Dybdeskarphed

Depth of field ( DOF ), dybdeskarphed - afstanden langs linsens optiske akse mellem to planer i objekternes rum , inden for hvilke objekter vises subjektivt skarpt i det konjugerede brændplan [1] . Det afhænger direkte af de vigtigste egenskaber ved det optiske system: hovedbrændvidden og relativ blænde , samt fokuseringsafstanden . I dette tilfælde vises kun objekter placeret i samme plan af objektrummet, svarende til fokusafstanden [2] , absolut skarpt .

I daglig tale betegnes begrebet dybdeskarphed med det kortere udtryk "dybdeskarphed". Men i optik betegner sidstnævnte en anden størrelse, som måles i billedrum [1] . Dens praktiske evaluering af fotografer og kameramænd udføres ikke, men den spiller en vigtig rolle i anvendte områder. Estimering af dybden af ​​det skarpt afbildede rum kan foretages visuelt på det matte glas på et direkte visnings- eller reflekskamera , såvel som på monitoren af ​​en elektronisk søger eller i henhold til den tilsvarende skala på linsebeholderen og tabeller, der er udarbejdet, når beregning af det optiske system [3] .

Kriterier for dybdeskarphed

Dybdeskarphed er ikke en absolut værdi, da den bestemmes ud fra linsens mindste opløsning , såvel som på betingelserne for observation af det resulterende billede og evnerne til menneskets syn [4] . Kriteriet for dybden af ​​skarpt afbildet rum er spredningscirklen , som overstiger diameteren af ​​objektivets luftige disk, da lysspredningen af ​​den fotografiske emulsion , som reducerer opløsningen, tages i betragtning. Til gengæld afhænger størrelsen af ​​de spredningscirkler, der danner billedet af motivet, af afstanden mellem det og fokusplanet. Jo større forskydning fra sigteplanet, jo større er diameteren af ​​en sådan cirkel og jo lavere er billedets skarphed. Punkter på objekter placeret uden for fokusplanet kan subjektivt afbildes skarpt, hvis diametrene af de tilsvarende spredningscirkler ikke overstiger tærskelværdien [5] .

Denne værdi er valgt ud fra den betragtning, at når det ses fra en afstand på 25 centimeter med det bedste syn, opfatter det menneskelige øje billedet som skarpt, hvis spredningscirklen er mindre end 0,1 mm [6] . Diameteren tages som en tærskel for storformatnegativer beregnet til kontaktudskrivning [3] . Små -format fotografiske negativer beregnet til forstørrelse tillader en diameter på 0,03-0,05 mm eller 1/1000 af billeddiagonalen [7] . For 6×6 cm mellemformatnegativer må spredningscirklen ikke overstige 0,075 mm. Denne værdi er beregnet for fotoprint af mellemstørrelser 13×18 og 18×24 cm. Ved større forstørrelser kan objekter, der er placeret inden for den beregnede dybdeskarphed, vise sig at være slørede på grund af overskridelse af en tærskelværdi, der er umærkelig for øjet [ 4] . Dette opvejes dog af, at store billeder ses på afstand.

For et 35 mm filmnegativ var værdien af ​​spredningscirklen ifølge sovjetiske standarder ikke mere end 0,03 mm og for 16 mm - 0,015 mm [8] . I widescreen-kinematografi anses den samme spredningscirkel for at være den samme som på standard 35 mm film . Større størrelser af spredningscirklen blev accepteret i udlandet: i USA var de 0,05 mm (0,002 tommer ) for 35 mm film og 0,025 mm (0,001 tommer) for 16 mm [8] . Alle disse værdier beregnes også ud fra betingelserne for at se det færdige billede, som afhænger af størrelsen af ​​auditoriet og standardskærme.

Dybdefaktorer

Dybdeskarpheden er omvendt proportional med objektivets brændvidde og direkte proportional med blændeværdien [3] . Dybdeskarpheden af ​​zoomobjektiver ændres samtidigt med brændvidden. Derudover er dybdeskarpheden direkte proportional med den afstand, som objektivet er fokuseret på. Den maksimale dybdeskarphed kan opnås ved uendelig, hvilket for de fleste objektiver starter ved 15-20 meter. Tværtimod, når man sigter mod tætsiddende objekter, er en stor dybdeskarphed opnåelig med besvær. Dette er især bemærkelsesværdigt i makrofotografering , hvor det skarpe billedområde kan være brøkdele af en millimeter selv med en stærk blændeåbning.

