Поговорим о фотографии, но не в художественном аспекте, а о технической стороне. Точнее, о взаимосвязи размера кадра и фокусного расстояния объектива. Об этом, скорее всего, не задумываются те, кто снимает смартфоном или цифровым фотоаппаратом без сменных объективов. Возможно, снимающие пленочным камерами, даже зеркальными, тоже не очень задумываются над этими вопросами. Но владельцам цифровых зеркальных камер и беззеркальных со сменными объективами вопрос знаком и довольно интересен. А путаницы тут хватает и новичкам разобраться бывает трудно.
Что такое кроп? В дословном переводе - усеченный. Сам термин если не возник, то стал широко применяться с развитием цифровой фотографии. Дело в том, что размер кадра у разных камер может быть разным.
В больших фотокамерах с мехами использовались фотопластинки. Они могли быть разного размера, в соответствии размером получающейся фотографии. Люди старшего поколения наверняка помнят такие камеры в фотоателье. С развитием технологий появились фотоаппараты с пленкой, по началу, тоже разного размера. Но постепенно пришла стандартизация и стали использоваться пленки шириной 62 мм и 35 мм.
Камеры использующие широкую пленку сейчас обычно называют среднеформатными, мы не будем их касаться. Была еще пленка 16 мм, причем не кинопленка. Может кто вспомнит фотоаппарат Киев-30, там как раз она использовалась.
Самой же популярной пленкой стала 35 мм с размером кадра 24х36 мм. Именно этот размер кадра стал базой для понятия кроп-фактора. Да, были пленочные фотоаппараты, которые использовали половину этого размера, 24х18 мм, и позволяли делать не 36, а 72 кадра. Но термин кроп тогда никто не применял.
В цифровых камерах изображение фиксируется не пленкой, а матрицей состоящей из маленьких светочувствительных элементов - пикселей. Матрица стандартного размера, 24х36 мм, высокого разрешения (пресловутые мегапиксели), получалась дорогой и, вместе с остальной электроникой, занимала много места. Поэтому стали использовать матрицы меньшего размера - усеченные (народное - кропнутые). А кроп-фактор это отношение диагонали кадра размером 24х36 мм, к диагонали усеченной матрицы. Например, если у какой то камеры кроп-фактор равен 4, то это означает, что ее диагональ в 4 раза меньше, чем у 24х36, который стал называться полнокадровым. Сами названия кропнутых форматов, как и величина кроп-фактора, для нас сейчас не важны.
А вот связанная с этим путаница важна, с ней и будем разбираться. Новички, выбирая камеру и читая форумы и статьи, часто натыкаются на слова "Фокусное расстояние объектива для кропнутой камеры равно фокусному расстоянию объектива для полного кадра умноженному на кроп-фактор". То есть, если на Nikon D7000 (кроп 1,5), например, поставить объектив от Nikon D700 (полнокадровый) с фокусным расстоянием 50 мм, то это будет равносильно установке объектива с фокусным расстоянием 75 мм специально предназначенного для "кропнутых" камер Nikon. На других форумах, и в других статьях, это утверждение категорически опровергается и говорится "фокусное расстояние объектива не зависит от кроп-фактора". Кто же прав и кому верить?
Сразу скажу, что правы и те, и другие. Просто они рассматривают два разных аспекта - размер поля зрения и геометрические пропорции. Я попробую объяснить, что это такое и в чем тут разница. Возможно, это поможет новичкам разобраться. Сложного ничего нет. Что бы разобраться достаточно основ линейной оптики и геометрии. То есть, знаний школьной программы будет достаточно.
Сначала давайте посмотрим, как вообще, с точки зрения оптики, получается изображение на пленке/матрице. При этом нас не будет волновать ни размер полученного изображения, ни фокусное расстояние объектива/линзы. Наверняка каждый вспомнит, что подобные картинки он уже видел неоднократно в учебниках или книгах по физике или фотографии. Тут все просто, каждая точка объекта съемки отображается на соответствующую точку получающегося изображения. Мы не будем учитывать различного рода искажения (хроматические, геометрические, и прочие). Обычная линейная, или геометрическая, оптика.
Размер кадра и фокусное расстояние
А теперь давайте добавим немного ограничений реального мира. Сначала, ограничим размер получающего изображения, то есть, зададим размер кадра.
Синий прямоугольник это размер полного кадра, а красный усеченного, или кропа (кроп-фактор не важен). Ни фокусное расстояние объектива, ни расстояние до объекта съемки не изменились. Видно, что объект съемки, парусник, просто не вошел в усеченный кадр. Что нужно сделать, что бы он входил? Очевидно, отойти от него подальше (возможность изменения фокусного расстояния мы пока не рассматриваем).
Теперь у нас на усеченном кадре парусник располагается точно так же, как на полном кадре. Но размер физический размер изображения на матрице/пленке стал меньше. Но если мы сейчас напечатаем с этих двух кадров фотографии одинакового размера, например, 10х15 см, то парусники на них будут одинаковы по размеру. Но как можно снять объект с большего расстояния (меньшего размера), но получить точно такой же его размер на фотографии? Правильно, использовать объектив с большим фокусным расстоянием. Вот мы и подошли к формальной верности первого утверждения, что кроп-фактор влияет на фокусное расстояние объектива. Но на самом деле, сторонники этого утверждения не учитывают факта вторичного масштабирования при печати, или просмотре, фотографии! Давайте разбираться дальше.
Оптика так устроена, и человеческий глаз не исключение, что физические размеры объекта не важны, важны угловые значения. На этом принципе основаны многие оптические иллюзии.
