Резкость, дифракция и диафрагма

Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. Как показывает опыт, свет при определенных условиях может заходить в область геометрической тени. Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос.

Большинство фотографов имеют представление о том, как диафрагма влияет на резкость и о глубине резкости. Но есть так называемый диафрагменный предел, значение которого зависит как от объектива, так и от модели камеры и причиной этого является дифракция.

При съемке пейзажа или архитектуры естественным стремлением будет получение максимальной глубины резкости. Это достигается путем уменьшение отверстия диафрагмы. Легко увлечься и слишком сильно зажать диафрагму, "на всякий случай", пытаясь получить достаточную глубину поля.

При этом необходимо соблюдать разумный предел. Несмотря на то, что меньшие диафрагмы обеспечивают бо́льшую ГРИП, эффект дифракции при очень малых диафрагмах приводит к снижению общей резкости изображения.

Также неправильным будет и использование малых диафрагм для получения максимально резкого изображения, результат будет прямо противоположным. Зная пределы объектива, можно избежать этого явления, а также сопутствующих ему, таких как необходимость использования высоких ISO или длительной выдержки, необходимых для получения нормальной экспозиции при закрытой диафрагме.

Наука о дифракции света

Физики давно установили, что свет имеет корпускулярно-волновую природу. Таким образом, все свойства других видов волн, такие как звуковые колебания, волны в жидкостях и твердых телах могут быть применены к свету.

Принцип Гюйгенса-Френеля гласит, что каждую точку фронта волны можно рассматривать как источник вторичных волн, которые распространяются во все стороны со скоростью, равной скорости распространения волны.

Это означает, что свет, проходящий через диафрагму, создает новые световые волны. Крошечное отверстие диафрагмы объектива, точнее, острые края лепестков диафрагмы, создают дифракционный эффект (эффект огибания препятствия световыми волнами). К примеру, возьмем непрозрачный объект, помещенный перед источником света. Он блокирует свет, создавая тень. Посмотрите внимательно на края этой тени. Можно заметить, что даже если объект имеет острые края, края тени всегда слегка размыты

Обратите внимание на разницу в резкости спинки ножа и режущей кромки

Я использовал фотографию перочинного ножа, чтобы продемонстрировать эффект дифракции на краях. Фото было сделано в абсолютно темной комнате, единственным источником света была моя вспышка. Я также немного отрегулировал контраст в Photoshop, чтобы лучше показать эффект. Обратите внимание, что противоположная режущей кромке часть получилась очень резкой, а режущая кромка – несколько размытой, даже при таком источнике как вспышка, который можно считать точечным. Такой же эффект наблюдается и на краях лепестков диафрагмы.

Фронт световой волны, проходя через отверстие, соизмеримое с ее длиной, становится источником вторичных волн, которые взаимодействуют с основной по принципу интерференции, то есть сложения колебаний. Это создает чередование освещенных и затененных областей, а также проникновение света в затененные области. Подобные явления можно наблюдать со всеми типами волн.

Влияние дифракции на вашей камере можно имитировать, если скосить глаза. Когда вы косите глазами, мир становится расплывчатым.

Искажения световых волн при прохождении через отверстия различного диаметра.

Предположим, что у нас есть идеальный объектив с идеально круглым отверстием диафрагмы. Он называется объективом дифракционного предела, так как единственным ограничением на максимальное разрешение изображения является явление дифракции света, а не любые дефекты, смещение или разрешение сенсора.

Интерференционный узор, производимый круглой линзой при освещении пучком параллельных лучей, называется диском Эйри (в честь ученого Джорджа Эйри Биддела). При этом в центре находится так называемое дифракционное пятно, на которое приходится примерно 85% световой энергии, а окружают его светлые и темные кольца.

Диск Эйри при дифракции на круглом отверстии

Размер диска Эйри зависит только от диафрагмы и может быть приближенно рассчитан, исходя из диафрагменного числа, если его разделить на 1500. То есть, при диафрагме f/22 диаметр диска Эйри составит около 0,015 мм.

Если диаметр центрального пятна диска Эйри становится слишком большим по отношению к размеру пикселя, то изображение будет размытым. Это становится ограничивающим фактором в достижении резкого изображения. То есть, для каждой камеры есть свое значение диафрагмы, выше которого наступает ухудшение резкости изображения. Это значение носит название диафрагменного предела.

