Объективы с автоматической диафрагмой | Secuteck.Ru
В рубрику «Видеонаблюдение (CCTV)» | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Техническое обозрение
М.Ю. Арсентьев
Генеральный директор НТЦ «Подсвет»
Темой этого технического обозрения стали CCTV-объективы с автоматической диафрагмой (автодиафрагмой). Большая часть представленных объективов выпущена в Юго-Восточной Азии и Германии, тогда как в России их производство, к сожалению, практически отсутствует.
Принцип работы объективов с автодиафрагмой основан на отрицательной электронно-механической обратной связи между уровнем видеосигнала телекамеры и диаметром апертуры (диафрагмы). Лепестки диафрагмы перемещаются с помощью микропривода, управляемого электронной схемой, расположенной внутри объектива или камеры. Главной задачей при этом является сохранить номинальный уровень видеосигнала телекамеры. Аналогичную задачу, только иным способом, может выполнять электронный затвор.
Разрешающая способность объектива
При выборе объектива с автодиафрагмой, как и любого другого, следует обращать внимание на его разрешающую способность. Разрешение объектива измеряется в линиях на миллиметр и определяется отношением максимально возможного количества белых полос, чередующихся с черными, которое данный объектив может спроецировать на рабочую зону ПЗС-матрицы с контрастом 20% к ширине этой зоны. Подсчитываются при этом только линии одного цвета (либо белые, либо черные). Разрешение большинства объективов для охранного телевидения составляет от 50 до 150 линий/мм.
Фокусное расстояние
У многих объективов с автоматической диафрагмой есть возможность регулирования фокусного расстояния, что весьма удобно, но изготовление такой оптики — довольно сложная задача, и не каждый производитель хорошо справляется с нею. Ведь у объектива в этом случае имеются подвижные линзы, что требует гораздо большей точности исполнения оптической системы, чем, например, при изготовлении собственно механизма автодиафрагмы.
F-число объектива
Типовой заявленный диапазон изменения F-чи-сла, как правило, составляет от 1,2 или 1,4 (полностью открытая диафрагма) до 1/360 (полностью закрытая диафрагма). Это дает изменение освещенности на матрице более чем в 30 000 раз. Такой диапазон изменения диафрагмы сложно обеспечить только ее уменьшением в результате дифракционных и технологических ограничений, поэтому на центральную часть объектива наносится поглощающее покрытие с переменной плотностью, увеличивающейся к центру апертуры (так называемый ND-фильтр). То есть при самом ярком свете, когда шторки объектива сжимаются к центру, среднее свето-пропускание оставшегося стеклянного «пятачка» на единицу площади будет существенно меньше, чем у полностью открытой апертуры ночью. Разумеется, чем больше диапазон изменения F-числа, тем лучше, поскольку большой диапазон допускает применение объектива при максимальных перепадах освещенности. Одним из способов дальнейшего увеличения диапазона может стать применение электрохромных пленок или линз, например, из оксида вольфрама. Электрохромный эффект заключается в обратимом изменении светопропускания материала под действием электрического тока, и он давно используется, в частности, производителями автомобильных зеркал заднего вида.
Способ управления диафрагмой, регулировка LEVEL и ALC
Если электронная «начинка» размещается в корпусе объектива, то с телекамеры на объектив подается напряжение питания и видеосигнал без синхросмеси. Когда уровень видеосигнала падает ниже номинального, формируется управляющее напряжение для открытия лепестков диафрагмы. Если видеосигнал увеличивается, диафрагма закрывается. Такая схема работы автодиафрагмы является наиболее гибкой и эффективной, и она получила название Video Drive (VD).
Регулятор LEVEL позволяет менять открытие диафрагмы при номинальном уровне, то есть фактически устанавливает яркость изображения. Регулятор ALC на объективе позволяет изменить или установить среднее значение освещенности, при которой обеспечивается номинальный уровень видеосигнала. Большинство современных телекамер имеют переключатель, дающий возможность управления как VD-, так и DD-объективами. Учитывая, что стоимость объективов DD несколько ниже, для бюджетных решений часто используют именно их. В то же время электронная схема управления диафрагмой в телекамере обычно несколько упрощена по сравнению со схемой в VD-объективе. Так, например, там часто отсутствует регулятор ALC. Такая регулировка позволяет установить полезный в некоторых случаях режим, когда диафрагма не будет закрываться при попадании в поле зрения ярких точечных объектов (фонарей, автомобильных фар, бликов), допуская потерю части информации вблизи них из-за блюминга («заливания белым»), но сохраненяя достаточно различимыми темные зоны «картинки». У многих универсальных VD/DD-телекамер такого регулятора нет, поэтому в ответственных и сложных случаях для максимально точной настройки системы камера -объектив можно порекомендовать «умные» объективы с управлением диафрагмы видеосигналом (тип VD).
Выбор объектива в зависимости от освещенности
Многие объективы с автодиафрагмой имеют возможность дистанционного управления вручную с пульта (для оптимальной настройки работы камеры при разной освещенности). В настоящее время этот режим используется редко. Автоматическая диафрагма, прекрасно подходящая к применению на улице, не всегда будет уместна в помещении. Дело в том, что при изменении размера диафрагмы у камеры изменяется глубина резкости, что увеличивает вероятность расфокусировки.
Опубликовано: Журнал «Системы безопасности» #3, 2009
Посещений: 19152
В рубрику «Видеонаблюдение (CCTV)» | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Объективы с фиксированной и ручной диафрагмой
В рубрику «Видеонаблюдение (CCTV)» | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Генеральный директор НТЦ «Подсвет»
Объектив — одна из основных частей системы видеонаблюдения. Его выбор определяет угол зрения телекамеры, чувствительность и во многом — разрешение всей системы
Классифицировать объективы можно по наличию и способу регулировки диафрагмы и (или) фокусного расстояния, по светосиле, диаметру посадочного отверстия, разрешению, наличию асферических линз и по некоторым другим признакам
Объектив с фиксированной диафрагмой
Этот вид объективов является самым простым Иногда про него говорят — «без диафрагмы», что, конечно, неверно, поскольку диафрагма (апертура) есть у любого оптического прибора, а отсутствовать может лишь возможность ее изменения. У таких объективов обычно нет никаких регулировок, они не имеют движущихся составных частей, а значит, весьма дешевы (от десятков центов у производителя до нескольких долларов в Москве за обычный объектив М12), надежны (при условии соблюдения производителем технологии) и предельно просты в установке и обслуживании. Оптика с установочной резьбой М12 и менее в подавляющем большинстве случаев поставляется вместе с телекамерой и в настройке вообще не нуждается. При замене такого объектива надо просто добиться четкого изображения на мониторе, вворачивая и выворачивая его в держателе (holder) камеры.Объективы с ручной регулировкой диафрагмы
Механизм обычно состоит из нескольких лепестков, способных двигаться при вращении кольца диафрагмы на тубусе объектива.
При открытой диафрагме типовые значения F-числа равны 1.2,1.4,1.6. При противоположном крайнем положении регулировочного кольца у некоторых объективов апертура закрывается полностью, и изображение не формируется Линзы объектива остаются при этом неподвижными, что позволяет задать нужное значение диафрагмы при установке телекамеры непосредственно на объекте, а при необходимости изменять его в процессе эксплуатации -без замены объектива и обычно даже без демонтажа камеры. Такие объективы значительно удобнее объективов с фиксированной диафрагмой, так как позволяют точно настроить объектив, добиваясь приемлемого компромисса между глубиной резкости (минимальная апертура) и чувствительностью телекамеры (максимальная апертура). Разумеется, при изменении уровня освещенности такой объектив не может автоматически «сдвинуть или раздвинуть шторки», поэтому основное место применения оптики с ручной диафрагмой — закрытые помещения, причем с небольшой площадью окон, и желательно не с южной стороны. С относительно небольшими перепадами освещенности там вполне может справиться электронный затвор (путем изменения времени экспозиции ПЗС-матрицы).Светосила объектива
Эту характеристику определяет F-число объектива, характеризующее яркость получаемого изображения. Оно равно отношению фокусного расстояния к максимальному диаметру апертуры (диафрагмы). Чем меньше значение F-числа, тем более светосильным является объектив. Обратная величина называется относительным отверстием. Понятно, что при сравнимом размере апертуры светосила и относительное отверстие длиннофокусных объективов всегда меньше (а F-число соответственно больше), чем у короткофокусных.Разрешающая способность (разрешение) объектива
Разрешение объектива измеряется в линиях на миллиметр и определяется отношением максимально возможного количества белых полос, чередующихся с черными, которое данный объектив может спроецировать на рабочую зону ПЗС-матрицы с контрастом 20% к ширине этой зоны. Подсчитываются при этом только линии одного цвета (либо белые, либо черные) Разрешение большинства объективов для охранного телевидения составляет от 50 до 150 линий/мм.
