ProPhoto > Библиотека > Методология

_____________________________

 

Фокусирование Форматной Камеры

PAUL K. HANSMA


       Задача поиска оптимального положения фокуса для форматной камеры может сбить с толку, особенно, если используются наклоны и повороты. Рассмотрим случай, когда цветы находятся на переднем плане, горы на заднем, а кустарник между ними. Обычно рекомендуется наводить фокуса на середину или треть пути вдоль изображения. Но как применить это правило, если при использовании наклона цветы и горы находятся в фокусе в одном положении, в то время как кустарник в другом? Поиск оптимальной диафрагмы также может вызывать затруднения. Можно следовать обычному правилу: прикрывать диафрагму пока все не станет резким на матовом стекле. Но в этом случае изображение может стать таким темным, что вы не только не можете судить везде ли оно резко, но и с трудом будете видеть его?

       К счастью, есть простой способ найти оптимальный фокус и диафрагму. Он основывается на известных формулах дифракции и эффекта нерезкости (представленные, например, в DECCT Sep/Oct 1992 Ron Wisner и ранее в статье Stephen Peterson). Приведенное здесь экспериментальные исследования подтверждают его работоспособность.

Рассмотрим рисунок 1. Дерево на переднем плане и горы на заднем.

Фото: дерево на переднем плане и горы на заднем
Рисунок 1. Снимок сделан камерой Wista VX c объективом Nikon T-ED на пленке Agfa Optima 125. Для этого снимка фокус и диафрагма определены по методике, описанной в этой статье.

Рисунок 2 показывают схему прохождения световых лучей через объектив и фокусирования позади него.

Рисунок: показывают схему прохождения световых лучей через объектив
Рисунок 2. Фокус дерева на рисунке 1 находится дальше от объектива, чем фокус гор. Оптимальный фокус, посередине между двумя краями, дает лучшую резкость по всему изображению.

       Если вы сфокусируете объектив на один край фокуса, то горы будут в фокусе, а дерево нет. Если вы сфокусируете объектив на другой край фокуса, то дерево будет в фокусе, а горы нет. Понятно, что наилучшая точка фокуса находится где-то между ними. Но где?

Расположение фокуса

       Точка наилучшего фокуса будет находиться посередине между двумя крайними фокусами. Для пейзажной фотографии это просто.

       Для макрофотографии - это более сложная задача. В общем случае, отношение расстояний от краев фокуса до точки оптимального фокуса будет равно (1+М)1:(1+М)2, где М1 и М2 есть увеличение обьектов на двух краях фокуса. Так как в пейзажной фотографии обе величины М1 и М2 гораздо меньше единицы, это делает их примерно одинаковыми. Отсюда правило: наилучший фокус находится по середине между краями фокуса. Для негатива на рисунке 1 увеличение дерева и горы составляло примерно 0,008 и 0,00003 соответственно. Разница между теоретически рассчитанным наилучшим фокусом и средней точкой составляет 0,5%, т.е. пренебрежимо малую величину. Для натюрмортов правило средней точки также является хорошим приближением. Исключение составляет случай, когда обьекты на краях фокуса имеют очень разные увеличения и, по крайней мере, оно из них сравнимо с единицей.

Рисунок: зависимость разрешение на негативе от диафрагмы.
Рисунок 3. Зависимость разрешение на негативе от диафрагмы. Для любого значения протяженности фокуса существует оптимальная диафрагма, которая обеспечивает максимальное разрешение. Для протяженности фокуса 3 мм оптимальная диафрагма равна примерно f/32, независимо от типа используемого объектива.

       Рассмотрим характерный пример этого простого правила. Допустим, что вы использовали линейку для измерения положения объектива на краях фокуса и получили 6,8 и 7,1 см относительно некоторой нулевой точки. Тогда оптимальный фокус будет находиться в средней точке между краями, в 6,95 см. Возможно, главное заключается в том, что правило работает независимо от наклонов, поворотов и сдвигов! На самом деле, оно определяет критерий оптимальных наклонов, поворотов и сдвигов: они должны, в соответствии с художественными и расчетными критериями, обеспечить получение наименьшей протяженности фокуса. Например, если в результате применения движений вы смогли уменьшить протяженность фокуса с 7,1 - 6,8 см = 3 см до 2 см, то фотография будет более резкой.

