Статья из подборки
О фотографии
Всегда с интересом читаю статьи о фотографии. И сплошь и рядом натыкаюсь на ошибку, систематически копируемую из статьи в статью.
Фокусное расстояние это расстояние от <чего-то на выбор автора> до матрицы (сенсора).
Кто-то когда-то не сильно умно это ляпнул, после чего блогеры и блогеры бездумно, не вникая в смысл, стали это повторять. Что интересно, в их статьях содержится полезная информация, ради которых их стóит читать (или слушать). Но в нагрузку мы получаем вот такую брехню. Приведу только несколько таких публикаций:
Уроки фотографии. 4. Фокусное расстояние
Классификация и основные параметры объективов фотоаппарата
Фокусные расстояния в фотографии. Какое для чего, примеры
Светосила F на КРОП матрице. Что с боке на кропе? [Именно ради боке я и стал слушать]
UPD. Курс "Основы фотографии". Руководство для начинающих как научиться фотографировать с нуля
Я уже издавал слабые возгласы протеста (Пригнись! Брехня летит), но, видимо, против такой систематической бомбардировки частные протесты неэффективны. Наверное, надо все разжевать поподробнее.
Фокусное расстояние это оптическая характеристика объектива, не зависящая от места расположения матрицы (хоть в мусорке!), от ее размера и даже от ее существования вообще.
Простейшая модель объектива
Я ее уже описывал в статье
но теперь давайте подробнее.
Мои отсылки к школьному образованию оказываются недейственны. Я не знаю, при нынешнем состоянии образования есть ли вообще этот материал в программе. Поэтому постараюсь рассказать от Адама. Медленно и подробно.
Простейшая модель объектива состоит из одной симметричной двояковыпуклой линзы.
Насчет сферичности поверхностей линзы я бы воздержался утверждать. Полагаю, что разработчики объективов лучше знают этот вопрос, но я с ними не знаком.
Линза — в русском языке — это одно отдельное стеклышко, а не весь объектив, который может состоять из дюжины или даже большего количества линз. Это в английском оба эти понятия называются одинаково.
Так вот, простейшая (школьная) модель объектива
Элементарный учебник физики / Под ред. Г. C. Ландсберга. Т. 3. — Гл. X. Применение отражения и преломления света.
выглядит так:
Здесь A — изображаемая точка,
A' — ее изображение,
зеленое — линза,
d — расстояние до матрицы,
D — расстояние до точки A,
F — фокусное расстояние линзы.
Оптическое действие этой модели описывается так (формула (89.6) цит. источника):
1/d + 1/D = 1/F.
В рамках этой статьи будем называть это равенство основным уравнением. Вывод этого уравнения можно найти в цитированном учебнике.
Приведенная простейшая модель достаточна для понимания многих вещей при работе с фотоаппаратом. Например, что такое диафрагма, диапазон резкости, кроп-фактор, эквивалентное фокусное расстояние, как резкость связана с фокусным расстоянием и числом диафрагмы. Но, конечно, не всех.
Более сложные модели
В действительности объективы устроены сложнее, и бывает, что телеобъектив короче своего фокусного расстояния, а ширик длиннее. Фокусное расстояние широкоугольного объектива, как правило, короче рабочего отрезка!
С моделью, более приближенной к реальности, можно познакомиться по Википедии и ссылкам, имеющимся в ее статьях. Вот неполный перечень статей:
... и далее по имеющимся там ссылкам на другие статьи и книги. Как это работает, можно посмотреть в статьях
Это еще не все. Эта модель тоже приблизительная. Резкое изображение отстоящей предметной плоскости оказывается искривлено, возникает всяческие аберрации, в частности, хроматическая аберрация, вызванная разницей в коэффициентах преломления для света разных длин волн. Бочкообразные и подушкообразные дисторсии... Учет всех этих обстоятельств не влияет на наши принципиальные выводы, но существенно сказывается на качестве получаемого изображения. С этим приходится бороться оптическими и программными средствами. Как это все делать — сложная инженерная наука, которой владеют инженеры-разработчики объективов.
Что такое фокусное расстояние
Продолжаем работать с простейшей моделью.