В последнее время, с распространением IP-камер высокого разрешения, ряд производителей оптики перешли на нормирование разрешения в мегапикселях. Перевод разрешения из одной единицы в другую не вполне очевиден, что создает проблемы для объективного сравнения. Попробуем внести ясность в этот вопрос и представим в мегапикселях разрешение объектива 100 линий/мм, рассчитанного на телекамеру с ПЗС-матрицей 1 дюйм.
Разрешение в телевизионных линиях, в отличие от разрешения оптики Ro, подразумевает собой подсчет и черных, и белых линий измерительной таблицы. В связи с этим переход от оптических линий к пикселям подразумевает удвоение числа линий по горизонтали и по вертикали Тогда разрешение (без учета коэффициента Келла):
где:
а — ширина ПЗС-матрицы (см. таблицу),
b — длина ПЗС-матрицы (см. таблицу) В нашем примере:
Другими словами, получаем 4,9 Мпкс.
Длина и ширина ПЗС-матрицы практически линейно связаны с ее форматом, что позволяет перейти от однодюймовой матрицы к более общей формуле:
При этом формат Ф в данном случае является безразмерным коэффициентом, показывающим, во сколько раз линейные размеры данной ПЗС-матрицы отличаются от размеров матрицы формата 1 дюйм. Пропорция формата и истинного размера матриц не всегда точна, поэтому наш расчет приблизителен и коэффициент формулы округляется до 2 значащих цифр.
Несложно провести и обратный перевод:
или, если перейти к Мпкс:
Если же учесть Келл-фактор (коэффициент 0,7, применяемый при переходе от количества пикселей к разрешению в ТВ-линиях), формула примет вид:
И пересчет из Мпкс соответственно:
Было бы интересно узнать методики расчета производителей, а также на сколько они близки к приведенным.
В заключение хочется подчеркнуть, что использование объективов без автоматической диафрагмы в ряде случаев предпочтительнее, и не только из-за их меньшей цены. В тех местах, где нет сильных перепадов освещенности, стоит применять именно их.
Таблицы. Объективы с фиксированной и ручной диафрагмой
Опубликовано: Журнал «Системы безопасности» #1, 2009
Посещений: 12818
В рубрику «Видеонаблюдение (CCTV)» | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций
Объективы без микропроцессора
- Центр загрузки
- Руководство по эксплуатации D850
- Другие параметры съемки
- Объективы без микропроцессора
Объективы без микропроцессора можно использовать в режимах экспозиции A или M с установкой диафрагмы с помощью кольца диафрагмы объектива. Установив данные объектива (фокусное расстояние объектива и максимальную диафрагму), пользователь может получить доступ к следующим функциям объектива со встроенным микропроцессором.
Если известно фокусное расстояние объектива:
- Можно использовать интенсивное увеличение с дополнительными вспышками
- Фокусное расстояние объектива перечислено (со «звездочкой») на экране просмотра информации о снимке
Если известна максимальная диафрагма объектива:
- Значение диафрагмы отображается на панели управления и в видоискателе
- Уровень вспышки регулируется в соответствии с изменениями диафрагмы, если вспышка поддерживает режим qA (автоматическая диафрагма)
- Значение диафрагмы указано (со «звездочкой») на экране просмотра информации о снимке
Установка и фокусного расстояния, и максимальной диафрагмы объектива:
- Включает цветовой матричный замер (имейте в виду, что, возможно, будет необходимо использовать центровзвешенный или точечный замер, чтобы достичь точных результатов с некоторыми объективами, включая объективы Reflex-NIKKOR)
- Улучшает точность центровзвешенного и точечного замера и сбалансированной заполняющей вспышки i-TTL для цифровых зеркальных фотокамер
Для ввода или редактирования данных для объектива без микропроцессора:
-
Выберите Данные объектива без CPU.
Выделите Данные объектива без CPU в меню настройки и нажмите 2.
-
Выберите номер объектива.
Выделите Номер объектива и нажмите 4 или 2, чтобы выбрать номер объектива.
-
Введите фокусное расстояние и диафрагму.
Выделите Фокус. расстояние (мм) или Макс. диафрагма и нажмите 4 или 2, чтобы отредактировать выделенный элемент.
-
Сохраните параметры и выйдите из данного режима.
Нажмите J. Установленные значения фокусного расстояния и диафрагмы будут сохранены под выбранным номером объектива.
Вызов данных объектива с использованием объективов без микропроцессора:
-
Назначьте выбор номера объектива без микропроцессора элементу управления фотокамеры.
Задайте Выбор ном. объек. без CPU элементу управления с помощью пользовательской настройки f1 (Назнач. польз. эл. управ., 0 Назнач. польз. эл. управ.).
-
Используйте выбранный элемент управления для выбора номера объектива.
Нажмите выбранный элемент управления и поворачивайте главный или вспомогательный диск управления до тех пор, пока нужный номер объектива не будет отображаться на панели управления.
Главный диск управления
Фокусное расстояние Максимальная диафрагма Номер объектива
Если верное фокусное расстояние не указано, выберите ближайшее значение, большее, чем фактическое фокусное расстояние объектива.
Максимальная диафрагма для телеконверторов складывается из максимальной диафрагмы телеконвертора и объектива. Имейте в виду, что данные объектива не настраиваются, когда объективы без микропроцессора увеличивают или уменьшают. Данные разных фокусных расстояний могут быть внесены как разные номера объективов, или данные для объектива могут быть отредактированы, чтобы отразить новые значения для фокусного расстояния объектива и максимальной диафрагмы каждый раз при настройке зуммирования.
Варифокальные объективы представляют собой наиболее универсальное и практичное решение для оптимизации угла обзора на месте. Эти объективы позволяют устанавливать практически любой угол обзора, что обеспечивает максимальный эффект наблюдения. Установщики не нуждаются в нескольких объективах с различным фокусным расстоянием, установка оказывается более эффективной, поскольку правильный угол обзора может быть найден без изменения настроек камеры. При изменении требований к зоне обзора после установки очень легко осуществить модификацию, изменив лишь настройки фокусного расстояния объектива. ФункцииВарифокальные объективы с диафрагмой, управляемой сигналом постоянного тока (DC), компактны, прочны и выпускаются в формате изображения 1/3″ и 1/2″. Данная серия моделей сформирована в соответствии с чувствительностью, оптическим разрешением и диапазоном объективов для применения с самыми различными видеокамерами Dinion. Эти варифокальные объективы выпускаются со стандартным C- или CS-креплением. Управляющее соединение DC-диафрагмы представляет собой стандартный четырехконтактный разъем, который точно подходит к диафрагменному выходу камеры. Объективы обеспечивают впечатляющее качество оптики благодаря своим высоким стандартам разрешающей способности, воспроизведения контрастности и светочувствительного слоя. Механическая конструкция выдерживает как частые операции
управления DC-диафрагмой, так и воздействия окружающей среды при
установке. Технические характеристики
Модели:
Дополнительные аксессуары:
|
|||||||
Данная серия варифокальных объективов обеспечивает
идеальное сочетание гибкости, высокого качества и надежности,
соответствующее характеристикам камер.
