 2,7 | |
компакт 2/3" | 8.8 x 6.6 | 4 | |
компакт 1/1.8" | 7.2 x 5.3 | 4.8 | |
компакт 1/2" | 6.4 x 4.8 | 5.6 | |
компакт 1/2.3" | 6.16 x 4.62 | 6 | |
компакт 1/2.5" | 5.8 x 4.3 | 6.2 | |
компакт 1/2.7" | 5.4 x 4.0 | 6.7 | |
компакт 1/3" | 4.8 x 3.6 | 7.5 | |
Формулы для расчёта ГРИП
Передняя граница резкости
Задняя граница резкости
R — расстояние фокусировки
f — фокусное расстояние объектива (абсолютное, а не эквивалентное фокусное расстояние)
k — знаменатель геометрического относительного отверстия объектива
z — допустимый кружок рассеяния
ГРИП = R2-R1
Определение гиперфокального расстояния
Для расчёта используется фокусное расстояние объектива, диафрагма и принятый кружок нерезкости.
Упрощённая формула расчёта гиперфокального расстояния
H — гиперфокальное расстояние
f — фокусное расстояние
k — относительное отверстие
z — диаметр кружка нерезкости
Полная формула расчёта гиперфокального расстояния
Определение правильной дистанции фокусировки и диафрагмы
Для расчёта используется расстояние до ближней и дальней границы объекта, фокусное расстояние объектива и принятый кружок нерезкости.
Q: Что такое «гиперфокальное расстояние» и как его определить?
A: Фокусирование камеры на гиперфокальное расстояние обеспечивает максимальную резкость от половины этого расстояния и до бесконечности.
Для расчёта используется фокусное расстояние объектива, диафрагма и принятый кружок нерезкости.
Гиперфокальное расстояние, как и глубина резкости не зависит от размера сенсора камеры при прочих равных условиях.
Фокусировка на гиперфокальное расстояние часто используется в пейзажной съемке, а также в других ситуациях, когда нужно получить максимальную глубину резкости или нет времени на точную фокусировку на объекте съемки.
Многие дешевые фотокамеры снабжены объективами, жестко сфокусированными на гиперфокальное расстояние и не имеющими механизмов фокусировки.
Что такое кружок нерезкости и как его выбирают
Кружок нерезкости возникает при пересечении плоскости матрицы/плёнки (обозначена жёлтой линией) конусом лучей света, проходящих через объектив.
Фиолетовым обозначена глубина фокуса — расстояние до матрицы и за матрицей, попадая в которое изображение будет „в фокусе“.
При выборе кружка нерезкости мы сталкиваемся с не очевидной задачей — ответить на вопрос, где и как мы будем просматривать снимок т.к. критерием резкости снимка является человеческий глаз и условия просмотра снимка, при которых он или реализует всю свою разрешаюшую способность или реализует её частично.
Разрешение глаза
Одна угловая минута
4 lp/mm на расстоянии 50см от мишени
8 lp/mm на расстоянии 25см от мишени
В 20-ом веке в качестве стандартных условий просмотра снимка были такие:
Размер отпечатка: 12×18см
Формат снимка: 35мм
Расстояние просмотра: 25 см
В этом стандарте используются самые благоприятные для человеческого зрения условия и человеческий глаз видит с разрешением 1/3000 от диагонали кадра. Это соответствует примерно 0.02мм кружку нерезкости.
Для удобства (не у всех идеальное зрение) был принят менее жесткий стандарт — 1/1500, что соответствует 0.03 мм кружку нерезкости.
В большинстве случаев используют именно 1/1500 диагонали кадра, чтобы определить кружок нерезкости для формата кадра. Но в наше время, эпоху развития цифровых технологий мы уже не можем исключать из расчетов разрешение самого светорегистрирующего элемента (пленка/матрица), как делали наши деды, потому что ныне существует большой разброс по разрешению этих элементов.
Ниже будет показано, что в стандартный кружок нерезкости помещается уже довольно много пикселей камеры. Т.е. выбрав размер кружка нерезкости 0.03 мм и использовав его в расчетах ГРИП и гиперфокального расстояния мы увидим ошибочность расчётов.
Первейшей причиной этого будет то, что просматривать свои снимки мы будем не на отпечатке 12×18см, а на мониторе. Мало того, что монитор значительно крупнее стандартного отпечатка, имеет свою некую плотность пикселей, так на нём еще и можно увеличивать снимок, чем большинство фотографов и пользуется для того, чтобы убедиться, что снимок резкий.
Расчёт кружка нерезкости для просмотра на мониторе
Возьмём, для примера, мой основной монитор 2090uxi (20») с разрешением 1600 х 1200 пикс.
Его размер 439 х 415 мм.
Расстояние просмотра до монитора: 50см (примерно)
Используя данные по разрешению глаза, я получаю:
439*4*2 = 3512 пикс.
415*4*2 = 3320 пикс.
Формула: размер экрана * разрешаюшая способность глаза * 2 (линии->точки)
Разрешение 3512 х 3320 я способен увидеть на расстоянии 50см от монитора.
Теперь внимание — мой монитор не даёт такое разрешение. Его максимум 1600×1200. Получается, что я в принципе не могу увидеть резкое изображение на своём мониторе. Слишком мала плотность пикселей.
Сейчас выпустили компьютеры iMAC, где разрешение экрана 5120 x 2880 пикс (27"). На данный момент это единственные (насколько знаю) экраны, которые дадут картинку с разрешением выше, чем у человеческого глаза.
Запомним это и вернемся к нашим обычным мониторам.
