Главная — Фотошкола ЮУрГУ

Эффективное фокусное расстояние объектива: Объективы: фокусное расстояние и диафрагма

Содержание

Что такое фокусное расстояние в фотографии

Многие фотографы неправильно понимают понятие фокусного расстояния.

Вопреки мнению некоторых людей, фокусное расстояние объектива не является его физическим размером и имеет мало общего с его общим размером. Так что же это тогда? В этой статье я отвечу на этот вопрос и расскажу, как решить, какое фокусное расстояние подходит для вашего стиля фотографии.

Определение фокусного расстояния

Не вдаваясь в подробное обсуждение физики, скажу, что фокусное расстояние объектива — это оптическое свойство объектива. Оно измеряет расстояние в миллиметрах между оптическим центром объектива и сенсором камеры (или плоскостью пленки). Фокусное расстояние определяется камерой, сфокусированной на бесконечность. Объективы называются по их фокусному расстоянию, и вы можете найти эту информацию на тубусе объектива. Например, объектив 50 мм имеет фокусное расстояние 50 мм.

Этот объектив Fujifilm имеет фокусное расстояние 50 мм.

В определении фокусного расстояния я упомянул «оптический центр» объектива. Вам может быть интересно, что это такое. Объектив фотоаппарата не сделан из цельного куска стекла. Вместо этого, объектив — это комбинация линз и групп элементов. Эти комбинации помогают сфокусировать свет и уменьшить искажения. Место, где все световые лучи сходятся, чтобы сформировать резкое изображение, называется оптическим центром линзы.

Фокусное расстояние — это свойство самого объектива, а не камеры. Я имею в виду, что 50-миллиметровый объектив — это 50-миллиметровый объектив, независимо от того, используется ли он на полнокадровой,или на кроп камере. Однако размер сенсора играет роль, но об этом чуть ниже.

Фокусное расстояние и ширина обзора.

Хотя определение фокусного расстояния может иметь значение для некоторых людей, например, для фотографов, это не то, о чем вам нужно помнить. Важнее понять, что нам говорит фокусное расстояние. Фокусное расстояние описывает угол обзора объектива. То есть, какую часть сцены перед нами захватывает объектив.

И, кроме того, насколько большими объекты выглядят в кадре. Чем больше фокусное расстояние объектива, тем меньше угол его обзора. При использовании объективов с большим фокусным расстоянием, объекты кажутся больше, чем их видят наши глаза. С другой стороны, объективы с коротким фокусным расстоянием обеспечивают гораздо более широкий угол обзора. Таким образом, элементы в кадре кажутся намного меньше, чем на взгляд человека.

Взгляните на эту иллюстрацию. Согласно заявлению Nikon, его объектив 500 мм f / 5.6 имеет угол обзора 5 °, а его объектив 50 мм f / 1,4 имеет угол обзора 46 °. И, наконец, его объектив 20 мм f / 1.8 имеет угол обзора 94 °. Как видите, более длинный 500-миллиметровый объектив захватывает гораздо более узкий фрагмент сцены.

В результате в кадре запечатлена только часть одной лодки. С другой стороны, объектив 50 мм имеет более широкий угол обзора. Находясь в том же месте, вы можете снимать гораздо более широкий участок сцены, включая несколько лодок и несколько далеких скал. Однако с объективом 20 мм вы можете запечатлеть всю сцену в одном кадре.

Во время недавней поездки на озеро Тахо я встретил двух парней, занимающихся скалолазанием. Хотя у меня не было камеры на штативе, я сидел на камнях и сделал все четыре кадра с одного и того же места. Обратите внимание, как мои фотографии сужаются в сцене, когда я увеличиваю альпиниста.

При фокусном расстоянии в 25 мм мужчин практически не видно. В качестве альтернативы, на 140 мм вы можете увидеть выражение лица альпиниста. Между прочим, ему удалось подняться еще на 3 метра вверх, прежде чем он потерял хватку, соскользнул со скал и благополучно оттолкнулся обратно на землю!

X-T2 + XF16-55mmF2.8 R LM WR @ 25mm, ISO 200, 1/320, f/9.0

X-T3 + XF50-140mmF2.8 R LM OIS WR @ 50mm, ISO 160, 1/550, f/6.4

X-T3 + XF50-140mmF2.8 R LM OIS WR @ 87mm, ISO 160, 1/480, f/6.4

X-T3 + XF50-140mmF2.8 R LM OIS WR @ 140mm, ISO 160, 1/450, f/6.4

Поле зрения и эквивалентное фокусное расстояние

Термины «угол обзора» и «поле зрения» часто используются как синонимы. Однако, как я сказал выше, угол обзора — это оптическое свойство объектива. Оно не меняется независимо от того, какой тип камеры используется. Поле зрения, с другой стороны, является результатом комбинации объектива и камеры. Поле зрения зависит не только от фокусного расстояния объектива, но и от размера сенсора камеры.

Полнокадровая камера имеет сенсор того же размера, что и 35-мм пленочный негатив (36 мм x 24 мм). Однако цифровые камеры сегодня поставляются с сенсорами самых разных размеров в зависимости от производителя и модели камеры. Датчики, размер которых меньше полного кадра, считаются кадрированными. Этот термин происходит от того факта, что эти меньшие датчики видят меньшие сцены, подобно тому, как это происходит при кадрировании изображения.

Фраза «эффективное фокусное расстояние» (также известное как эквивалентное фокусное расстояние 35 мм) используется для обозначения того, что фиксирует объектив, с точки зрения датчика 35 мм. Поскольку большинство фотографов привыкло работать с 35-мм пленочными фотоаппаратами, по крайней мере, те из нас, у кого есть несколько седых волос, полнокадровый формат был принят в качестве стандарта.

Эквивалентное фокусное расстояние описывает фокусное расстояние объектива, которое вам понадобится для полнокадровой камеры, чтобы получить то же поле зрения, что и данный объектив на камере с обрезанным сенсором. Здесь в игру вступает кроп фактор. Эквивалентное фокусное расстояние находится путем умножения фокусного расстояния объектива на кроп-фактор неполнокадровой камеры. Для Nikon это камеры DX с кроп-фактором 1,5. Камеры Canon EF-S имеют кроп-фактор 1,6. Кроме того, у микрокамер 4/3 кроп-фактор равен 2,0, а у сенсоров Sony и Panasonic 1 ″ кроп-фактор равен 2,7.

Нижнее изображение было снято объективом 24-70 мм f / 2,8 с фокусным расстоянием в 44 мм на моем полнокадровом Nikon D800. Если бы я поставил именно этот объектив с таким же увеличением на мой Nikon D500 (у которого обрезанный сенсор), это все равно был бы объектив 24-70 мм при 44 мм. Однако, на D500 поле зрения будет меньше, ведь фото сенсор меньше.

В этой ситуации я бы получил снимок, на котором только то, что обведено красным. Мое эффективное фокусное расстояние на D500 будет 44 мм x 1,5 или 66 мм. Другими словами, если бы я хотел запечатлеть то, что выделено красным на моем D800, мне пришлось бы использовать объектив с фокусным расстоянием 66 мм. Конечно, я мог бы также увеличить свой объектив 24-70 мм с 44 до 66 мм.

NIKON D800 + 24-70mm f/2.8 @ 44mm, ISO 200, 10s, f/22.0

Подробнее про эквивалентное фокусное расстояние, читайте в этой статье.

Классификации фокусных расстояний

Объективы фотоаппаратов подразделяются на пять категорий в зависимости от их эквивалентного фокусного расстояния. Сверхширокоугольные объективы имеют фокусное расстояние менее 24 мм в полнокадровом режиме. Они захватывают невероятно широкий кругозор. Однако из-за этого они часто представляют искаженное представление о мире. Это забавные в использовании объективы, они имеют очень близкое минимальное расстояние фокусировки и большую глубину резкости. Если вы фотографируете интерьер, эти объективы стоит иметь в сумке.

NIKON D7000 + 10.5mm f/2.8 @ 10.5mm, ISO 200, 1/500, f/10.0, эквивалентное фокусное расстояние = 15мм

X-T3 + XF10-24mmF4 R OIS @ 10mm, ISO 160, 0.8 seconds, f/10.0, эквивалентное фокусное расстояние = 15мм

Эквивалентное фокусное расстояние широкоугольных объективов находится в диапазоне от 24 мм до 35 мм. Эти объективы по-прежнему обеспечивают широкий обзор и часто используются пейзажными и архитектурными фотографами. Когда вы используете широкоугольный объектив, неплохо было бы попытаться включить некоторый интерес к переднему плану.

Это придаст вашим фотографиям ощущение масштаба и поможет привлечь внимание зрителей к вашему изображению. Поскольку эти объективы имеют очень большую глубину резкости, легко сфокусировать как близкие, так и далекие объекты.

NIKON D800 + 24-70mm f/2.8 @ 24mm, ISO 100, 1/20, f/8.0, эквивалентное фокусное расстояние = 24мм

NIKON D800 + 24-70mm f/2.8 @ 24mm, ISO 200, 1/15, f/11.0, эквивалентное фокусное расстояние = 24мм

Стандартные объективы имеют фокусное расстояние от 35 мм до 70 мм. Они захватывают мир так, как видят наши глаза. Они вызывают минимальные искажения, поэтому их любят фотографы-портретисты. Еще одна особенность объективов в этом диапазоне фокусных расстояний — их способность изолировать объект от фона, используя гораздо меньшую глубину резкости, чем у широкоугольных объективов.