Fra dybdeskarphedens direkte afhængighed af brændvidden og fokusafstanden følger en anden, indirekte: dybdeskarpheden er omvendt proportional med stigningen i billedet af motivet i brændplanet, det vil sige skalaen med som den vises. Det er muligt at zoome ind både ved at nærme sig motivet, der fotograferes, og ved at bruge en linse med længere brændvidde , hvilket i begge tilfælde resulterer i at indsnævre det rumområde, der vises skarpt. Samtidig giver en lille stigning dig mulighed for at få en stor dybdeskarphed.

Ved praktisk fotografering og filmoptagelse styres dybdeskarpheden ofte ved hjælp af en blændeblænde med variabel blænde. Åbning af objektivet giver dig mulighed for at øge dybdeskarpheden, alt andet lige [9] . Det er muligt at opnå en lille dybdeskarphed på relativt korte skydeafstande ved hjælp af optik med høj blænde og åben blænde. Evnen til at "adskille" objektet fra baggrunden på store afstande på 50-100 meter gives kun af hurtige teleobjektiver , specielt produceret til sportsfotografering.

Jo større formatet på negativet (sensoren) er, jo sværere er det at opnå en stor dybdeskarphed ved samme billedskala, da man skal bruge et objektiv med længere brændvidde. Storformatkameraer kræver en stærk blændeåbning for at få et portræt, der skarpt viser hele hovedet på samme tid, mens dette på et negativt i lille format er opnåeligt selv med mellemstore blændeværdier. Videokameraer med en miniature CCD-sensor giver en enorm dybdeskarphed, selv når du tager nærbilleder. Fænomenet forklares af afhængigheden af ​​den brændvidde, der kræves for at opnå et billede med en bestemt synsfeltsvinkel på størrelsen af ​​rammevinduet. Ved at reducere rammestørrelsen for at fylde den med billedet af det samme motiv kan du bruge et objektiv med kortere brændvidde.

Derfor har to billeder af det samme objekt, taget af kameraer i forskellige formater i samme skala fra samme afstand, med den samme relative blændeåbning af linserne, forskellige dybdeskarphed. Et kamera med en mindre billedstørrelse giver en længere dybdeskarphed, fordi der bruges en kortere brændvidde for at opnå samme zoom.

Indflydelse af kamerabevægelser

De beskrevne principper for afhængigheden af ​​dybdeskarpheden er kun gyldige, når linsens optiske akse er strengt vinkelret på planet af det fotografiske materiale eller matrix. Aksens hældning som følge af skift ændrer billedet af fordelingen af ​​skarphed på grund af misforholdet mellem det skarpe billedes plan og rammevinduet. Dette kan bruges både til at udvide billedområdet, der vises skarpt, og til kunstigt at indsnævre det [10] .

Evnen til at styre dybdeskarpheden ved hjælp af skift er typisk for kardankameraer og kameraer udstyret med et tilt-shift-objektiv . Overholdelse af Scheimpflug-princippet giver dig mulighed for at vise skarpe genstande placeret på forskellige afstande uden linse iris [11] . Men dybdeskarpheden øges ikke, men det område af rummet, der vises, bevæger sig kraftigt. Objekter uden for denne zone virker slørede, selvom de er i samme afstand som skarpe. Hældningen af ​​den optiske akse giver effekten af ​​en lav dybdeskarphed i fjerne landskaber, normalt skarpt over hele rammens felt. Som et resultat heraf virker store motiver subjektivt miniature, svarende til en model eller et legetøj [12] .

Funktioner ved digital fotografering

De dybdeskarphedsskalaer, der udskrives på rammerne af de fleste udskiftelige fotografiske linser, beregnes for fotografisk film , hvis emulsion har lysspredning, der reducerer billedets skarphed. Fotomatricer påvirker opløsningen i meget mindre grad, hvilket giver dig mulighed for bedre at bruge mulighederne i den samme optik, som bruges med moderne digitale spejlreflekskameraer . De seneste standarder for DSLR - objektiver er 1,5 gange strengere og er baseret på en cirkel af forvirring, der er 1/1500 af diagonalen af ​​en fuld-frame sensor, altså 28 mikrometer [13] . Dybdeskarpheden bestemt af sådanne skalaer er ret i overensstemmelse med det mest populære fotoprintformat på 10 × 15 cm. For større billeder og billeder på en computerskærm viser det sig at være overvurderet, da moderne sensorer giver en højere opløsning end film [13] . I endnu højere grad kommer uoverensstemmelsen mellem sådanne skalaer til udtryk ved brug af fotomatrixer af reduceret størrelse APS-C og Nikon DX . For at tage højde for moderne tekniske muligheder kan der anvendes alternative dybdeskarphedsberegnere , beregnet ud fra størrelsen af ​​matrixpixlen [14] .