Рисунок :  график зависимости диафрагмы от протяженности фокуса.
Рисунок 4. По этому графику можно определить диафрагму, которая дает наилучшее разрешение по всему изображению (оптимальная диафрагма) для любой величины протяженности фокуса.

Оптимальная диафрагма

       Остается проблема определения оптимальной диафрагмы. К счастью, сделать это оказывается также просто. Рисунок 3 показывает, что оптимальная диафрагма, которая дает наилучшее разрешение для протяженности фокуса 3 мм, равна примерно f/32, как и в нашем примере. Заметьте, что это справедливо для любого объектива, от широкоугольного до телеобъектива. Таким образом, вы можете раз и навсегда выяснить все оптимальные диафрагмы для любой величины протяженности фокуса. На рисунке 4 показана кривая зависимости наилучшей диафрагмы от величины протяженности фокуса в пределах от 0 до 10 мм. Обратите внимание на то, что наилучшая диафрагма для протяженности фокуса 3 мм равна примерно f/32, это совпадает со значением на рисунке 3.


Экспериментальные исследования

       Обратите внимание на то, что два независимых экспериментальных теста и теоретическая кривая прекрасно совпадают. При проведении теста с Ektar 25 семь мишеней для измерения разрешения USAF (Edmund Sientific Company, Barrington NJ) были установлены на расстояниях, соответствующих разным протяженностям фокуса. Затем все семь были сфотографированы с разными диафрагмами. В этом тесте были использованы камера Linhof Technika с объективом Sironar 150 мм и рольфильм Calumet C2N. Для определения диафрагмы, дающей наилучшее разрешение для каждой протяженности фокуса, пленка исследовалась через микроскоп.

       В экспериментальном тесте с микроскопом специально изготовленный 100 кратный оптический микроскоп был установлен на устройство, которое позволяло фокусировать его на плоскость пленки. Изображение мишени для измерения разрешения USAF было точно сфокусировано через микроскоп. Затем объектив камеры сдвигался на расстояние соответствующее определенной протяженности фокуса: например, сдвиг 1,5 мм соответствует протяженности фокуса 3 мм. И, наконец, для получения наиболее резкого фокуса изменялась диафрагма, и изображение исследовалось через микроскоп.

        Теоретическая кривая была получена с помощью теории идеальной системы. Как отмечал ранее Ron Wisner (Sep/Oct 1992 DECCT), разрешение по всему изображению зависит от многих факторов. Двумя наиболее важными являются дифракция и эффект нерезкости. Дифракция становится более заметной для больших (маленькое отверстие) диафрагм. Эффект нерезкости становится более заметным для маленьких (большое отверстие) диафрагм. Компромиссное значение между ними есть оптимальная диафрагма. Более точное значение дает формула, выведенная Stephen Peterson. Круг нерезкости, обусловленный дифракцией, равен N/750, а круг нерезкости, обусловленный эффектом нерезкости, равен dv(2/N), где N - диафрагма и dv - протяженность фокуса. Суммарный круг нерезкости равен

Формула

        С этого момента методика Stephen Peterson и моя расходятся, потому что у нас разные цели. Он редко печатает свои 4х5" негативы размером больше, чем 8х10" и вследствие этого выбирает значение круга нерезкости равным 0,1 мм и советует выбирать значение круга нерезкости, руководствуясь вашими собственными целями и его указаниями. Затем он обьясняет, как определить диафрагму, которая необходима для получения на вашей фотографии круга нерезкости меньше, чем выбранное значение.

