Hĺbka ostrosti

Záložky:


- Trocha matematiky
- Predné a zadné pásmo hĺbky ostrosti
- Hĺbka ostrosti a ohnisková vzdialenosť
- Hĺbka ostrosti a clonové číslo
- Hĺbka ostrosti a zobrazovaný formát
- Hĺbka ostrosti a citlivosť filmu
- Hĺbka ostrosti a digitálna fotografia
- Softvérová zmena hĺbky ostrosti
- Záver


 

Jedným z tvorivých fotografických prístupov je uvedomelá práca s ostrosťou fotografického snímku. Na jednej strane je to ostrosť (alebo skôr neostrosť) pohybová, na strane druhej vzťah medzi predmetom a pozadím snímku. V niektorých prípadoch je nutné zobraziť pozadie ostro, v iných prípadoch je ho nutné potlačiť, obrazovo zjednodušiť. O jednotlivých zákonitostiach ostrosti snímku hovorí tento článok.

Zdravé ľudské oko pri sledovaní reality pojem neostrého zobrazenia nepozná. Automaticky totiž funguje zaostrenie oka na sledovaný objekt a rozostrenie okolitých objektov, ktoré nie sú centrom pozornosti mnohokrát ani nevnímame a ak áno, tak iba periférne.

Iná situácia nastane, ak na pozorovanie použijeme nejakú pomocnú optickú sústavu, napr. mikroskop, ďalekohľad, alebo fotoaparát. V tomto prípade si už uvedomíme, že časť obrazu je ostrá, iná neostrá a zmenu z ostrého zobrazenia na neostré je možné urobiť zaostrením optickej sústavy.

Z teórie vyplýva, že ak objektív fotoaparátu zaostríme na určitú vzdialenosť, bude zobrazený predmet maximálne ostrý, ak sa bude nachádzať práve v tejto vzdialenosti. Prax však ukazuje, že ak bude predmet o málo bližšie, alebo ďalej, na výslednej ostrosti zobrazenia sa to nijako neprejaví. Dôvodom je umiestnenie predmetu v pásme hĺbky ostrosti.

Pri presnom zaostrení sa bod zobrazí v rovine zobrazenia (v našom prípade rovina snímača) ako bod. Ak sa však bod pohne smerom ďalej, alebo bližšie k fotoaparátu a obrazová vzdialenosť sa nezmení (to znamená, že objektív nepreostríme), jeho zobrazenie v rovine zobrazenia nebude predstavovať bod, ale kruh. Zjednodušená situácia zobrazenia jednoduchou šošovkou je obr. 1. Vzdialenosť predmetu od stredu šošovky je predmetová vzdialenosť s, vzdialenosť roviny zobrazenia od stredu šošovky je obrazová vzdialenosť d.
Pre zobrazenie platí Gaussov vzťah  Gaussov-vztah, kde f je ohnisková vzdialenosť objektívu. Pri reálnych optických sústavách zložených z viacerých šošoviek je situácia zložitejšia, predmetová a obrazová vzdialenosť sa vzťahujú na tzv. hlavný bod objektívu a detailnejší popis by presiahol rámec tohto článku. Podobne sa v článku uvažuje, že rovina zobrazenia je rovnobežná s predmetovou rovinou. V prípade, že by táto podmienka splnená nebola rozloženie pásiem hĺbky ostrosti by bolo odlišné.

Obr. 1 Princíp zobrazenia jednoduchou šošovkous-predmetová vzdialenosť, d-obrazová vzdialenosť, f-ohnisková vzdialenosť, ap-predná hranica hĺbky ostrosti, az-zadná hranica hĺbky ostrosti, a-vzdialenosť predmetu od roviny zobrazenia, z-priemer rozptylového krúžku, c-clonové číslo

Obr. 1 Princíp zobrazenia jednoduchou šošovkous-predmetová vzdialenosť, d-obrazová vzdialenosť, f-ohnisková vzdialenosť, ap-predná hranica hĺbky ostrosti, az-zadná hranica hĺbky ostrosti, a-vzdialenosť predmetu od roviny zobrazenia, z-priemer rozptylového krúžku, c-clonové číslo

Mieru, do akej môže z bodu vzniknúť kruh, ktorý ľudské oko vníma ešte stále ako bod určujeme hodnotou veľkosti rozptylového krúžku. Inými slovami, rozptylový krúžok udáva, akú neostrosť sme ešte ochotní považovať za prijateľnú. Najväčšia predmetová vzdialenosť pre danú veľkosť rozptylového krúžku je potom vzdialenosť zadnej hranice hĺbky ostrej kresby (z pohľadu fotografa najďalej), najmenšia predmetová vzdialenosť pre danú veľkosť rozptylového krúžku je vzdialenosť prednej hranice hĺbky ostrej kresby (z pohľadu fotografa najbližšie). Ako vidieť z obr. 1, na veľkosť rozptylového krúžku bude vplývať i veľkosť clony c.

Ľudské oko dokáže rozlíšiť vo dne asi 1 oblúkovú minútu, čo znamená, že môže od seba odlíšiť 2 body ležiace od seba 0,1 mm pri pozorovaní zo vzdialenosti 30 cm. Ak sú body bližšie, oko ich už vníma ako jeden bod. Bežná pozorovacia vzdialenosť je asi 1 až 1,5 násobkom uhlopriečky obrazu. To znamená, že uhlopriečka obrazu musí byť 30/1,5=20 cm, z čoho zasa vyplýva, že pri pomere strán 3:2 (snímač APS-C alebo full frame, resp. kinofilm) vychádza zodpovedajúci formát fotografie približne 16,5 x 11 cm. Veľkosť rozptylového krúžku na takejto fotografii by mala teda byť 0,1 mm. Ak dodržíme pozorovaciu vzdialenosť 1,5 násobok uhlopriečky, zväčšovaním na väčší formát bude rásť dovolený priemer rozptylového krúžku. Napr. pri fotografii formátu 30×45 cm bude zväčšenie oproti predchádzajúcej rovné 45 cm/16,5 cm=2,73x a analogicky sa zväčší 2,73x i priemer rozptylového krúžku, t. j. 2,73ּ0,1 mm=0,27 mm. Pozorovacia vzdialenosť však musí byť rovná 1,5 násobku uhlopriečky formátu 30 x 45 cm (uhlopriečka je 54 cm), t. j. 81 cm. A aký je dovolený priemer rozptylového krúžku na negatíve? Musí byť toľkonásobne menší, koľkokrát je menší pôvodný formát, na ktorý fotografujeme. Ak sa jedná napr. o kinofilm a hodláme z neho vyhotoviť fotografiu o rozmeroch 30×45 cm, musíme ho lineárne zväčšiť 12,5x. Ak na pozitíve požadujeme veľkosť rozptylového krúžku 0,28 mm, potom na negatíve musí byť jeho veľkosť 0,28mm/12,5=0,022 mm. Ak budeme fotografovať na stredný, alebo veľký formát, finálne zväčšenie bude menšie a dovolená veľkosť rozptylového krúžku na negatíve sa bude úmerne zväčšovať.