Teknikken til digital fotografering giver dig mulighed for betydeligt at øge dybdeskarpheden ved at kombinere flere fotografier taget med forskellige fokusafstande af objektivet ( fokusbracketing ). Specielle computerapplikationer gør det muligt at "klæbe sammen" billeder med variabel fokus [15] [16] [17] . Denne teknik ,  kaldet Fokusstabling er blevet udbredt i anvendt videnskabelig fotografering, hovedsageligt i makro- og mikrofotografering , da den kun er egnet til optagelse af stationære objekter. Den nyeste teknologi i lysfeltkameraet giver dig mulighed for at justere fokusafstanden og dybdeskarpheden af ​​billedet allerede efter optagelse med softwaremetoder [18] .

De seneste Nokia - smartphones siden 2013 er blevet udstyret med et indbygget kamera med mulighed for at styre dybdeskarpheden, som har fået handelsnavnet "Refocus" [19] . I dette tilfælde kan fokus ændres efter optagelse, hvilket er særligt effektivt til scener, der er udvidet i dybden.

IPIG-beregning

De forreste og bageste grænser for det skarpt afbildede rum kan bestemmes af formlerne [8] :

; ,

hvor

 - afstand til den forreste grænse af det skarpt afbildede rum;  - fokuseringsafstand;  - afstand til den bageste grænse af det skarpt afbildede rum;  - bagerste hovedbrændvidde af objektivet i meter;  - nævneren for linsens geometriske relative blænde eller f-nummer ;  - diameteren af ​​forvekslingscirklen eller den tilladte spredningscirkel, for negativer med et format på 24 × 36 mm, svarende til 0,03-0,05 mm (værdien i meter indsættes i formlen).

Værdier , , tælles fra kameraets brændplan (hvor det fotografiske materiale eller fotomatrix er placeret). Dybdeskarpheden bestemmes af forskellen mellem feltets bag- og forkant:

Hyperfokal afstand

Den afstand, hvor objektivet er fokuseret, når bagkanten af ​​synsfeltet ligger på "uendeligt" for en given geometrisk relativ blænde, kaldes "hyperfokal" [20] [21] [22] [3] . Konceptet med hyperfokal afstand er vigtigt i praktisk fotografering og filmoptagelse, fordi det giver den størst mulige dybdeskarphed, der spænder fra uendelig til halvdelen af ​​fokusafstanden.

Når du optager landskaber med kortfokusoptik, opnås den bedste skarphed, når objektivet ikke er fokuseret på uendeligt, men på hyperfokal afstand. Forenklet opnås dette ved at kombinere fokusskalaens "uendeligheds"-symbol med opdelingen af ​​dybdeskarphedsskalaen svarende til den aktuelle blænde [23] . Så vil frontgrænsen af ​​det skarpt afbildede rum være i en afstand svarende til halvdelen af ​​den hyperfokale afstand [22] . Når du fotograferer objekter, der ikke er tættere på end denne afstand, vil hele det afbildede rum på fotografiet være praktisk talt skarpt under hensyntagen til størrelsen af ​​spredningscirklen. De fleste vidvinkelobjektiver til småformatkameraer og 35 mm filmkameraer viser skarpe objekter på næsten enhver afstand, når de fokuserer på hyperfokal afstand. Før fremkomsten af ​​effektive autofokussystemer blev dette fænomen brugt i reportage- og sportsoptagelser, hvor der ikke var tid nok til præcis fokusering.

Kompakte enheder med små billedstørrelser og linser med kort afstand, såsom webcams , actionkameraer , kameratelefoner og sikkerhedskameraer , kræver ofte ikke fokusering ved at fiksere objektivet med fast fokus ved den hyperfokale afstand. Det samme gælder de simpleste kameraer og filmkameraer. Den hyperfokale afstand for hvert objektiv er individuel og afhænger af det aktuelle f-nummer . Beregnet efter formlen:

[21] ,

hvor

 — hyperfokal afstand;  - brændvidde ;  er nævneren for den relative blænde;  er diameteren af ​​spredningscirklen.