Практическое применение

Теперь, когда мы закончили со скучной теорией, давайте посмотрим, как практически применяется этот принцип. Тест на эффект дифракции очень простой. Просто возьмите набор объектов, сохраняя при этом неизменное фокусное расстояние и экспозицию, и снимайте в режиме приоритета диафрагмы, изменяя ее значение. Для получения достоверных результатов очень важно избежать любых изменений в изображении.

Примечание переводчика: для этого теста лучше использовать специальную шкалу – миру.

Для этого нужно использовать хороший штатив, дистанционный спуск затвора, блокировку зеркала, в общем, исключить все факторы, которые могут привести к малейшему дрожанию камеры.

Следующая серия изображений – это 100% кроп этикетки Crown Royal. Эти снимки были сделаны в помещении с камеры, стоящей на полу.

Отчетливо видно ухудшение резкости изображения от дифракции.

Из этого теста следует, что изображение начинает терять резкость примерно с диафрагмы f/11, сохраняя приемлемый вид до f/16. Начиная с f/22, происходит резкое ухудшение резкости, а диафрагма f/36 практически непригодна для использования.

Не забывайте также, что при использовании некоторых объективов широко открытая диафрагма также уменьшает резкость. Важно найти оптимальную величину диафрагмы для вашего объектива. Я предпочитаю использовать f/8 или f/11 в большинстве случаев.

Теперь понятно, что лучше всего не зажимать максимально диафрагму для достижения максимальной ГРИП, а строить кадр таким образом, чтобы все объекты находились в зоне глубины резкости, либо использовать гиперфокальное расстояние. Есть много способов и онлайн-калькуляторов для расчета глубины резкости.

Для этого снимка дистанция и фокусное расстояние не требуют небольшой диафрагмы для достижения большой глубины резкости.

Давайте на примере этого снимка дерева рассмотрим выбор диафрагмы для получения оптимальной ГРИП. Фотография была сделана на неполнокадровую камеру с помощью объектива с фокусным расстоянием 18 мм, расстояние до дерева примерно 20 м. Так как объект находится достаточно далеко и используется широкоугольный объектив, то даже умеренно закрытая диафрагма f/6.3 обеспечивает глубину резкости от 2,26 м до бесконечности.

Этого более чем достаточно, чтобы захватить в кадр все детали. На самом деле, с таким фокусным расстоянием даже диафрагма f/1 даст мне глубину резкости от 8,95 м до бесконечности, что опять же достаточно, чтобы дерево получилось резким.

В этой ситуации не было никакой необходимости использовать малую диафрагму, что позволило сделать снимок с меньшим ISO и более короткой выдержкой, что также вносит вклад в общую резкость картинки.

Это хорошо, когда вы знаете, что меньший диаметр диафрагмы обеспечивает большую глубину резкости, однако есть и другие факторы, оказывающие гораздо большее влияние.

Например, расстояние до объекта 25 м, а диафрагма f/8. Если используется объектив с фокусным расстоянием 100 мм, то глубина резкости будет от 17,9 до 41,6 м, общая протяженность ГРИП 23,7 м.

Однако, если вы будете использовать объектив с фокусным расстоянием 75 мм, диапазон ГРИП будет уже от 14,6 до 85,9 м, то есть 71,3 м. Это почти в три раза больше, чем при использовании объектива с фокусным расстоянием 100 мм.

Для сравнения, если мы закроем диафрагму до f/11 при фокусном расстоянии 100 мм, это даст нам глубину резкости от 16 до 57,3 м, в общей сложности 41, 3 м.

Для снимков, которые требуют более длительной выдержки, сначала лучше выбрать выдержку, которая даст вам соответствующий эффект, а затем подобрать диафрагму для нормальной экспозиции. Однако имейте ввиду, что лучше не использовать диафрагмы меньше f/8 или f/11 из-за эффекта дифракции.

Использование фильтра нейтральной плотности ND для уменьшения светового потока при съемках с длинной выдержкой даст гораздо лучший результат по резкости, чем использование для этой цели диафрагмы f/32.