тока (DC),
4-контактныйВарифокальный объектив с ручной диафрагмой Smartec
STL-2712 Smartec Варифокальный объектив с ручной диафрагмой 1/3″, 2.7-12.0 мм, 97°-24°, F1.2-С, асферич., ИК-коррекция, MM, CS
Варифокальные объективы с ИК-коррекцией
При использовании обыкновенных объективов, как правило, возникает проблема смещения точки фокусировки при переходе от видимого к инфракрасному спектру.
В объективах Smartec этот эффект преодолен, поэтому их можно рекомендовать для телекамер «день/ночь». Изображение всегда будет четким — как в цветном, так и в черно-белом режиме (при механическом отключении ИК-фильтра).Асферические линзы
Объектив, в составе которого используются сферические линзы, не может обеспечить идеальную фокусировку изображения. Сферический объектив включает группу линз для компенсации искажений. При производстве асферических объективов Smartec используются прецизионные методы шлифовки, позволяющие получить профили поверхностей, заданные параболической, квадратичной, кубической, полиномиальной и другими функциями.
Быстродействующая диафрагма
Варифокальные объективы снабжены быстродействующей диафрагмой, обеспечивающей изменение апертуры в широком диапазоне от F0.95 до F360. Такой разброс апертур позволяет изменять светопропускание объектива в режиме реального времени, что делает оптику Smartec идеальным выбором для использования в широком диапазоне освещенностей. Объективы STL-3080DC имеют особо малое минимальное относительное отверстие F0.95 и могут быть рекомендованы для условий сверхмалого освещения.
Широкий диапазон настройки фокусного расстояния
Варифокальные объективы Smartec позволяют устанавливать фокусное расстояние в широком диапазоне, что облегчает выбор объектива и дает дополнительную свободу в выборе места монтажа телекамеры.
ED-стекло (Extra Low Dispersion)
При использовании в объективах линз из обыкновенного стекла довольно сложно добиться компенсации искажения цвета. И в видимом, и в инфракрасном диапазонах происходит расширение вторичного спектра, и изображение становится размытым. В объективе Smartec STL-5055DC эта проблема решена за счет использования набора линз из низкодисперсного ED-стекла.
EMD диафрагма — Объективы Canon EF
Управление диаметром диафрагмы выполняется импульсным электрическим сигналом, в соответствии со значением, которое установлено вручную с помощью электронного диска камеры, или автоматически определено ее микрокомпьютером.
Особенности EMD состоят в следующем:
- Так как управление выполняется электронным способом, точность управления значительно повышается.
- Достигается высокая скорость реакции при запуске и остановке, так как перемещение выполняется шаговым двигателем.
- Работает почти бесшумно, так как исключены удары, присущие рычажным механизмам.
- Диафрагму можно полностью закрыть для проверки глубины резкости простым нажатием кнопки в любой момент независимо от того, какой режим управления экспозицией установлен в камере — автоматический или ручной.
- Реализуется максимальная долговечность и надежность благодаря уменьшению нагрузок во время перемещения.
- При увеличении мощности двигателя система может работать с диафрагмами большого диаметра.
- Отсутствие механической связи с корпусом камеры предоставляет большую свободу при выборе компоновки диафрагмы.
В действующей конструкции EMD (рис. 1) используется шаговый двигатель и шестеренка для управления вращением кольца, сцепленного с лепестками диафрагмы.
Рис. 1 — Конструкция EMD
В шаговом двигателе деформации, который является источником движения, используются силы отталкивания и притяжения магнитов, прикрепленных к статору и ротору, которые расположены, как показано на рис. 2, для поворота ротора на один шаг при каждом электрическом импульсе.
Рис. 2 — Конструкция шагового двигателя
Когда сигнал управления диафрагмой поступает из фотокамеры в объектив, микрокомпьютер, встроенный в объектив, преобразует сигнал в соответствующее число импульсов и осуществляет цифровое управление для точной установки требуемого диаметра диафрагмы. Таким образом, управление диафрагмой в объективах EF, оснащенных EMD, полностью осуществляется внутри самого объектива после получения электрического управляющего сигнала от камеры.
Преимущества этой системы учитывают бурное развитие в будущем и уже позволили компании Canon разработать первые в мире объективы с наклоном и сдвигом (объективы TS-E), оборудованные автоматической диафрагмой, а также использовать объективы EF в другом оборудовании, таком как видеокамера Canon XL2 со сменными объективами. В последних моделях EMD используется диафрагма, у которой форма лепестков оптимизирована для достижения наилучшего эффекта размытия.
По материалам сайта CANON.RU
Как использовать портретный объектив — Canon Azerbaijan
Большинство камер EOS поставляются с объективом общего назначения, который подходит для большинства типов фотосъемки. Однако существует серия специальных объективов, предназначенных для определенных жанров, например портретной фотографии. Они могут существенно улучшить качество ваших фотографий. Основными особенностями портретных объективов являются фокусное расстояние и максимальная диафрагма.
Фокусное расстояние — это расстояние между линзой и датчиком изображения камеры, когда объект находится в фокусе; это расстояние указывается в миллиметрах. Фокусное расстояние зум-объективов записывается как диапазон между минимальным и максимальным значением, например 18–55 мм. Обычно портретными считаются объективы с фокусным расстоянием свыше 85 мм.
На этом классическом погрудном портрете специальный объектив EF 85mm f/1.8 USM благодаря большому фокусному расстоянию позволил создать естественную перспективу и отделить модель от заднего плана.
Для сравнения — объектив с меньшим фокусным расстоянием, например 24 мм, исказит лицо объекта и изменит его пропорции. Кроме того, обычно при использовании коротких фокусных расстояний фон становится более различимым.
Еще одним ключевым фактором при выборе портретного объектива является максимальная диафрагма. Диафрагма — это размер отверстия в объективе, которое регулирует количество света, попадающего на датчик изображения камеры.
Каждому объективу присваивается значение диафрагмы, например f/2.8 или f/5.6. В зависимости от выбранного фокусного расстояния на некоторых зум-объективах максимальная диафрагма может меняться; в таком случае она указывается как диапазон, например f/3.5–5.6. Чем меньше значение диафрагмы, тем больше максимальное отверстие, а при создании портретов большая максимальная диафрагма станет заметным преимуществом.
Большая диафрагма пропускает больше света через объектив в камеру, поэтому объективы с большой диафрагмой отлично подходят для съемки в условиях слабого освещения, например при создании портретов в помещениях. Также съемка с максимальной диафрагмой, которую часто называют «открытой», обеспечивает большее размытие фона, которое ценится портретными фотографами.
Давайте рассмотрим несколько портретов, созданных при разных значениях диафрагмы на камеру Canon EOS M5 с объективом Canon EF-M 32mm f/1.4 STM.
Диафрагма объектива
Апертура оптики соответствует апертуре линзы, через которую свет может попадать на датчик. Следовательно, он напрямую отвечает за яркость изображения. Размер апертуры достигается за счет кругового расположения перекрывающихся лезвий, функция которых соответствует зрачку человеческого глаза. Это достигается за счет радиального ограничения оптического пути от края линзы.
Изменение диафрагмы влияет на
Более высокое фокусное отношение приводит к увеличению времени экспозиции, однако создает большую глубину резкости изображения; широко открытая диафрагма приводит к короткому времени экспозиции сенсора, но также и к низкой глубине резкости.
Международная шкала диафрагмы устроена таким образом, что каждый шаг означает уменьшение вдвое или удвоение времени экспозиции.
Лепестки диафрагмы уменьшают диаметр отверстия оптики в 1,4 раза (квадратный корень из 2), что соответствует уменьшению площади отверстия вдвое.
| 1,4 * 1,4 = 2 | 2 * 1,4 = 2,8 | 2,8 * 1,4 = 4 и т. Д. |
Результатом является международная серия диафрагмы:
f / 1 — f / 1 0,4 — f / 2 — f / 2,8 — f / 4 — f / 5,6 — f / 8 — f / 1 — f / 16-f / 22 ..