Til praktiske beregninger kan du bruge en forenklet formel:

I praksis er det tilstrækkeligt at beregne signifikante tal med en nøjagtighed på 1-2, da diameteren af ​​spredningscirklen normalt angives med samme nøjagtighed. Værdier bliver tydeligere og nemmere at huske, når de afrundes til standard f-tal (for at tilnærme eksponentielle tal med en nævner ). I ovenstående tabel svarer hyperfokale afstande til en cirkel med spredningsdiameter på ca. 0,02 mm på en 24×36 mm ramme.

Brændvidde
,
mm 		Hyperfokal afstand, m, ved blænde
f/2 f/2,8 f/4 f/5,6 f/8 f/11 f/16
atten otte 5.6 fire 2.8 2 1.4 en
24 16 elleve otte 5.6 fire 2.8 2
35 32 22 16 elleve otte 5.6 fire
halvtreds 65 45 32 22 16 elleve otte
70 130 90 65 45 32 22 16
100 250 180 130 90 65 45 32

Når du fotograferer uendelighed, forenkler brugen af ​​hyperfokal afstand formlerne til at beregne grænserne for det skarpt afbildede rum [24] :

; ,

hvor

 - den forreste grænse af det skarpt afbildede rum;  - afstanden, hvormed fokusering udføres;  - den bageste grænse for det skarpt afbildede rum.

Det følger af formlerne, at skarphedszonen er større i længden fra sigteplanet til skarphedens bagkant end fra sigteplanet til forkanten af ​​skarpheden. Så når du fokuserer objektivet i en afstand på H / 2, vil længden af ​​skarphedszonen være fra H / 3 til H , når der fokuseres på H / 3  - fra H / 4 til H / 2 , og så videre.

For at bestemme sigteplanet for givne skarphedsgrænser foran og bagtil skal du bruge formlen:

Den praktiske betydning af dybdeskarphed

Den store dybdeskarphed, der kræves for nøjagtigt at vise detaljer, ses ikke altid som en fordel i et billede. At fremhæve hovedmotivet med skarphed i kunstnerisk fotografi og biograf bruges traditionelt som et udtryksmiddel sammen med tonalt og lineært perspektiv [25] .

For klassiske foto- og filmkameraer med en stor billedstørrelse er en lav dybdeskarphed karakteristisk, hvilket gør det muligt effektivt at bruge denne teknik. Særligt praktiske i denne henseende er digitale SLR-kameraer i fuld format og digitale biografkameraer i Super-35- formatet . Særlige portrætobjektiver tilhører gruppen af ​​teleobjektiver og har en lav dybdeskarphed. Tværtimod er miniaturiseringen af ​​teknologi og udbredelsen af ​​mobilografi karakteriseret ved en tendens til at øge dybdeskarpheden, let opnåelig ved korte brændvidder. Dette gør det muligt for de fleste af disse enheder at klare sig uden at fokusere, men det påvirker billedets æstetik , blottet for volumen.

Dybdeskarphedssimulering bruges ofte i 3D-grafik og computerspil for at give et billede et ægte "optisk" udseende. Derudover hjælper det med at fokusere spillerens opmærksomhed på hovedobjektet eller karakteren. På specialiserede steder kaldes denne effekt normalt for den engelske ækvivalent af udtrykket "depth of field" - Depth of Field, DOF [26] .

Samtidig viser moderne kinematografi, som udvikler sig i retning af stigende underholdning på grund af 3D-teknologiernes allestedsnærværende , en tendens til at opgive et så udtryksfuldt middel som at fremhæve med skarphed i dets lave dybde. Overførslen af ​​lydstyrke opnås i stereobiograf på andre måder, der ikke kræver "klassiske" udtryksmidler. Denne tilgang gør det vanskeligt at iscenesætte komplekse scener, for eksempel ved optagelse af filmen " Stalingrad " ved hjælp af de nyeste IMAX 3D-teknologier, når billedet blev optaget med forventning om at opnå den maksimale dybdeskarphed for hele billedet [27] . Billedet af den fantastiske " Avatar " [28] blev skabt på lignende måde . Den moderne kameraskole kommer af, at en stor dybdeskarphed giver dig mulighed for fuldt ud at udnytte fordelene ved tredimensionelle billeder og øge effekten af ​​tilstedeværelse. .

