Светосила объектива f число: число — что это такое?

Почему заявленная светосила объективов мыльниц больше, чем у зеркалок?

Разумеется, не у всех… Но не секрет, что у значительного числа мыльниц светосила объектива на коротком конце составляет f/2.8. В то же время у зеркалок такую светосилу имеют только фиксы и очень дорогие зум-объективы. Обычное же значение светосилы большинства зум-объективов составляет f/3.5 (на коротком конце). В чем подвох?

Приведу пример, возможно, он кому-то покажется абсурдным и ненаучным. В детстве многие из нас любили выжигать при помощи солнца и увеличительного стекла всякие «узоры» на деревянных поверхностях. При этом было известно, что чем меньше диаметр солнечного пятна на доске, тем быстрее она начнет гореть. С другой стороны, не менее важен был диаметр увеличительного стекла — чем он больше, тем мощнее получался «выжигатель». Проведем аналогию с объективом фотоаппарата.

Чем больше диаметр «пятна», тем больший световой поток должен быть «пойман» объективом, чтобы это пятно было нужной яркости. Логично, что световое пятно должно покрывать собой всю площадь матрицы (даже чуть больше). Таким образом, чтобы увеличить яркость светового пятна, можно пойти следующими путями:
1. Увеличить размер объектива, тем самым повысив его «собирающую способность» (этот путь довольно затратный)
2. Уменьшить размер матрицы, чтобы уменьшить диаметр светового пятна, тем самым повысив яркость сфокусированной картинки (дешево, но приходится расплачиваться качеством фотографий из-за уменьшения площади пикселей — отсюда шумы, меньший динамический диапазон, худшая цветопередача — зато на объективе можно написать «f/2.0»).

Зеркалки идут по первому пути, мыльницы — по второму. Отвечая на вопрос в подзаголовке, можно дать такой ответ. Заявленная светосила объектива не является абсолютной величиной и привязана к размеру матрицы фотоаппарата. Понятно, что намного проще и дешевле сделать светосильный объектив для матрицы 1/2.3″, чем для APS-C или полного кадра. Именно поэтому заявленная светосила объективов мыльниц в большинстве случаев больше, чем у зеркалок.

Влияет ли светосила объектива на уровень шума?
Такой вопрос часто всплывает на фотофорумах и их участники, как говорится, бьются в кровь, одни — доказывая что зависит, другие — что не зависит. И те и другие по своему правы, сейчас постараюсь объяснить, почему. По идее, матрица — это элемент, характеристики которого никак не связаны с характеристиками объектива. У нее есть определенное соотношение сигнал/шум и оно не зависит от того, с каким объективом происходит съемка, эта такая же физическая характеристика, как размер, масса, объем и все что угодно другое — у каждой матрицы соотношение сигнал/шум свое собственное.

А теперь давайте посмотрим на понятие шума с точки зрения не процесса, а конечного результата (то есть фотоснимка). Для формирования картинки достаточной яркости (правильной экспозиции) матрица должна «поймать» N фотонов. За какое время она их поймает — не важно. Это число N можно задавать двумя параметрами — выдержкой и диафрагмой (говоря простым языком — «длительностью потока» и «шириной трубы»). Правило такое — чем сильнее зажата диафрагма, тем длиннее должна быть выдержка. Соответственно, чем сильнее может быть открыта диафрагма, тем выдержка будет короче. Соответственно, чем больше светосила объектива, тем сильнее можно открыть диафрагму, тем самым сократив выдержку.

Теперь вернемся к шумам. Напомню, что уровень шумов возрастает при увеличении выдержки (по этой причине дневные фото получаются менее шумными, чем вечерние). Из этого, я думаю, становится понятным, каким образом светосильная оптика может повлиять на уровень шума на фотографии. Именно на конкретной фотографии!

Что полезно знать об объективах: главные параметры

Главные параметры

В главных параметрах несложно разобраться, поскольку их всего два и они всегда указаны в названии объектива. Именно эти два параметра влияют на выбор объектива в первую очередь.

Фокусное расстояние (ФР). Это расстояние от оптического центра объектива до сенсора. От фокусного расстояния зависит увеличение, угол зрения объектива и степень размытия заднего плана.

Обозначается в миллиметрах: одним числом для объективов с фиксированным фокусным расстоянием (фиксы) — 35 мм, 50 мм, 100 мм или диапазоном чисел для объективов с переменным фокусным расстоянием (зумы) — 24⁠—70 мм, 70⁠—200 мм.

