Каждый момент неповторим... (Лозунг фотографа)

Глубина резкости – это диапазон расстояний от фотоаппарата в направлении объекта съемки,  в пределах которого все предметы выглядят резкими. Здесь возникает сразу несколько вопросов. Во-первых, что значит резкими? Во-вторых, резкими где – на матрице, на экране компьютера, или на отпечатанной фотографии? В-третьих, при каком увеличении снимка объект будет резким? В-четвертых, как определить этот диапазон расстояний? В-пятых, как полученные знания использовать на практике? Постараюсь ответить на эти и другие возможные вопросы максимально подробно.

Начнем с того, что сам термин глубина резкости и его определение, которое дано выше, не являются достаточно строгими. Если за точку отсчета расстояний взять объектив, то все то, что расположено перед объективом, называется пространством предметов, а то, что за объективом – пространством изображений. Так вот, глубина резкости – это диапазон расстояний в пространстве изображений, в пределах которого смещение матрицы вдоль оптической оси объектива не вызывает заметного ухудшения резкости. Для фотографа эта информация не имеет никакой практической пользы.

Гораздо важнее то, что происходит в пространстве предметов, в котором расположен снимаемый объект. Здесь разброс расстояний, в котором предметы получаются достаточно резкими, называется глубиной резко изображаемого пространства, или сокращенно ГРИП. Так уж сложилось, что в современной фотографии глубина резкости и ГРИП считаются синонимами, поэтому мы также будем использовать термин глубина резкости, подразумевая под ним именно ГРИП, и относя его к пространству предметов.

Глубина резкости - снимок с диафрагмой f/1,4 Глубина резкости - снимок с диафрагмой f/4

Глубина резкости - снимок с диафрагмой f/8 Глубина резкости - снимок с диафрагмой f/16

Глубина резкости - объектив Nikkor 50 мм, 1:1,4

Что такое глубина резкости представляют себе, наверное, почти все. На фотографиях хорошо видно, как меняется резкость предметов при изменении диафрагмы объектива. Бокалы расположены на одинаковом расстоянии друг от друга и в глубину занимают примерно 120 см. Съемка велась светосильным объективом с фиксированным фокусным расстоянием Nikkor 50 мм, 1:1,4. Фокусировка производилась по центральному предмету.

Критерии резкости и кружок рассеяния

А действительно, что такое резкость? На интуитивном уровне мы все это отлично знаем, но как использовать это знание для определения глубины резкости? Вопрос настолько важен, что на нашем сайте ему посвящена отдельная статья про резкость в фотографии, с которой я очень советую вам ознакомиться, чтобы лучше понимать то, что написано далее.

С точки зрения геометрической оптики резким может быть только тот предмет, на который сфокусирован объектив фотоаппарата, точнее даже не предмет, а двумерная плоскость, поскольку любой сдвиг вдоль оптической оси приводит к расфокусировке, а значит к нерезкости изображения. Следовательно, глубина резкости – категория условная, предполагающая определенные допущения.

Глубина резкости - схема образования кружков рассеяния

Таким допущением является кружок рассеяния (или кружок нерезкости), вернее, его предельный размер, который мы договоримся считать резким. В этом случае все детали, размер которых меньше кружка рассеяния, будут считаться на фотографии достаточно резкими, а соответствующие им предметы будут попадать в зону глубины резкости.

Предельный диаметр кружка рассеяния определяется разрешающей способностью зрения, и при рассматривании фотографии с расстояния 25 см (расстояние наилучшего зрения) составляет 0,1 мм, т. е все, что меньше этого размера, глаз будет воспринимать в виде точки. Это и принимается за критерий резкости.

Но это значение нельзя использовать при расчетах глубины резкости, поскольку конечная фотография получается в результате увеличения изображения с матрицы в определенном масштабе. В зависимости от того, насколько мы собираемся увеличивать фотографию, можно рассчитать, каким должен быть кружок рассеяния на матрице, чтобы обеспечить критерий резкости на фотографии.

Для этого надо значение критерия резкости (0,1 мм) разделить на масштаб увеличения, однако здесь есть тонкости, связанные с размером пикселя. Все это подробно описано в вышеупомянутой статье, и вы сами сможете при необходимости рассчитать кружок рассеяния на матрице, исходя из необходимого масштаба увеличения изображения.

Перейдем теперь собственно к расчету глубины резкости.

Расчет глубины резкости

Для точности изложения введем несколько определений.