Odporúčaná veľkosť rozptylového krúžku sa vo fotografickej praxi často krát vyjadruje zlomkom ohniskovej vzdialenosti použitého objektívu, napr. f/2500, alebo f/1750, čo pre prvý prípad a objektív s ohniskovou vzdialenosťou 50 mm dáva priemer rozptylového krúžku 50/2500=0,02 mm.

Aby bolo možné s hĺbkou ostrosti tvorivo pracovať, potrebujeme vedieť, od čoho hĺbka ostrosti závisí a v akom vzťahu jednotlivé veličiny sú.

Trocha matematiky

Pre výpočet hĺbky ostrosti sa v literatúre uvádza viacero vzťahov. Najčastejšie uvádzanými vzťahmi sú vzorce pre výpočet prednej a zadnej hranice hĺbky ostrej kresby (ap, az) pri známej vzdialenosti predmetu od roviny zobrazenia a, známej predmetovej vzdialenosti s, ohniskovej vzdialenosti f, clonovom čísle c a rozptylovom krúžku z:

001    (1.1)                   002     (1.2)

Pre väčšinu prípadov (obrazová vzdialenosť d objektívu je malá v porovnaní so vzdialenosťou predmetu od roviny zobrazenia a) je možné považovať predmetovú vzdialenosť a za rovnakú so vzdialenosťou predmetu od roviny zobrazenia s, teda a=s. Pri tomto zjednodušení sa vyhneme exaktnému stanoveniu predmetovej vzdialenosti (museli by sme totiž poznať hlavný bod objektívu) a za predmetovú vzdialenosť budeme považovať vo všetkých ďalších vzťahoch vzdialenosť predmetu od roviny zobrazenia (snímača). Vzťahy (1) a (2) tak nadobudnú tvar:

003    (2.1)             004    (2.2)

Veľkosť clonového čísla je bezrozmerná jednotka, ostatné hodnoty treba dosadiť do vzťahov (2.1 a 2.2) v rovnakých jednotkách (napr. mm, cm, alebo m).

Uveďme si príklad výpočtu. Objektív s ohniskovou vzdialenosťou f=50 mm zaostríme na vzdialenosť a=2 m. Veľkosť rozptylového krúžku na fotografii veľkosti 18×24 cm požadujeme napr. 0,1 mm. Z toho vyplýva, že obraz z plnoformátového snímača, alebo z kinofilmu musíme lineárne zväčšiť 24 cm/3,6 cm=6,7 krát. Rozptylový krúžok na negatíve musí byť potom analogicky 6,7 krát menší ako na pozitíve, t. j. 0,1 mm/6,7=0,0149 mm, zaokrúhlene 0,015 mm. Teda z=0,015 mm. Zostáva zvoliť clonové číslo, dajme tomu že budeme fotografovať pri clone 8, teda c=8. Aká bude predná ap a zadná az hranica ostrej kresby? Ak všetky dĺžkové miery dosadíme v metroch, potom:

005   (2.3)

006   (2.4)

To znamená, že ostro budú zobrazené predmety vo vzdialenosti od 1,83 m do 2,21 m. Ak by sme zmenili ohniskovú vzdialenosť objektívu, clonové číslo, alebo veľkosť rozptylového krúžku, zmení sa i rozsah ostrého zobrazenia.

V prípade, že bude menovateľ vzťahu (2) pre výpočet az nulový, alebo záporný, pokladá sa zadná hranica ostrej kresby za nekonečno. To znamená, že ostrá kresba sa dosiahne od prednej hranice ostrej kresby ap po nekonečno.

V tejto súvislosti je vhodné spomenúť ďalší pojem, ktorým je hyperfokálna vzdialenosť H. Je to taká vzdialenosť zaostrenia objektívu, že pre danú ohniskovú vzdialenosť objektívu, rozptylový krúžok a clonové číslo dosiahneme ostrú kresbu od polovice tejto vzdialenosti (t. j. H/2) do nekonečna. Hyperfokálnu vzdialenosť je možné určiť podľa vzťahu:

007   (3)

Pre objektív s ohniskovou vzdialenosťou f=35 mm, rozptylový krúžok z=0,05 mm a clonové číslo c=11, bude hyperfokálna vzdialenosť

008   (3.1)

To znamená, že ostrá kresba bude v rozsahu 2,23 m/2=1,115 m po nekonečno.

Na tomto princípe sú založené jednoduché fotoaparáty typu fix focus (čo sa dá voľne preložiť ako pevné zaostrenie), ktoré nepoužívajú na zaostrenie autofokusový systém, ale využívajú objektív s kratšou ohniskovou vzdialenosťou a malou svetelnosťou na dosiahnutie krátkej hyperfokálnej vzdialenosti a tým i širokú hĺbku ostrosti. Iné využitie hyperfokálnej vzdialenosti sa ponúka pri fotografovaní akčných snímok, kedy nie je čas na zaostrovanie (najmä pri fotoaparátoch s manuálnym zaostrovaním).