Заключение

Я надеюсь, что эта статья принесет вам пользу. Знание о дифракции легко применить (хотя, в большинстве случаев этого не потребуется), но незнание может иметь плохие последствия для ваших фотографий.

Дифракционных эффектов легко избежать, если не зажимать диафрагму больше, чем до f/8.

Автор: Matthew Zhang

21/08/2012    Просмотров : 98865    Источник: photo.tutsplus.com    Перевод: Евгений Карташов
Версия для печати

Комментарии: 27

  • Осталось символов: 5000
    Формат JPG Удалить
    Ожидаем загрузку изображений

  • Владимир В. (anonimus) 28 Января 2018 - 18:58:05

    Влияние дифракции на изображение связано с размерами пикселя матрицы. Оптимально, чтобы радиус диска Эйри не превосходил размеры пикселя матрицы. Для примера: берем аппарат с матрицей АSP. Из справочника находим ее размеры 23.5мм. на 15.7 мм. Из описания аппарата находим разрешение (например 4704х3136 SIGMA). Находим размер пикселя матрицы. 23,5мм./4704 = 0,005 мм. Радиус диска Эйри
    (R = f/d *1,22 *λ)должен соответствовать этому значению. Длину волны
    λ берем для максимальной чувствительности человеческого глаза (550нм.). f/d - относительное отверстие.Подставляя в формулу радиуса диска Эйри, находим : отн.отв. = 0.005мм/ 1.22* 550нм = 8. В данном аппарате дифракция начинает сказывать только при диафрагме более 8. Это, конечно, не относится художественной фотографии.
    Владимир В.


    • Орлов Сергей 19 Февраля 2018 - 12:03:09

      Спасибо, подсчитаю у себя!


  • Леонид (anonimus) 12 Марта 2017 - 15:31:43

    Формула расчёта радиуса диска Эйри: r=1,22λf/D. Из неё, вроде, следует, что размер дифракционного пятна зависит не только от значения диафрагмы, но и от длины волны и фокусного расстояния.


  • fotoprazdnik73 29 Октября 2016 - 06:35:04

    Замечательная статья, спасибо Вам Евгений! И сайт 5+!!!!!!!


  • МагомедМГ 3 Мая 2016 - 11:17:52

    Спасибо, с удовольствием читаю ваш сайт...


  • СанСаныч 20 Марта 2016 - 18:23:29

    еще бы ссылки на эти онлайн-калькуляторы...не пойму как посчитать глубину резкости...


  • Arevil 23 Февраля 2016 - 03:44:09

    Вот в этом объяснении есть некий подвох.
    Применительно к художественной фотографии эта методика не совсем верна.
    Дело в то,что это верно для пересъемки репродукций,чертежей или текста лежащих на плоскости но не совсем годится для съемки того же портрета или объема с предметами по разной глубине сцены.
    И в реальности закрытая диафрагма дает более четкую картинку за счет большей ГРИП.


  • Anya Vasilevich 7 Декабря 2015 - 12:48:46

    очень полезная статья, спасибо. Про дифракцию в инструкции к фотоаппарату ни слова))))


  • Ирина Гойда 23 Октября 2014 - 14:55:59

    Да, уж... ищи баланс...
    И зачем тогда f1.8 и f22 (у меня такой максимум и минимум) нужны и ISO 12800?..


    • Волкова Александра 25 Марта 2015 - 03:27:31

      И у меня такой же вопрос возник...


      • Евгений Карташов 25 Марта 2015 - 11:53:58

        Никто не говорит, что эти диафрагмы нельзя использовать. Просто нужно знать, с чем вы столкнетесь в этом случае, чтобы некоторое ухудшение резкости изображения не было для вас неожиданностью.


  • mischa lishchuk 7 Августа 2014 - 22:04:27

    Спасибо


  • leskalex 29 Января 2013 - 15:02:20

    Очень доступно, статья отличная!


  • Юрий Криливец 15 Сентября 2012 - 21:01:59

    Очень интересно! Спасибо


  • Lavalet 14 Сентября 2012 - 17:54:07

    Спасибо, статья классная.


  • Ольга Витальевна 4 Сентября 2012 - 16:16:54

    Благодарю за столь качественную информацию!!! Удачи Вам во всём Евгений!!!