Первый момент: чем больше фокусное расстояние, тем меньше угол зрения объектива и наоборот. Обычно схему фокусных расстояний рисуют «от камеры», чтобы показать разницу углов зрения и то количество пространства, которое они захватывают:

Ещё полезно взглянуть на схему «от объекта», чтобы прикинуть дистанцию съёмки. Схема наглядно демонстрирует случай, когда важно сохранить одинаковую крупность объекта на разных фокусных расстояниях:

Второй момент: чем больше фокусное расстояние, тем сильнее размывается передний и задний план и наоборот, при меньшем фокусном расстоянии передний и задний план почти не размываются.

ФР: 24 мм — фон и передний план резкие

ФР: 200 мм — фон и передний план размытые

Выбор фокусного расстояния зависит от задач фотографа. Например, объективы с нормальным фокусным расстоянием больше подойдут для портретной и предметной съёмки, с маленьким фокусным — для пейзажной и архитектурной съёмки, с большим фокусным — для съёмки спорта или репортажа. Это разделение весьма условное — никто не отменяет творческий подход. Подробнее о типах объективов расскажу в отдельных советах.

Светосила. Величина, которая характеризует светопропускающую способность объектива, соответствует минимальному значению диафрагмы — то есть максимальному размеру отверстия.

Обозначается отношением фокусного расстояния к диаметру отверстия диафрагмы, например f/2,8, f/4 и так далее. Чем меньше число, тем больше максимальное отверстие и тем больше света пропускает объектив. Это позволяет фотографу использовать более короткие выдержки.

Простыми словами, чем больше светосила (чем меньше число), тем лучше, но и ценник выше.

Два объектива Кэнона с одинаковым фокусным расстоянием, но разной светосилой — f/4 за 68 000₽ и f/2,8 за 120 000₽

В следующем совете расскажу про свойства объектива, которые влияю на качество изображения.

P. S. Это был субботний совет о фотосъёмке. Присылайте вопросы и подписывайтесь на книгу «Фотосъёмка автомобилей»

Фотосъёмка

Отправить

Поделиться

Поделиться

Запинить

Твитнуть

Свежак

Что такое F-числа на объективе камеры машинного зрения?

Почему 1stVision так много внимания уделяет (без каламбура) линзам машинного зрения . Как говорится в старой поговорке, если у вас есть мусор, вы получите мусор.

Линза является входом для системы машинного зрения . Объектив низкого качества означает, что вы уже ухудшили качество изображения, поступающего на датчик. Например, предположим, вы выбрали камеру с пикселями 5 мкм, что эквивалентно объективу, способному разрешать 100 пар линий/мм. Если функция модульного преобразования (MTF) вашего объектива составляет всего 50 лин/мм, вам следует выбрать камеру с размером пикселя 10 мкм, потому что объектив не может работать лучше этого. В качестве примечания: не делайте вывод, что камера с 10-мегапиксельной камерой хуже, чем камера с 5-мегапиксельной камерой из этого примера, так как это неверно. Узнайте больше о MTF здесь

Линза машинного зрения собирает свет, а затем фокусирует его. Когда мы говорим о фокусе, мы говорим о MTF, но когда мы обсуждаем светосилу, нам нужно обсуждать f-число объектива.

Объектив FUJI с диафрагмой f-число
f-число определяется как отношение фокусного расстояния к ширине апертуры (диаметру входного зрачка). Таким образом, объектив с фокусным расстоянием 50 мм и числом f 2 имеет входной зрачок 25 мм. Чем ниже число f, тем больше света будет пропущено в систему, однако это означает более дорогой объектив, поскольку вам нужно больше стекла, чтобы сделать входной зрачок более широким.

f-stop
Многие объективы фотоаппаратов имеют регулируемую диафрагму, которая открывается и закрывается в передней части объектива, чтобы ограничить количество поступающего света.   Когда f-stop полностью открыт, f-stop соответствует числу f. Отсюда каждый шаг диафрагмы при широко открытой диафрагме уменьшает вдвое количество света, что соответствует уменьшению размера апертуры на 1/sqrt(2) или примерно на 0,707 и, в свою очередь, вдвое уменьшает площадь.

Диаграмма уменьшения диафрагмы, то есть увеличения числа f, с шагом в одну ступень; каждая апертура имеет половину площади светосбора по сравнению с предыдущей.

Диафрагма представлена ​​последовательностью этих чисел ниже, каждое из которых пропускает половину света.

Последовательность: F /1, F /1,4, F /2, F /2,8, F /4, F /5,6, F /8, F /F /5,6, F /8, F /F /5,6, F /8, F /F /5,6, F /8, F 11, f /16, f /22, f /32, f /45, f /64, f /90, f /90, f 128090/ аппроксимируя геометрическую прогрессию

Характеристики диафрагмы

• Большинство объективов спроектированы так, чтобы быть оптимальными в диапазоне F4-F5. 6, в котором они имеют лучшую ЧКХ.
• Чем выше число f (т.е. f/8) или чем более закрыта диафрагма, тем выше глубина резкости, если она достигается
• Чем ниже число f (т.е. f/1,4) или чем больше открытая диафрагма, тем меньше глубина резкости, но не большая ЧКХ.