Aj pomocou hyperfokálnej vzdialenosti je možné vypočítať prednú i zadnú hranicu ostrej kresby:

009   (4)                      010    (5)

Staršie typy manuálne zaostrovaných objektívov mali oproti stupnici zaostrenia vzdialenosti ap a az vyznačené, a to dokonca pre viacero clonových čísel (obr. 2). To umožňovalo fotografovi tvorivo pracovať s hĺbkou ostrosti, napr. pootočiť zaostrovacím krúžkom so značkou nekonečna oproti vzdialenosti az pre príslušnú clonu a objekt v popredí situovať do vzdialenosti určenou čiarkou pre ap. Máloktorý výrobca však uvádzal pre aké hodnoty rozptylového krúžku sú tieto vzdialenosti vyznačené, a tak bolo treba určitých praktických skúseností.

S príchodom objektívov s premenlivou ohniskovou vzdialenosťou (zoom objektívy) bolo potrebné na objektív vyznačiť vzdialenosti apaz pre všetky ohniskové vzdialenosti. Spojnica týchto bodov tak tvorila krivku, ktorá sa postupne smerom ku kratším ohniskovým vzdialenostiam rozširovala (obr. 3).

Požiadavkou však bolo, aby k zmene ohniskovej vzdialenosti objektívu dochádzalo posuvom zaostrovacieho prstenca v smere osi objektívu.

Obr. 2 Vyznačenie hĺbky ostrosti na objektíve s pevnou ohniskovou vzdialenosťou

Obr. 2 Vyznačenie hĺbky ostrosti na objektíve s pevnou ohniskovou vzdialenosťou

účasné moderné zoom objektívy majú zmenu ohniskovej vzdialenosti riešenú prevažne rotačným spôsobom. Tento spôsob riešenia vylučuje vyznačenie hraníc hĺbky ostrosti na tubus objektívu. Lacnejšie objektívy dokonca nebývajú vybavené ani stupnicou zaostrenia. Niektoré modely fotoaparátov sú vybavené aspoň tlačidlom kontroly hĺbky ostrosti. Po jeho stlačení dôjde k zacloneniu objektívu na hodnotu nastaveného clonového čísla. Hĺbku ostrosti je tak možné vizuálne skontrolovať v hľadáčiku. Pri použití vyšších clonových čísel však hľadáčik stmavne natoľko, že posúdenie hĺbky ostrosti je problematické. V tomto prípade pomáha aktivovanie funkcie Live View so zapnutou voľbou zosvetlenia obrazu.

Ak však fotoaparát nie je vybavený ani možnosťou zacloniť objektív na pracovnú clonu, nie je na tvorivú prácu s hĺbkou ostrosti určený.

 

image029

Obr. 3 Vyznačenie hĺbky ostrosti na objektíve s posuvne premenlivou ohniskovou vzdialenosťou

Špecialitou firmy Canon je programová expozícia označovaná ako DEP. Pri nej zaostríme najskôr prednú hranicu požadovanej ostrej kresby, potom zadnú a fotoaparát automaticky zaostrí na zodpovedajúcu vzdialenosť a zvolí príslušné clonové číslo, ktorému priradí expozičný čas. Týmto spôsobom máme nad hĺbkou ostrosti totálnu kontrolu. Háčik je však v tom, že výrobca neuvádza (neviem pochopiť prečo), s akou veľkosťou rozptylového krúžku program pra cuje. Problém ma zaujal natoľko, že som sa mu rozhodol pozrieť na zúbok. Zo vzťahov (3), (4) a (5) je možné odvodiť vzťah pre výpočet priemeru rozptylového krúžku v závislosti od vzdialeností prednej  a zadnej hranice hĺbky ostrosti, ohniskovej vzdialenosti objektívu a hodnoty clony, ktorú fotoaparát volí na základe hraníc hĺbky ostrosti. Výsledný vzťah má tvar:

011    (6).

Urobil som sériu meraní pre rôzne vzdialenosti prednej  a zadnej hranice hĺbky ostrosti a rôzne clonové čísla a z vypočítaných hodnôt som urobil aritmetický priemer. A výsledok? Ak je možné zovšeobecniť údaje získané z prístroja Canon EOS 50e na všetky prístroje EOS,  ktoré majú program DEP zabudovaný, potom je možné konštatovať, že veľkosť rozptylového krúžku je približne 0,03 mm.

Ako už bolo uvedené, program DEP počíta clonové číslo a potrebnú predmetovú vzdialenosť na ktorú sa fotoaparát zaostrí. Aby neprišli skrátka tí, ktorých fotoaparát nie je vybavený programom DEP, uvedené vzťahy som upravil tak, aby z nich bolo možné potrebnú clonu a vzdialenosť zaostrenia vypočítať:

012   (7)           013   (8)

Uveďme príklad. Aké clonové číslo je treba zvoliť a na akú vzdialenosť treba zaostriť objektív s ohniskovou vzdialenosťou 50 mm, ak požadujeme ostrú kresbu od 3 do 3,3 m, a uvažujeme s hodnotou rozptylového krúžku z=0,02 mm?

014   (9)

po zaokrúhlení je výsledné clonové číslo 8.

Objektív treba zaostriť do vzdialenosti:

015   (10).

Vzhľadom na zaokrúhlenie clony budú skutočné hranice ostrosti (podľa vzťahov (2.1) a (2.2), alebo (3) až (5)) ap=2,99 m, az=3,31 m.

Novšie prístroje Canon majú namiesto programu DEP zabudovaný program A-DEP, ktorý funguje podobným spôsobom s tým rozdielom, že prístroj určuje najbližší a najvzdialenejší objekt scény na základe údajov zistených všetkými zaostrovacími bodmi. Podľa môjho názoru je to krok späť, pretože to neumožňuje užívateľovi definovať predné a zadné pásmo hĺbky ostrosti keďže zaostrovacie body sú na matnici umiestnené fixne.

Predné a zadné pásmo hĺbky ostrosti

Rozdelenie celého pásma hĺbky ostrosti (rozdiel az-ap) nie je vzhľadom na zaostrenú vzdialenosť rovnomerné, ale závisí od zaostrenej vzdialenosti a hyperfokálnej vzdialenosti (vzťah (3)). Ak zaostrenú vzdialenosť vyjadríme zlomkom hyperfokálnej vzdialenosti, môžeme zostrojiť závislosť predného (a-ap) a zadného (az-a) pásma hĺbky ostrosti od zlomku hyperfokálnej vzdialenosti (obr. 4).