Абсолютный диаметр диафрагмы зависит от фокусного расстояния оптики. В случае объектива с f´ = 50 мм диафрагма, открытая на 12,5 мм, имеет тот же эффект, что и диафрагма, открытая на 25 мм, для оптики с фокусным расстоянием 100 мм.Если диаметр апертуры разделить на фокусное расстояние, результат в обоих случаях нашего примера будет 1/4, независимо от фокусного расстояния.
Следовательно, указание диафрагмы часто указывается как доля фокусного расстояния, а не как абсолютное значение в миллиметрах, их называют числами диафрагмы или диафрагмами. Показания объектива 1/4 также записываются как f / 4, F4 или 1: 4.
Эффективное фокусное отношение
Значения фокусного отношения, указанные на объективе, обычно рассчитываются для изображения из бесконечности.Однако в случае изображений с близкого расстояния, что довольно часто встречается в машинном зрении, становится очевидным, что изображение темнее. В случае макро-изображений этот эффект особенно очевиден.
k эффективный = k * (1 + β)
Масштаб изображения β рассчитывается из
β = изображение / объект
В случае изображения 144 мм («размер открытки» в качестве поля объекта) на микросхеме камеры 1/3 дюйма с размером 4,8 мм, результат будет β = 1/30, т.е.е. β не имеет большого значения в приведенной выше формуле. При использовании очень маленьких полей объекта и сравнительно больших датчиков эффективное фокусное отношение может сильно варьироваться. Изображение выглядит более темным.
Совет:Онлайн-мастер для расчета эффективного фокусного отношения можно найти в разделе «Сервис» на этом веб-сайте.
Важно для визуализации
За счет отсечения краевых лучей (искусственное виньетирование оптики) некоторые ошибки изображения, такие как хроматические продольные ошибки, сферическая аберрация, кому и астигматизм, уменьшаются при остановке.Таким образом повышается качество оптического изображения, поскольку устраняются различия в фокусировке и другие формы нечеткого изображения.
Оптимальные результаты визуализации обычно достигаются при использовании диафрагмы от 5,6 до 8 в случае энтоцентрических линз. Дальнейшее закрытие диафрагмы усиливает нарастающий эффект дифракции света на механической щели диафрагмы, что, в свою очередь, может привести к снижению резкости изображения.
Что означают эти термины + соотношение
Интересное обсуждение, которое возникает в цифровой фотографии (и вообще фотографии в целом), — это соотношение диафрагмы и диафрагмы. Так что же такое диафрагма, что такое диафрагма и в чем разница или сходство между ними? Давайте узнаем.
Диафрагма — это фактический размер отверстия объектива: сколько света попадает внутрь. F / ступень — это числовое значение диафрагмы. Меньшие значения диафрагмы означают большие диафрагмы, а более высокие значения диафрагмы означают меньшие диафрагмы.
Что такое диафрагма
Диафрагма — это мера количества света, пропускаемого линзой камеры. На фотоаппарате диафрагма обычно обозначается как диафрагма, о которой мы поговорим позже. в посте.
Вообще говоря, большая диафрагма означает, что в камеру попадает больше света. Чем меньше диафрагма, тем меньше отверстие объектива, поэтому в камеру попадает меньше света.
Хороший способ представить себе диафрагму — это посмотреть, как работает человеческий глаз.У вашего глаза есть механизм, позволяющий контролировать количество попадающего света.
Если вы находитесь в условиях низкой освещенности, радужная оболочка вашего глаза расширяется, чтобы пропустить больше света. Чем больше света попадает, тем лучше изображение, которое вы видите.
При ярком освещении все наоборот. Здесь много света снаружи, поэтому вам не нужно впускать столько света, чтобы получить хорошее изображение. Ваша диафрагма сжимается, и это ограничивает количество проникающего света. Это пример фотосъемки с большой диафрагмой. Глубина резкости такова, что дерево получается резким, а фон теряет резкость.Фото: Маркус Списке temporausch.com из Pexels
Настройка диафрагмы
В большинстве современных фотоаппаратов с автоматическими режимами съемки вам действительно не нужно беспокоиться о настройке диафрагмы вручную для каждого снимка. В автоматических режимах неплохо получается делать приличные фотографии.
Однако, когда вы устанавливаете камеру в ручной режим, вы действительно можете настроить фотографии, чтобы получить целый ряд эффектов.
Для настройки диафрагмы ваша цифровая зеркальная камера, вероятно, будет иметь режим A и режим M.Режим A означает приоритет диафрагмы, в котором вы можете настроить диафрагму вручную, и камера автоматически настроит другие настройки в соответствии с ними.
В режиме M, который означает ручной, вы можете изменить диафрагму и все другие настройки.
Узнайте, как определить, какую диафрагму использовать здесь.
Диафрагма и экспозиция
Одним из первых мест, где вы увидите эффект от изменения диафрагмы, является экспозиция фотографии. При больших диафрагмах, поскольку отверстие объектива теперь больше, пропускается больше света, поэтому фотография будет иметь большую экспозицию.
В условиях очень яркого освещения использование максимальной диафрагмы может привести к тому, что фотография будет слишком яркой и, возможно, даже размытой из-за всего света.
В очень темных условиях использование минимальной диафрагмы может привести к получению слишком темного снимка.
Один из лучших способов узнать, как сенсор вашей камеры реагирует на изменения диафрагмы и влияние, которое оказывает на экспозицию ваших фотографий, — это просто увеличить ее до максимальной, сделать снимок, а затем уменьшить диафрагму до минимума, и сделайте еще одно фото.
Затем вы можете сравнить два изображения, чтобы увидеть, как камера ведет себя в крайних случаях, и начать регулировку между ними.
Размер диафрагмы и глубина резкости
Действительно крутой эффект, который вы можете создать с помощью диафрагмы, — это регулировка глубины резкости. Глубина резкости — это способ показать, какая часть объекта находится в фокусе.
Малая глубина резкости (также известная как малая глубина резкости) — это когда фон полностью размывается, а в фокусе находится только передний план.Большая или большая глубина резкости — это место, где фон и передний план находятся в фокусе.
Установка большой диафрагмы уменьшит глубину резкости, что приведет к тому, что вы бы назвали малой или малой глубиной резкости. Этот параметр на самом деле идеально подходит для портретной съемки или любого вида фотографий, когда вы хотите сосредоточиться только на объекте и ни на чем другом.
Меньшие значения диафрагмы увеличивают глубину резкости, что приводит к тому, что вы называете большой или большой глубиной резкости. Этот параметр идеально подходит для съемки пейзажей, когда вы хотите, чтобы фокус был равномерным по всей фотографии.
Еще один способ думать об этом — это то, что диафрагма играет с фокусным расстоянием. Вы можете добиться аналогичного результата, вручную сфокусировав объектив, чтобы удерживать передний план в фокусе и размыть фон (или наоборот).
Однако более простой способ сделать это — просто отрегулировать диафрагму для изменения фокусного расстояния. В фотографии эффект, которого можно достичь, регулируя фокусное расстояние с помощью настроек диафрагмы, называется боке.
Размер диафрагмы и выдержка
Далее давайте поговорим о размере диафрагмы и его связи с выдержкой.
При установке большей диафрагмы, когда больше света попадает в камеру, вам необходимо увеличить выдержку, потому что больше света может проникнуть за меньшее время благодаря большему отверстию в объективе.
При установке меньшей диафрагмы, когда меньше света , вам нужно будет уменьшить выдержку, потому что меньше света может проникнуть, и вам нужно больше времени, чтобы позволить достаточному количеству света достичь датчика.
Это важно помнить! Если вы увеличите диафрагму и используете большую выдержку, вся фотография будет просто большим пятном света без каких-либо деталей.
То же самое и с обратным — если диафрагма очень мала и у вас короткая выдержка, вы получите действительно темный снимок.
В режиме приоритета диафрагмы (режим A) камера подбирает выдержку за вас, поэтому вам не нужно беспокоиться о ее настройке. Однако это не означает, что вы можете установить диафрагму на что угодно и в итоге получить хороший снимок!
