Mélységélesség

Mélységélesség ( DOF ), mélységélesség - a lencse optikai tengelye mentén az objektumok terében lévő két sík közötti távolság, amelyen belül a tárgyak szubjektíven élesen jelennek meg a konjugált fókuszsíkban [1] . Ez közvetlenül függ az optikai rendszer legfontosabb jellemzőitől: a fő gyújtótávolságtól és a relatív rekesznyílástól , valamint a fókusztávolságtól . Ebben az esetben csak a tárgytér azonos síkjában elhelyezkedő, a fókusztávolságnak megfelelő objektumok [2] jelennek meg abszolút élesen .

A mindennapi beszédben a mélységélesség fogalmát a rövidebb "mélységélesség" kifejezéssel jelölik. Ez utóbbi azonban az optikában egy másik mennyiséget jelöl, amelyet képtérben mérnek [ 1] . Gyakorlati fotósok és operatőrök általi értékelését nem végzik el, de az alkalmazott területeken fontos szerepet tölt be. Az élesen ábrázolt tér mélységének becslése történhet vizuálisan egy direkt vagy tükörreflexes kamera mattüvegén , valamint egy elektronikus kereső monitorán , vagy a megfelelő skála szerint az objektív hordján és az összeállított táblázatokban. az optikai rendszer kiszámítása [3] .

Mélységélességi kritériumok

A mélységélesség nem abszolút érték, mivel a lencse legkisebb felbontása , valamint a kapott kép megfigyelési feltételei és az emberi látás képességei alapján határozzák meg [4] . Az élesen ábrázolt tér mélységének kritériuma a szórási kör , amely meghaladja az objektív Airy korongjának átmérőjét , mivel figyelembe veszik a fényképészeti emulzió fényszórást , ami csökkenti a felbontást. A tárgy képét alkotó szórási körök mérete viszont a tárgy és a fókuszsík távolságától függ. Minél nagyobb az eltolás a célsíktól, annál nagyobb egy ilyen kör átmérője és annál kisebb a kép élessége. A fókuszsíkon kívül elhelyezkedő objektumok pontjai szubjektíven élesen ábrázolhatók, ha a megfelelő szórási körök átmérője nem haladja meg a küszöbértéket [5] .

Ezt az értéket abból a megfontolásból választották ki, hogy 25 centiméteres legjobb látási távolságból nézve az emberi szem élesnek tekinti a képet, ha a szórási kör kisebb, mint 0,1 mm [6] . A kontaktnyomtatásra szánt nagy formátumú negatívok esetében az átmérőt veszik küszöbértéknek [3] . A nagyításra szánt kis formátumú fotónegatívok 0,03–0,05 mm-es átmérőt tesznek lehetővé, vagyis a keret átlójának 1/1000- ét [7] . A 6×6 cm -es közepes formátumú negatívoknál a szórási kör nem haladhatja meg a 0,075 mm-t. Ezt az értéket közepes méretű, 13×18 és 18×24 cm-es fotónyomatokra számítjuk. Nagyobb nagyításnál a számított mélységélességen belüli objektumok elmosódottnak bizonyulhatnak egy szem számára észrevehetetlen küszöbérték túllépése miatt [ 4] . Ezt azonban ellensúlyozza az a tény, hogy a nagy képeket távolról nézik.

Egy 35 mm -es filmnegatív esetében a szovjet szabványok szerint a diszperziós kör értéke legfeljebb 0,03 mm, 16 mm -nél pedig 0,015 mm [8] . A szélesvásznú filmművészetben ugyanaz a szórási kör számít, mint a szabványos 35 mm -es filmeknél . A diszperziós kör nagyobb méreteit külföldön elfogadták: az USA -ban 0,05 mm (0,002 hüvelyk ) volt a 35 mm-es filmeknél, és 0,025 mm (0,001 hüvelyk) a 16 mm-es filmeknél [8] . Mindezeket az értékeket a kész kép megtekintésének feltételei alapján is számítják, amelyek a nézőtér és a szabványos képernyők méretétől függenek.