        У меня другая цель. Обычно я печатаю мои 4х5" негативы размером от 8х10" до 16х20", но я не уверен, что в будущем я не захочу напечатать их крупнее. Кроме того, мне может понадобиться увеличить фрагмент какого либо негатива, возможно, для получения вертикального отпечатка из горизонтального негатива. Поэтому я хочу, чтобы негативы были настолько резкими, насколько это возможно. Итак, вместо того, чтобы выбирать значение круга нерезкости и затем определять диафрагму, которая дает это значение, я хочу найти такую оптимальную диафрагму, которая обеспечила бы настолько маленький круг нерезкости, насколько это возможно или, что одно и тоже, максимально возможное разрешение R=2/C.

        К счастью, вычислить оптимальную диафрагму можно с помощью приведенной ниже формулы:

Оптимальна диафрагма = Формула, где dv - протяженность фокуса в мм.

        График этой функции изображен на рисунке 4. Кто-то скажет, что в этом упрощенном описании идеальной системы следует учесть влияние сферической аберрации и т.п., но усложнять формулу нет необходимости, так как, совершенно ясно, что теоретическая кривая и экспериментальные тесты хорошо согласуются.

Фокусировка на практике

        Итак, как это этим пользоваться? Нужно ли носить с собой график и смотреть в него перед каждым снимком? На практике все просто.

Таблица 1
Протяженность фокуса Оптимальная диафрагма.
0,7 мм f/17
1,3 мм f/22
2,7 мм f/32
5,4 мм f/45
11 мм f/64

       В таблице 1 есть все необходимое. Нарисуйте таблицу и прикрепите ее к камере. После измерения величины перемещения объектива выберите из таблицы ближайшую диафрагму. Например, если протяженность фокуса составляет 3 мм, то можно установить диафрагму f/32. Если протяженность фокуса равна 2 мм, то можно установить диафрагму f/22 или f/32 (более точной будет величина между f/22 и f/32).

       Теоретические кривые на рисунке 5 показывают зависимость разрешения от диафрагмы для нескольких значений протяженности фокуса. Они демонстрируют, что до тех пор, пока диафрагма близка к оптимальной, потери разрешения не будут слишком большими.

Рисунок: график зависимости разрешения от диафрагмы
Рисунок 5. Иногда нужно пожертвовать разрешением ради маленькой диафрагмы и быстрой выдержки. График показывает насколько сильно уменьшается разрешение при уходе диафрагмы от оптимального значения.

       Кроме того, здесь снова можно обнаружить связь с методом Stephen Peterson. Если вы выбираете разрешение 20 линий/мм, что эквивалентно кругу нерезкости 0,1 мм, то для протяженности фокуса 2 мм и 3 мм необходимо прикрыть диафрагму по крайне мере до f/11 и f/16 соответственно. Результат совпадает с его примером, в котором протяженности фокуса 2,5 мм соответствует значение диафрагмы между f/11 и f/16. Таким образом, резкость негатива оказывается достаточной для печати фотографий размером 8х10". Однако если можно использовать более длинную выдержку, то, прикрыв диафрагму до f/32, вы получите максимально резкий негатив.

       Итак, обобщая все сказанное, приведем несколько примеров. Если положение объектива на краях фокуса рано 5,3 см и 5,6 см, то для протяженности фокуса 3 мм можно установить объектив в положение 5,45 см и выбрать диафрагму f/32. Если положение объектива на краях фокуса рано 9,3 см и 10,1 см, то для протяженности фокуса 8 мм можно установить объектив в положение 5,45 см и выбрать значение диафрагмы посередине между f/45 и f/64 (или f/64). Если положение объектива на краях фокуса рано 5,7 см и 6,2 см, то для протяженности фокуса 5 мм можно установить объектив в положение 5,95 см и выбрать диафрагму f/45. На практике эти вычисления выполняются быстро, и очень скоро вы будете делать их автоматически.

Что вам нужно

        Прежде чем вы сможете воспользоваться этим простым научно обоснованным методом нужно кое-что сделать. Вам необходима линейка с миллиметровой шкалой. По моим наблюдениям наиболее читаемой является линейка из белой или желтой пластмассы с черной маркировкой. На рисунке 6 изображена металлическая камера Linhof. Пилой по металлу я отрезал часть линейки, зачистил ее наждачной бумагой и приклеил к камере.