Obr. 4 Rozdelenie prednej a zadnej hranice hĺbky ostrosti v závislosti od vzdialenosti zaostrenia objektívu

Obr. 4 Rozdelenie prednej a zadnej hranice hĺbky ostrosti v závislosti od vzdialenosti zaostrenia objektívu

Z obr. 4 je vidieť, že pri zaostrení na dostatočne blízku vzdialenosť (zhruba do 1/10 hyperfokálnej vzdialenosti) je veľkosť predného a zadného pásma približne rovnaká. S približovaním sa k hyperfokálnej vzdialenosti sa postupne predné pásmo zužuje a zadné rozširuje. Pri zaostrení na polovicu hyperfokálnej vzdialenosti bude predné pásmo už iba ¼ celého pásma hĺbky ostrosti, zatiaľ čo zadné pásmo sa rozšíri na ¾ (75%). Z toho vyplýva, že umiestnenie predmetu do predného pásma ostrej kresby je oveľa kritickejšie pri zaostrovaní na väčšiu vzdialenosť.

Hĺbka ostrosti a ohnisková vzdialenosť

Zo vzťahov uvedených pre výpočet hĺbky ostrosti vyplýva, že jedným z faktorov, na ktorých hĺbka ostrosti závisí je i ohnisková vzdialenosť objektívu. Väčšina odborných publikácií túto skutočnosť uvádza. Našiel som však i informáciu protichodnú. Podľa nej je hĺbka ostrosti na ohniskovej vzdialenosti nezávislá, ale naopak závislá na mierke zobrazenia. Aby bola mierka zobrazenia konštantná, musí byť objektív s kratšou ohniskovou vzdialenosťou k snímanému objektu bližšie a objektív s dlhšou ohniskovou vzdialenosťou ďalej. Na obr. 5, ktorý vznikol na základe už uvedených vzťahov pre výpočet prednej a zadnej hranice hĺbky ostrosti je grafické znázornenie celkovej hĺbky ostrosti (rozdiel medzi zadnou az a prednou ap hranicou hĺbky ostrosti) v závislosti od zaostrenej vzdialenosti a ohniskovej dĺžky objektívu pri clone 5,6.

image043

Obr. 5 Hĺbka ostrosti v závislosti od zaostrenej vzdialenosti a ohniskovej vzdialenosti objektívu pre clonu 5,6

Pre zaostrenú vzdialenosť napr. 10 m je celková hĺbka ostrosti pre objektív 50 mm asi 11 m. Ak použijeme objektív s ohniskovou vzdialenosťou 100 mm a chceme dodržať rovnakú mierku zobrazenia, musíme snímať z dvojnásobnej vzdialenosti, t. j. 20 m. Pre túto vzdialenosť je celková hĺbka ostrosti 9,3 m. Pri teleobjektíve s ohniskovou vzdialenosťou 200 mm, musí byť pre rovnakú mierku zobrazenia vzdialenosť snímania oproti 50 mm objektívu štvornásobná, t. j. 40 m. Celková hĺbka ostrosti sa však zmenší na hodnotu asi 8,9 m. Ako vidieť, pre rovnakú mierku zobrazenia celková hĺbka ostrosti so vzrastajúcim ohniskom klesá. Z obr. 5 je ďalej vidieť a výpočty to potvrdzujú, že rozdiely v celkovej hĺbke ostrosti pre jednotlivé ohniská sú minimálne pri krátkych vzdialenostiach zaostrenia a s predlžujúcou vzdialenosťou zaostrenia sa ďalej zväčšujú. Hĺbka ostrosti od ohniskovej vzdialenosti objektívu teda závisí a táto závislosť je nepriamoúmerná. To znamená, že čím je kratšia ohnisková vzdialenosť, tým je hĺbka ostrosti väčšia.

Objektív fotografického prístroja zobrazuje podľa pravidiel centrálneho premietania- technicky správne. Technicky správna perspektíva však môže pôsobiť na diváka neprirodzene. Preto rozlišujeme dva pojmy a to technická perspektívaperspektívny účinok [2]. Technická perspektíva sa mení so zmenou vzdialenosti od zobrazeného objektu a nie je závislá na ohniskovej vzdialenosti objektívu. Snímok odfotografovaný z rovnakého miesta objektívom s ohniskovou vzdialenosťou napr. 24 a 200 mm je čo sa týka veľkosti zorného poľa rôzny, ale je perspektívne totožný, to znamená že príslušný výrez zo snímku s 24 mm objektívom sa musí kryť s 200 mm objektívom. Perspektívny účinok je zrejmý z obrázkov 6 až 9, ktoré boli vyhotovené snímaním ohniskami 24, 50, 100 a 200 mm z takej vzdialenosti, aby bola veľkosť fotografovaného subjektu na všetkých záberoch rovnaká.

Obr. 6 Ohnisková vzdialenosť 24 mm, clona 8

Obr. 6 Ohnisková vzdialenosť 24 mm, clona 8

Obr. 7 Ohnisková vzdialenosť 50 mm, clona 8

Obr. 7 Ohnisková vzdialenosť 50 mm, clona 8

image049

Obr. 8 Ohnisková vzdialenosť 100 mm, clona 8

image051

Obr. 6 Ohnisková vzdialenosť 200 mm, clona 8

Perspektíva zodpovedajúca týmto vzdialenostiam nezodpovedá navyknutej perspektíve normálneho pohľadu, a preto sa zdá nenormálna. Ak si spomeniete na návštevu výstavy obrazov, určite sa vám vybaví situácia, kedy k malým obrazom pristúpite podvedome bližšie a od väčších odstúpite ďalej. Robíte tak preto, aby ste pozorovali predmet pod navyknutým pozorovacím uhlom, ktorý pokladáte za prirodzený. Tomuto uhlu zodpovedá základný objektív prístroja (jeho ohnisková vzdialenosť je rovná uhlopriečke použitého formátu; pri kinofilme je to 43 mm). Objektív s kratšou ohniskovou vzdialenosťou dovoľuje pristúpiť k predmetu bližšie ako je navyknutá pozorovacia vzdialenosť. Predmet potom chápeme vo veľkosti zodpovedajúcej navyknutej vzdialenosti, ale perspektíva zodpovedá skutočnej–menšej vzdialenosti. Použitím kratšieho ohniska máme dojem, že sa perspektíva snímku rozšíri (obr. 6), pri použití dlhého ohniska, naopak, zúži (obr. 9).
Všimnite si rozdiel medzi postavou v popredí a domom v pozadí. Pri fotografovaní teleobjektívom sa zdá byť dom k postave oveľa bližšie. Tento účinok sa veľmi často využíva v akčných filmoch, kedy hlavný hrdina, v sprievode krásnej a zvodnej hrdinky len o vlások unikne rútiacemu sa vlaku, kamiónu či explodujúcemu domu. V skutočnosti je vzdialenosť medzi hercami a spomenutým kamiónom dostatočne veľká, a tým i bezpečná, ale vďaka použitiu teleobjektívu a dostatočnému zacloneniu sa zdá, ako by im kamión dýchal na chrbát.