X-T2 + XF35mmF2 R WR @ 35mm, ISO 400, 1/1700, f/2.0, эквивалентное фокусное расстояние = 53мм

X-T2 + XF16-55mmF2.8 R LM WR @ 41.4mm, ISO 200, 1/200, f/4.0, эквивалентное фокусное расстояние = 62мм

Фокусное расстояние от 70 мм до 300 мм считается телеобъективом. Их регулярно используют фотографы дикой природы, чтобы незаметно приблизиться к объекту съемки. Эти объективы имеют небольшую глубину резкости даже при небольшой диафрагме, поэтому получение резкого фокуса имеет решающее значение.

X-T2 + XF50-140mmF2.8 R LM OIS WR @ 140mm, ISO 1600, 1/500, f/5.6, эквивалентное фокусное расстояние = 210мм

X-T3 + XF50-140mmF2.8 R LM OIS WR @ 140mm, ISO 160, 1/25, f/8. 0, эквивалентное фокусное расстояние = 210мм

Супертелеобъективы имеют фокусное расстояние более 300 мм. Их часто используют для фотографирования птиц и других небольших удаленных объектов. Эти объективы могут быть очень большими и тяжелыми, и для их поддержки может потребоваться штатив. К тому же они очень дорогие!

Объектив Nikon AF-S NIKKOR 800mm f / 5.6E FL ED VR на момент написания этой статьи стоит колоссальные 16 300 долларов! К счастью, сейчас доступны гораздо более дешевые варианты, которые позволяют фотографам с нормальным кошельком заняться фотографией птиц!

X-T3 + XF100-400mmF4.5-5.6 R LM OIS WR @ 400mm, ISO 400, 1/280, f/5.6, эквивалентное фокусное расстояние = 600мм

NIKON D7100 + 80-400mm f/4.5-5.6 @ 400mm, ISO 400, 1/800, f/5.6, эквивалентное фокусное расстояние = 600мм

Опять же, все числа, которые я только что упомянул, даны в полнокадровом формате. Если у вас есть камера с обрезанным сенсором, то вам нужно будет найти эквивалентные фокусные расстояния, разделив эти числа на 1,5, 2 или на любой другой коэффициент кадрирования.

Объективы с переменным или с постоянным фокусным расстоянием?

Объективы с постоянным фокусным расстоянием имеют фиксированное фокусное расстояние. С другой стороны, зум-объектив имеет переменное фокусное расстояние. Некоторые популярные диапазоны зум-объективов включают 16-35 мм, 24-70 мм и 70-200 мм. Отличный объектив для путешествий — это объектив, охватывающий как широкий диапазон, так и телефото, например объектив 18–200 мм. Преимущество здесь в том, что вам не придется носить с собой множество объективов или менять объективы для съемки широких видов и крупных планов архитектурных деталей.

Однако у зумов есть обратная сторона: они часто не такие оптически четкие, как обычные. Хотя этот пробел сокращается с появлением новых и лучших технологий, он все еще существует, особенно когда речь идет о суперзумах, таких как объективы 18-200 мм. Еще один недостаток заключается в том, что у них обычно более узкая максимальная диафрагма, чем у объективов с постоянным фокусным расстоянием.

В то время как верхняя часть линейного зума может иметь фиксированную диафрагму f / 2.8, объективы с постоянным фокусным расстоянием могут открываться намного шире и часто пропускать несколько дополнительных ступеней света. Это может сделать объективы с постоянным фокусным расстоянием более желательными в условиях низкой освещенности.

Заключение

Не зацикливайтесь на определении фокусного расстояния или даже на разнице между углом зрения, полем обзора и эквивалентным фокусным расстоянием объектива. Важно помнить, что объективы с большим фокусным расстоянием приближают объекты, как телескоп. С другой стороны, широкоугольные объективы отлично подходят для съемки больших пейзажей.

Если вам нужно подойти к объекту ближе, чем вы можете физически, выберите телеобъектив. Если вам нравится снимать пейзаж и архитектуру, обязательно возьмите с собой широкоугольный объектив. Для портретной живописи и всего остального вы не ошибетесь, если выберите обычный недорогой объектив.

Если у вас есть вопросы, напишите мне в комментариях ниже, и спасибо за чтение!

дизайн как жертва технологий — android.mobile-review.com

5 февраля 2021

Константин Иванов

Facebook

Twitter

Вконтакте

По материалам Android Authority

Глядя на новейшие флагманы, будь то Samsung Galaxy S21 Ultra, серия iPhone 12 или Huawei Mate 40 Pro, нельзя не заметить, что выступ блока камер стал большим, как никогда ранее. При этом смартфоны, у которых блок камер внушительнее, обычно и снимают лучше. В свою очередь, сверхтонкие аппараты откатываются в конец списка по качеству фото. Да, этот тренд положительно сказывается на качестве получаемых снимков, но вот с точки зрения дизайна позитивным его не назовешь. Смартфоны вновь становятся громоздкими.

Факт остается фактом, если мы хотим получать высококлассные снимки со смартфона, в настоящий момент от выступающего блока камер никуда не деться. Но почему так происходит? Чтобы разобраться, придется освежить в памяти, как работает камера в смартфоне.

Фокусное расстояние, объективы и кроп-фактор

Прежде чем разобраться с выступающим блоком камер, вспомним о ряде важных атрибутов для камер любой конструкции.

Начнем с объективов и фокусного расстояния. Объектив любой камеры, от зеркальной фотокамеры до смартфона, собирает падающий свет в точке фокусировки. Эта точка фокусировки – место, где размещается сенсор, который осуществляет цифровую фиксацию вашего изображения. Фокусное расстояние – это расстояние от объектива до точки фокусировки, измеряемое в миллиметрах. В действительности использование нескольких линз приводит к тому, что фактическая длина часто меньше указанной. Однако суть эффекта одна и та же.

Простыми словами, фокусное расстояние определяет угол обзора и степень увеличения для камеры. Более длинное фокусное расстояние сужает угол обзора, но увеличение при этом выше, что приводит к эффекту фотоувеличения. Это можно представить, рассмотрев, как изменение фокусного расстояния меняет угол обзора, когда свет преломляется в объективе камеры. Пример представлен на изображении ниже.

Важно отметить, что фокусное расстояние также влияет на перспективу в получаемом изображении. При большем увеличении наблюдается менее заметное разделение и различие между объектами на переднем и заднем плане.

Другой, не менее важной частью этого уравнения является кроп-фактор. Его часто путают со свойствами фокусного расстояния. Кроп-фактор камеры зависит от размера матрицы. 

Представьте, что вы смотрите через объектив камеры. Объектив захватывает изображение независимо от размера сенсора. Поэтому окончательное изображение, полученное через объектив, обрезается в зависимости от размера матрицы.

 

Обратите внимание, что матрица меньшего размера вызывает более сильное кадрирование и более узкий угол обзора. Происходит т.н. увеличение фокусного расстояния, в результате которого итоговое изображение оказывается приближенным. Это одна из причин, по которым в телеобъективах смартфонов используются сенсоры меньшего размера. Однако кадрирование не дает такого же эффекта перспективы, как собственное полнокадровое фокусное расстояние при том же увеличении. Кроп-фактор важен, так как он играет ключевую роль для угла обзора как в зум-камерах, так и в широкоугольных камерах смартфонов.

В поисках большего сенсора и большего зума

Теперь можно обратиться и к проблеме увеличения толщины корпусов камер смартфонов. Первая причина увеличения корпуса камеры – стремление к увеличению зума. Как упоминалось ранее, фокусное расстояние – ключевой компонент для возможности камеры приближать изображение. Хотя сложная конструкция объектива может увеличить эффективное фокусное расстояние, в конечном итоге для увеличения зума требуется большее расстояние между объективом и матрицей.

Это требование является движущим фактором развития перископической технологии для камер с очень большим зумом без огромного выступа. В них расстояние от объектива до матрицы увеличивается при помощи зеркал, отражающих свет. Так что в увеличении выступа блока камер во многом виновато стремление к большим значениям зума в телефотокамере.

Второй фактор, вызывающий увеличение выступа блока камер, – это потребность в больших сенсорах. Такие матрицы лучше захватывают свет, и качество изображения повышается. Хотя размер сенсора связан с кроп-фактором, а не с фокусным расстоянием, есть причины, по которым более длинные фокусные расстояния могут быть желательны для более крупных сенсоров.

Во-первых, в смартфонах наверняка захотят сохранить те же возможности увеличения и угол обзора, что и в предыдущих моделях, при переходе на более крупный сенсор. Для сохранения того же кроп-фактора при увеличении размера матрицы требуется большее фокусное расстояние. В противном случае вы получите более широкий угол обзора, что может быть нежелательно. Это более важно в контексте систем из нескольких камер, где требуется заданная степень увеличения для сверхширокоугольной, основной и телефотокамеры.

Наконец, нам нужно учитывать искажение, которое обычно наиболее заметно по краям объектива. Увеличение размера сенсора и использование большего кропа может привести к более заметным искажениям. Эта проблема в большей степени характерна для маленьких объективов с широкой диафрагмой, используемых в мобильных телефонах. См. пример на изображении ниже.