Если вы установите очень маленькую диафрагму и находитесь в условиях низкой освещенности, камера компенсирует это за счет уменьшения скорости затвора, поэтому, если вы не установили камеру на штатив и / или ваш объект неподвижен, ваша фотография будет размытой.
F / ступени или f / числа
F / ступени или f / числа — это размер диафрагмы. Здесь все может немного запутаться, потому что меньшие числа диафрагмы показывают больших диафрагм, , а большие числа диафрагмы показывают меньших диафрагм.
Поначалу это парадоксально, но вы скоро к этому привыкнете.
Пока мы занимаемся этим, давайте поговорим о некоторых диапазонах диафрагмы и останова и посмотрим, какие изображения они производят.
от f / 0,95 до f / 1.4
от f / 0..95 до f / 1.4 — это сверхвысокая диафрагма, доступная только для профессиональных объективов. Они подходят для съемки при очень слабом освещении (например, ночное небо, тускло освещенные вечеринки), и если вы используете такую диафрагму для съемки портретов или снимков крупным планом, вы заметите, что объект выскакивает из фона из-за крайняя глубина резкости.
f / 1.8 — f / 2.0
Объективы для любителей иногда доходят до этих уровней, и хотя они не так хороши, как f / 0,95, они все равно будут давать достойные изображения в условиях низкой освещенности.Этот уровень по-прежнему хорош для действительно хороших снимков крупным планом.
от f / 2,8 до f / 4
Диапазон от f / 2,8 до f / 4 — это то, что вы найдете в большинстве зум-объективов. Очевидно, что они не смогут улавливать столько света, сколько объективы с меньшим диафрагменным диафрагмой, но они по-прежнему довольно приличны и могут обеспечить хорошую глубину резкости для повседневных условий съемки. Вы также можете использовать этот диапазон для съемки спорта, дикой природы или путешествий.
от f / 5,6 до f / 5,8
от f / от 5,6 до f / 8 отлично подходит для пейзажной фотографии, когда размер отверстия объектива достаточно, чтобы получить хорошую глубину резкости и запечатлеть как можно больше деталей.Вы также можете использовать эту настройку диафрагмы для съемки больших групп людей, когда все объекты должны быть как можно более резкими.
от f / 11 до f / 16
В ситуациях, когда требуется очень большая глубина резкости, например, большие, широкие пейзажи или здания, это те диапазоны, в которых вам нужны ваши диафрагмы. Ниже f / 8 вы начнете проигрывать резкость, так что будьте осторожны.
Связанные
Минимальная и максимальная диафрагма объективов
Важно помнить, что не все объективы равны по диафрагме.У линз есть физический предел раскрытия диафрагмы: насколько она может быть большой или маленькой.
Максимальная диафрагма очень важна, и, вероятно, более важна, чем минимальная диафрагма, потому что она определяет, сколько всего света может попасть в датчик в целом. Это хороший способ измерить, как ваша камера работает в условиях низкой освещенности.
Что касается большой диафрагмы, объектив с рейтингом f / 1,4 или f / 1,8 может открываться довольно широко и пропускать много света.
Их также называют светосильными линзами.
Другие бюджетные объективы иногда имеют самую большую диафрагму с номиналом f / 4,0. Для отверстий большего размера нужно быть готовым выложить больше денег.
Верхний предел более важен, чем нижний предел, потому что большинство объективов могут опускаться до f / 14 или f / 16, что действительно более чем достаточно для большинства случаев использования.
Диафрагма и зум
Вот что становится интересным: когда вы увеличиваете и уменьшаете масштаб, предел диафрагмы изменяется на многих объективах. Это относится не ко всем объективам, но к большинству, особенно к тем, с которыми часто поставляются камеры.
Вы можете увидеть, что при полном приближении (широкоугольном) диафрагма будет на нижнем конце при f / 3,5, но если вы увеличите масштаб полностью, диафрагма сократится до f / 5,6 или около того. .
Существуют объективы, которые могут сохранять диафрагму при полном увеличении и полном уменьшении, но, опять же, вы должны быть готовы выложить больше денег.
Лучшая диафрагма для пейзажной фотографии
Вопрос « Какая диафрагма лучше всего подходит для пейзажной фотографии? »часто задают в информационном бюллетене CaptureLandscapes и других дискуссионных форумах.
Хотя не существует одной «правильной» диафрагмы , в некоторых сценах лучше использовать определенную. Для стандартной пейзажной фотографии (за исключением ночной фотографии, макросъемки и других ниш) оптимальная диафрагма для резкости спереди назад находится в пределах от f / 7,1 до f / 13.
Этот диапазон упоминается не случайно. Фактически, он тщательно рассчитан и известен как золотая середина объектива.
Найдите золотую середину объектива
Если вы новичок в фотографии и только изучаете диафрагму, это может показаться странным: самая резкая диафрагма зависит от объектива.
Обратите внимание, что когда мы пишем о резкости в этой статье, мы говорим об общей резкости от передней части до задней , а не о глубине резкости .
Самая резкая диафрагма — это когда все изображение максимально резкое. Я рекомендую прочитать наше Введение в диафрагму в пейзажной фотографии для дальнейшего понимания этого предмета.
Самая резкая диафрагма вашего объектива, известная как зона наилучшего восприятия, находится на расстоянии от двух до трех ступеней диафрагмы от самой широкой диафрагмы .
Следовательно, самая резкая диафрагма на моем 16-35 мм f / 4 находится между f / 8 и f / 11. Более светосильный объектив, такой как 14-24 мм f / 2,8, имеет золотую середину между f / 5,6 и f / 8.
Поскольку большинство профессиональных объективов имеют самую широкую диафрагму f / 2,8 или f / 4, вы часто слышите, что лучшая диафрагма — либо f / 8, либо f / 11. Хотя часто дает самую резкую, я все же рекомендую использовать формулу 2–3 ступени, чтобы вычислить зону наилучшего восприятия вашего объектива, а затем протестировать ее в полевых условиях, сделав несколько снимков для сравнения одной композиции.
Теперь эта статья называется «Какая диафрагма лучше всего подходит для пейзажной фотографии», а не «Какая максимальная диафрагма для пейзажной фотографии». Как я уже упоминал, есть , а не , одна правильная апертура ; лучшая диафрагма зависит от конкретной сцены.
Когда использовать открытые апертуры
Открытые диафрагмы (низкие значения диафрагмы) обычно используются для размытия фона изображения. Например, поместив цветок рядом с объективом и используя открытую диафрагму, такую как f / 2.8, цветок будет резким и сфокусированным, а фон будет мягким и размытым.
Для размытия фона использовалась открытая диафрагма.Другой распространенный пример, когда открытая диафрагма идеальна, — это ночная съемка. Ночью естественного света не так много, поэтому вам нужно увеличить ISO, использовать более длинную выдержку и использовать открытую диафрагму.
Имейте в виду, что то, насколько размытым (или сфокусированным) становится изображение, зависит от того, где вы фокусируетесь на изображении (передний план, середина, фон), насколько близко элемент переднего плана находится к вашей камере и какой объектив вы используете (широкоугольный илизум).
Когда использовать узкую апертуру
Несмотря на то, что в фокусе находится большая часть изображения, узкая диафрагма может привести к получению менее резких изображений, чем хотелось бы.
Узкая диафрагма часто используется, когда между передним и задним планом имеется значительное расстояние, и вы хотите получить как можно большую резкость и резкость.
Узкая диафрагма использовалась для сохранения резкости изображения спереди назадХотя все изображение находится в фокусе с диафрагмой, такой как f / 22, оно не такое резкое, как с более широкой диафрагмой.Наложение фокуса — популярный метод решения этой проблемы.
Другой сценарий, в котором узкая апертура полезна, — это когда солнце частично закрыто. Использование диафрагмы где-то между f / 16 и f / 22 приведет к красивой и четкой «солнечной звезде».
Какая диафрагма лучше всего подходит для пейзажной фотографии?
