Глубина резко изображаемого пространства

Малая глубина резкости при макросъёмке

Глубина резко изображаемого пространства (глубина резкости, "ГРИП"), в фотографии — расстояние между ближней и дальней границами пространства, в пределах которого изображение на снимке получаются достаточно резким (чётким). Измеряется вдоль оптической оси объектива.

Диаграмма, иллюстрирующая зависимость глубины резкости от относительного отверстия. Точки 1 и 3, находящиеся не в фокусе, при закрытой диафрагме 4 дают кружки рассеяния меньшего диаметра

Общие сведения

ГРИП — понятие не строго математическое, поскольку плоскость фокусировки всегда одна. Любые точки объекта вне её будут отображаться, как пятно нерезкости. Чем больше диаметр такого пятна, тем нерезче объект. При рассматривании изображения с расстояния 25 см человеческий глаз воспринимает изображение, как резкое, если размер точки меньше 0,1 мм. При печати изображение обычно увеличивают, поэтому при расчётах диаметр пятна нерезкости (0,1 мм) нужно уменьшить во столько раз, во сколько раз изображение увеличивается относительно негатива (или размера матрицы цифрового аппарата).

На глубину резко изображаемого пространства влияет значение установленной диафрагмы, фокусное расстояние объектива, формат плёнки (или размер светочувствительной матрицы) и расстояние до объекта фокусировки (съёмки).

При прочих равных условиях, глубина резкости будет тем меньше, чем больше значение диафрагмы. При одинаковых значениях диафрагмы, глубина резкости будет больше у объектива с меньшим фокусным расстоянием (широкоугольный объектив). Меньший формат плёнки (меньший размер матрицы) даёт большую глубину резкости. И наконец, чем больше расстояние до объекта съёмки, тем больше глубина резкости.

Гиперфокальное расстояние

Гиперфока́льное расстоя́ние — расстояние от объектива до ближайшей границы резко изображаемого пространства, при наводке объектива на бесконечность. В смысле наводки на объект, это расстояние соответствует значку "бесконечность" на шкале объектива, границе «начала бесконечности».

Если наводку на резкость делать по предмету, расположенному от объектива на гиперфокальном расстоянии, то резко изобразятся все объекты, лежащие от горизонта (фотографической бесконечности) до, примерно, половины гиперфокального расстояния, то есть глубина резко изображаемого пространства значительно увеличится в сторону фотоаппарата.

Гиперфока́льное расстоя́ние находят по формуле: $$H=\frac{f^2}{Kz}+f,$$ или $$H=\frac{f^2}{Kz},$$ где

\(f\!\) — главное фокусное расстояние;

\(K\!\) — знаменатель относительного отверстия или просто ru: диафрагменное число;

\(z\!\) — диаметр диска (пятна) нерезкости;

\(H\!\) — гиперфокальное расстояние.

Первая формула подходит к обычным объективам, а к телеобъективам с большим фактором увеличения на заднем элементе, или, особенно зеркально-линзовым объективам, нужно применять вторую, к тому же более простую, формулу.

Расчёт ГРИП

Для определения глубины резко изображаемого пространства имеются точные и упрощённые формулы.

Точные формулы для расчёта ГРИП

Шкала глубины резкости на фотообъективе

$$R_1=\frac{R \cdot f^2}{f^2 + K \cdot z \cdot (R - f)};$$ $$R_2=\frac{R \cdot f^2}{f^2 - K \cdot z \cdot (R - f)},$$ где

\(R_1\!\) — передняя граница резко изображаемого пространства;

\(R\!\) — расстояние в метрах, на которое производится наводка на резкость;

\(R_2\!\) — задняя граница резко изображаемого пространства;

\(f\!\) — главное фокусное расстояние объектива (абсолютное, а не эквивалентное), в формулу подставляется значение в метрах;

\(K\!\) — знаменатель относительного отверстия объектива, или просто ru: диафрагменное число;

\(z\!\) — диаметр диска нерезкости (размытости) или допустимый кружок рассеяния, для негативов форматом 24х36 мм равный 0,03-0,05 мм (в формулу подставляется значение в метрах, т.е. 3×10^-5 - 5×10^-5 м).