Здесь могут помочь более качественные объективы. Однако, как известно, их сложно использовать в компактном форм-факторе смартфона с его широкой диафрагмой. Альтернативное решение – изменить фокусное расстояние так, чтобы кадр брался в зоне наилучшего качества объектива ближе к центру, где искажения меньше. Однако это опять же требует использования большего фокусного расстояния, а следовательно, большего размера корпуса камеры.

Есть и обратные требования к широкоугольным датчикам. Датчики большего размера или меньшие фокусные расстояния используются для расширения кадра и/или увеличения угла обзора. Вот почему вы заметите гораздо больше искажений по краям широкоугольных изображений.

Так зачем нам эти уродливые выступы?

Хотя единого объяснения увеличения толщины блока камер в последние годы нет, есть некие общие места. Смысл в том, что разработчики камер для смартфонов борются против законов физики, чтобы улучшить возможности камеры и качество изображения.

Стремление к большим значениям зума и большим датчикам изображения, чтобы сгладить отличие от цифровых зеркальных камер, – вот основной фактор, определяющий тенденцию. Не зря у смартфонов с самыми лучшими на рынке возможностями зума и качеством изображения, как правило, более крупные выступы на корпусе, в то время как устройства с более скромными возможностями камер могут оставаться в более тонком форм-факторе.

Что уж говорить о потребностях в аккумуляторах большего размера, антеннах 5G и различных других технологиях, которые борются за драгоценное место внутри современных смартфонов. Нет другого выхода, кроме как создавать более толстые аппараты или более крупные выступы камеры, если вам  нужны эти технологии в вашем смартфоне.

А что важнее для вас, дизайн или возможности камер? Готовы ли вы пренебречь новейшими достижениями разработчиков камер ради того, чтобы смартфоны оставались тонкими и легкими?

Экстендеры объектива (телеконвертеры) — Canon Russia

Экстендеры, известные как телеконвертеры, увеличивают эффективное фокусное расстояние объектива. Экстендеры Canon имеют две степени увеличения: 1,4x и 2x. В соответствии с названиями экстендер 1,4x увеличивает фокусное расстояние объектива в 1,4 раза, а 2x — в 2 раза.

Экстендеры Canon EF предназначены для использования с некоторыми телеобъективами и зум-объективами EF. Они не работают с объективами EF-S или EF-M. Их можно использовать с совместимым объективом EF на камере Canon системы EOS R с адаптером крепления EF-EOS R. При использовании объективов RF необходимы экстендеры Canon RF, предназначенные для работы с определенными объективами RF, о чем мы расскажем чуть позже.

Не все объективы Canon совместимы с экстендерами Canon. Это связано с их конструкцией — экстендеры имеют выступающий передний элемент, который не помещается на задней части многих объективов EF и некоторых объективов RF. Совместимые объективы имеют утопленный задний элемент, что создает пространство для переднего элемента экстендера. (В случае с объективом RF 100-500mm F4.5-7.1 L IS USM необходимо использовать фокусное расстояние как минимум 300 мм, чтобы сдвинуть задние оптические элементы на достаточное расстояние для установки экстендера RF. Невозможно использовать экстендер в меньшем диапазоне зумирования объектива.)

Экстендеры — это относительно недорогой и удобный способ расширить возможности телеобъектива. Но отрицательной стороной их использования для увеличения фокусного расстояния является уменьшение максимальной диафрагмы. Экстендер 1,4x приводит к уменьшению максимальной диафрагмы объектива на одну ступень, а экстендер 2x приводит к потере двух ступеней. Это означает, что вы получаете дополнительное фокусное расстояние за счет некоторой потери света. Например, если установить экстендер 1,4x на объектив EF 70-200mm f/2.8L IS III USM, фактически он станет объективом 98-280mm f/4. Если использовать тот же объектив с экстендером 2x, его характеристики будут 140-400mm f/5.6. Точно так же объектив EF 70-200mm f/4L IS II USM имеет максимальную диафрагму f/4, но с экстендером 1,4x эффективная максимальная диафрагма становится f/5.6, а с экстендером 2x — f/8.

Камера смартфона для «чайников» №2. Фокусное расстояние. Ох уж эти миллиметры…

Оценка этой статьи по мнению читателей:

В первой части статьи мы с вами разобрались с тем, что такое диафрагма камеры смартфона. Другими словами, мы научились понимать такие цифры, как f/1.8 или f/2.2, указываемые в характеристиках любого телефона. Также мы подробно проследили за тем, как картинка «попадает» в объектив камеры и каким образом свет вообще «переносит» изображение из одной точки в другую.

Но в конце первой части мы столкнулись с одной серьезной проблемой. Оказалось, само по себе значение диафрагмы (диафрагменное число) ничего не говорит о том, сколько света в реальности пропускает объектив смартфона и как сильно он может размыть фон при помощи оптики, а не алгоритмов.

Более того, все эти f/1.5, f/1.8, … только сбивают с толку людей, которые хоть немного разбираются в фотографии. Ведь они-то знают, что «настоящий» объектив с диафрагмой f/1.8 будет делать очень чистые (без шума) снимки с красивым размытием фона. А смартфон с такой же диафрагмой, почему-то, совершенно не размывает фон. В чем же дело?

Как мы уже выяснили, всё дело в том, что значение диафрагмы (f/1.8) является лишь относительным числом и не показывает реальный физический диаметр отверстия, через которое свет попадает в камеру. А именно диаметр отверстия влияет на глубину резкости и светосилу объектива.

У двух разных объективов с одинаковой диафрагмой f/1.8 могут быть совершенно разные по размеру отверстия, что хорошо видно на этой иллюстрации:

Но как же нам узнать реальный диаметр входного зрачка? Для этого нужно разобраться со вторым ключевым параметром — фокусным расстоянием объектива.

Напомню, вначале первой части статьи я приводил типичные характеристики любой камеры современного смартфона. Выглядят они примерно так:

  • Основная камера: 108 Мп, 1/1.33″, f/1.8, 26 мм, 0.8 мкм, PDAF
  • Телеобъектив: 12 Мп, 1/3.4″, f/2.0, 52 мм, 1.0 мкм, PDAF, OIS

Мы уже знаем, что значат f/1.8 или f/2.0, а сегодня научимся понимать значения 26 мм и 52 мм, выделенные жирным шрифтом выше. Это и есть фокусное расстояние.

Что такое фокусное расстояние?

Фокусное расстояние позволяет нам, не видя ни единого снимка, примерно понимать, как будут выглядеть фотографии в плане композиции, то есть, какой угол обзора будет в кадре.

Более того, зная только этот набор значений (например, 26 и 52 мм), можно с точностью сказать, во сколько раз смартфон с двумя камерами приближает картинку, то есть, какой у него оптический зум. В этом особенно полезно разбираться сегодня, когда производители подменяют понятия и вместо оптики указывают значения гибридного или цифрового зума.

Так что же такое фокусное расстояние и где в крошечной камере смартфона прячутся эти 26 или 52 миллиметра?

Итак, представьте, что какой-то объект находится бесконечно далеко от вас и все лучи света, отраженные от него, идут параллельно и попадают на линзу:

Линза сделана таким образом, чтобы все параллельные лучи света, проходя через нее и преломляясь, сходились в одной точке. Так вот, расстояние от центра линзы до точки, в которой все лучи пересекаются (сходятся) и называется фокусным расстоянием линзы:

Конечно, в случае со смартфоном всё сложнее, так как внутри его камеры находится не одна линза, а несколько (6 и более). И фокусное расстояние объектива высчитывается немножко по-другому, а именно, от его оптического центра до матрицы, на которой все лучи и фокусируются. Но я не буду подробно на этом останавливаться и объяснять, что такое оптический центр объектива, так как всё это не имеет принципиального значения. Для простоты понимания ограничимся только одной линзой, сути это не меняет.

Кто-то может спросить, а зачем вообще использовать так много линз в камере смартфона? Неужели одной будет недостаточно?

Дело в том, что одна линза дает слишком большие искажения. Это и потеря резкости (сферические аберрации), возникающая из-за того, что не все лучи идеально сходятся в одной точке. То есть, вместо картинки, которую я показал чуть выше, в реальности мы имеем что-то вроде этого:

Кроме того, показатель преломления света (как сильно луч меняет свое направление, проходя через линзу) зависит от длины волны. Чем короче волна, тем больше ее коэффициент преломления. Получается, синий свет (короткие волны) преломляется под бóльшим углом, чем красный (длинные волны). И вместо идеальной картинки мы снова получаем проблемы — хроматические аберрации (несуществующие цветные контуры различных объектов на фотографиях):

Для того, чтобы всё это исправить и сделать фотографию максимально качественной, используют множество линз специальной формы и с различным покрытием. Поэтому, зачастую, чем больше линз в камере смартфона, тем выше качество картинки.

Но вернемся к фокусному расстоянию. Так каким же образом расстояние от центра линзы до точки, в которой сходятся все лучи, влияет на угол обзора камеры и на ее оптическое приближение? На самом деле, все очень просто и интуитивно понятно.

Давайте сделаем снимок на смартфон, камера которого имеет фокусное расстояние 26 мм (это типичное фокусное расстояние для основной камеры любого смартфона):

Сейчас не пытайтесь понять, как производитель умудрился в корпусе толщиной 8 мм разместить камеру, у которой расстояние от линзы до матрицы составляет 26 миллиметров (а в Galaxy Note 20 Ultra и вовсе 130 мм). С этим мы разберемся чуточку позже.