  • Irinka 30 Августа 2012 - 09:47:37

    Спасибо, Евгений!


  • Артур Гречкосеев 23 Августа 2012 - 19:24:30

    Спасибо огромное! Очень познавательно, я даже не задумывался об этих вещах.
    Еще раз спасибо, за поддержание этого сайта, очень много действительно полезного.


  • MrSnik 22 Августа 2012 - 12:56:09

    Как влияет размер матрицы на эти расчеты?


    • Евгений Карташов 22 Августа 2012 - 13:27:40

      Ниже ссылка есть. Строго говоря, ГРИП не зависит от размера матрицы,а определяется только диафрагмой и фокусным расстоянием. Просто на кропе часть картинки обрезается, поэтому происходит как бы изменение ГРИП.


    • Evin69 10 Мая 2013 - 16:43:16

      http://vladimirmedvedev.com/dpi.html


      • Arevil 11 Марта 2014 - 13:49:34

        К стати очень зря вы приводите в качестве примера этого господина(В Медведев)
        Человек не может понять,что ГРИПП у него меняется не из за размера матрицы а от того,что меняется дистанция до объекта съемки.
        Я считаю что этот господин на пару с Афанасенко наносят реальный вред постя свои статьи.про ЭФР.ШИСО и пр глупость(шизо,хочется сказать),вводя новичков в заблуждение.


  • Вова 22 Августа 2012 - 09:37:37

    Отличная статья кокрас недавно возник вопрос про жифракии у меня и я искал ответ в сети но такой понятной статьи не видел!!!


  • Vladimir L. 22 Августа 2012 - 01:16:20

    А по какой формуле можно вычеслить ГРИП?


    • Евгений Карташов 22 Августа 2012 - 01:40:55

      Вот здесь: http://bit.ly/NfbaxQ


      • Игорь Владиславович 7 Февраля 2013 - 04:02:59

        Мне бы такие мозги как у Евгения! Молодец классно всё рассказывает!


Еще уроки из рубрики "Все основы"

Покупка аккумуляторов: что нужно знать?

Доводилось ли вам использовать свою камеру с объективами от стороннего производителя? Предполагаю, что большинство ответит да. Причина этого в том, что на рынке есть много...

Читать дальше →
09/03/2020. Основы — Все основы. Перевод: Алексей Шаповал
12 038
1

Правило эквивалентной экспозиции

Фотоаппарат – восхитительный инструмент. Просто поразительно как одним щелчком затвора можно остановить текущий миг и сохранить его на будущее. Принцип работы фотоаппарата...

Читать дальше →
29/02/2020. Основы — Все основы. Перевод: Алексей Шаповал
24 057
2

Оцифровка фотографий и негативов

У каждой семьи есть своя история, а у каждой истории есть свои фотографии: старые цветные распечатки, винтажные черно-белые фотокарточки, негативы и пленки.

Читать дальше →
17/02/2020. Основы — Все основы. Перевод: Алексей Шаповал
39 931
4

Как развить профессиональный взгляд

Фотография – мощный инструмент визуальной коммуникации. Объектив в какой-то мере можно считать вашим третьим глазом, который позволяет поделиться с миром тем, что видите вы...

Читать дальше →
10/02/2020. Основы — Все основы. Перевод: Алексей Шаповал
16 433
0

Как избежать клише в фотографии

Мир современной пейзажной фотографии весьма сложный. Кажется, будто достаточно иметь камеру, несколько объективов, штатив, фильтры, карту и отличную идею в голове, но в реальности все...

Читать дальше →
05/09/2019. Основы — Все основы. Перевод: Алексей Шаповал
15 015
1

Как подзаработать фотографу (не профи)

Существует миф, будто фотографы разделяются на две категории – те, для кого это просто хобби и профессионалы, которые зарабатывают деньги. На самом деле многие находятся в...

Читать дальше →
12/08/2019. Основы — Все основы. Перевод: Алексей Шаповал
19 163
2

Наверх
Орфографическая ошибка в тексте:
своими руками В этом уроке рассказывается, как сделать складной софтбокс размером 40х40 см, который похож на

Послать сообщение об ошибке администратору? Ваш браузер останется на той же странице.

Ваше сообщение отправлено. Спасибо!

Окно закроется автоматически через 3 секунды