В практическом применении вам необходимо найти компромисс между временем экспозиции, глубиной резкости и доступными освещение машинного зрения.  Эти три переменные всегда находятся в напряжении. Если вам нужна быстрая экспозиция и глубина резкости, это означает, что на датчик попадает очень небольшое количество света. Если вам нужны высококонтрастные изображения в этой ситуации, что-то должно измениться. Либо получите больше света, либо примите меньшую глубину резкости, либо немного размойте изображение.

Инженеры по продажам компании 1st Vision имеют более чем 100-летний опыт работы, чтобы помочь вам в выборе камеры. Имея большой ассортимент объективов, кабелей, сетевых карт и промышленных компьютеров, мы можем предоставить комплексное решение!

Похожие сообщения в блоге

Не все объективы одинаковы! Сравнение линз MTF

10 Ключевые вещи, которые вам необходимо знать при выборе объектива машинного зрения

Спецификации производительности объектива

Информационные посоки Wikipedia

(VITITIT

(VITITITITIA

(VITITITIA

(VITITITIA

9000. сегодня)

Ограничители, зрачки и отверстия

Ограничители, зрачки и отверстия

Ограничивающее влияние на процесс визуализации размера свободного просвета в оптической системе зависит от расположения этой «остановки» или ограничивающего диаметра. Предельный диаметр, который определяет количество света, достигающего области изображения, называется апертурной диафрагмой, типичным примером которой является регулируемая диафрагма в передней части составного объектива камеры. Предельный диаметр, контролирующий размер объекта, который может быть отображен, называется диафрагмой поля. Регулируемые упоры обычно изготавливаются из тонких металлических листовых структур для определения количества света, достигающего пленочного или ПЗС-детектора. Слева показана лабораторная диафрагма, которая определяет количество света, достигающего регулируемой щели для дифракционных исследований. Он был использован для получения дифракционных картин с одной щелью, показанных для демонстрации явления дифракции. Такие структуры также используются в камерах для установки диафрагмы для регулировки экспозиции.

Index Stops and Pupils Camera concepts Optical instruments

HyperPhysics***** Light and Vision R Nave

Назад

Регулируемая металлическая листовая конструкция обычно используется за первыми несколькими элементами составного объектива камеры для контроля количества света, попадающего на пленку или ПЗС-детектор. Обычно размер отверстия в этой апертурной диафрагме обозначается терминами «диафрагменное число» или «диафрагменное число». Диафрагма определяется Из этого соотношения видно, что более высокое число f означает диафрагму меньшего диаметра для объектива с заданным фокусным расстоянием. Поскольку круглая диафрагма имеет площадь A = πr 2 , удвоение диаметра апертуры и, следовательно, уменьшение числа f вдвое позволит пропустить в систему в четыре раза больше света. Обычной практикой является обозначение диафрагмы, диаметр которой D равен половине фокусного расстояния f, как f/2. На иллюстрации видно, что f/4 слева имеет половину диаметра f/2 и, следовательно, пропускает в четыре раза меньше света. Для камер вы устанавливаете «остановки», которые прогрессируют так, что «1 ступень» шире, чтобы пропустить вдвое больше света, и это требует увеличения диаметра в 1,414 раза или квадратного корня из 2. Это дает типичную наблюдаемую числовую последовательность. на объективах фотоаппаратов: f/2 2,8 4 5,6 8 11 16 Увеличение числа f объектива камеры уменьшает количество света, попадающего в камеру, за счет уменьшения размера апертуры. Увеличение на одну диафрагму вдвое уменьшает количество света и, следовательно, требует удвоения времени экспозиции (половину выдержки). Преимущество увеличения числа f заключается в увеличении «глубины резкости» изображения, поэтому фотографы должны постоянно оценивать правильный баланс между выдержкой и числом f, чтобы свести к минимуму размытие изображения при движении при достижении приемлемой глубины резкости. Поскольку открытие диафрагмы на один шаг диафрагмы или увеличение времени выдержки в два раза удваивают светосбор, обычно оба этих действия называют увеличением выдержки на 1 шаг. .