На схеме выше показана ситуация, когда все лучи света параллельны друг другу. Это может быть только в том случае, если объект находится бесконечно далеко. Но в реальной жизни лучи отражаются от объектов под разными углами.

Нам важно знать лишь одну простую вещь — луч, прошедший через центр линзы, никак не преломляется. По сути, эти лучи и будут определять угол обзора (сколько объектов сможет захватить камера):

Когда мы сделаем снимок на такой смартфон, то получим следующий результат:

Снимок на 26-мм объектив

Что же произойдет, если мы увеличим фокусное расстояние объектива (расстояние от «линзы» до матрицы)? Лучи света, проходящие через центр линзы, будут пересекаться уже под другим углом и, соответственно, такая камера захватит гораздо меньше объектов в кадре:

Но так как размер снимка (матрицы камеры) остался прежним, то все эти объекты будут выглядеть крупнее:

Снимок на 52-мм объектив

На этом моменте я бы хотел немножко отойти в сторону и затронуть некоторые явления и заблуждения, связанные с фокусным расстоянием объектива.

Сжатие перспективы. Или почему широкоугольная камера так искажает лица!?

Используя пример с лучами, давайте рассмотрим такое явление, как сжатие перспективы. Для тех, кто не знаком с этим понятием, вкратце объясню. Когда вы снимаете что-то на объектив с длинным фокусным расстоянием, все объекты на фоне получаются более крупными, чем если бы вы снимали ту же сцену на объектив с коротким фокусным расстоянием.

К примеру, на следующих снимках расстояние между эльфом и домом одинаковое, но при съемке на объектив с длинным фокусным расстоянием, дом кажется гораздо ближе и крупнее:

Почему так происходит? «Очевидно же», что на фото слева дом гораздо дальше от эльфа! На самом деле, всё очень просто. Достаточно посмотреть, какой процент от общей высоты кадра будут занимать эльф и дом, если снимать их длиннофокусным объективом:

Выходит, высота эльфа составляет около 63% от высоты кадра, а высота дома — 72%. То есть разница между ними небольшая и на снимке кажется, будто эльф находится прямо возле дома.

Если сделать тот же снимок на объектив с коротким фокусным расстоянием, в кадр попадет гораздо больше объектов, так как угол обзора будет гораздо шире. Объектив с длинным фокусным расстоянием очень приближал картинку и мы видели в кадре только эльфа и дом.

Чтобы это исправить, то есть, чтобы получить ровно такую же композицию, нам нужно подойди к эльфу намного ближе. Но теперь и размеры объектов будут другими:

Эльф занимает те же 63% высоты кадра, что и раньше, но так как угол обзора объектива с коротким фокусным расстоянием намного шире, дом позади эльфа уже занимает всего 41% от общей высоты кадра. Теперь эльф на фото будет крупнее дома. Вот и весь секрет сжатия перспективы!

Получается, в реальности не фокусное расстояние влияет на перспективу, а расстояние от камеры до объекта съемки. Если бы мы стояли на одном месте и переключали камеры, то соотношение размеров эльфа и дома никак не менялось бы.

И здесь еще уместно вспомнить о проблемах при съемке портретов. Даже многие профессиональные фотографы ошибочно полагают, будто фокусное расстояние объектива как-то влияет на пропорции портрета. Хотя в действительности влияет только расстояние от камеры до объекта съемки.

Если мы снимаем портрет на объектив с длинным фокусным расстоянием (80 мм), то нам нужно отойти подальше и тогда все части лица (глаза, нос, уши) имеют правильные пропорции. Если же мы берем ультраширокоугольный объектив с фокусным расстоянием 13 мм, нам нужно подойти вплотную к человеку, чтобы сохранить композицию, то есть, чтобы лицо занимало ту же часть кадра, что и раньше.

Но в этом случае повторится ситуация с эльфом. Так как нос окажется ближе к объективу, он получится крупнее, и все пропорции «поплывут». Но, повторюсь, произойдет это только от того, что мы приблизили камеру к объекту, а не из-за каких-то мифических искажений, создаваемых объективом.

Оптическое приближение камеры смартфона

Как мы уже разобрали, чем длиннее фокусное расстояние объектива, тем меньше угол обзора камеры и тем сильнее она «приближает» все объекты. Соответственно, чем короче фокусное расстояние, тем шире угол обзора камеры и в кадр попадает больше объектов, но все они будут меньшего размера.

Чтобы определить, во сколько раз смартфон может приблизить картинку, достаточно разделить более длинное фокусное расстояние на более короткое. К примеру, если на смартфоне есть две камеры с объективами 26 и 52 мм, тогда он имеет 2-кратное оптическое приближение (52/26=2). Всё остальное — это алгоритмы или маркетинговая ерунда.

Для примера рассмотрим набор камер Galaxy Note 20 Ultra (обзор этого смартфона доступен на нашем сайте), обратим внимание только на фокусное расстояние объективов:

  • Основная камера: 26 мм
  • Ультраширокоугольная камера: 13 мм
  • Телеобъектив: 130 мм

Основная камера имеет типичный для смартфона угол обзора, а вот фокусное расстояние ультраширокоугольной камеры (13 мм) в два раза короче. То есть, она имеет гораздо больший угол обзора. Телеобъектив же, напротив, имеет очень небольшой угол обзора, но приближает картинку относительно основной камеры в 5 раз (130/26=5). Но если оценивать оптический зум телеобъектива относительно ультраширокоугольной камеры, тогда получаем 10-кратное оптическое приближение (130/13=10).

Надеюсь, с этим вопросом всё понятно.

Выходит, теперь мы можем легко определить физический диаметр отверстия в объективе, просто разделив фокусное расстояние на диафрагму? А узнав это значение, мы сможем понять, в каком смартфоне установлена камера с более светосильным объективом.

К сожалению, в мире мобильных камер, помимо фокусного расстояния, существуют еще фокусы маркетологов, о чем и поговорим подробнее дальше.

Разоблачаем фокусы производителей смартфонов

Если мы разделим фокусное расстояние (130 мм) на диафрагму (f/3.0), то получится, что в телеобъективе Galaxy Note 20 Ultra не просто «отверстие», а огромная дыра диаметром >4 см. Вот как выглядел бы подобный смартфон, будь это правдой:

Да и каким чудом в аппарате, толщиной 8 мм и шириной 70 мм, могла уместиться камера, у которой расстояние от линзы до матрицы (фокусное расстояние) составляет 130 мм!? Здесь явно что-то не так!

На самом деле, никаких 130, 26 и даже 13 мм в объективах смартфонов нет. Но! Если вы возьмете профессиональный полнокадровый зеркальный фотоаппарат с объективом, фокусное расстояние которого действительно равняется 26 мм, и сделаете снимок, то обнаружите, что композиция кадра в точности соответствует тому, что выдаст смартфон со своим «фейковым» 26-мм фокусным расстоянием.

То есть, производитель смартфона не просто берет цифры из потолка, а указывает относительное фокусное расстояние объектива (относительно полнокадрового фотоаппарата). Благодаря этому можно объективно оценивать и сравнивать угол обзора (а также оптическое приближение) объектива любого смартфона и даже профессиональной камеры.

Если вы привыкли снимать портреты на большом фотоаппарате с объективом 80 мм, то, купив смартфон с камерой, у которой фокусное расстояние указано «80 мм», вы получите ровно ту же композицию (такое же приближение и угол обзора).

Относительное фокусное расстояние

Как же так получается? Каким образом камера смартфона так хорошо «имитирует» фокусное расстояние большой камеры, имея внутри корпуса всего несколько миллиметров свободного пространства?

Всё дело в размерах самой матрицы! Чтобы это наглядно показать, давайте посмотрим на угол обзора большого профессионального фотоаппарата с огромной матрицей и объективом, у которого фокусное расстояние на самом деле равняется 26 мм:

Как видите, в кадр попадают все объекты: дом, дерево и эльф. А теперь оставим всё как есть, только заменим большую матрицу зеркалки на крошечную матрицу смартфона и посмотрим, что произойдет:

Теперь лучи света будут пересекаться в центре под другим углом и у нас получится совершенно другая композиция — портрет эльфа.

Оставив реальное 26-миллиметровое фокусное расстояние, но заменив только матрицу, мы получили мощный телеобъектив, приближающий изображение в десятки раз. Теперь такой объектив ну никак нельзя сравнить с обычным 26-миллиметровым.

Чтобы это исправить, нужно значительно уменьшить реальное фокусное расстояние (расстояние от линзы до матрицы), сократив 26 мм до 3-4 мм. Тогда «восстановится» и первоначальный угол обзора:

Вот теперь крошечная матрица смартфона и 4-мм фокусное расстояние выдают в точности такое же изображение (по композиции), как и большая полнокадровая зеркалка с 26-миллиметровым объективом. Именно по этой причине производитель заявляет, что объектив смартфона имеет эквивалентное фокусное расстояние 26 миллиметров, хотя в действительности внутри корпуса нет и 6 мм.

Если же мы говорим об эквивалентном фокусном расстоянии в 130 мм (тот же телеобъектив Huawei P40 Pro, Vivo X50 Pro или Galaxy Note 20 Ultra), реальное фокусное расстояние будет составлять примерно 11-14 мм. В этом случае используется призма, преломляющая свет под углом 90 градусов, а сам объектив размещается не перпендикулярно корпусу, а вдоль него:

Но проблема с диафрагмой остается. Ведь, если производитель указывает эквивалентное фокусное расстояние, нужно указывать и такую же «эквивалентную» диафрагму, чтобы не вводить пользователей в заблуждение.