Hĺbka ostrosti a clonové číslo

Od clonového čísla závisí hĺbka ostrosti nepochybne. Všeobecne platí, že so zväčšujúcim sa clonovým číslom rastie i hĺbka ostrosti (spomínate si ešte na vyznačenie hraníc hĺbky ostrosti na objektíve pre rôzne clonové čísla?), ale aby to nebolo také jednoduché i tu je jedno obmedzenie. Pri príliš veľkom zaclonení za začne prejavovať ohyb svetla a ostrosť snímku sa začne zmenšovať. Viac podrobností je možné nájsť napr. v [3].
Obrázky 10 až 12 boli fotografované objektívom s ohniskovou vzdialenosťou 100 mm z rovnakej vzdialenosti (1,5 m), ale pri rôznej clone. Obr. 10 pri clone 2,8, obr. 11 pri clone 5,6 a obr. 12 pri clone 11.

image053

Obr. 10 Ohnisková vzdialenosť 100 mm, clona 2,8, vzdialenosť zaostrenia 1,5 m

image055

Obr. 11 Ohnisková vzdialenosť 100 mm, clona 5,6, vzdialenosť zaostrenia 1,5 m

image057

Obr. 12 Ohnisková vzdialenosť 50 mm, clona 11, vzdialenosť zaostrenia 1,5 m

Všimnite si hlavne pozadie snímkov. Zo zväčšujúcim sa zaclonením sa stáva pozadie zreteľnejšie, pretože narastá hĺbka ostrosti snímku.
Ak chceme fotografovaný predmet dostatočne odlíšiť od pozadia použijeme menšie zaclonenie objektívu, alebo dlhšie ohnisko objektívu. Veľmi dobre príde pri kompozícii vhod možnosť zacloniť objektív na pracovnú clonu a vizuálne tak v hľadáčiku prístroja skontrolovať úroveň neostrosti pozadia. Fotoaparát však musí túto funkciu podporovať.
Na tomto mieste je možné spomenúť malý trik, ktorý používajú ľudia nosiaci okuliare. Ak okuliare nemajú, v snahe aby videli ostro podvedome privierajú oči. Tým akoby vo svojich očiach použili „vyššiu clonu“, hĺbka ostrosti sa zväčší a tým i schopnosť rozlíšiť menšie detaily. Alebo si skúste zohnúť ukazovák ku koreňu palca tak, aby medzi prvým a posledným článkom ukazováčika zostal malý otvor. Teraz sa cezeň pozrite. Ak je otvor dostatočne malý, určite zbadáte, že vidíte ostrejšie.

Hĺbka ostrosti a zobrazovaný formát

Perspektívny účinok príslušného ohniska závisí nielen od ohniskovej vzdialenosti objektívu, ale i od formátu filmu. Čo je pre kinofilm teleobjektív, je pre formát 6×9 cm základný objektív a pre veľkoformátové prístroje širokouhlý objektív. V tabuľke 1 je prehľadným spôsobom urobené porovnanie rôznych formátov a pre ne zodpovedajúce ohniskové dĺžky f základných objektívov. Ďalej je stanovený i rozptylový krúžok ako pomer f/1750. Z týchto základných údajov sa potom vypočítala pre príslušný formát i hyperfokálna vzdialenosť pre daný rozptylový krúžok a clonu 8. V poslednom stĺpci je uvedená potrebná clona, s ktorou by sa dosiahla rovnaká hyperfokálna vzdialenosť ako pri kinofilme pri clone 8.

Tab. 1 Vzťahy medzi formátom filmu, hyperfokálnou vzdialenosťou a základnou ohniskovou vzdialenosťou

Tab. 1 Vzťahy medzi formátom filmu, hyperfokálnou vzdialenosťou a základnou ohniskovou vzdialenosťou

Z tab. 1 vyplýva, že so zväčšením formátu filmu sa zväčšuje i hyperfokálna vzdialenosť. To znamená, že pásmo ostrosti od polovice hyperfokálnej vzdialenosti po nekonečno bude užšie. V prípade, že požadujeme rovnakú hyperfokálnu vzdialenosť ako pre kinofilm, je nutné viac zacloniť (napr. pre formát 6×7 cm približne o 2 clony, pri formáte 4×5 palcov dokonca o 4 clony). Tým sa však predĺži expozičný čas, takže statív, alebo stabilizácia obrazu sú nevyhnutnosťou.

Hĺbka ostrosti a citlivosť filmu

Závislosť hĺbky ostrosti od citlivosti filmu sa takmer nikde neuvádza. Dôvodom je obtiažnosť  matematicky vyjadriť vplyv filmovej emulzie napr. na veľkosť rozptylového krúžku. To však neznamená, že uvedená závislosť neexistuje. Vo všeobecnosti sa predpokladá, že za inak rovnakých podmienok objektívy s mäkkou kresbou majú kvôli horšiemu rozlíšeniu detailov väčšiu hĺbku ostrosti ako ostro kresliace objektívy. Analogicky sa usudzovalo, že pri citlivejšom filme s menšou ostrosťou bude odchýlka od ostrého zobrazenia menej kritická, a teda sa získa väčšia hĺbka ostrosti. Praktické skúšky [4], pri ktorých sa porovnávala hĺbka ostrosti scény fotografovanej za rovnakých podmienok, ale na rozdielne materiály (Kodak Ektar 25 a Kodak Gold 400) tieto predpoklady vyvrátili a ukázali, že ostrejší, menej citlivý film (Ektar 25) dosiahol väčšiu hĺbku ostrosti (obr. 13).