Что такое демонстрация картинки с разрешением 5616 х 3744 пикс (Canon 5D mark II) на мониторе с разрешением 1600 х 1200 пикс в полный размер.
Это в некотором приближении даунсемплинг, т.е. уменьшение разрешения матрицы.
Как будто у нас разрешение матрицы 1600 х 1200 пикс = 1.920 Мпикс (честных мегапикселей, не байеровских)
Соответственно кружок нерезкости будет 35/1600 = 0,02 mm
При разрешении монитора 1600×1200 для 35мм формата кружок нерезкости будет 0.02 мм.
Это условие будет выполняться на том расстоянии просмотра, на котором разрешение нашего глаза равно или больше разрешению монитора (примерно 1.7м).
Посчитаем данные для новейшего монитора Apple
Размеры дисплея: 65 х 51.6 см
Разрешение: 5120 х 2880
Если смотреть на этот монитор Apple 27" со стандартного расстояния до монитора 50см, то получится:
65*8 = 5200 пикс
(51.6 -5см подставка) * 8 = 3728 пикс
Т.е. мы как раз увидим все в правильной ГРИП! Разрешение глаза будет соответствовать разрешению монитора.
НО! Монитор 27" обычно просматривают с расстояния 1м, на котором разрешение глаза примерно 2 lp/mm.
Тогда наше зрение выдаст такие параметры: 2600 х 1864 пикс.
Проще говоря мы не увидим всех деталей картинки и разрешение монитора для такого его размера оказывается даже избыточно. Нам будет казаться, что ГРИП больше (всё резкое), чем она есть (монитор-то её отобразит правильно в этом случае).
Но зато есть возможность подойти и посмотреть правильную ГРИП с расстояния 50см (вот только картинку целиком вы уже не увидите).
Размер кружка нерезкости для монитора Apple 27" (5120 х 2880) = 35/5120 = 0,0068 мм
Т.е. на таком мониторе можно показывать снимок с Canon 5D mark II с той глубиной резкости, с которой её зафиксировала камера.
А учитывая то, что на мониторе пиксели «настоящие», где каждый пиксель имеет свой цвет, то, возможно, данный параметр подойдет даже для Nikon D800 с его 36 Мпикс.
На повестке дня у нас остаются два вопроса, на которые я постараюсь ответить в продолжении статьи:
1. Как пересчитывать «дутые» пиксели матриц фотокамер в настоящие пиксели монитора
2. Как рассчитывать кружок нерезкости, если я смотрю увеличенное изображение (70-80-90-100% и более) для оценки ГРИП и резкости снимка, которое больше моего экрана.
Как определить кружок нерезкости для цифровой камеры
d (кружок рассеяния), как правило, принимается равным 30мкм.
Это несколько устаревший параметр, т.к. на современных цифровых камерах такой кружок нерезкости будет размером с несколько пикселей матрицы.
Для расчетов попиксельной резкости на мониторе (100% увеличение) используйте размер пикселя матрицы. Для этого нужно ширину или высоту матрицы поделить на количество пикселей.
Например, для Nikon D800:
Разрешение кадра: 7360 x 4912 пикс.
Физические размеры матрицы: 35 х 24 мм
Кружок нерезкости: 35 / 7360 = 0,00489 мм, 24 / 4912 = 0,00476 мм.
Можно использовать одно из значений — они достаточно близкие.
Как определить кружок нерезкости для плёночной камеры
Для пленочной камеры кружок нерезкости считается как 1/1500 от диагонали кадра.
Определяем диагональ кадра d.
d^2 = a^2+b^2
d = корень (a^2+b^2) = (35^2+24^2) = 42,44 мм
CoC (кружок нерезкости) = d/1500 = 0,028292127 мм
Потому для расчёта ГРИП на пленочных 35мм камерах обычно выбирается кружок нерезкости 0.03 мм.
Почитать про:
— разрешение фотокамер
— Прирост мегапикселей и его влияние на размер кадра
— Как влияет расстояние просмотра снимка на резкость
— Что такое резкость и что такое достаточная резкость
— Почему топовая камера имеет меньше мегапикселей, чем любительская, более дешевая
— DLA и дифракционный лимит
можно в статье Почему, на топовых камерах от Nikon и Canon разрешение матрицы не превышает 18Мп? Почему камера за 90 тыс.руб. имеет 36Мп., а камера за 180 тыс.руб. 16,5Мп.?
Тилт-шифт объективы и ГРИП
tilt/shift объектив Canon TS-E 90
Кроме обычных объективов, где ГРИП идёт вдоль оптической оси, существуют еще tilt/shift объективы, в которых предусмотрен наклон и сдвиг объектива относительно поверхности матрицы. Благодаря этому ГРИП распространяется не так, как обычно, а в виду конуса. Причем начинается она тоже в другом месте. Рисунки иллюстрируют ГРИП для тилт-шифт объектива.
как идёт ГРИП тилт-шифта в режиме тилт (наклон)
Как снимают пейзаж обычным объективом
как видите, довольно сложно захватить весь пейзаж (кустик на переднем плане и замок на заднем) в ГРИП
Как снимают пейзаж tilt-shift объективом
наклон объектива вниз позволяет пустить ГРИП вдоль земли и таким образом захватить в ГРИП весь пейзаж даже на относительно открытой диафрагме
Бонус
Брошюры Carl Zeiss на тему ГРИП, боке и понимания графиков MTF. Англ.яз, но очень интересно.
Скачать можно по ссылке ниже. Ссылки откроются после нажатия на кнопку социальной сети.
[lock][download id=256][download id=257][/lock]