Как вы уже могли заметить, лучшая диафрагма для пейзажной фотографии зависит от снимаемого изображения и объектива, который вы используете.
Открытая диафрагма, например, f / 2.8 приводит к тому, что изображение в фокусе меньше, но части, которые находятся в фокусе , более резкие, чем они были бы с диафрагмой, такой как f / 22.
С другой стороны, узкая диафрагма, такая как f / 22, позволяет удерживать всю сцену в фокусе, но она не будет такой резкой, как самые резкие части, снятые с более широкой диафрагмой.
Практическое правило: самая резкая диафрагма (где большая часть изображения находится в фокусе, но все еще резкая) находится между двумя и тремя ступенями от максимальной диафрагмы, т.е.е. самая популярная диафрагма для стандартной пейзажной фотографии — от f / 8 до f / 11.
Узнать больше
Чтобы лучше понять пейзажную фотографию и научиться делать более привлекательные изображения, наша популярная электронная книга «Комплексное введение в пейзажную фотографию» научит вас необходимым навыкам.
Независимо от того, купили ли вы свою первую камеру, пользуетесь ею уже пару лет или еще не купили первую, эта электронная книга — естественное место, чтобы начать расширять свои знания.Информация, представленная в «Всестороннем введении в пейзажную фотографию», научит вас всему, что вам нужно знать, чтобы начать делать красивые изображения и вывести свою фотографию на новый уровень.
Системная пропускная способность, f / # и числовая апертура
Это Раздел 2.1 Руководства по работе с изображениями.
Параметр f / # (произносится как «число F») на объективе управляет общей светопропускной способностью, глубиной резкости (DOF) и способностью создавать контраст при заданном разрешении.По сути, f / # — это отношение фокусного расстояния линзы $ \ small {\ left (f \ right)} $ к эффективному диаметру апертуры $ \ small {\ left (\ varnothing _ {\ text {EA }} \ right)} $:
(1) $$ \ text {f} / \ # = \ frac {f} {\ varnothing _ {\ text {EA}}} $$
(1)$$ \ text {f} / \ # = \ frac {f} {Ø _ {\ text {EA}}} $$
В большинстве объективов f / # устанавливается поворотом регулировочного кольца диафрагмы (см. «Анатомия объектива»). Это движение открывает и закрывает ирисовую диафрагму внутри.Цифры, обозначающие кольцо, обозначают светопропускную способность, связанную с диаметром апертуры, и обычно увеличиваются в несколько раз в $ \ sqrt {2} $. Увеличение f / # в $ \ sqrt {2} $ уменьшит вдвое площадь диафрагмы, уменьшая светопропускную способность объектива в 2 раза. Объективы с меньшим f / # считаются быстродействующими и пропускают больше света. проходят через систему, в то время как линзы с более высоким f / # считаются медленными и имеют пониженную светопропускную способность. Таблица 1 показывает пример f / #, диаметров диафрагмы и эффективных размеров отверстия для объектива с фокусным расстоянием 25 мм.Обратите внимание, что при настройке от f / 1 до f / 2 и снова от f / 4 до f / 8, диафрагма объектива уменьшается вдвое, а эффективная площадь уменьшается в 4 раза на каждом интервале.
Это иллюстрирует снижение пропускной способности, связанное с увеличением f / # объектива.
| f / # | Диаметр диафрагмы объектива (мм) | Площадь отверстия диафрагмы (мм 2 ) |
|---|---|---|
| 1 | 25,0 | 490.8 |
| 1,4 | 17,9 | 251,6 |
| 2 | 12,5 | 122,7 |
| 2,8 | 8,9 | 62,2 |
| 4 | 6,3 | 31,2 |
| 5,6 | 4,5 | 15,9 |
| 8 | 3,1 | 7,5 |
Таблица 1: Соотношение между f / # и эффективной площадью для синглетного объектива 25 мм.По мере увеличения f / # площадь уменьшается, что приводит к более медленной системе с меньшей светопропускной способностью.
f / # и влияние на теоретическое разрешение объектива, контрастность, глубину резкости
F / # влияет не только на светопропускание. В частности, f / # напрямую связано с теоретическим разрешением, пределами контраста, глубиной резкости (DOF) и глубиной резкости объектива (дополнительные сведения о DOF см. В разделе «Глубина резкости» и «Глубина резкости»). F / # также влияет на аберрации конкретной конструкции объектива.По мере уменьшения размера пикселя f / # становится одним из наиболее важных факторов производительности системы, поскольку f / # влияет на глубину резкости и разрешение в противоположных направлениях. Как показано в таблице 2 , требования часто находятся в прямом противоречии, и необходимо идти на компромиссы. Эти компромиссы обсуждаются более подробно позже в этом разделе.
Таблица 2: Характеристики объектива изменяются в зависимости от диафрагмы f / #.
f # Изменения при изменении рабочего расстояния
f / # Изменения с изменением рабочего расстояния
Определение f / # в Уравнение 1 ограничено; f / # определяется на бесконечном рабочем расстоянии (WD), где увеличение фактически равно нулю.
В большинстве приложений машинного зрения объект расположен гораздо ближе к линзе, чем бесконечно далеко. Таким образом, рабочее F-число , (f / #) w , видимое в , уравнение 2 , является более полезным представлением f / # в большинстве приложений.
(2) $$ \ left (\ text {f} / \ # \ right) _w \ приблизительно \ left (1 + m \ right) \ times \ left (\ text {f} / \ # \ right)
$ (2)$$ \ left (\ text {f} / \ # \ right) _w \ приблизительно \ left (1 + m \ right) \ times \ left (\ text {f} / \ # \ right) $$
В уравнении для (f / #) w , m представляет собой увеличение (отношение изображения к высоте объекта) объектива.Обратите внимание, что когда m приближается к нулю (когда объект приближается к бесконечности), (f / #) w приближается к f / #. Особенно важно помнить о (f / #) w для меньших WD. Например, объектив с фокусным расстоянием 25 мм и f / 2,8, работающий с увеличением 0,5X, будет иметь эффективное (f / #) w f / 4,2. Это влияет на качество изображения, а также на способность объектива собирать свет.
f / # и числовая апертура
Часто бывает проще говорить об общей светопропускной способности как об угле конуса или числовой апертуре (NA) объектива.ЧА линзы определяется как синус угла, образованного краевым лучом и оптической осью в пространстве изображения, как показано на , рис. 1, .
Рис. 1: Визуальное представление f / # как для простого объектива (a), так и для реальной системы (b).Важно помнить, что f / # и NA обратно связаны.
(3) $$ \ text {NA} = \ frac {1} {2 \ times \ left (\ text {f} / \ # \ right)} $$
(3)$$ \ text {NA} = \ frac {1} {2 \ times \ left (\ text {f} / \ # \ right)} $$
Таблица 3 показывает типичное расположение f / # на объективе (каждое значение f / # увеличивается в $ \ sqrt {2} $ раз вместе с его числовой апертурой.
| f / # | 1,4 | 2 | 2,8 | 4 | 5,6 | 8 | 11 | 16 |
| NA | 0,36 | 0,25 | 0,18 | 0,13 | 0,09 | 0,06 | 0,05 | 0,03 |
Таблица 3: Взаимосвязь между f / # и числовой апертурой.
В микроскопии пропускная способность обычно обозначается как NA вместо f / #, но важно отметить, что значения NA, указанные для объективов микроскопа, указаны в пространстве объекта. Более подробную информацию о том, как f / # влияет на разрешение, можно найти в разделах, посвященных функции передачи модуляции (MTF), дифракционному пределу и диску Эйри. Подробную информацию о f / # и глубине резкости можно найти в разделе «Глубина резкости» и «Глубина резкости».
Рекомендуемые ресурсы
Указания по применению
Количество лепестков диафрагмы — Ask Tim Gray
Сегодняшний вопрос: Как узнать, сколько лепестков диафрагмы у объектива?