Пусть точка A бесконечно удалена. Непривычному к бесконечностям читателю поясню: точка расположена очень далеко. Настолько, что если, к примеру, удвоить расстояние до нее, то это не окажет заметного влияния на ее изображение. Тогда D = ∞, а 1/D = 0. Опять же поясню: дробь 1/D оказывается настолько мала, что замена её на 0 ничего практически не изменяет. Из основного уравнения получаем, что d = F.
Итак, что мы имеем. Из бесконечно удаленной точки A исходит параллельный пучок света. Этот пучок собирается линзой в точке A', которая и есть изображение точки A. Это изображение находится на (горизонтальном по рис. 1) расстоянии от центра линзы, равном F. По определению, это и есть фокусное расстояние. А вся плоскость, отстоящая на F от центра линзы, называется фокальной плоскостью.
Применительно к сложносоставленным объективам вместо центра линзы говорят о (заднем) оптическом центре объектива, (задней) главной плоскости и (задней) фокальной плоскости.
Как мы наводим на резкость
Если мы сфокусируем на ∞, то резкие изображения бесконечно удаленных точек окажутся на фокальной плоскости. Объектив ставится так, чтобы фокальная плоскость проходила через сенсор. В этом, и только в этом, случае фокусное расстояние равно расстоянию до сенсора.
Вместо глупой картинки
путешествующей из статьи в статью, предлагаю правильный рисунок:
Здесь показана фокусировка двух бесконечно удаленных точек. Принципиально важно, что лучи от одной точки после преломления собираются в одну точку на сенсоре, а не размазываются по всему сенсору. Крайнее изображение показывает, как формируется угол обзора.
А теперь мы уменьшим D до конечного значения. То есть будем фокусироваться на точку, расположенную на конечном расстоянии. Согласно основному уравнению, это приводит к увеличению d. Так что теперь надо сенсор расположить на расстоянии d > F от центра, то есть позади фокальной плоскости.
Простейшие фиксы фокусируются просто перемещением всей оптической схемы вперёд-назад внутри внешнего корпуса — и, соответственно, относительно сенсора. Вот, например, Индустар 50 мм (листаем):
Видно, как обойма с оптикой изменяет свое положение внутри корпуса.
Угол обзора
Подробно, что такое угол обзора, я написал в статье
Там, например можно найти таблицу углов обзора для Full Frame в зависимости от фокусного расстояния.
Восприятие глубины пространства на фото определяется не фокусным расстоянием, а именно углом обзора! Простой геометрический пример, объясняющий это, приведен в статье
Что с кропом?
При кропе угол обзора определяется не действительным, а эквивалентным фокусным расстоянием кроп-объектива, которое получается умножением действительного фокусного расстояния на кроп-фактор. Это объяснено в статье
По моим рассчетам здесь:
получается, что при замене FF-объектива кропнутым глубина резкости умножается на кроп-фактор. При прочих равных условиях съемки, естественно.
Но теория это только теория, не свободная от возможности ошибки в постановке задачи и в ее решении.
Именно за практическим подтверждением/опровержением этого результата я и обратился к публикации, указанной в начале статьи:
Светосила F на КРОП матрице. Что с боке на кропе?
То, что последует дальше, вполне может быть озаглавлено так:
Блеск и нищета учителей фотографии. Часть 4
Слушаю. Ошибка в определении понятия фокусного расстояния уже разжёвана.
Чтобы увеличить фокусное расстояние, нужно отодвинуть матрицу от оптического центра.
Я только что имел удовольствие объяснить, что фокусное расстояние объектива от положения матрицы не зависит. А что при таком отодвигании происходит? Увеличивается d. Соответственно дистанция D до идеально резко изображаемого предметного пространства уменьшается от бесконечности к конечной величине.
А можно с таким же успехом уменьшить размер матрицы, чтобы сделать её кроп.
Опять же, фокусное расстояние оптики не изменяется. Увеличивается эквивалентное фокусное расстояние кропнутого объектива.
А вот дальше рассказ о сравнении FF и кропа интересный! Только когда он говорит, что будет в 4 раза меньше шума или [при подавлении шума] в 4 раза больше резкости, это надо воспринимать только в некоем пиквикском смысле. Уровень шума, эквивалентный увеличенному ISO на полном кадре? А как измеряется уровень шума? И с какой стати зависимость между уровнем шума и ISO линейная? А как зависит уровень шума от размера пикселя?