Mélységi tényezők

A mélységélesség fordítottan arányos az objektív gyújtótávolságával és egyenesen arányos a rekesznyílás értékével [3] . A zoomobjektívek mélységélessége a gyújtótávolsággal egyidejűleg változik. Ezenkívül a mélységélesség egyenesen arányos az objektív fókusztávolságával. A maximális mélységélesség a végtelenben érhető el, ami a legtöbb objektívnél 15-20 méternél kezdődik. Ellenkezőleg, ha közeli objektumokra célozunk, nagy mélységélesség nehezen érhető el. Ez különösen a makrófotózásnál szembetűnő , amikor az éles képterület a milliméter töredékei is lehetnek még erős rekesznyílás mellett is.

A mélységélességnek a gyújtótávolságtól és a fókusztávolságtól való közvetlen függéseiből egy másik, közvetett függő is következik: a mélységélesség fordítottan arányos a téma fókuszsíkban lévő képének növekedésével , vagyis a skálával amely megjelenik. A nagyítás mind a fényképezett téma megközelítésével, mind pedig hosszabb gyújtótávolságú objektív használatával elérhető , ami mindkét esetben élesen szűkíti a megjelenített területet. Ugyanakkor egy kis növekedés lehetővé teszi nagy mélységélesség elérését.

A gyakorlati fényképezés és filmezés során a mélységélességet gyakran változtatható rekesznyílású rekeszmembránnal szabályozzák . Az objektív rekesznyílása lehetővé teszi a mélységélesség növelését, minden más tényező változatlansága mellett [9] . Kis mélységélesség elérése viszonylag rövid fényképezési távolságokon lehetséges nagy rekesznyílású, nyitott rekesznyílású optikával. Az objektum nagy, 50-100 méteres távolságban történő "elválasztását" a háttértől csak a kifejezetten sportfotózáshoz készült gyors teleobjektívek biztosítják.

Minél nagyobb a negatív (szenzor) formátuma, annál nehezebb azonos képskálán nagy mélységélességet elérni, mivel nagyobb gyújtótávolságú objektívet kell használni. A nagy formátumú fényképezőgépeknél erős rekeszre van szükség ahhoz, hogy a teljes fejet egyszerre élesen megjelenítő portrét kapjanak, míg a kis formátumú negatívon ez még közepes rekeszértékekkel is elérhető. A miniatűr CCD érzékelővel ellátott videokamerák hatalmas mélységélességet biztosítanak még közeli felvételeknél is. A jelenséget az magyarázza, hogy egy bizonyos látószögű kép elkészítéséhez szükséges gyújtótávolság függ a keretablak méretétől. A keret méretének csökkentése, hogy ugyanazon téma képével töltse fel, lehetővé teszi rövidebb gyújtótávolságú objektív használatát.

Ezért ugyanarról a tárgyról készült két kép, amelyeket különböző formátumú, azonos léptékű, azonos távolságból, az objektívek azonos relatív rekesznyílásával készített fényképezőgépek különböző mélységélességűek. A kisebb keretmérettel rendelkező fényképezőgép nagyobb mélységélességet biztosít, mivel rövidebb gyújtótávolságú objektívet használnak ugyanazon zoom eléréséhez.

Kameramozgások hatása

A mélységélesség függésének leírt elvei csak akkor érvényesek, ha az objektív optikai tengelye szigorúan merőleges a fényképészeti anyag vagy mátrix síkjára. A tengely eltolódások hatására bekövetkező dőlése az éles kép síkja és a keretablak közötti eltérés miatt megváltoztatja az élességeloszlás képét. Ez egyaránt használható a megjelenített képterület éles kiterjesztésére és mesterséges szűkítésére [10] .