Быстрый ответ Тима: Хотя иногда бывает немного сложно найти эту спецификацию, я обнаружил, что в целом веб-сайт B&H Photo является надежным источником этой информации.Количество лезвий указано на вкладке «Технические характеристики» на странице продукта для линз, обозначенных как «Лезвия диафрагмы». Вы можете увидеть пример, прокрутив вниз и выбрав вкладку Specs на этой странице:
https://bhpho.to/2KKZebt
Подробнее: Сегодняшний вопрос был продолжением информации, которой я поделился о создании эффекта звездообразования с помощью солнца или другого нерассеянного источника света.
Как известно многим фотографам, вы можете добиться эффекта звездообразования, остановив объектив до относительно небольшого размера диафрагмы, например f / 16 или f / 22.
Однако я обнаружил, что многие фотографы не знают, как количество лепестков диафрагмы влияет на эффект звездообразования. Если имеется четное количество лепестков диафрагмы объектива, эффект звездообразования будет иметь такое же количество световых лучей, как и апертур объектива.
Если диафрагма объектива имеет нечетное количество лепестков, эффект звездообразования будет иметь вдвое большее количество световых лучей, чем количество лепестков диафрагмы. Я привел один пример фотографии, которую я сделал на восходе солнца, специально выбрав объектив Tamron 15-30 мм, потому что он имеет девять лепестков диафрагмы и, следовательно, обеспечит эффект звездообразования с восемнадцатью световыми лучами, исходящими от источника света (на этом бывает солнце).
Вы можете увидеть эту фотографию, на которой видны 18 световых лучей вокруг солнца, в моей ленте в Instagram здесь:
https://www.instagram.com/p/36alRoJ-fH/
Еще одна причина учитывать количество лепестков (и форму) диафрагмы объектива — это форма эффектов боке и бликов. Многие фотографы предпочитают, например, очень гладкий, округлый эффект боке, который требует закругленных, а не прямых краев лепестков диафрагмы объектива. Большее количество лепестков диафрагмы также может привести к более плавной форме кривизны апертуры объектива, что приведет к более плавному боке.
Итак, хотя количество лепестков, составляющих апертуру объектива в данном объективе, может показаться довольно загадочной спецификацией, в фотографии, безусловно, есть сценарии, в которых вы можете рассмотреть детали конфигурации диафрагмы для объектива.
Абсолютная и относительная диафрагмы объектива
Что на самом деле означают цифры диафрагмы f при выборе объективов и работе с фотоаппаратом? Как фокусное расстояние и диафрагма влияют на экспозицию изображения? Как соотносятся размеры диафрагмы объектива в камерах с разными размерами сенсора? Чтобы ответить на эти и другие вопросы, мы рассмотрим модель того, как работает система объектив-камера, и проведем наблюдения с этой модели.
Содержание
Упрощенная модель объектива
Базовая оптическая сцена состоит из сенсора, единственной линзы и объекта, находящегося на большом расстоянии от линзы. Все три компонента плоские и перпендикулярны центральной оси, а толщина линзы незначительна. Можно предположить, что объект излучает свет или отражает свет от какого-то внешнего источника. На сенсоре формируется изображение объекта (возможно, резкое или размытое).
Часть света, идущего от объекта, направляется к линзе.Лучи преломляются линзой в зависимости от того, где она падает на поверхность и под каким углом. В идеальной линзе два правила определяют, как изгибаются лучи: луч, пересекающий центр линзы, остается неизменным, и все лучи, исходящие из одной точки объекта, будут направляться к одной точке на фокальной плоскости (где находится датчик ставится).
Основы абсолютных апертур
Количество света, получаемого линзой из окружающей среды, пропорционально площади передней поверхности линзы.На диаграммах на этой странице диаметр — это высота линзы. Например, диаметр линзы может составлять 36 мм. Предположим, что все линзы круглые. Для идеальной линзы скорость света, попадающего в линзу, равна скорости света, выходящего из линзы. Вскоре этот принцип станет важным.
В данном случае диафрагма не является частью упрощенной модели объектива, но многие настоящие линзы имеют диафрагму. Это диск переменного размера внутри линзы, который блокирует свет от внешних частей линзы, эффективно заставляя линзу вести себя как меньшая.Для наших целей мы предположим, что диафрагма полностью открыта (ничего не закрывает), поэтому мы можем ссылаться на размер линзы и размер диафрагмы как на одно и то же.
Фокусное расстояние
Фокусное расстояние линзы — это свойство самой линзы (не связанное со сценой), определяемое кривизной ее поверхностей и показателем преломления ее материала. Он определяется как расстояние, на котором параллельные лучи (от бесконечно удаленного объекта) сходятся в одну точку.
Объективы с большим фокусным расстоянием позволяют получить более крупное изображение одного и того же объекта на том же расстоянии. Для объектов, находящихся достаточно далеко, размер изображения приблизительно пропорционален фокусному расстоянию. Например, объектив 100 мм даст изображение в два раза больше, чем объектив 50 мм.
Однако здесь действует закон сохранения энергии. Количество света, собираемого линзой, пропорционально ее площади. Если исходящее проецируемое изображение увеличивается, тогда изображение должно быть более тусклым в каждой точке, потому что общая энергия изображения должна оставаться неизменной.Эта ситуация аналогична перемещению лампы дальше от стены или перемещению видеопроектора дальше от экрана, при этом освещенная поверхность становится темнее.
Следовательно, если два объектива имеют одинаковый диаметр апертуры, но разные фокусные расстояния, то объектив с большим фокусным расстоянием будет давать более тусклое изображение. Этот эффект можно уравновесить, увеличив диаметр диафрагмы пропорционально фокусному расстоянию, что подводит нас к теме относительных размеров диафрагмы.
Обозначения относительных отверстий
Если диаметр апертуры разделить на фокусное расстояние, то получится безразмерное число.Например, объектив с фокусным расстоянием f = 50 мм и диаметром апертуры 25 мм имеет относительный размер апертуры 25 мм ÷ 50 мм = 0,5 = 1/2 (апертура вдвое меньше фокусного расстояния). Мы можем взять это соотношение и сказать, что диафрагма равна f /2, потому что 50 мм / 2 = 25 мм.
Вот почему мы должны записывать относительные значения апертуры в таких обозначениях, как f /2, а не F2, F / 2 или иначе. Строчный курсив f — это переменная, которая обозначает физическую величину, называемую фокусным расстоянием.Косая черта обозначает деление — например, f /2 математически эквивалентно f ÷ 2, f × 0,5 и 0,5 f , хотя эти другие обозначения не могут быть распознаны фотографами.
(Если курсив недоступен, можно написать f / 2. Не используйте похожий символ ƒ (U + 0192), который имеет другое значение.)
Это также объясняет, почему число диафрагмы, кажется, увеличивается по мере того, как мы уменьшаем физический размер диафрагмы — потому что размер диафрагмы — это фокусное расстояние , разделенное на это число .Обозначение типа f /5.6 делает эту операцию деления понятной, тогда как запись типа F5.6 — нет. (В реальных продуктах Nikon использует правильные обозначения, а Canon ошибается.)
Свойства абсолютных и относительных апертур
Мы видели, что если мы сохраняем постоянный абсолютный размер апертуры при увеличении фокусного расстояния, изображение становится более тусклым. В частности, из-за закона обратных квадратов для излучения в трехмерном пространстве яркость изображения обратно пропорциональна квадрату фокусного расстояния.Например, удвоение фокусного расстояния сделает каждую точку на четверть ярче.
В то же время увеличение абсолютного размера диафрагмы вдвое увеличит площадь объектива в четыре раза. Объединив эти два факта, если мы удвоим абсолютный размер диафрагмы и удвоим фокусное расстояние, то яркость изображения не изменится. Поскольку относительный размер апертуры представляет собой соотношение двух величин, ясно, что в этом примере сценария он не меняется.
Таким образом, мы заключаем, что квадрат относительного размера апертуры пропорционален яркости изображения.Например, объектив f / 2,8, снимающий равномерно освещенную белую стену, будет передавать на датчик одинаковую яркость изображения независимо от фокусного расстояния объектива. Вот почему относительные размеры диафрагмы так полезны для фотографа. Но именно абсолютные размеры апертуры объясняют происходящее и оправдывают необходимость выражения в терминах относительных апертур.