Согласитесь, одно дело увидеть объектив 80 мм f/1.8 (очень светосильный и дорогой объектив) и совсем другое — 80 мм f/22. Второй уже не кажется таким хорошим выбором, не так ли? В мире больших камер столь медленные объективы вообще не встречаются (медленные — потому, что они пропускают очень мало света и им нужно много времени, чтобы сделать хороший кадр при недостаточном освещении).

Если же производитель указывает диафрагму f/1.8, нужно указывать и реальное фокусное расстояние, например, 5 мм вместо эквивалентных 50 мм. Тогда любой пользователь легко определит диаметр отверстия объектива, разделив 5 на 1.8.

В общем, делается всё это умышленно, чтобы вызывать ложное ощущение очень светосильного объектива. Практически ни одна компания не указывает в характеристиках камеры смартфона реальное фокусное расстояние объектива, ограничиваясь лишь эквивалентными значениями.

Узнать реальное фокусное расстояние можно, разве что, посмотрев в Галерее смартфона сведения о сделанной фотографии (или поискав хорошенько в интернете):

Здесь мы видим диафрагму f/2. 0 и фокусное расстояние 5.9 мм, то есть, реальный диаметр отверстия объектива этого смартфона составляет 2.95 мм (5.9/2).

Зная это значение, теперь можно корректно сравнивать светосилу этой камеры с любой другой.

Подводя итоги

И последнее, о чем хотелось бы напомнить. Ни фокусное расстояние, ни размер матрицы не имеют отношения к так называемому эффекту боке (размытие фона). Глубина резкости зависит исключительно от двух вещей: диаметра входного зрачка объектива и расстояния от камеры до объекта съемки.

Поэтому знайте, когда кто-то заявляет, что более крупная матрица в смартфоне «размывает» фон сильнее — это заблуждение. Размер матрицы косвенно влияет на размытие, но совершенно не так, как полагают многие люди. Об этом подробнее мы поговорим в следующих частях.

Итак, позвольте еще раз привести характеристики камеры случайного смартфона:

  • Телеобъектив: 12 Мп, f/2.0, 52 мм, 1/3. 4″, 1.0 мкм, PDAF, OIS

К этому моменту вы уже должны хорошо понимать, что означают цифры f/2.0 и 52 мм. Также вы можете легко определить реальное оптическое приближение этого объектива (во сколько раз он увеличивает картинку), если , скажем, фокусное расстояние основной камеры этого же смартфона равняется 26 мм.

О том, что такое PDAF я рассказывал в отдельной статье, посвященной фазовому автофокусу (PDAF). Выходит, нам лишь остается разобраться с тем, что такое 1/3.4″, 12 Мп и 1.0 мкм.

Эти три значения связаны между собой, так как все они описывают саму матрицу — аналог пленки в «доисторические» времена. Но об этом мы поговорим в третьей части!

Алексей, глав. редактор Deep-Review

 

P.S. Мы открыли Telegram-канал и сейчас готовим для публикации очень интересные материалы! Подписывайтесь в Telegram на первый научно-популярный сайт о смартфонах и технологиях, чтобы ничего не пропустить!

 

Понравилась статья? Поделитесь с другими:

FAQ | Как кроп-фактор матрицы связан с фокусным расстоянием объектива?

05:02 pm — FAQ | Как кроп-фактор матрицы связан с фокусным расстоянием объектива?

Продолжаю рубрику «Часто задаваемые вопросы | (FAQ)». Традиционно, сами вопросы можно задавать в комментариях или присылать на почту: podakuni@yandex.ru

Сегодня у нас вопрос, который прочно оброс легендами и мифами. Обычно он поднимается сразу после высказываний, типа: «Мне тут посоветовали купить «полтинник», потому что на моём кропе он будет хорошим «портретником», ведь фокусное расстояние у него станет уже 80мм! Разве нет? А тогда…»

#19 Как кроп-фактор матрицы связан с фокусным расстоянием объектива?


Я бы тут сразу хотел сказать, что «портретником» может стать любой объектив, на который вы привыкли снимать портреты. Если эти фотографии нравятся тем, кому они адресованы, то почему бы и нет?..

Но формально, 50 мм, установленный на технике 35 мм формата — это, скорее, не портретный объектив, а, всё же, просто универсальный. Он пригоден для всех видов съёмки — от пейзажей и до портретов. Но при фотографировании лиц крупным планом он даёт заметные перспективные искажения (нос крупнее, чем он восприниамется визуально, глаза — меньше, уши — вдали и ещё меньше). Именно поэтому для 35 мм стрндарта техники для портретных целей стараются выбирать объективы с большими чем 50 мм фокусными расстояниями. А тут уже становится важно — превратится ли на камере с кроп-матрицей объектив с фокусным расстоянием 50 мм во что-то более длиннофокусное?

В общем, на этот вопрос, я традиционно, под катом, отвечу кратко и развёрнуто.

Краткий вариант:

Если говорить только о технической части, то от того, что вы поставите полнокадровый объектив с фокусным расстоянием, например, 50 мм на фотоаппарат с кроп-матрицей, то его фокусное расстояние никак не поменяется. Как было 50 мм, так им и останется. «Полтинник» останется «полтинником» и на Canon EOS 5DmkII, и на Canon EOS 1100D.

Но кроп-фатор вынудит вас снимать с большего расстояния, чтобы в кадр влезало всё то, что в него помещалось на полнокадровом фотоаппарате. И тогда вы будете вынуждены отойти от объекта съёмки на такое расстояние, как будто у вас объектив с фокусным расстоянием большим на величину кроп-фактора (фокусное х кроп-фактор).

Это если кратко. А развёрнуто отвечу ниже.

Развёрнутый вариант ответа:

Для начала нужно будет немного трахнуть моск загрузиться схемками и определениями:

1. Фокусное расстояние

Расстояние вдоль оптической оси от второй главной точки объектива (задней узловой точки) до фокуса при вхождении в объектив параллельного пучка лучей параллельно оптической оси называется фокусным расстоянием. Всё понятно? =: )

Ладно, проще говоря, фокусное расстояние — это расстояние от главной точки объектива до матрицы (при фокусировке объектива на бесконечность):

Где в объективе на самом деле располагается эта «вторая главная точка» — знают только сами конструкторы. Кстати, в некоторых случаях она может быть и за пределами корпуса объектива, как я понимаю. Но это не так важно.

Само по себе фокусное растояние объектива ни о чём не говорит, это техничнский термин, который фотографы привыкли испльзовать примерно так же, как и обычные люди используют понятие «лошадиная сила» для определения мощности моторов. Какая лошадь? Что за сила? Кто-нибудь вообще помнит определение из учебника, что такое «лошадиная сила»? Уж не говоря о том, что в Европе и Америке, например, эти силы не одинаковы.

Гораздо важнее для фотографов то, что фокусное расстояние напрямую влияет на угол обзора объектива.

2. Угол обзора

Этот самый угол обзора важен фотографам потому, что именно он влияет на перспективные искажения:

Если угол широкий — то искажения будут более заметными, если узкий — то менее. На примере портрета: нос и уши у человека имеют приблизительно одинаковые размеры. Если снимать портрет широкоугольным объективом, то нос получится заметно больше ушей. А если длиннофокусным, то они будут ближе друг к другу по размерам.

То есть, угол зрения объектива — показатель «перспективной кривизны» фотографии, если говорить совсем образно. =: ) И фотографам он важнее фокусного расстояния, потому что на камерах разного форматата одно и то же фокусное расстояние объектива будет соотвествовать разному углу зрения:

Таким образом, на 35 мм технике объектив с фокусным расстоянием 50 мм будет умеренным телеобъективом, на среднем формате он уже станет широкоугольным, а на «мыльнице» — сверхдлиннофокусным.

3. Кроп-фактор

Теперь, что же такое этот пресловутый кроп-фактор? Это маркетинговое решение, возникшее в первую очередь из-за того, что выпускать матрицы меньшего размера выгоднее (дешевле), чем производить полноформатные (или просто большие) сенсоры. Наиболее распространённые решения на сегодняшний день выглядят так:

Для удобства ввели численное значение кроп-фактора — во сколько раз диагональ сенсора в камере меньше диагонали эталонного полноразмерного кадра плёночного фотоаппарата (36 х 24 мм). Если кроп-фактор, например, 1.6, то это означает, что диагональ сенсора в фотокамере меньше диагонали полноразмерного в 1.6 раза. Фотоаппараты с матрицами, размер которых меньше, чем полный кадр, стали называть «кропнутыми».

Ну а после всего этого, давайте посмотрим, как работают объективы с «кропнутыми» камерами. Если объектив обычный, полноразмерный (рассчитанный на работу и с кропнутыми камерами, и с фулфреймовыми), то происходит вот что:

Объектив честно формирует круг изображения диаметром 43. 2 мм, чтобы в него можно было вписать полноразмерный кадр (36 х 24 мм). Но в фотоаппарате стоит сенсор, меньшего размера, кропнутый. Поэтому запомнится на флешке только центральная часть (обведена синим цветом) из всего сформированного кадра. И этой центральной части будут присущи все перспективные искажения данного угла зрения.