A mélységélesség eltolásokkal történő szabályozásának képessége jellemző a gimbal kamerákra és a tilt-shift objektívvel felszerelt kamerákra . A Scheimpflug elvnek való megfelelés lehetővé teszi a különböző távolságra lévő tárgyak éles megjelenítését lencse írisz nélkül [11] . A mélységélesség azonban nem növekszik, hanem a megjelenített térrész élesen elmozdul. A zónán kívüli objektumok elmosódottnak tűnnek, még akkor is, ha ugyanolyan távolságra vannak, mint az élesek. Az optikai tengely megdöntése a távoli tájak kis mélységélességének hatását kelti, általában élesen a kép teljes mezőjében. Ennek eredményeként a nagy tárgyak szubjektíven miniatűrnek tűnnek, hasonlóan egy modellhez vagy játékhoz [12] .

A digitális fényképezés jellemzői

A legtöbb cserélhető fényképészeti objektív keretére nyomtatott mélységélességi skálákat fényképészeti filmre számítják ki , amelynek emulziója fényszórással csökkenti a kép élességét. A fotomátrixok sokkal kisebb mértékben befolyásolják a felbontást, lehetővé téve a modern digitális tükörreflexes fényképezőgépeknél használt optika képességeinek jobb kihasználását . A legújabb DSLR objektívekre vonatkozó szabványok másfélszer szigorúbbak, és egy olyan zavarkörön alapulnak, amely egy teljes képkocka érzékelő átlójának 1/1500-a, azaz 28 mikrométer [13] . Az ilyen skálák által meghatározott mélységélesség teljesen összhangban van a legnépszerűbb, 10 × 15 cm-es fotónyomtatási formátummal. Nagyobb képek és számítógép- monitoron lévő képek esetén ez túlbecsültnek bizonyul, mivel a modern érzékelők nagyobb felbontást biztosítanak, mint a filmek [13] . Az ilyen méretarányok közötti eltérés még nagyobb mértékben megmutatkozik csökkentett méretű APS-C és Nikon DX fotomátrixok használatakor . A modern technikai lehetőségek figyelembevétele érdekében alternatív mélységélesség- kalkulátorok használhatók, a mátrix pixel mérete alapján számítva [14] .

A digitális fényképezés technikája lehetővé teszi a mélységélesség jelentős növelését több, az objektív különböző fókusztávolságával készített fénykép kombinálásával ( fókuszsorozat ). A speciális számítógépes alkalmazások lehetővé teszik a változó fókuszú képek „összeragasztását” [15] [16] [17] . Ezt a  technikát ún A fókuszhalmozás széles körben elterjedt az alkalmazott tudományos fotózásban, elsősorban a makro- és mikrofotózásban , mivel csak álló tárgyak fényképezésére alkalmas. A fénymezős kamera legújabb technológiája lehetővé teszi a fókusztávolság és a kép mélységélességének beállítását már a fotózás után szoftveres módszerekkel [18] .

A legújabb Nokia okostelefonokat 2013 óta a mélységélesség szabályozására képes beépített kamerával szerelték fel, amely a „Refocus” kereskedelmi nevet kapta [19] . Ebben az esetben a fókuszt a fényképezés után lehet változtatni, ami különösen hatásos a nagy mélységű jeleneteknél.

IPIG számítás

Az élesen ábrázolt tér elülső és hátsó határa a [8] képletekkel határozható meg :

; ,

ahol

 - távolság az élesen ábrázolt tér elülső határától;  - fókusztávolság;  - távolság az élesen ábrázolt tér hátsó határától;  - az objektív hátsó fő fókusztávolsága méterben;  - a lencse geometriai relatív rekesznyílásának nevezője vagy f-száma ;  - az összetévesztési kör átmérője vagy a megengedett szórási kör átmérője, 24 × 36 mm formátumú negatívok esetén 0,03-0,05 mm (a képletben a méterben megadott érték behelyettesítésre kerül).