Следствием этих наблюдений стало появление зум-объективов с «постоянной диафрагмой», таких как популярный 24–70 мм f /2.
8 на самом деле не являются постоянными с точки зрения абсолютного размера апертуры. По мере увеличения объектива отверстие диафрагмы, если смотреть спереди, кажется, увеличивается в размере, как и предсказывается уравнением: абсолютная диафрагма = фокусное расстояние / 2,8.
Еще одним следствием является то, что мы можем оценить физический размер объектива на основе его фокусного расстояния и характеристик диафрагмы. Например, у дорогого телеобъектива 200 мм f / 2.0 абсолютная диафрагма составляет 100 мм, а это значит, что его передний элемент должен быть не менее 10 см в диаметре!
Что касается телеконвертеров, мы можем понять, почему они делают изображение более тусклым.За объективом помещается телеконвертер, увеличивая изображение и тем самым увеличивая эффективное фокусное расстояние. Объектив остается неизменным, поэтому абсолютная диафрагма и количество падающего света не меняются. В результате относительное отверстие становится меньше. Например, 2-кратный телеконвертер удваивает фокусное расстояние, таким образом, относительная диафрагма становится вдвое (например, объектив 300 мм f / 2,8 становится 600 мм f / 5,6, «теряя» 2 ступени скорости увеличения).
Сравнение датчиков разных размеров
| Шаг | Размер сенсора | Разрешение сенсора | Фокусное расстояние | Абсолютная апертура | Относительное отверстие | Поле зрения | Свет на пиксель |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Шаг 0 | 20 мм × 20 мм | 1000 × 1000 | 30 мм | 7.5 мм | f / 4,0 | 37 ° | 20 шт. |
| Шаг 1 | 10 мм × 10 мм | 500 × 500 | 30 мм | 7,5 мм | f / 4,0 | 19 ° | 20 шт. |
| Шаг 2 | 10 мм × 10 мм | 1000 × 1000 | 30 мм | 7. 5 мм | f / 4,0 | 19 ° | 5 шт. |
| Шаг 3 | 10 мм × 10 мм | 1000 × 1000 | 15 мм | 7,5 мм | f / 2.0 | 37 ° | 20 шт. |
| Шаг 4 | 10 мм × 10 мм | 1000 × 1000 | 15 мм | 3.75 мм | f / 4,0 | 37 ° | 5 шт. |
Шаг 0: Предположим, у нас есть датчик 20 мм × 20 мм с разрешением 1000 × 1000 пикселей, поместите перед ним объектив 30 мм f / 4.0 и установите фокусировку и экспозицию, чтобы получить приличное изображение. Абсолютная апертура объектива — 7,5 мм.
Шаг 1: Если мы просто обрежем пиксели, сохранив только центральную область размером 10 мм × 10 мм размером 500 × 500 пикселей, тогда мы получим меньшее окно просмотра мира, в то время как все остальное останется прежним (фокусное расстояние, правильный фокус, правильная экспозиция и т. Д. .). Обратите внимание, что каждый пиксель получает такое же количество света, как на шаге 0.
Шаг 2: Затем, если мы возьмем эту обрезанную область и повторно спроектируем разрешение сенсора до 1000 × 1000 пикселей в меньшей области 10 мм × 10 мм, это даст нам то же разрешение изображения, что и на этапе 0, но вид будет похож на 2-кратное увеличение. Теперь, поскольку каждый пиксель физического датчика составляет половину размера по каждому измерению, он составляет четверть площади по сравнению с шагами 0 и 1 и, таким образом, получает четверть света при тех же настройках экспозиции.Чтобы восстановить нормальную экспозицию, мы должны повысить чувствительность ISO, увеличить диафрагму и / или увеличить время открытия затвора всего на 2 ступени.
Шаг 3: Поскольку вид все еще увеличивается, нам нужно уменьшить фокусное расстояние объектива, чтобы получить тот же угол обзора мира, что и на шаге 0.
В частности, мы уменьшаем фокусное расстояние вдвое до 15 мм. Если мы сохраним абсолютную апертуру 7,5 мм, то изображение станет в 4 раза ярче в результате уменьшения фокусного расстояния.Фактически, каждый пиксель будет получать такое же количество света, как на шаге 0. Относительное отверстие теперь составляет f /2,0. Таким образом, мы можем сделать вывод, что если мы уменьшим размер сенсора и фокусное расстояние в той же пропорции, но сохраним неизменным абсолютный размер апертуры, то угол обзора и свет на пиксель останутся неизменными, но относительная апертура будет больше (т. Е. Меньшая доля). .
Шаг 4: Но настоящие камеры стараются сохранить относительную диафрагму той же самой, вместо того, чтобы поддерживать абсолютную диафрагму.Если мы уменьшим диафрагму нашего 15-миллиметрового объектива до f / 4.0, то мы вернемся к той же ситуации, что и на шаге 2: каждый пиксель получает четверть света по сравнению с шагом 0. Следовательно, именно поэтому f Объектив /2,8 на полнокадровой камере будет давать гораздо больше света на матрицу (и каждый пиксель), чем объектив с аналогичным рейтингом f / 2,8 на камере с меньшим датчиком, кадрирующей ту же сцену. Больше света на пиксель означает меньший шум изображения — из-за присущего квантовому дробовому шуму фотонов и различного фонового шума от электроники датчика.
Подробнее
Эта статья только начинает касаться физических и инженерных принципов фотографии. Вы можете прочитать больше в другом месте в Интернете, и вот несколько тем в качестве отправной точки:
Как использовать диафрагму при видеосъемке
Наше руководство о том, что делает диафрагма объектива и как диафрагма влияет на кадры при видеосъемке
Если вы привыкли использовать камеру для фотосъемки, вы обнаружите, что управление диафрагмой объектива во время видеосъемки работает точно так же, как и при фотосъемке.
Он выполняет две основные функции.
Наряду с выдержкой и управлением ISO, диафрагма объектива является одним из способов управления экспозицией. Апертура — это диафрагма объектива, которую можно открывать и закрывать, чтобы регулировать количество света, попадающего на датчик.
Диафрагма объектива, диафрагма
Диафрагма объектива указана в диафрагмах
Диафрагма объектива описывается в единицах диафрагмы, которая — в зависимости от объектива — обычно составляет от f / 1,2 до f / 16 или f / 22. Чем меньше число, тем шире диафрагма.Так, например, диафрагма f / 2 шире и пропускает больше света, чем диафрагма f / 16, которая является узкой.
Каждый раз, когда вы закрываете или открываете диафрагму на одну целую ступень, вы уменьшаете вдвое или удваиваете количество света, пропускаемого через линзу. Но числа не имеют отношения к этому ни математически, ни численно. Например, диафрагма f / 4 пропускает в два раза больше света, чем диафрагма f / 5,6, а f / 8 пропускает только четверть количества света, которое дает установка f / 4.
Глубина резкости
Но у диафрагмы есть еще одна функция, которая очень важна для внешнего вида вашего видео. Диафрагма определяет, какая часть сцены находится в фокусе перед и за областью, на которой вы сфокусировались, это называется глубиной резкости.
Как правило, в обычных и компактных видеокамерах все находится в фокусе во время видеозаписи на расстоянии примерно метра от камеры до бесконечности. Но с такими камерами, как зеркалки и некоторыми компактными системными камерами, которые имеют более крупные сенсоры, вы получаете гораздо большее ощущение глубины.Это отлично подходит для видеооператоров, потому что может помочь нам создавать гораздо более профессионально выглядящие видеоролики.
Например, если вы снимаете человека, широкая диафрагма позволит вам сделать фон не в фокусе. Это помогает устранить потенциальные отвлекающие факторы, которые могут отвлечь взгляд и внимание зрителя от объекта съемки.
В большинстве телешоу и фильмов используется малая глубина резкости, чтобы в фокусе находились только говорящие актеры.