Obr. 13 Hĺbka ostrosti fotografie v závislosti od rozlišovacej schopnosti negatívneho materiálu

Obr. 13 Hĺbka ostrosti fotografie v závislosti od rozlišovacej schopnosti negatívneho materiálu

Na obrázku je vyznačená čiara C zodpovedajúca rozlíšeniu zväčšeniny 10 čiar/mm. Pri zaostrení na vzdialenosť 3 m (fotografovalo sa objektívom s ohniskovou vzdialenosťou 50 mm pri clone 2,8) sa pre Ektar 25 dosiahla ostrá kresba v rozsahu od 2,74 m do 3,51 m, pri Kodaku Gold 400 od 2,9 m do 3,35 m. Pri digitálnych fotoaparátoch môže vyššia citlivosť pri zapnutej redukcii šumu spôsobovať stratu detailov čo môže navodzovať ilúziu menšej hĺbky ostrosti.

Hĺbka ostrosti a digitálna fotografia

Vieme už, že dovolená veľkosť rozptylového krúžku so zväčšujúcim sa formátom rastie a naopak, so zmenšujúcim sa formátom klesá. Súčasné digitálne prístroje majú však zobrazovací prvok menší, ako je rozmer kinofilmového políčka, a tak bude i prípustný rozptylový krúžok menší. Uhlopriečky v súčasnosti používaných snímačov sa pohybujú od 1/3” po 2/3” a ich pomer strán je najčastejšie 5:4
(pri kinofilme a digitálnych zrkadlovkách s plnoformátovým, alebo APS-C snímačom je pomer strán 3:2). Samozrejme čím je rozmer zobrazovacieho prvku väčší, tým je zložitejšia i jeho výroba, čo sa v konečnom dôsledku premietne do jeho ceny. So zmenšujúcim sa rozmerom rozptylového krúžku sa zvyšujú nároky na ostrosť objektívu. Skrátením ohniskovej vzdialenosti sa však zmenší i priemer šošoviek objektívu a korekcia optických chýb je tak jednoduchšia. V tabuľke 2 je urobený výpočet veľkosti rozptylového krúžku pre rôzne rozmery snímačov používaných v digitálnych fotoaparátoch.

Tabuľka 2 Porovnanie rôznych snímačov a kinofilmu z hľadiska rovnakej hĺbky ostrosti

Tabuľka 2 Porovnanie rôznych snímačov a kinofilmu z hľadiska rovnakej hĺbky ostrosti

Vychádzalo sa z rozptylového krúžku veľkosti 0,025 mm, čo je pre kinofilm 1/1750 ohniskovej dĺžky základného objektívu (43 mm zodpovedá uhlopriečke formátu). Tento rozptylový krúžok dovoľuje vyhotoviť 10 násobnú zväčšeninu, t. j. 24×36 cm, na ktorej tak bude priemer rozptylového krúžku 0,25 mm. Podľa uhlopriečky príslušného snímača boli analogicky pre ne vypočítané rozptylové krúžky. Ďalší stĺpec vyjadruje koľkonásobné zväčšenie je potrebné, aby sa vyhotovila zväčšenina rozmeru 24×36 cm. Vzhľadom na to, že so skracujúcou sa ohniskovou vzdialenosťou narastá hĺbka ostrosti, na dosiahnutie rovnakej hĺbky je potrebné viac otvoriť clonu. Tieto hodnoty sú vypočítané v nasledujúcom stĺpci. Posledný stĺpec uvádza o koľko clonových čísel je potrebné odcloniť, ak chceme zachovať rovnakú celkovú hĺbku ostrosti ako pri kinofilme. Tu bola ako vzťažná hodnota pre kinofilm zvolená clona 8. V prípade, že by vzťažné clonové číslo bolo menšie, pri snímači 1/3” by sme sa dostali pod svetelnosť 1. Čo ale pre nás z  hodnôt uvedených v tabuľke 2 vyplýva?

V prvom rade sú to nároky na rozlišovaciu schopnosť objektívu. Rozptylový krúžok čipu s uhlopriečkou 1/3” musí byť v porovnaní s rozptylovým krúžkom pre kinofilm asi 5-krát menší. Ak ale rozlišovacia schopnosť objektívu pre kinofilm dosahuje 50 čiar/mm, potom pri tomto čipe sa musí analogicky zväčšiť 5-násobne, t. j. na 200 čiar/mm. To už problém je. Výrobcovia sa pretekajú, kto prinesie čip s vyšším rozlíšením, ale ako vidieť, veľmi dôležitú úlohu tu zohráva i kvalita objektívu.

Druhým dôležitým dôsledkom je zväčšená celková hĺbka ostrosti. Pri snímkach na ktorých požadujeme ostré predo-zadné zobrazenie celej scény (napr. fotografia krajiny) to nemusí byť na škodu, ale pri portrétoch, kedy naopak požadujeme celkovú hĺbku ostrosti malú to môže byť problém. Ak napríklad fotografujeme portrét kinofilmovou zrkadlovkou objektívom s ohniskovou vzdialenosťou 100 mm pri clone 2,8 a chceme dosiahnuť ten istý efekt digitálnym fotoaparátom s 2/3” snímačom, museli by sme odcloniť o 3 stupne, t. j. použiť clonu 1. Digitálny fotoaparát s takýmto objektívom som ešte nevidel. Pri menšom snímači by bolo odclonenie ešte väčšie (viď tab. 2). Alternatívnym riešením by bolo použiť pri plne otvorenej clone dlhšiu ohniskovú vzdialenosť (napr. ekvivalent 300 mm pri kinofilmu).

Praktická ukážka rozdielov v hĺbkach ostrosti snímkov je na obr. 14.

Obr. 14 Porovnanie hĺbky ostrosti analógového a digitálneho fotoaparátu

Obr. 14 Porovnanie hĺbky ostrosti analógového a digitálneho fotoaparátu

Na experiment som si pripravil scénu s farebnými popisovačmi. Jednotlivé popisovače som umiestnil za sebou vo vzdialenosti 10 cm, to znamená, že medzi prvým a posledným bola vzdialenosť 0,5 m. Scénu som potom vyfotografoval zo vzdialenosti 1 m od modrého popisovača kinofilmovým fotoaparátom s objektívom s ohniskovou vzdialenosťou 105 mm pri rôznom zaclonení. Vo všetkých prípadoch sa zaostrovalo na zelený popisovač v snahe zistiť prednú i zadnú rovinu hĺbky ostrosti.