Az értékek , , a kamera fókuszsíkjától számítva (ahol a fényképészeti anyag vagy a fotomátrix található). A mélységélességet a hátsó és az elülső mező széle közötti különbség határozza meg:

Hiperfokális távolság

Azt a távolságot, amelyre az objektív fókuszál, amikor a látómező hátsó széle a "végtelenben" van egy adott geometriai relatív rekesznyílás mellett, "hiperfokálisnak" [20] [21] [22] [3] nevezzük . A hiperfokális távolság fogalma fontos a gyakorlati fényképezésben és filmezésben, mert a lehető legnagyobb mélységélességet biztosítja a végtelentől a fókusztávolság feléig.

Ha rövidfókuszú optikával tájképeket készít, akkor a legjobb élességet akkor éri el, ha az objektív nem a végtelenbe, hanem hiperfókusztávolságra fókuszál. Leegyszerűsítve ezt úgy érjük el, hogy a fókuszskála „végtelen” szimbólumát kombináljuk a mélységélesség skála aktuális rekesznyílásának megfelelő felosztásával [23] . Ekkor az élesen leképezett tér elülső határa a hiperfokális távolság felével egyenlő távolságra lesz [22] . Ha a tárgyak fényképezése ennél a távolságnál nincs közelebb, a képen a teljes ábrázolt tér gyakorlatilag éles lesz, figyelembe véve a szórási kör méretét. A legtöbb nagylátószögű objektív kis formátumú fényképezőgépekhez és 35 mm - es mozi kamerákhoz hiperfokális távolságra fókuszálva szinte bármilyen távolságból éles tárgyakat jelenít meg. A hatékony autofókuszrendszerek megjelenése előtt ezt a jelenséget riport- és sportlövészetben használták, amikor nem volt elég idő a pontos élességállításra.

A kis keretmérettel és rövid hatótávolságú objektívekkel rendelkező kompakt eszközök, például webkamerák , akciókamerák , kamerás telefonok és biztonsági kamerák gyakran nem igényelnek fókuszálást a fixfókuszú lencsék hiperfokális távolságra történő rögzítésével. Ugyanez vonatkozik a legegyszerűbb fényképezőgépekre és filmkamerákra is. Az egyes objektívek hiperfókusztávolsága egyedi, és az aktuális f-számtól függ . A képlet szerint számítva:

[21] ,

ahol

 — hiperfokális távolság;  - gyújtótávolság ;  a relatív rekesznyílás nevezője;  a szórási kör átmérője.

A gyakorlati számításokhoz egyszerűsített képletet használhat:

A gyakorlatban a szignifikáns számadatokat elegendő 1-2 pontossággal kiszámítani, mivel a szórási kör átmérőjét általában ugyanolyan pontossággal adják meg. Az értékek világosabbá és könnyebben megjegyezhetővé válnak, ha standard f-számokra kerekítik őket (a nevezővel való exponenciális számok közelítésére ). A fenti táblázatban a hiperfokális távolságok egy körülbelül 0,02 mm-es diszperziós átmérőjű körnek felelnek meg egy 24×36 mm-es kereten.

Fókusztávolság
,
mm 		Hiperfokális távolság, m, rekesznyílásnál
f/2 f/2.8 f/4 f/5.6 f/8 f/11 f/16
tizennyolc nyolc 5.6 négy 2.8 2 1.4 egy
24 16 tizenegy nyolc 5.6 négy 2.8 2
35 32 22 16 tizenegy nyolc 5.6 négy
ötven 65 45 32 22 16 tizenegy nyolc
70 130 90 65 45 32 22 16
100 250 180 130 90 65 45 32

A végtelen fényképezésénél a hiperfokális távolság használata leegyszerűsíti az élesen leképezett tér határainak kiszámítására szolgáló képleteket [24] :

; ,

ahol

 - az élesen ábrázolt tér elülső határa;  - a távolság, amelyen belül a fókuszálást végrehajtják;  - az élesen ábrázolt tér hátsó határa.