А к значению диафрагмы надо не прибавлять 2.8, а делить на 2. Например, освещенность матрицы увеличится в 4 раза, если перейти от диафрагмы f/8 к f/4. Автор явно плохо учился по математике в школе, если не может отличить умножение от прибавления.
О том, как определяется число диафрагмы, что такое ступень экспозиции, написано тоже там:
Еще когда я снимал на Зоркий и Зенит и не было еще такого навала англицизмов, то, что автор называет СТОПом, имело русское название "ступень". А слово "стоп" у нас используется в другом смысле. Англо-саксы не различают автобусную остановку и ступень диафрагмы. Также они не могут отличить объектив от линзы. Русский язык богаче. Не стоит обеднять его глупыми англицизмами.
Ну, наконец, нашел! Насчет глубины резкости при кропе, начиная с 10:52.
Вы, наверное, слышали, что глубина резкости на кроп-матрицах... меньше, чем у полного кадра.
О как! Я не слышал. За этим и пришел слушать. А на самом деле якобы
<...> глубина резкости не зависит от размера сенсора.
То есть размер пикселя роли не играет?!
Кроп, это когда мы обрезаем матрицу.
Немного не так. При кропе мы заменяем полнокадровую матрицу матрицей уменьшенного размера с другим размером пикселя. Сам автор это объяснял. А если мы хотим получить снимок такого же качества и размера, то пиксель кроп-матрицы должен быть меньше пикселя полного кадра во столько раз, во сколько меньше размер матрицы. И во столько же раз сильнее придется увеличивать изображение при получении фотографии.
Но мы можем сделать кроп, просто когда уже сняли, например, фото, обрезали его, тоже самое, физически ничем не отличается процесс...
В голосе автора ощущается неуверенность. И неудивительно! Замена матрицы и обрезка готовой фотографии — совершенно разные вещи!
Так если мы обрезаем фотку в редакторе или обрезаем наш сенсор по размерам, то как может поменяться глубина резкости?
Так-то оно, конечно, никак. Но съемка на кроп не заключается в простом отбрасывании краев матрицы.
Во-первых, размер пикселя другой. И другое увеличение при "печати". Это влияет на допустимый размер кружка нерезкости. Автор, похоже, этим понятием не владеет совсем.
Во-вторых, чтобы снять такой же сюжет при таком же угле обзора, надо применить другой объектив с меньшим (действительным) фокусным расстоянием.
А это все оказывает влияние на глубину резкости.
Вот давайте для наглядности перейдём в Симулятор глубины резкости.
Из видео мало что можно разобрать в этом Симуляторе. Какими параметрами оборудования управляет автор, неясно. Но похоже, что объектив используется тот же в обоих случаях. Величина размытия это не то же, что допустимый уровень нерезкости. Таким образом, сравнение некорректное!
Так в чем же разница? Почему нам говорят, что на полном кадре размытие больше?
И это вопреки тому, что сказано раньше. Повторю цитату для удобства сравнения:
Вы, наверное, слышали, что глубина резкости на кроп-матрицах... меньше, чем у полного кадра.
Дальше мне стало лень изучать. Что бы автор не утверждал, уровень обоснованности его утверждений будет таким же низким.
Сравнивать кроп с полным кадром надо в одинаковых условиях съемки. То есть снимаем один и тот же сюжет при одинаковых числах диафрагмы и при одном и том же угле обзора. А это значит, что съемка ведется с одной точки и равными эквивалентными фокусными расстояниями. И еще число мегапикселей должно быть хотя бы примерно одинаковым.
Если бы автор вместо того, чтобы показывать, как он шевелит ртом, написал бы текстовую статью, то от этого было бы три пользы. Во-первых, я бы сразу поискал интересующие меня вещи (о влиянии кропа на глубину резкости), а не стал бы слушать подряд все эти глупости. Во-вторых, выше вероятность того, что автор перед выпуском еще раз перечитает свой труд и обнаружит ошибки. В-третьих, эти ошибки легче исправить.
Ну, и разумеется, этот Учитель допускает к комментариям только очарованных его личностью подписчиков. А то вдруг придет такой критикан и уронит его репутацию.