Z časových dôvodov bola fotografovaná testovacia scéna digitálnym fotoaparátom neskôr. Dôsledkom bolo, že vzájomný rozstup medzi popisovačmi nebol presne rovnaký ako v predchádzajúcom prípade, ale ich vzájomná vzdialenosť za sebou dodržaná bola, čo je z hľadiska hĺbky ostrosti najdôležitejšie. Aj v tomto prípade za zaostrovalo na zelený popisovač a fotografovalo zo vzdialenosti 1 m od modrého popisovača. Na digitálnom prístroji sa nastavilo ohnisko ekvivalentné kinofilmovému ohnisku 105 mm. Digitálny fotoaparát mal rozlíšenie 4 Mpix a veľkosť snímača 1/1,8 palca.

V oboch prípadoch, teda pri fotografovaní kinofilmom aj digitálom sa scéna prisvietila zábleskovým prístrojom.

Výsledné porovnanie je možné vidieť na obrázku. Na prvý pohľad je zrejmé, že hĺbka ostrosti pri zaclonení na pracovnú clonu F2,8 je diametrálne odlišná pre analóg a digitál. Pri kinofilme je pri tejto clone ostrý iba zelený popisovač, digitál má ostrý aj červený popisovač a čitateľný je ešte aj popis na modrom. Ak budeme hľadať obrázok s približne rovnakou hĺbkou ostrosti pre kinofilm ako pre digitál zaclonený na  F 2,8, dopracujeme sa k obrázku odfotografovanom na kinofilm pri clone F11, resp. F16. Ak sa pozriete sa do tabuľky 2, zistíte, že pre snímač 1/1,8˝, ktorým je digitálny fotoaparát použitý v teste vybavený,  je ekvivalentný rozdiel v zaclonení pri porovnaní s kinofilmom 4, 6 clonového čísla, čo úplne korešponduje s praktickou skúškou.

A čo s tým? Predovšetkým mať túto skutočnosť neustále na pamäti, najmä pri fotografovaní portrétov, kde je rozostrenie pozadia veľmi dôležité. Ak sa venujete tejto oblasti fotografie dajte prednosť digitálnej zrkadlovke oproti kompaktu. Digitálne zrkadlovky osadené snímačom APS-C majú koeficient prepočtu ohniskovej vzdialenosti 1,5-1,6, takže ekvivalentný rozdiel v zaclonení oproti plnoformátovým zrkadlovkám, alebo kinofilmu je 1,3 clonového čísla, čo nie je veľa. Pri Olympusoch osadených snímačom 4/3˝ je uvedený rozdiel 1,9 clony, čo je ešte akceptovateľné. V každom prípade však záleží na účele použitia. Priaznivci makrofotografie sa na zväčšenú hĺbku ostrosti digitálnych prístrojov určite sťažovať nebudú.

Softvérová zmena hĺbky ostrosti

Digitálna fotografia a predovšetkým počítačové spracovanie obrazu priniesli možnosť dodatočnej úpravy hĺbky ostrosti. Na jednej strane je to zámerné dodatočné rozostrenie pozadia snímku a na strane druhej získanie enormnej šírky pásma ostrosti.

Účelom rozostrenia pozadia snímku je kompozičné zjednodušenie snímku, potlačenie jeho rušivých artefaktov  a zvýraznenie dominantného objektu na snímke. To, ako objektív zobrazuje scénu mimo pásma hĺbky ostrosti sa nazýva bokeh. Bokeh závisí predovšetkým na optickej konštrukcii objektívu a počte lamiel clony. Vo všeobecnosti je možné povedať, že kvalitnejší bokeh majú objektívy s dlhšou ohniskovou vzdialenosťou a s väčším počtom lamiel clony. V prípade objektívov s piatimi alebo šiestimi lamelami pripomína zobrazenie rozostrených svetelných zdrojov namiesto kruhu 5 či 6 uholníky a môže pôsobiť rušivo. Využitím softvérovej úpravy je možné simulovať použitie objektívu s prirodzeným bokehom, alebo objektívu s dlhšou ohniskovou vzdialenosťou, resp. menšieho clonového čísla.

Grafické editory ponúkajú ovplyvnenie hĺbky ostrosti filter Lens blur, ktorý umožňuje rozostriť pozadie podobne ako nezaclonený objektív. Filter umožňuje zvoliť okrem klasických parametrov rozostrenia (polomer) aj počet lamiel clony objektívu, jej natočenie a rozostrenie okrajov. Veľmi dobrým nástrojom na softvérovú zmenu hĺbky ostrosti je zásuvný modul od spoločnosti Alien Skin Software s názvom Bokeh (www.alienskin.com), ktorý ponúka predvoľby niekoľkých konkrétnych objektívov i manuálne nastavenie pásma hĺbky ostrosti. Ukážka aplikácie softvérovej zmeny hĺbky ostrosti je na obr. 15 a 16.

image067

Obr. 15 Pôvodný záber, ohnisko 100 mm, clona 11

Obr. 15 Softvérová úprava pôvodného záberu
Obr. 15 Softvérová úprava pôvodného záberu