A képletekből az következik, hogy az élességi zóna hossza a célzási síktól az élesség hátsó széléig terjed, mint a célzás síkjától az élesség elülső éléig. Tehát, ha az objektívet H / 2 távolságra fókuszálja , az élességi zóna hossza H / 3 és H között lesz, ha H / 3 -ra fókuszál  - H / 4 - H / 2 és így tovább.

A célzási sík meghatározásához adott első és hátsó élességhatárokhoz használja a következő képletet:

A mélységélesség gyakorlati jelentősége

A részletek pontos megjelenítéséhez szükséges nagy mélységélesség nem mindig tekinthető előnynek a képen. A fő téma éles kiemelését a művészi fényképezésben és moziban hagyományosan kifejező eszközként használják, a tonális és lineáris perspektíva mellett [25] .

A klasszikus, nagy képkockás fotó- és filmkamerákra jellemző a kis mélységélesség, ami lehetővé teszi ennek a technikának a hatékony alkalmazását. Ebben a tekintetben különösen kényelmesek a teljes képkockás digitális tükörreflexes fényképezőgépek és a Super-35 formátumú digitális mozigépek . A speciális portréobjektívek a teleobjektívek csoportjába tartoznak, és kis mélységélességgel rendelkeznek. Éppen ellenkezőleg, a technológia miniatürizálását és a mobilográfia elterjedését a mélységélesség növelésének tendenciája jellemzi, amely rövid gyújtótávolság mellett is könnyen elérhető. Ez lehetővé teszi, hogy a legtöbb ilyen eszköz élességállítás nélkül működjön, de hatással van a kép esztétikájára , és nincs hangerő.

A mélységélesség szimulációját gyakran használják 3D-s grafikákban és számítógépes játékokban , hogy a képnek valódi "optikai" megjelenést adjon. Ezenkívül segít a játékos figyelmét a fő tárgyra vagy karakterre összpontosítani. A speciális oldalakon ezt a hatást a "mélységélesség" kifejezés angol megfelelőjének szokták nevezni - Depth of Field, DOF [26] .

Ugyanakkor a modern filmművészet, amely a 3D-s technológiák mindenütt elterjedtsége miatt a szórakoztatás növekedésének irányába fejlődik, hajlamos lemondani az olyan kifejező eszközökről, mint az éles kiemelés kis mélységében. A hangerő átvitelét a sztereó moziban más módon érik el, amely nem igényel "klasszikus" kifejezőeszközöket. Ez a megközelítés megnehezíti az összetett jelenetek rendezését, például a „ Sztálingrád ” film forgatásánál a legújabb IMAX 3D technológiával, amikor a képet azzal az elvárással forgatták, hogy a teljes képkocka maximális mélységélességét elérjék [27] . A fantasztikus " Avatar " [ 28 ] képe is hasonló módon készült . A modern kameraiskola abból a tényből fakad, hogy a nagy mélységélesség lehetővé teszi a háromdimenziós képek előnyeinek teljes kihasználását és a jelenlét hatásának növelését. .

A hagyományos "lapos" filmezésben az operatőrök előszeretettel használnak viszonylag hosszú fókuszú filmlencséket, amelyek lehetővé teszik a téma éles kiemelését. . A kis szenzoros kompakt videokamerák a DOF adapterek segítségével egy köztes képpel teljesen ki tudják használni az ilyen optika keretét.