Кропнутая матрица стоит в камере или полноразмерная — для системы линз всё равно. Фокусное расстояние не поменяется, оно останется неизменным, потому что это конструктивная особенность данного конекретного объектива. И 50 мм так и будут на кропе 50 мм. Стало быть, «полтинник», установленный на кропнутую камеру, физически не станет объективом с фокусным расстоянием 80 мм. И глубина резко отображаемого пространства, кстати, у этого «полтиннка» останется характерной для объектива с фокусным расстоянием 50 мм.

И если использовать полноразмерный объектив с одним фокусным расстоянием на фулфреймовой камере и одновременно на кропнутой, то картинки будут выглядеть в центральной своей части абсолютно одинаковыми по своим геометричским искажениям:

Фокусные расстояния не меняются. Сказочке конец? Ан нет.

Чтобы на один и тот же объектив получить по охвату точно такой же сюжет, что и на полнокадровой камере, обладателю кропнутого фотоаппарата придётся отойти на больше расстояние. При кропнутой матрице в кадр только тогда всё будет влезать, когда его владелец отойдёт так далеко, как будто у него не обозначенное фокусное расстояние (допустим, те же 50 мм), а в кроп-фактор-раз больше (50 мм х 1.6 для APS-C = 80 мм).

Объектив так и останется с фокусным расстоянием 50 мм. Но тот же сюжет, что полностью помещался на полнокадровый сенсор, теперь будет умещаться только тогда, когда фотограф отойдёт от объекта съёмки на такое расстояние, как будто у него 80мм-объектив. Слова «как будто» тут очень важны, как вы понимаете.

А уже когда фотограф отойдёт от объекта съёмки, он будет получать другие перспективные искажения (за счёт более пологого прохождения лучей через лизны объектива). Простой пример для понимания последнего пункта. Если взять широкоугольный объектив и сфотографировать лицо человека так, чтобы оно занимало весь кадр, то можно будет увидеть сильные геометрические искажения:

Но если на тот же объектив снимать уже с большего расстояния, так чтобы лицо занимало только часть кадра, то точно такие же искажения уже не будут так заметны:

Выводы же из всего этого можно сделать такие:


  • фокусные расстояния полнокадровых объективов, установленных на фотоаппаратах с кроп-матрицами, остаются неизменными;
  • наличие кроп-фактора сужает угол зрения объективов и делает их по этому показателю эквивалентными более длиннофокусным объективам.

    • Как правильно выбрать объектив к фотоаппарату для съемки различных сюжетов

    Как правильно выбрать объектив – один из самых главных вопросов, стоящих перед любым фотографом, как начинающим, так и с многолетней практикой. И это совершенно объяснимо, поскольку объектив – самая важная часть фотоаппарата. Именно он формирует изображение, что на пленке, что на матрице, и именно от его возможностей зависит качество и художественная выразительность ваших снимков.

    Чтобы понять, как правильно выбрать объектив надо, прежде всего, определить, для съемки каких сюжетов вы планируете его использовать. Из всех характеристик объектива за выбор сюжета в первую очередь отвечает эквивалентное фокусное расстояние и максимальное относительное отверстие (максимальная диафрагма). Рассмотрим их по порядку.

    Эквивалентное фокусное расстояние – это физическое фокусное расстояние объектива, приведенное к размеру матрицы, т. е. такое фокусное расстояние, которое должен был бы иметь объектив, чтобы построить точно такой же кадр, но на полнокадровой матрице. Поскольку в современных цифровых фотоаппаратах матрицы имеют самые разные размеры, в вопросе как правильно выбрать объектив это понятие стоит на первом месте.

    Исторически сложилось так, что стандартным кадром считается кадр 35 – мм фотопленки размером 24х36 мм, а матрица такого размера называется полнокадровой. Матрицы меньшего размера, наиболее часто используемые в фотоаппаратах, называются «кропнутыми». Кроп  фактор – это отношение длины диагонали полнокадровой матрицы 24х36 мм к длине диагонали матрицы данного фотоаппарата.

    Для того чтобы рассчитать эквивалентное фокусное расстояние для матрицы с известным кроп фактором, надо фактическое фокусное расстояние объектива умножить на величину кроп фактора. Например, объектив с фокусным расстоянием 50 мм для широко распространенной матрицы с кроп фактором 1,5 будет иметь эквивалентное фокусное расстояние 50*1,5=75 мм.

    Эквивалентное фокусное расстояние определяет угол поля зрения, от которого как раз и зависит как правильно выбрать объектив для съемки того или иного сюжета. Иными словами, если взять один и тот же объектив для матриц большего и меньшего размера, то угол поля зрения в первом случае будет больше, чем во втором. Например, стандартный для полнокадровой матрицы объектив с фокусным расстоянием 50 мм, становится портретным (мы уже рассчитали его эквивалентное фокусное расстояние, оно равно 75 мм) для матрицы с кроп фактором 1,5.

    Максимальное относительное отверстие объектива – это отношение диаметра входного зрачка на максимально открытой диафрагме к фокусному расстоянию. Иногда этот параметр называют светосилой, что не совсем верно, поскольку кроме относительного отверстия светосила учитывает еще поглощение света линзами объектива. Решая как правильно выбрать объектив необходимо помнить, что понятие относительного отверстия тесно связано с понятием диафрагменного числа, или диафрагмы. Эта связь определяется простым соотношением:

    относительное отверстие=1/диафрагменное число (диафрагма)

    Чем меньше значение диафрагмы (т. е. чем больше она открыта), тем больше света поступает к матрице, и можно снимать более темные объекты на коротких выдержках. Кроме этого, на открытой диафрагме меньше глубина резкости, что позволяет выделить в кадре главный объект, размыв фон. Все это очень широко используется при фотографировании.

    Рассмотрим, как правильно выбрать объектив исходя из его эквивалентного фокусного расстояния и максимального относительного отверстия для съемки различных сюжетов.

    Пейзаж. Для пейзажа лучше всего подойдет широкоугольный объектив, у которого эквивалентное фокусное расстояние меньше 50 мм. Такой объектив придает снимку большую глубину, поскольку задний план, т. е. более удаленные предметы, будут выглядеть мельче и создавать эффект перспективы и объема. Часто его используют и для съемки панорам. Неизбежные перспективные искажения, которые вносит  широкоугольный объектив, при съемке пейзажа не очень критичны, в отличие от архитектуры и портрета, где они могут изменить изображение до неузнаваемости. Снимать пейзаж рекомендуется на средних и более закрытых диафрагмах, чтобы получить более резкую и проработанную картинку.

    Портрет. Наилучшими для съемки портрета считаются объективы с эквивалентным фокусным расстоянием 70 – 100 мм и максимальной диафрагмой 1,4 – 2,0. Такой объектив не искажает геометрию снимка и позволяет размыть задний план, акцентировав внимание на выражении лица модели. В портрете, чем больше максимальное относительное отверстие объектива, тем лучше, поскольку это позволяет существенно уменьшить глубину резкости и выделить необходимые по замыслу фотографа части портрета.

    Съемка животных и птиц. Здесь не обойтись без телеобъектива с эквивалентным фокусным расстоянием более 100 мм. Телеобъектив позволяет снять пугливую птицу с большого расстояния и получить уникальный кадр. Кроме этого, благодаря способности отображать перспективу с минимальными искажениями телеобъектив часто используется для получения необычных эффектов в разных видах съемки. Например, можно запечатлеть на фотографии предметы разного размера в одинаковую величину.

    Репортаж. Для репортажа желательно использовать объектив с максимально возможным диапазоном зума. Например, объектив с эквивалентным фокусным расстоянием 28-300 мм отлично подойдет для репортажной съемки. Надо только учитывать, что объективы с большим зумом, как правило, дают не очень высокое качество изображения, но для репортажа, где оперативность съемки часто решает все, это не является недостатком.

    Все вышесказанное справедливо как для объективов с фиксированным фокусным расстоянием, так и с переменным (зумов). Кто то может подумать, что проблема как правильно выбрать объектив неактуальна для современных хороших фотоаппаратов с мощным зумом. Конечно, удобно было бы иметь один объектив с огромным зумом на все случаи жизни, но это практически невозможно. Чем больше диапазон фокусных расстояний (зум), тем большее количество линз приходится использовать, а значит больше поглощение света и меньше светосила. Страдает также и качество изображения, которое может быть разным у одного и того же объектива на различных фокусах.

    Оптимальными по качеству изображения можно считать объективы с 3 – 4х кратным зумом (для того, чтобы определить кратность зум объектива надо его максимальное фокусное расстояние разделить на минимальное), но и они уступают объективам с фиксированным фокусным расстоянием. К тому же такая кратность зума не очень велика и не сможет перекрыть все ваши потребности. Поэтому если вы счастливый обладатель зеркального фотоаппарата или компакта со сменной оптикой, то вопросом как правильно выбрать объектив вы озаботитесь обязательно рано или поздно, и лучше разобраться в этом заранее, чтобы не тратить средства на приобретение дорогих, но мало подходящих для вас объективов.

    Эквивалентное фокусное расстояние — Вики

    Эквивалентное фокусное расстояние — виртуальная характеристика объектива, служащая исключительно целям сравнения — фокусное расстояние объектива, рассчитанного на кадр 24×36 мм (фотоплёнка типа 135, «полнокадровая» цифровая матрица, кроп-фактор=1), с углом зрения, равным углу зрения исследуемого объектива на фотоаппарате с кроп-фактором.