Посмотрите, два парусника разных размеров на фотографии получились одинаковыми. Просто они находились на разных расстояниях от фотографа. Угловой размер обоих парусников оказался одинаков. Простая тригонометрия, или даже геометрия. На этом рисунке угловой размер парусника это угол между оптической осью объектива (горизонтальная сплошная линия) и пунктирной линией идущей к верхушке мачты. Прямоугольный треугольник. Один катет это высота парусника, второй это расстояние до него. Длина гипотенузы нам не важна. Угловой размер равен арктангенсу отношения высоты парусника (объекта съемки) к расстоянию до него. Закончу на этом экскурс в тригонометрию, что бы не нагонять тоску на нелюбителей математики. Однако замечу, что тоже самое верно для другой стороны, то есть, для получающегося изображения на матрице.
То есть, уменьшая размер кадра (кроп) мы фактически просто уменьшаем его угловой размер, который абсолютно однозначно приводит к уменьшению углового размера поля зрения объектива. Можно записать все это тригонометрическими формулами, но не буду вас мучить. В этих формулах нет фокусного расстояния объектива. В чем же фокус? Именно в том самом масштабировании при печати. И в том, что у глаза фокусное расстояние не изменяется. Получается, что глаз видит действительно объект съемки меньшего размера, и на матрице отображение объекта получается меньшего размера. Но угловые пропорции остаются неизменными. И печать, или просмотр на экране, приводят оба отображения к одинаковому размеру. Вот и получается, что кроп-фактор не влияет на фокусное расстояние объектива (с точки зрения угловых величин), но полное впечатление (и довольно обоснованное, что влияет). Такая вот оптическая иллюзия.
А вот на что кроп-фактор влияет, так это на размеры объективов. Чем меньше размер матрицы, тем меньше нужно поле зрение объектива и, вот парадокс, меньше кривизна линз определяющих их фокусное расстояние. То есть, получается не только матрица дешевле и меньше, но и объектив меньше и тоньше, а значит, легче. А в программах позволяющих посмотреть информацию о фотографии выводится и истинное фокусное расстояние объектива, и его приведенный к 35 мм эквивалент.
Геометрические пропорции
Теперь посмотрим на второй аспект, геометрические пропорции. Влияет ли на них кроп-фактор.
Под геометрическими пропорциями мы будем понимать соотношение размеров объектов съемки в реальности, и на фотографии. На этом рисунке у нас два парусника, расположенных один за другим. При этом фотограф находится близко к ним. Как видно, на фотографии пропорции между размерами парусников оказались искажены, в реальности синий парусник гораздо меньше красного. Это известные всем искажения короткофокусных объективов. Если быть точными, то это не искажения, а опять таки влияние самой обыкновенной геометрии. Теперь отойдем подальше и возьмем более длиннофокусный объектив.
Видно, что соотношение размеров парусников стало ближе к реальности. Я передвинул на этом рисунке положение объектива для большей наглядности и упрощения. На самом деле, лучи света при прохождении через линзу отклоняются на тем больший угол, чем больше отношение коэффициентов преломления между средой (воздух, вода) и стеклом линзы. Что бы не усложнять рисунков учетом коэффициентов преломления и изобразил путь лучей света прямолинейным. Коэффициенты преломления усложняют вид тригонометрических формул описывающих работу объектива, но не влияют на саму суть, которую я и пытаюсь объяснить.
Более правильные пропорции снимаемых объектов и объясняют совет снимать портреты объективами с большим фокусным расстоянием. А фактически, просто с большего расстояния.
Теперь посмотрим, что будет, если поставить объектив для полного кадра на фотоаппарат с усеченным кадром. Как я уже показал выше, его фокусное расстояние не изменится, изменится лишь угловая величина поля зрения. Неумолимая тригонометрия покажет, что и пропорции между размерами объектов съемки на фотографии не изменятся. То есть, правы те, кто говорит, что кроп-фактор не влияет ни на что? Да, но опять не учитывается тот факт, что меньшее угловое поле зрения камеры с усеченным кадром вынудит нас отойди подальше от объектов съемки. Просто, что бы он "вошел в кадр". Увеличив расстояние до объекта съемки мы изменили величину одного из катетов, то есть, уменьшили угловой размер объектов. Но уменьшилась и разница в относительном угловом размере этих объектов. Тут уже арифметика, дроби. И именно этот факт, увеличения расстояния до объектов съемки, в точном соответствии с математикой, повлиял на изменение пропорций этих объектов на фотографии.
Заключение.
Но хватит рассуждений и математики. Вы ждете от меня краткого и четкого правила, что на что влияет.
Фокусное расстояние объектива не изменяется при изменении размеров матрицы (кадра пленки). Но уменьшение размера кадра уменьшает размер поля зрения объектива, что вынуждает фотографа увеличить расстояние до объектов съемки. Именно увеличение этого расстояния изменяет видимые пропорции между размерами объектов на фото. Отношение размера объекта съемки на матрице к размеру самой матрицы остается неизменным и не зависит от кроп-фактора, хотя абсолютный размер уменьшается пропорционально кроп-фактору. Это приводит к тому, что объект на напечатанной фотографии, или фотографии на экране компьютера, выглядит одного и того же размера не зависимо от кроп-фактора. Работа объектива, и всего фотоаппарата, описывается четкими тригонометрическими формулами.
Вот, собственно и все. Но не уделяйте слишком много внимания этим техническим подробностям. На самом деле это требуется не так часто знать. Если у вас несколько камер с разным размером матрицы, но одинаковыми по посадочным размерам объективами, то описанное здесь поможет. Это полезно для расширения кругозора. А в остальном... Просто снимайте больше! Получайте от съемки удовольствие! И радуйте окружающих отличными снимками. В конце концов, фотография это искусство, хоть математика и лежит в ее основе.