Lásd még

Források

  1. ↑ 1 2 Fotokinotechnika, 1981 , p. 64.
  2. ↑ Általános fotós tanfolyam, 1987 , p. 23.
  3. ↑ 1 2 3 4 A fényképezés általános kurzusa, 1987 , p. 24.
  4. ↑ 1 2 Mélységélesség . Lencsék . Zenith kamera. Letöltve: 2014. július 7. Az eredetiből archiválva : 2014. július 14.
  5. ↑ Volosov, 1978 , p. 65.
  6. ↑ Optikai-mechanikai ipar, 1961 , p. 9.
  7. ↑ Rövid útmutató amatőr fotósoknak, 1985 , p. 37.
  8. ↑ 1 2 3 Gordiychuk, 1979 , p. 156.
  9. ↑ Hedgecoe, 2004 , p. 16.
  10. ↑ Tilt/Shift: Mélységélesség szabályozása . Cambridge színben . Letöltve: 2013. április 15. Az eredetiből archiválva : 2013. április 22..
  11. ↑ D. Korn. formátumú kamerák. vége . Cikkek a fényképészeti berendezésekről . Photomaster DCS. Letöltve: 2014. május 1. Az eredetiből archiválva : 2013. január 18..
  12. ↑ Billenő adapterek . Cikkek . Fotorox. Letöltve: 2014. április 24. Az eredetiből archiválva : 2014. április 27..
  13. ↑ 1 2 Vlagyimir Medvegyev. A zavar köre. Új megjelenés (a link nem elérhető) . Cikkek . Személyes blog. Hozzáférés időpontja: 2014. január 26. Az eredetiből archiválva : 2013. július 6. 
  14. ↑ Új mélységélesség kalkulátor (nem elérhető link) . Medvegyev. Letöltve: 2014. július 4. Az eredetiből archiválva : 2014. november 15.. 
  15. ↑ ImageFocus Stacking szoftver  (angol)  (downlink) . CMOS kamerák . "Euromex" holland mikroszkópok. Letöltve: 2014. július 5. Az eredetiből archiválva : 2014. június 29.
  16. ↑ Kiterjesztett mélységélesség  . demók . Orvosbiológiai képalkotó csoport. Hozzáférés időpontja: 2014. július 5. Az eredetiből archiválva : 2014. június 26.
  17. ↑ Focus Stacking szoftvermodul QuickPHOTO  programokhoz . Mélyfókusz modul . Promicra. Letöltve: 2014. július 5. Az eredetiből archiválva : 2017. december 23..
  18. ↑ ANNE STREHLOW. Informatikusok létrehoznak egy „fénymező kamerát ” , amely száműzi a homályos fényképeket  . Stanford News (2005. november 3.). Hozzáférés dátuma: 2014. július 5. Az eredetiből archiválva : 2014. július 14.
  19. ↑ Brad Molen. Nokia fényképezőgép és újrafókuszált objektív  . Nokia Lumia 1520 értékelés . Engadget. Letöltve: 2014. július 5. Az eredetiből archiválva : 2014. január 12..
  20. ↑ Fotokinotechnika, 1981 , p. 63.
  21. ↑ 1 2 Gordiychuk, 1979 , p. 157.
  22. ↑ 1 2 Volosov, 1978 , p. 67.
  23. ↑ Rövid útmutató amatőr fotósoknak, 1985 , p. 39.
  24. ↑ Gordiychuk, 1979 , p. 158.
  25. ↑ Mit jelent a mélységélesség a fotózásban? . "Pro fotó". Letöltve: 2012. március 6. Az eredetiből archiválva : 2012. május 27..
  26. ↑ Joe Demers. 23. fejezet. Mélységélesség: A  technikák felmérése . NVIDIA fejlesztői zóna. Letöltve: 2012. március 6. Az eredetiből archiválva : 2012. május 27..
  27. ↑ MediaVision, 2013 , p. tizennyolc.
  28. ↑ Avatar. 3D IMAX . LiveJournal (2009. december 30.). Letöltve: 2014. július 6. Az eredetiből archiválva : 2010. január 22.

Irodalom

Linkek

  Ugrás a Wikidata elemre  Szótárak és enciklopédiák
Bibliográfiai katalógusokban