    Эквивалентное фокусное расстояние можно рассчитать по формуле dэкв=d×Kf{\displaystyle K_{f}}, где d — фокусное расстояние объектива, а Kf{\displaystyle K_{f}} — кроп-фактор. Например, о 31-мм объективе для камер с кроп-фактором 1,6 можно говорить как об эквиваленте 50-мм для полного кадра (Kf{\displaystyle K_{f}}=1). Эта формула справедлива для объективов, формирующих изображение в прямолинейной проекции, и плохо работает для объективов типа «рыбий глаз».

    Следует отметить, что термин «эквивалентное фокусное расстояние» используется только для удобства, и не имеет физического смысла.

    В оптике термин применяется для характеристики сложной оптической системы, состоящей из нескольких компонентов, где под компонентом понимается как отдельная линза, так и несколько склеенных линз, или линз, поверхности которых попарно соединены оптическим контактом.[1]

    Практический пример

    Для сравнения фокусных расстояний двух объективов, предназначенных для разных фотоаппаратов, необходимо указанные на объективах фокусные расстояния[2] (ФР) домножить на кроп-фактор фотоаппарата. Например:

    1. Объектив SMC Pentax-DA имеет маркировку «18-55 mm». Кроп-фактор фотоаппарата, на котором установлен данный объектив, — 1,53. Домножив фокусные расстояния на кроп-фактор получаем эквивалентное фокусное расстояние (ЭФР) 28-84 мм.

    2. Объектив фотоаппарата «Olympus C-900 zoom» имеет маркировку «5,4-16,2 mm». кроп-фактор данного аппарата равен 6,56. Домножив получаем ЭФР объектива: 35-106 мм.

    3. Теперь переведя ФР обоих объективов к ЭФР мы можем их сравнить. Первый обладает более широким углом зрения при широкоугольном положении, второй — более длиннофокусное телеположение.

    Примечания

    1. ↑  (рус.) Пояснение термина на странице «Фотографические термины и понятия» раздела «Вопросы и ответы» сайта НТЦ КМЗ.
    2. ↑ Если только они уже не указаны в пересчёте на эквивалентное фокусное расстояние.

    См. также

    Фокусное расстояние

    и эффективное фокусное расстояние

    фото 66North через iStock

    Читая учебные пособия по фотографии для начинающих фотографов или рекламные объявления для нового оборудования, мы часто видим термин, используемый очень часто: эффективное фокусное расстояние. Что такое эффективное фокусное расстояние? Как сравнить фокусное и эффективное фокусное расстояние?

    Если вам нравится техническая сторона фотографического процесса, вам понравится это обсуждение. Чтобы начать изучение фокусного расстояния и эффективного фокусного расстояния, давайте сначала рассмотрим несколько определений, а затем некоторые основы конструкции линз.

    Определенное фокусное расстояние

    фотография RichLegg через iStock

    Фокусное расстояние для фотографических объективов обычно измеряется в миллиметрах (мм). Это не измерение реальной физической длины объектива, а, скорее, измерение расстояния от фокальной точки объектива до плоскости пленки или датчика. С некоторыми конструкциями линз фокус линзы может даже не находиться в пределах линзы.

    фото Соловьевой через iStock

    Для более глубокого объяснения этого определения и некоторых других терминов и концепций, которые мы выделим в нашей статье, ознакомьтесь с этим подробным руководством Софи Морел (PDF ). В нем обсуждается формула фокусного расстояния, используемая для описания фактического фокусного расстояния объектива.

    Фокусное расстояние также определяет угол обзора и видимую перспективу, а также то, является ли объектив широкоугольным, нормальным или телефото.

    Что вообще нормально?

    фото PeopleImages через iStock

    Важно обратить внимание на область изображения 24×36 мм, стандарт, который был продолжен в цифровых камерах.Это очень важно знать, когда мы рассматриваем термин, упомянутый в самом начале, эффективное фокусное расстояние.

    Измерение диагонали прямоугольника 24×36 мм дает значение 43,3 мм. При любом размере формата линза с диагональю дает поле зрения около 53 градусов.

    Подробнее:

    The Nifty Fifty

    фото от deepblue4you через iStock

    Однако с 35-миллиметровыми камерами стандарт для обычного объектива обычно составляет 50 мм, а не 43. 3мм. Для этого есть несколько веских причин.

    50 мм недалеко от 43,3 мм, но, что более важно, оптическая формула для объектива, который имеет круг изображения, покрывающий полнокадровый 35-мм формат при фокусном расстоянии 50 мм, чрезвычайно прост в разработке и изготовлении, что приводит к низкой стоимости и невероятно хорошие оптические характеристики в отношении искажений, аберраций и резкости.

    Фокусное расстояние 50 мм имеет еще одну характеристику, которая делает его отличным обычным объективом. Когда вы смотрите через видоискатель 35-мм камеры с отчеканенным объективом 50 мм, увеличение составляет 1X, что означает, что когда вы смотрите на сцену без камеры и через камеру, вы видите такое же увеличение.

    Если рассматривать увеличение, объектив 50 мм обеспечивает 1-кратное увеличение по сравнению с форматом 35 мм. Телеобъективы иногда называют увеличением по сравнению с обычным объективом. Таким образом, телеобъектив 200 мм — это телеобъектив с 4-кратным увеличением.

    Стандарты

    фото Stratol через iStock

    Все это подводит нас к вопросу о фокусном расстоянии и эффективном фокусном расстоянии, с которого мы начали. Термины «эффективное фокусное расстояние» и «кажущееся фокусное расстояние» основаны на нормальном объективе для полнокадрового формата 35 мм.

    С начала 20 века в большей части популярной фотографии, как любительской, так и профессиональной, преобладали 35-мм камеры с обычными объективами. Профессионалы используют множество больших форматов, каждый со своими обычными линзами с фокусным расстоянием.

    Фактор кадрирования и эффективное фокусное расстояние

    Фотография предоставлена ​​AR-tem через iStock

    Большие форматы не нужно рекламировать в массах, их пользователи определяются конкретными потребностями.Они по-прежнему получают свою рекламу, маркетинг и учебные пособия, но, как правило, о них не думают при обсуждении факторов урожая и фокусного расстояния в сравнении с эффективным фокусным расстоянием. Все это основано на формате полного кадра 35 мм.

    Двумя наиболее популярными форматами цифровых фотографий, помимо полнокадровых, являются форматы APS-C и MFT. В зависимости от размера форматов многие камеры APS-C имеют кроп-фактор 1,5 или 1,6, а MFT — 2,0.

    фото Поллианы Вентура через iStock

    Итак, теперь вопрос в том, что такое кроп-фактор? Коэффициент кадрирования — это расчет того, как фокусное расстояние объектива этих меньших форматов сравнивается с полнокадровым.Если мы посмотрим на нормальное фокусное расстояние объектива, камера APS-C имеет диагональ, близкую к 28 мм, но этот объектив не будет широкоугольным на APS-C, он будет показывать примерно тот же вид, что и объектив 43,3 мм на Full Рамка. Если вы умножите 28 мм на кроп-фактор APS-C, вы получите в значительной степени результат.

    Теперь, если мы посмотрим на нормальный объектив Nifty Fifty на полнокадровой камере, камера APS-C будет использовать объектив 35 мм, а камера MFT получит объектив 25 мм. У каждого из них одинаковый «нормальный» угол обзора и кажущаяся перспектива по сравнению друг с другом.

    Все это означает, что мы можем описать объектив 35 мм на APS-C или объектив 25 мм на MFT как имеющий такое же эффективное фокусное расстояние, как объектив 50 мм на полнокадровом 35 мм. Фокусные расстояния не изменились волшебным образом, это больше вопрос семантики, описывающей, как линзы ведут себя в предполагаемых форматах.

    Реальные фокусные расстояния

    фото selimaksan через iStock

    Вот где реклама и обучающие программы иногда могут немного запутать.В рекламе объектива может быть сказано, что их новый 400-миллиметровый объектив для камеры APS-C имеет эффективное фокусное расстояние 600 мм. Для этого они умножают кроп-фактор APS-C в 1,5 раза на объектив 400 мм, чтобы получить «эффективную» длину 600 мм.

    Еще одно высказывание заключается в том, что объектив 400 мм на камере формата APS-C видит такое же поле зрения или угол обзора и видимую перспективу, что и объектив 600 мм в полнокадровом режиме. Фактическое фокусное расстояние этого объектива составляет 400 мм. Фокус находится на расстоянии 400 мм от плоскости датчика.

    Но поскольку 35-миллиметровый объектив этого формата видит тот же угол обзора и видимую перспективу, что и Nifty Fifty в полнокадровом режиме, то 400-миллиметровый объектив на APS-C является телеобъективом с 12-кратным увеличением, точно так же, как 600-миллиметровый объектив с 12-кратным увеличением в полнокадровом режиме. Итак, с этой точки зрения расчет кроп-фактора — это разновидность калькулятора фокусного расстояния.

    Что это значит для вас?

    фотография MarioGuti через iStock

    Если вы основываете свои фотографические усилия на том, что вы используете и что вы хотите с этим делать, и когда и где вы хотите расширить или изменить вещи, вы будете просто отлично с любым эффективным фокусным расстоянием ваших линз.