Плоскость в пространстве предметов, на которую сфокусирован объектив, называется плоскостью наводки. Ближайшая к объективу плоскость, в которой предметы еще выглядят резкими согласно принятому критерию резкости и соответствующему ему кружку рассеяния, называется передней границей глубины резкости, а наиболее удаленная – задней границей глубины резкости. Сама глубина резкости вычисляется как расстояние между передней и задней границами.

Глубина резкости - схема для расчетных формул

Здесь я не буду выводить формулы расчета глубины резкости (вы без труда найдете их вывод в интернете или в специальной литературе), приведу только окончательные выражения. Расстояния до передней и задней границ глубины резкости рассчитываются по формулам:

Глубина резкости - формула 1

Глубина резкости - формула 2

где: Lпер и Lзад – расстояние до передней и задней границ глубины резкости, соответственно; L – расстояние до плоскости наводки; f – фокусное расстояние объектива; K – значение диафрагмы (диафрагменное число); Z – диаметр кружка рассеяния на матрице, о котором мы подробно говорили выше.

Выражение для глубины резкости имеет вид:

Глубина резкости - формула 3

Если задать Lпер и Lзад  (например, из каких то творческих соображений), то расстояние до плоскости наводки можно определить по формуле:

Глубина резкости - формула 4

Значение диафрагмы, которое обеспечит нужную нам глубину резкости, рассчитывается следующим образом:

Глубина резкости - формула 5

Гиперфокальное расстояние Lгип определяется соотношением:

Глубина резкости - формула 6

при этом

Глубина резкости - формула 7

и выражения для передней и задней границ глубины резкости через гиперфокальное расстояние примут вид:

Глубина резкости - формула 8

Глубина резкости - формула 9

и для глубины резкости:

Глубина резкости - формула 10

Это основные формулы, которые позволяют рассчитать все необходимые параметры глубины резкости. Вряд ли при съемке вы будете пользоваться калькулятором, однако в некоторых случаях точный расчет может оказаться полезным. В интернете можно найти интерактивные калькуляторы для определения глубины резкости, а счастливым обладателям iPhone могу порекомендовать бесплатную программу iDof calculator  или недорогую DoF от Neuwert Media, которая позволяет вводить любой диаметр кружка рассеяния и получать значения границ глубины резкости и гиперфокальное расстояние.

Теперь перейдем к интерпретации приведенных формул и рекомендациям по учету глубины резкости для различных условий фотосъемки.

Глубина резкости и диафрагма объектива

Глубина резкости - схема влияния диафрагмы на глубину резкости

Из соотношения [3] хорошо видно, что глубина резкости прямо пропорциональна диафрагме объектива фотоаппарата, точнее, диафрагменному числу. Это очень легко объяснить, если посмотреть на приведенный рисунок. Чем больше закрыта диафрагма, тем меньше кружок рассеяния, а следовательно, больше интервал расстояний, в котором предметы будут резкими.

Обратите внимание на прямую зависимость глубины резкости от диафрагмы. Например, при диафрагме 8 глубина резкости в 2 раза больше, чем при диафрагме 4, и в 2 раза меньше, чем при диафрагме 16. Казалось бы, чтобы получить максимальную глубину резкости, надо максимально задиафрагмировать объектив. Это верно, но здесь существует две тонкости.

Во первых, при большом закрытии диафрагмы (больших значениях диафрагменного числа) происходит снижение резкости из-за дифракции. Это вредное явление имеет место всегда, но наиболее сильно проявляется именно при закрытых диафрагмах. При каких именно? Это зависит от вашего фотоаппарата, точнее, от размера пикселя матрицы. Более подробно о дифракционных эффектах можно прочитать в специальной статье о дифракции света и ее влиянии на качество изображения.

Глубина резкости - вид центрального предмета на диафрагме 1,4 Глубина резкости - вид центрального предмета на диафрагме 16

Во вторых, меняется восприятие снимка. Посмотрите, как выглядит один и тот же предмет при разных диафрагмах. Исчезновение бликов связано с тем, что часть лучей, ответственных за отражение на определенных углах, просто отрезается сильно закрытой диафрагмой, поэтому здесь на первое место выходит замысел фотографа, и иногда приходится жертвовать глубиной резкости, чтобы получить более выразительную фотографию.

Глубина резкости и фокусное расстояние

Глубина резкости - пейзажный снимок. Все предметы выглядят резкими. Снято широкоугольным объективом с диафрагмой 11

Формула [3] показывает, что глубина резкости обратно пропорциональна квадрату фокусного расстояния объектива. То есть, при уменьшении фокусного расстояния в 2 раза, глубина резкости увеличивается в 4 раза, и наоборот. Это является одной из причин, почему пейзажи, где надо получить высокую резкость по всему кадру, рекомендуется снимать короткофокусными широкоугольными объективами, дающими значительно большую глубину резкости, чем стандартные объективы, и, тем более, телевики.