Фото: крепление линейки к камере
Рисунок 6а и 6b. Пример типичной фокусировочной шкалы, белая линейка прикреплена к Linhof. Таблицу 1 я прикрепил к корпусу камеры. Linhof поставляется с указателем на фокусировочном ложе. Для других камер вы можете изготовить указатель самостоятельно.

       Для моей деревянной камеры Wista необходимо еще приклеить указатель на объективную часть камеры. У Linhof указатель уже есть. Обратите внимание на то, что положение нуля на линейке не имеет значения. Если положение краев фокуса на шкале линейки оказались равными 5,2 см и 5,4 см, то вы устанавливаете фокус на 5,3 см и делаете диафрагму f/22. Если вследствие сдвига эти значения равны 3,7 см и 3,9 см, то результат будет тем же: фокус должен быть установлен посередине между краев ( теперь это 3,8 см), а диафрагма по-прежнему должна быть f/22. Таким образом, можно использовать подвижную фокусировочную шкалу и/или несколько указателей для расширения зоны измерения (как у Linhof).

        Если вы опытны также, как я, то, модернизировав камеру, вы сразу заметите разницу в манере фотографирования и ваших фотографиях. Ваши действия будут свободны от догадок, и вы больше не будете пытаться сделать изображение резким при диафрагме, которая не позволяет хорошо видеть изображение. Ваши фотографии станут более резкими.

Что демонстрируют эти две статьи.

  • Установлена зависимость между глубиной резкости, допустимым кругом нерезкости (разрешением), диафрагмой и протяженностью фокуса;
  • Исследована связь между диафрагмой и ухудшением изображении из-за дифракции;
  • Рассчитана оптимальная диафрагма как функция протяженности фокуса для получения максимально возможного разрешения и приемлемой нерезкости негатива;
  • Экспериментально подтверждена взаимосвязь между оптимальной диафрагмой и протяженностью фокуса;
  • Представлены несколько способов измерения протяженности фокуса для форматной камеры;
  • Приведены несколько простых таблиц для определения диафрагмы в зависимости от протяженности фокуса;
  • Продемонстрирована польза использования поворотов и/или наклонов для получения более резких фотографий;
  • Обсуждено влияние больших увеличений на разрешение, реальное и зрительное.

-- Stephen Peterson и Paul Hansma

Заключение.

      Заслуживает внимания то, что данная статья и ранее независимо написанная статья  Stephen Peterson в итоге совпадают в двух основных позициях:

  1. Для большинства форматных фотографических камер фокус должен быть расположен посередине между ближним и дальним краями фокуса;
  2. Важно использовать наклоны и сдвиги для минимизации протяженности фокуса. При меньшей протяженности фокуса можно получить более резкие негативы.

       В остальном наши статьи дополняют друг друга. Эта статья показывает, как получить максимально резкий негатив при заданной протяженности фокуса, в то время как статья Stephen Peterson помогает найти компромисс, когда важны другие факторы, например, желание установить конкретную выдержку. Важно подчеркнуть, что дело не в том, что мы трактуем по-разному оптические законы или уравнения, различие в наших подходах обусловлено различиями в стоящих перед нами задачами.

Автор хотел бы поблагодарить Stephen Peterson, Stephen Peterson и Bruce Barnbaum за плодотворные дискуссии.


Paul Hansma является профессором физики Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. Он увлекается фотографией и использует ее в своих исследованиях.


Перевод Аркадия Старцева, январь 2003.

Статья View Camera Focusing in Practice, написанная Paul K. Hansma, была опубликована в PHOTO Tecniques mar/apr 1996. Оригинал можно посмотреть на www.phototechmag.com ($5). Отсканированный вариан: страница1, страница2, страница3, страница4.
Перевод опубликован с любезного разрешения автора.

__________________________________

ProPhoto > Библиотека > Методология