    Подробнее:

    Понимание геометрии оптических линз | Эдмунд Оптикс

    Закон Снеллиуса | Терминология | Геометрия линз

    Оптические линзы — наиболее важные инструменты в оптическом дизайне для управления светом. Когда оптические дизайнеры говорят об оптических линзах, они имеют в виду либо одну линзу, либо набор линзовых элементов (рис. 1). Примерами одиночных элементов являются плоско-выпуклые (PCX) линзы, двояковыпуклые (DCX) линзы, асферические линзы и т. Д .; примерами сборок элементов являются телецентрические линзы формирования изображения, объективы с коррекцией на бесконечность, расширители луча и т. д.Каждая комбинация состоит из ряда линз, и каждый элемент имеет определенную геометрию линзы, которая по-своему управляет светом.

    Рисунок 1: Плоско-выпуклая линза (один элемент слева) и телецентрическая линза для визуализации (комбинация элементов справа)

    ЗАКОН ПРЕЛОМЛЕНИЯ СНЕЛЛА

    Прежде чем углубляться в каждый тип геометрии линз, подумайте, как оптические линзы изгибают свет, используя свойство преломления. Преломление — это способ отклонения света на определенную величину, когда он входит в среду или выходит из нее.Это отклонение зависит от показателя преломления среды и угла, который свет образует по отношению к нормали к поверхности. Это свойство регулируется законом преломления Снеллиуса (уравнение 1), где n 1 — индекс падающей среды, θ 1 — угол падающего луча, n 2 — индекс преломленной среды, и θ 2 — угол преломленного луча. Закон Снеллиуса описывает взаимосвязь между углами падения и передачи, когда луч проходит между несколькими средами (рис. 2).

    (1) $$ n_1 \, \ sin {\ left (\ theta_1 \ right)} = n_2 \, \ sin {\ left (\ theta_2 \ right)} $$

    Рисунок 2: Закон преломления Снеллиуса

    ТЕРМИНОЛОГИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНЗЫ

    Все оптические линзы подчиняются закону преломления Снеллиуса. Следовательно, именно геометрия оптической линзы (то есть профиль поверхности) определяет, как ведет себя свет при его распространении через оптический элемент. Чтобы понять терминологию, используемую в спецификациях оптических линз, рассмотрим 10 общих терминов (Таблица 1).Более подробные определения и список дополнительных терминов можно найти в нашем Глоссарии.

    Общая терминология оптических линз
    Сокращение Терминология — определение
    D, диам. Диаметр — физический размер линзы.
    R, R 1 , R 2 и т. Д. Радиус кривизны — Направленное расстояние от вершины поверхности до центра кривизны.
    EFL Эффективное фокусное расстояние — оптическое измерение, определяемое как расстояние от главной плоскости оптической линзы до плоскости изображения.
    BFL Заднее фокусное расстояние — механическое измерение, определяемое как расстояние между последней поверхностью оптической линзы и плоскостью ее изображения.
    П, П « Основная плоскость — гипотетическая плоскость, в которой падающие световые лучи могут искривляться из-за преломления.EFL определяется из местоположения главной плоскости.
    CT, CT 1 , CT 2 и т. Д. Толщина центра — расстояние от местоположения основной главной плоскости до конца элемента.
    ET Edge Thickness — расчетное значение, которое зависит от радиуса, диаметра и центральной толщины линзы.
    d b Диаметр входного луча — Диаметр коллимированного света, попадающего в аксикон.
    d r Диаметр выходного луча — Диаметр светового кольца, выходящего из аксикона.
    л Длина — Физическое расстояние от конца до конца цилиндрического элемента (например, цилиндрической линзы) или расстояние от вершины до заготовки аксикона.

    ГЕОМЕТРИЯ ОПТИЧЕСКОЙ ЛИНЗЫ

    Используя общепринятую терминологию из Таблицы 1, легко понять технические характеристики для каждого типа одиночной линзы.В таблице 2 показаны 10 наиболее часто используемых оптических линз и их типичные области применения. По мере развития оптических технологий дополнительные геометрические формы одиночных линз, такие как линзы с регулируемым фокусом, и сборки, такие как телецентрические линзы, становятся ценными инструментами для проектирования оптики. Чтобы узнать больше о телецентрических объективах, просмотрите «Преимущества телецентричности».

    Обычная геометрия оптических линз
    Плоско-выпуклая линза (PCX) | Посмотреть товар

    Идеально подходит для коллимации и фокусировки с использованием монохроматического освещения.Примечание. Для оптимальной работы направьте изогнутую поверхность объектива PCX в сторону источника.

    Двояковыпуклый (DCX) | Посмотреть товар

    Идеально подходит для ретрансляции изображений и для визуализации близких сопряженных объектов. Примечание. Аберрации будут увеличиваться по мере увеличения соотношения конъюгатов.

    Плоско-вогнутая (PCV) Линза | Посмотреть товар

    Состоит из одной плоской поверхности и одной изогнутой внутрь поверхности.Идеально подходит для расширения луча, проецирования света и увеличения фокусного расстояния оптической системы.

    Линза с двойной вогнутостью (DCV) | Посмотреть товар

    Состоит из двух одинаково изогнутых поверхностей, обращенных внутрь. Идеально подходит для расширения луча, проецирования света и увеличения фокусного расстояния оптической системы.

    Позитивная ахроматическая линза | Посмотреть товар

    Выполняет те же функции, что и объектив PCX или DCX, но может обеспечивать меньший размер пятна и превосходное качество изображения.Ахроматические линзы полезны для уменьшения сферической и хроматической аберрации. Доступна отрицательная версия для расходящегося света. Для получения дополнительной информации см. «Зачем использовать ахроматические линзы?»

    Асферическая линза | Посмотреть товар

    Идеально подходит для лазерной фокусировки или для замены нескольких сферических линз в системе. Полезно для устранения сферической аберрации и значительного уменьшения других аберраций.Для получения дополнительной информации см. Все об асферических линзах.

    Линза положительного цилиндра | Посмотреть товар

    Идеально подходит для фокусировки падающего света на линию или для изменения соотношения сторон изображения. Также доступна отрицательная версия.

    Плоско-выпуклые (PCX) Аксиконы | Посмотреть товар

    Идеально подходит для фокусировки лазерного луча в кольцо постоянной толщины.Примечание. Чем меньше угол при вершине, тем больше кольцо. Для получения дополнительной информации см. Подробный обзор Axicons

    .
    (полностью) сферическая линза | Посмотреть товар

    Идеально подходит для подключения оптоволокна, эндоскопии и сканирования штрих-кода. Также доступна версия с полушаровыми линзами. Для получения дополнительной информации см. Understanding Ball Lenses

    .
    Стержневая линза | Посмотреть товар

    Идеально подходит для соединения волокон и эндоскопии.Также доступна версия 45 °.

    Оптические линзы бывают разных форм и размеров — от плосковыпуклых (PCX) до асферических. Знание преимуществ и недостатков каждого типа линз имеет решающее значение при выборе оптики, поскольку каждая из них имеет собственное предназначение. Понимание геометрии оптических линз помогает любому, от новичка до эксперта, выбрать лучшую оптическую линзу в любой оптической конструкции.

    Оптика

    — Как определяется фокусное расстояние для двухлинзовой системы, разделенной расстоянием $ d $? Оптика

    — Как определяется фокусное расстояние для двухлинзовой системы, разделенной расстоянием $ d $? — Обмен физическими стеками
    Сеть обмена стеков

    Сеть Stack Exchange состоит из 176 сообществ вопросов и ответов, включая Stack Overflow, крупнейшее и пользующееся наибольшим доверием онлайн-сообщество, где разработчики могут учиться, делиться своими знаниями и строить свою карьеру.

    Посетить Stack Exchange
    2. 0
    3. +0
    6. Авторизоваться Зарегистрироваться

    Physics Stack Exchange — это сайт вопросов и ответов для активных исследователей, ученых и студентов-физиков.Регистрация займет всего минуту.

    Зарегистрируйтесь, чтобы присоединиться к этому сообществу

    Кто угодно может задать вопрос

    Кто угодно может ответить

    Лучшие ответы голосуются и поднимаются наверх

    Спросил

    Просмотрено 56k раз

    $ \ begingroup $

    Я нашел формулу для эффективного фокусного расстояния $ f $ двух тонких линз с фокусными расстояниями $ f_1 $ и $ f_2 $, разделенными расстоянием $ d $, как $$ \ frac 1f = \ frac 1 {f_1} + \ frac 1 {f_2} — \ frac d {f_1f_2}.$$ Однако я не могу найти, как определяется $ f $. Это расстояние от первой линзы до конечной точки фокусировки или расстояние от второй линзы до конечной точки фокусировки? Или ни то, ни другое?

    Qmechanic ♦

    147k2828 золотых знаков347347 серебряных знаков17431743 бронзовых знака

    Создан 05 апр.

    Дэвид УэббДэвид Уэбб

    17311 золотой знак11 серебряный знак44 бронзовых знака

    $ \ endgroup $ 1 $ \ begingroup $

    Это расстояние от плоскости изображения до задней главной плоскости.Вы можете определить местоположение этой плоскости, проецируя луч изображения назад через систему туда, где он пересекает проекцию луча объекта. Иногда это также называют эффективным фокусным расстоянием (v) системы, и это верно как для простых, так и для сложных систем. Расстояние от задней линзы до плоскости изображения — это просто заднее фокусное расстояние (v «). Разницу между v и v» можно найти по формуле:

    $ \ delta $ = $ \ frac {-d} {n} $$ \ frac {f} {f_1} $ = v «- v ‘, где n = 1 в воздухе