Индекс Стопы и зрачки Концепции камер Оптические инструменты

9 HyperPhysics***** Light and Vision 0129

Назад

Увеличение диафрагмы на одну ступень имеет тот недостаток, что требует уменьшения скорости затвора наполовину, но имеет преимущество, заключающееся в увеличении глубины резкости формируемого изображения. Под «глубиной резкости» мы практически подразумеваем глубину изображения, при котором оно кажется резко сфокусированным. Хотя «резкость фокуса» является относительным термином, существует практическая глубина, на которой изображение кажется сфокусированным. Эта глубина резкости увеличивается с числом f. f/2,8 При f/2.8 вы можете снимать с более короткой выдержкой, но с очень малой глубиной резкости. Бывают случаи, когда вы намеренно выбираете это условие, например, чтобы снять изображение розы, где листья позади нее постепенно смягчаются в фокусе. f/16 При f/16 вы получаете гораздо большую глубину резкости, но число f увеличивается на пять ступеней, каждая из которых стоит вам двухкратного увеличения освещенности. Таким образом, для этого вида выдержка должна быть в 10 раз больше. Практическая глубина резкости уменьшается с увеличением фокусного расстояния, поэтому у длинных телеобъективов обычно малая глубина резкости. Хорошо использовать максимально возможное число f для телефотосъемки, чтобы увеличить глубину резкости. Съемка крупным планом очень требовательна к глубине резкости. Интересующие объекты (например, цветы, бабочки) имеют большую глубину по сравнению с расстоянием до объекта, чем большинство более удаленных объектов. Поэтому желательно использовать высокие числа f для съемки крупным планом.

Индекс Стопы и зрачки Концепции камер Оптические инструменты

HyperPhysics***** Свет и зрение R Ступица

Назад

Апертурная диафрагма — это отверстие, ограничивающее количество света, проходящего через оптическую систему. Например, регулируемая диафрагма рядом с передней частью составного объектива камеры является ограничителем диафрагмы для объектива. Количество пропускаемого света регулируется диаметром отверстия диафрагмы, которое обозначается на камере «числом диафрагмы» или «числом диафрагмы». Уменьшение диафрагмы уменьшает количество света, но увеличивает глубину резкости. Регулируемые упоры обычно изготавливаются из тонких металлических листовых структур для определения количества света, попадающего на пленку, ПЗС-детектор или что-то еще, что играет роль конечной плоскости изображения.

Индекс Стопы и зрачки Концепции камер Оптические инструменты

HyperPhysics***** Light and Vision R Ступица

Назад

Элемент, ограничивающий размер или угловую ширину объекта, который может быть отображен системой, называется диафрагмой поля. Для камер размер пленки или ПЗС-детектора определяет максимальный размер изображения и служит полевой диафрагмой.	Индекс Стопы и зрачки Концепции камеры Оптические инструменты Ссылка Hecht, 2-е изд. Ch 5
HyperPhysics***** Light and Vision R Ступица	Назад

Идея зрачка состоит в том, что эффективный размер диафрагмы может быть больше или меньше его физического размера из-за преломляющего действия линзы. Формально зрачок — это изображение апертурной диафрагмы. Входной зрачок определяется как изображение апертурной диафрагмы, если смотреть из осевой точки объекта через те элементы линзы, которые предшествуют диафрагме. Выходной зрачок — это изображение апертурной диафрагмы, если смотреть из осевой точки плоскости изображения. Это обсуждение следует за трактовкой в ​​Hecht.

Алфавитный указатель Стопы и зрачки Концепции камер Оптические инструменты Справочник Hecht, 2nd Ed. Ch 5

HyperPhysics***** Light and Vision R Ступица

Назад

Входной зрачок системы — это изображение апертурной диафрагмы, если смотреть из точки на оптической оси в плоскости объекта. На иллюстрации физическая апертура находится за объективом. Вы можете видеть, что через физическую апертуру за линзой проходит больше света, чем если бы линзы не было. Крайний луч — это тот, который преломляется линзой так, что просто проходит через апертуру. Отслеживая спроецированный путь этого крайнего луча без линзы, вы можете видеть, что входной зрачок соответствует размеру апертуры, которая потребовалась бы для прохождения этого крайнего луча в отсутствие линзы. В этом примере физическая апертура является выходным зрачком, поскольку между изображением и апертурой нет промежуточной линзы. Изображения одной и той же лабораторной апертуры выше были сделаны с одной и той же точки объекта. Изображение слева — прямо через апертуру, среднее изображение — через одну линзу, а правое — через двухлинзовую систему. Это показывает случай, когда одна и та же апертура может иметь три зрачка разного размера.

Алфавитный указатель Стопы и зрачки Концепции камер Оптические инструменты Справочник Hecht, 2nd Ed. Ch 5

HyperPhysics***** Light and Vision R Ступица

Назад

Выходной зрачок системы — это изображение апертурной диафрагмы, если смотреть из точки на оптической оси в плоскости изображения. Светосила объектива f число: число — что это такое? Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт Пролистать наверх