Из формул видно, что глубина резко изображаемого пространства тем больше:

1. чем меньше величина главного фокусного расстояния: короткофокусные объективы обладают большей глубиной резкости, чем длиннофокусные;
2. чем дальше расположена плоскость наводки на резкость;
3. чем меньше относительное отверстие объектива, то есть чем больше число диафрагмы;
4. чем больше допустимый диск нерезкости (размытости).

Глубина резко изображаемого пространства \(P\!\) определяется разностью между задней и передней границами резкости: $$P=R_2-R_1\!$$

Упрощённые формулы расчета ГРИП

Просты и удобны для практики формулы, в которые введено гиперфокальное расстояние, или «начало бесконечности».

Использование гиперфокального расстояния очень упрощает формулы расчета границ резко изображаемого пространства: $$R_1=\frac{H R}{H + R};$$ $$R_2=\frac{H R}{H - R},$$ где

\(R_1\!\) — передняя граница резко изображаемого пространства;

\(R\!\) — расстояние, на которое производится наводка на резкость;

\(R_2\!\) — задняя граница резко изображаемого пространства;

\(H\!\) — гиперфокальное расстояние при данном относительном отверстии.

Из формул следует, что зона резкости по протяженности больше от плоскости наводки до задней границы резкости, чем от плоскости наводки до передней границы резкости.

Расчёт дистанции фокусировки и "диафрагмы"

Для определения плоскости наводки \(R\!\) , при заданных передней и задней границах резкости, пользуются формулой: $$R=\frac{2R_1R_2}{R_1 + R_2}$$

Минимальное диафрагменное число, при этом, можно вычислить так: $$k=\frac{f^2 \cdot ( R - R_1)}{z \cdot R_1 \cdot ( R - f)}$$

Применение

В репортажной съемке, при стереофотографировании, то есть съёмке событий и всего пространства, имеет смысл добиваться максимальной ГРИП, чтобы на снимке было видно больше деталей. (Однако в спортивной фотосъёмке нередко требуется уменьшить выдержку, для фиксации быстрых событий - это заставляет при диафрагмировании искать компромисс между достаточной величиной ГРИП и минимальной выдержкой.)

При съемке портретов и в художественной фотографии, наоборот, иногда стараются уменьшить ГРИП, чтобы выделить человека или объект из фона.

Программное создание фотографий с большой глубиной резкости

В макрофотографии, практически всегда, пытаются повысить ГРИП, поэтому устанавливают большое диафрагменное число на объективе. Однако это приводит к возникновению проблем с недостаточной освещённостью, и, за одно, уменьшает резкость. В этом случае используют сильную подсветку, фотовспышку, или увеличивают чувствительность фотоматериала (либо чувствительность матрицы в цифровом фотоаппарате).

Другой выход из этой ситуации - использование программ, позволяющих из серии микрофотографий одного объекта, снятой с постепенным смещением плоскости резкого изображения в глубину объекта, получить общую фотографию с практически неограниченной глубиной резкости. Этод метод называется «Фокусстэкинг» (англ. «Focus stacking»).

См. также

• Боке
• Пятно рассеяния
• ru: Боке
• ru: Глубина резко изображаемого пространства
• ru: Диск Эйри
• ru: Обратная свёртка
• ru: Пятно рассеяния
• ru: Фокус-стекинг
• ru: Функция рассеяния точки
• ru: Частотно-контрастная характеристика

Литература

• Яштолд-Говорко В. А. Фотосъёмка и обработка. Съёмка, формулы, термины, рецепты. Изд. 4-е, сокр. — М.: «Искусство», 1977.