I traditionel "flad" kinematografi foretrækker kameramænd at bruge relativt langfokuserede filmobjektiver, som giver dem mulighed for at fremhæve motivet med skarphed. . Kompakte videokameraer med en lille sensor kan bruge rammen af ​​sådan optik fuldstændigt ved hjælp af DOF-adaptere med et mellembillede.

Se også

Kilder

  1. ↑ 1 2 Photokinotechnics, 1981 , s. 64.
  2. ↑ Generelt fotografikursus, 1987 , s. 23.
  3. ↑ 1 2 3 4 Almindelig fotografiforløb, 1987 , s. 24.
  4. ↑ 1 2 Dybdeskarphed . Linser . Zenith kamera. Hentet 7. juli 2014. Arkiveret fra originalen 14. juli 2014.
  5. ↑ Volosov, 1978 , s. 65.
  6. ↑ Optisk-mekanisk industri, 1961 , s. 9.
  7. ↑ En kort guide for amatørfotografer, 1985 , s. 37.
  8. ↑ 1 2 3 Gordiychuk, 1979 , s. 156.
  9. ↑ Hedgecoe, 2004 , s. 16.
  10. ↑ Tilt/Shift: Kontrol af dybdeskarphed . Cambridge i farver . Hentet 15. april 2013. Arkiveret fra originalen 22. april 2013.
  11. ↑ D. Korn. formatere kameraer. slutning . Artikler om fotografisk udstyr . Fotomester DCS. Hentet 1. maj 2014. Arkiveret fra originalen 18. januar 2013.
  12. ↑ Vippeadaptere . Artikler . Fotorox. Hentet 24. april 2014. Arkiveret fra originalen 27. april 2014.
  13. ↑ 1 2 Vladimir Medvedev. Cirkel af forvirring. Nyt udseende (link ikke tilgængeligt) . Artikler . Personlig blog. Dato for adgang: 26. januar 2014. Arkiveret fra originalen 6. juli 2013. 
  14. ↑ Ny dybdeskarphedsberegner (ikke tilgængeligt link) . Medvedev. Hentet 4. juli 2014. Arkiveret fra originalen 15. november 2014. 
  15. ↑ ImageFocus Stacking-software  (engelsk)  (downlink) . CMOS kameraer . Hollandske mikroskoper "Euromex". Hentet 5. juli 2014. Arkiveret fra originalen 29. juni 2014.
  16. ↑ Udvidet  dybdeskarphed . demoer . Biomedicinsk billeddannelsesgruppe. Dato for adgang: 5. juli 2014. Arkiveret fra originalen 26. juni 2014.
  17. ↑ Focus Stacking-softwaremodul til QuickPHOTO-  programmer . Dybt fokus modul . Promicra. Hentet 5. juli 2014. Arkiveret fra originalen 23. december 2017.
  18. ↑ ANNE STREHLOW. Dataloger skaber et 'lysfeltkamera ' , der fjerner uklare billeder  . Stanford News (3. november 2005). Dato for adgang: 5. juli 2014. Arkiveret fra originalen 14. juli 2014.
  19. ↑ Brad Molen. Nokia-kamera og Refocus-objektiv  . Nokia Lumia 1520 anmeldelse . Engadget. Hentet 5. juli 2014. Arkiveret fra originalen 12. januar 2014.
  20. ↑ Photokinotechnics, 1981 , s. 63.
  21. ↑ 1 2 Gordiychuk, 1979 , s. 157.
  22. ↑ 1 2 Volosov, 1978 , s. 67.
  23. ↑ En kort guide for amatørfotografer, 1985 , s. 39.
  24. ↑ Gordiychuk, 1979 , s. 158.
  25. ↑ Hvad er dybdeskarphed i fotografering? . "Pro Photo". Hentet 6. marts 2012. Arkiveret fra originalen 27. maj 2012.
  26. ↑ Joe Demers. Kapitel 23. Dybdeskarphed: En undersøgelse af  teknikker . NVIDIA Developer Zone. Hentet 6. marts 2012. Arkiveret fra originalen 27. maj 2012.
  27. ↑ MediaVision, 2013 , s. atten.
  28. ↑ Avatar. 3D IMAX . LiveJournal (30. december 2009). Hentet 6. juli 2014. Arkiveret fra originalen 22. januar 2010.

Litteratur

Links

  Gå til Wikidata-elementet  Ordbøger og encyklopædier
I bibliografiske kataloger