Обратите внимание на один важный нюанс. Чем меньше матрица фотоаппарата, тем более короткофокусный объектив приходится использовать, чтобы получить один и тот же масштаб изображения. По этой причине компакты с маленькими матрицами имеют очень большую глубину резкости.

Глубина резкости - портрет. Снято портретным объективом. Диафрагма 1,4, предметы на заднем плане сильно размыты

Это вызывает трудности при съемке сюжетов, где надо выделить объект и размыть фон, например, в портрете. Сделать качественный портрет компактной камерой с короткофокусным объективом очень сложно, поскольку как объект, так и фон получаются одинаково резкими. Зато большая глубина резкости позволяет легко использовать такие фотоаппараты при съемке пейзажей в хорошую погоду, а качество пейзажных снимков, снятых дешевой мыльницей зачастую получается ничуть не хуже, чем при использовании профессиональных зеркалок.

Маленькие матрицы и короткофокусные объективы позволяют значительно удешевить компактный фотоаппарат. Если внимательно посмотреть на формулу [6] для гиперфокального расстояния, то видно, что квадрат фокусного расстояния в числителе при очень коротком фокусе приводит к тому, что при фокусировке фотоаппарата на гиперфокальное расстояние можно получить резкими все предметы от нескольких метров до бесконечности (можете сами подставить значения в формулу и поэкспериментировать с фокусными расстояниями).

По этой причине многие компакты имеют упрощенную (и дешевую) систему фокусировки на 2 -3 дискретных гиперфокальных расстояния, а некоторые (в том числе камеры мобильных телефонов) вообще не имеют фокусировочной системы, и постоянно наведены на гиперфокальное расстояние, обеспечивая приемлемую резкость практически любых предметов в кадре.

Глубина резкости и расстояние до объекта съемки

Если подставить выражения [8] и [9] в формулу [3], то будет видно, что глубина резкости пропорциональна квадрату расстояния до плоскости наводки. Это говорит о том, что с уменьшением расстояния до объекта съемки глубина резкости быстро уменьшается. Кроме этого, детальные расчеты показывают, что передняя и задняя границы расположены относительно плоскости наводки несимметрично, а расстояние передней границы от плоскости наводки всегда меньше чем задней.

Глубина резкости - центральная группа предметов, диафрагма 8 Глубина резкости - центральная группа предметов, увеличенный фрагмент. Видна несимметричность глубины резкости - передний бокал размыт сильнее, чем задний

Несимметричность глубины резкости хорошо заметна на приведенном снимке. Если более дальний предмет выглядит уже достаточно резким, то ближний размыт гораздо сильнее, несмотря на то, что расстояния между ними абсолютно одинаковы. В большинстве случаев можно считать, что расстояние от плоскости наводки до передней границы глубины резкости приблизительно в 2 раза меньше чем до задней, что позволяет с успехом использовать это правило на практике, не забывая о том, что вблизи гиперфокального расстояния оно не действует.

Глубина резкости - макросъемка, диафрагма 4. Видна очень малая глубина резкости, но уменьшение диафрагмы было проблематичным из-за низкой освещенности

Особенно следует помнить про глубину резкости при макросъемке. Поскольку расстояние до объекта в этих случаях очень мало, то и глубина резкости становится просто микроскопической. Это заставляет фотографа быть предельно внимательным и грамотно выделять ключевую часть кадра, по которой производится фокусировка объектива. Можно конечно сильно закрыть диафрагму до значений 11 – 16 и более, но в этом случае может не хватить света, а использовать длительные выдержки проблематично при движущихся объектах, например, при съемке насекомых. Обратите внимание, что паук на этой фотографии полностью не попал в зону глубины резкости, поэтому передняя и задняя его части выглядят размытыми.

На этом рассмотрение глубины резкости можно закончить. Вы познакомились с теоретическими основами этого важнейшего понятия и получили основные рекомендации по его учету при фотосъемке. Это должен знать каждый серьезный фотограф. Но только практика позволит вам в полной мере научиться использовать глубину резкости для получения действительно красивых и эффектных фотографий, так что снимайте чаще, и совсем скоро вы начнете замечать, как теоретические знания воплощаются в конкретные результаты. Поверьте, это очень захватывающий процесс!