Softvérová zmeny hĺbky ostrosti vyžaduje maskovanie hlavného objektu, pretože softvér nevie určiť, čo na snímke predstavuje hlavný motív a čo má byť rozostrené. V dôsledku toho sa tak predlžuje čas výslednej úpravy fotografie.
Opačným prípadom je dosiahnutie čo možno najväčšej hĺbky ostrosti. Ako sme si ukázali, na veľkosť šírky pásma ostrosti vplýva pri danej veľkosti rozptylového krúžku ohnisková vzdialenosť objektívu, zaostrená vzdialenosť a clonové číslo. Keďže ohnisková vzdialenosť objektívu mení i perspektívu zobrazenia, jediným možným spôsobom zmeny hĺbky ostrosti je zmena clonového čísla. V praxi však môže nastať prípad, že i pri maximálnom zaclonení, ktoré objektív umožňuje, bude šírka pásma hĺbky ostrosti menšia než akú potrebujeme. Okrem toho prílišným zaclonením nastáva rozostrenie obrazu v dôsledku ohybu svetla na lamelách clony. Veľmi často tento prípad nastáva pri zaostrení na blízku vzdialenosť, pri mikro a makrofotografii. Riešenie tohto problému je možné prirovnať k HDR fotografii, kde sa široký dynamický rozsah fotografie dosiahne zložením niekoľkých rôzne exponovaných záberov. Rozdiel je v tom, že pri fotografovaní scény s čo najširším pásmom hĺbky ostrosti sa nemení expozícia, ale zaostrená vzdialenosť. Softvér potom automaticky vyhľadá na jednotlivých záberoch miesta s najvyšším kontrastom zodpovedajúce miestu zaostrenia a spojí ich do výsledného záberu. V prípade potreby je možné jednotlivé časti obrazu v procese jeho spracovania maskovať a odstrániť tak prípadné negatívne artefakty vyplývajúce zo skladania obrazu. Ako príklad softvérového balíka na takéto spracovanie uvediem produkt Helicon Focus spoločnosti Helicon Soft (http://www.heliconsoft.com). Na obr. 17 je záber s ohniskom objektívu 100 mm a clone 32. Predný i zadný objektív sú už mimo hĺbku ostrosti a písmo na nich je mierne rozostrené. Obr. 18 vznikol spojením 10 expozícií v programe Helicon Focus. Už na náhľadoch obrázkov je vidieť, že došlo k výraznému zostreniu obrazu. Ak na ne kliknete, rozdiel bude ešte markantnejší.

Obr. 17 Použité ohnisko 100 mm, snímač APS-C, clona 32

Obr. 17 Použité ohnisko 100 mm, snímač APS-C, clona 32

Obr. 17 Použité ohnisko 100 mm, snímač APS-C, clona 8, 10 zložených expozícií

Obr. 17 Použité ohnisko 100 mm, snímač APS-C, clona 8, 10 zložených expozícií

Nadstavba programu Helicon Remote umožňuje automatizáciu procesu fotografovania jednotlivých čiastkových záberov prostredníctvom funkcie Live view. Fotoaparát sa spojí s počítačom cez USB kábel a program následne sám preostruje objektív fotoaparátu a vytvára jednotlivé snímky. Tie sa potom spoja prostredníctvom aplikácie Helicon Focus do výsledného obrazu. Okrem toho program umožňuje aj bracketing expozície, takže je možné vytvoriť aj HDR fotografie s extrémnou hĺbkou ostrosti.

Záver

Cieľom článku bolo poodhaliť fyzikálne zákonitosti týkajúce sa ostrého zobrazenia v určitom pásme od zaostrenej vzdialenosti, definovaného ako hĺbka ostrosti. Pre matematicky zdatnejších čitateľov som uviedol i niekoľko vzťahov, podľa ktorých je možné hĺbku ostrosti vypočítať a nahradiť tak často chýbajúce značky pásma ostrosti na objektívoch moderných fotografických prístrojov. Na hĺbku ostrosti treba myslieť už pred stlačením spúšte, pretože jej vhodným využitím je možné kompozične vydarený záber ďalej umocniť, v opačnom prípade, žiaľ, i pokaziť.

Vo výhode sú používatelia prístrojov, ktoré umožňujú či už v hľadáčiku, alebo na matnici prístroja pozorovať obraz zaclonený na pracovnú clonu a posúdiť s akou ostrosťou budú objekty zobrazené na výslednej snímke. Majitelia kompaktných fotoaparátov sú v tomto prípade v nevýhode, pretože tieto prístroje zaclonenie na pracovnú clonu neumožňujú. Väčšina kompaktov neinformuje ani o nastavených expozičných parametroch, v dôsledku čoho je tvorivá práca s hĺbkou ostrosti pri týchto prístrojoch nemožná.

Čo sa hĺbky ostrosti týka, pri práci s digitálnymi kompaktnými fotoaparátmi je treba zažité postupy z fotografovania kinofilmovými prístrojmi, či dokonca fotoaparátmi na stredný a veľký formát poriadne revidovať.

Pre tých, ktorých uvedená problematika zaujala a chceli by sa dozvedieť i niečo viac v závere uvádzam niekoľko zaujímavých internetových adries. Je na nich možné nájsť napr. stránky, ktoré zo zadaných údajov hĺbku ostrosti vypočítajú. Ďalšou možnosťou je stiahnuť si príslušnú aplikáciu priamo do svojho mobilného telefónu. Pre telefóny s nahryznutým jablkom je to aplikácia DOF master, ale skrátka neprídu ani používatelia operačných systémov Android alebo Symbian. Našiel som aj aplikácie napísané v Jave.

Na úplný záver ešte uvádzam anglické ekvivalenty niektorých uvádzaných pojmov.

hyperfocal distance = hyperfokálna vzdialenosť
f-stop = clonové číslo
circle of confusion (coc) = rozptylový krúžok
focal length = ohnisková vzdialenosť
aperture = clona
angle of view = zorný uhol
DEF far = zadná hranica hĺbky ostrosti
DEF near = predná hranica hĺbky ostrosti

Literatúra:

[1] http://www.dof.pcraft.com/dof.cgi

[2] ŠMOK, J. : Začněte fotografovat, SNTL, Praha 1983

[3] http://www.photo.net/photo/optics/lensTutorial.html

[4] CURRENT, I.: Depth-of-Field and Film Definition, In:Darkroom&Creative camera techniques, Vol. 11, No. 3, 1990, Preston Publications, Niles

 

Ďalšie odkazy:

http://paladix.cz/clanky/hyperfokalni-vzdalenost.html

http://paladix.cz/clanky/digitaly-a-hyperfokalni-vzdalenost.html

http://www.dofmaster.com/dofjs.html

http://www.nikonians.org/html/resources/guides/dof/hyperfocal2.html

http://www.jibble.org/dofcalc/

http://www.dofmaster.com/iphone.html

https://market.android.com/details?id=com.aimenrg.dof

 

Marônek Milan

Marônek Milan

Predseda fotoklubu IRIS