Илья Луцкер

Год рождения: 1971
Место рождения: Новосибирск, Россия
Место проживания: Кфар-Саба, Израиль
Основная специализация в фотографии: макросъемка, фотоохота

Физик-оптик, увлеченный фотограф-натуралист, администратор сайта www.macroclub.ru

Апертура. Резкость и глубина резкости

Рис. 1. Геометрическая модель объектива. Апертурный угол

Начнем с основных понятий и постепенно будем расширять свой кругозор, затрагивая новые темы.

Пожалуй, всякий, кто снимает не в полностью автоматическом режиме, знает, что глубина резкости зависит от выставленного значения диафрагмы. Для получения большой глубины резкости ее требуется закрыть, а для разделения планов – открыть.

Принятым в фотографии показателем апертуры является диафрагменное число – обратная величина от относительного отверстия.

Диафрагменное число – это отношение фокусного расстояния объектива к его апертуре.

Конус лучей на светочувствительном материале (обозначен на рисунке углом α) определяет важнейшие характеристики фотографии:
резкость;
глубину резко изображаемого пространства (ГРИП);
экспозицию.

Понятие резкости определяется в рамках дифракционной оптики. Лучи, сходящиеся в точку, даже в фокусе идеальной оптики образуют некоторый кружок рассеяния диаметром D = 1,35×N, где N – диафрагменное число.

Рис. 2. Дифракционный кружок рассеяния

Стоит учитывать, что дифракционный кружок в срезе напоминает колокол, а если точнее, то он описывается функцией sin X/X – быстро затухающей синусоидой, так что четкой границы у этого кружка нет, а для определения его диаметра берут первые минимумы.

В физике применяется критерий Рэлея, говорящий о том, что изображения двух точек еще можно воспринять как раздельные, если пик одного совпадает с первым минимумом второго, при этом возникает минимальный контраст между пиками точек и пространством между ними, еще воспринимаемый глазом.

Контраст как функция от пространственной частоты – современный метод выражения разрешения систем, известный как MTF (modular transfer function, частотно-контрастная характеристика).

Чем ниже частота, тем контрастнее картинка, тем качественнее, резче будет выглядеть снимок. Влияние диафрагменного числа иллюстрируется очень наглядно.

Рис. 3. Дифракционный предел на графике MTF

Исходя из приведенной формулы и графика, можно сделать вывод, что чем меньше диафрагменное число, тем меньший кружок рассеяния получается. Но многие скажут, что на самом деле это не так, просто эту формулу следует понимать как «диаметр кружка рассеяния в идеально скомпенсированном объективе», а в действительности даже хорошие объективы для зеркальных камер становятся дифракционно ограниченными (т. е. кружок нерезкости определяется именно дифракцией) с диафрагменных чисел порядка 5,6–8, а при открытых диафрагмах кружок нерезкости определяется скомпенсированностью аберраций – отклонений хода лучей от простых моделей геометрической оптики, на что влияет конструкция объективов и точность сборки и юстировки.

Вторым фактором, от которого зависит разрешение оптической системы, являются ограничения, вносимые приемником (пленкой или сенсором) при съемке, и разрешение экрана или печатающего устройства при просмотре. Последнее стало особенно заметно с приходом цифровой техники: если просмотр отпечатков подразумевал стабильный формат изображения, то просмотр на экране компьютера, как правило, подразумевает возможность увеличивать («зумировать») участки изображения во много раз. Но печатные или выставляемые в Интернете работы имеют определенное разрешение, нередко более низкое, чем разрешение объектива или сенсора камеры, в таком случае резкость определится именно на этой стадии.

Итак, мы выделили основные факторы, влияющие на резкость изображения, находящегося в фокусе, но не менее важным параметром является глубина резкости.

Продолжение