курс «основы фотографии»
лекция третья | оптика
Преподаватель Евгений Дёмшин
В этой лекции разбираемся с устройством объектива, классифицируем по назначению,
узнаем о связи размера матриц с фокусным расстоянием и окончательно
разбираемся с факторами, влияющими на ГРИП.
Фотоаппарат конструктивно состоит из двух элементов: камера — фиксирует изображение, объектив — формирует изображение, которое фиксирует камера. Из вводной лекции известно, что даже обычная дырка в стене способна формировать перевёрнутое изображение на противоположной стене — это камера-обскура. Но для получения четкой картинки далеко стоящего предмета потребуется более сложное устройство — объектив. Конструктивно он состоит из набора подвижных линз, механических элементов, мотора и электроники. Для создания фотографии, отвечающей задумке фотографа, необходимо разбираться в разнообразии моделей и характеристиках оптики.
Конструкция
Внутреннее устройство объектива оставим инженерам. Нас интересуют внешние элементы и их назначение для фотографии.
Бленда
При съёмке против света характеристики некоторых объективов резко падают. Ухудшается контрастность снимка, появляется паразитная засветка, блики.
Для предотвращения попадания прямых лучей света внутрь объектива применяются бленды — дополнительный аксессуар, пластиковый или металлический полый цилиндр. Из-за конструктивных различий объективов универсальных бленд не бывает. Может выполнять защитную функцию от механических повреждений.
Бленды крепятся на внешнюю резьбу передней линзы объектива.
Фильтры
  1. Защитные. Защищают переднюю линзу объектива от пыли, царапин, отпечатков пальцев и ударов. Маркировка UV означает защиту от ультрафиолетового излучения, к которому чувствительна матрица.
  2. Поляризационный фильтр удаляет блики и отражения с неметаллических поверхностей. В солнечный день усиливает оттенок и контрастность неба. Но поглощает 1-2 стопа экспозиции. Хороший поляризационный фильтр стоит дорого. Дешёвые NoName бренды сделают изображение только хуже, выбирать стоит из этих производителей: Hoya, Marumi, Kenko, B+W, Tiffen.
  3. Нейтральные, ND фильтры представляют собой качественное затемнённое стекло. Их задача поглощать свет для съёмки на открытых диафрагмах или длинных выдержках в яркий солнечный день.

Фильтры крепятся на внутреннюю резьбу передней линзы объектива и подбираются под её диаметр.
Кольца зумирования и фокусировки
  1. Кольцо зумирования предназначено для выбора фокусного расстояния объектива (приближения или удаления объектов).
  2. Кольцо фокусировки. До изобретения автофокусных систем фотограф наводился на резкость вручную, вращая кольцо фокусировки. Современные объективы оснащаются моторами и выполняют наводку автоматически. Однако кольцо фокусировки позволяет фотографу вмешаться в работу автоматики в случае ошибки.
Переключатель режима фокусировки и стабилизатор изображения
  1. Перевод переключателя А/М в положение М отключает автофокусировку. В ручном режиме наводка на резкость производится вращением колеса фокусировки. Это может быть полезно, когда автоматика камеры ошибается.
  2. Некоторые объективы оснащаются системой стабилизации изображения, призванной компенсировать незначительные колебания при съёмке с рук. Эффективное средство для избежания «шевелёнки».
Байонет
Объективы одной системы нельзя установить на камеры другой системы напрямую, только через переходники. Также не все объективы внутри одной системы взаимозаменяемы, обращайте внимание на тип байонета при выборе объектива.
Светосила
Основная характеристика объектива — минимальное диафрагменное число (как широко может быть открыта диафрагма). Объектив с минимальным диафрагменным числом f/1.2 качественней и дороже, чем с f/1.8 или f/2.8.

На зум-объективах можно встретить маркировку диафрагменного числа в такой записи 1:3.5–5.6. Это значит, что ширина минимальной диафрагмы меняется в зависимости от фокусного расстояния. На фокусном расстоянии 18 мм — f/3.5, а на 55 мм — f/5.6.
Зум или фикс
Конструктивно объективы делятся на зум-объективы — с переменным фокусным расстоянием,
а также фикс-объективы — с постоянным фокусным расстоянием.
    Зум от английского zoom — изменять масштаб изображения, масштабировать. Поворотом кольца у этих объективов меняется фокусное расстояние и изображение в кадре «приближается» или «отдаляется». Достаточно иметь один зум-объектив для покрытия широкого диапазона фокусных расстояний. Это удобно, но, как отмечалось выше, зум-объективы проигрывают фикс-объективам по светосиле.
    Объективы, у которых только одно фокусное расстояние, называются фикс-объективами (фикс от английского fix — фиксировать, зафиксировать). Чтобы покрыть диапазон фокусных расстояний соседнего зума 24-70 мм, потребуется 4 фикс-объектива. В этом есть определённое неудобство, но конструктивно фикс-объективы имеют более совершенную оптическую систему, чем аналогичные по характеристикам зум-объективы, более светосильны.
    Важной конструктивной особенностью является способ перемещения линз при фокусировке и зумировании. При внешней фокусировке передняя линза выезжает вперёд-назад, а при внутренней все перемещения линз осуществляются внутри корпуса объектива. Второй способ предпочтительней, так как корпус объектива не имеет подвижных частей, в него попадает меньше пыли, он более устойчив к условиям среды.

    Фокусное расстояние

    Объектив состоит из набора линз, выполняющих разные задачи, но главной функцией объектива является формирование чёткого изображения на матрице фотоаппарата.
    Упростим конструкцию объектива до одной собирающей линзы. В детстве все выжигали на бумаге или дощечке с помощью увеличительного стекла — это и есть собирающая линза. Чтобы поджечь бумагу от лупы, нужно держать её на определённом расстоянии, когда солнечные лучи собираются в маленькую точку. Расстояние от увеличительного стекла до бумаги и есть фокусное расстояние.

    В объективе происходит то же самое: отражённые от объекта съёмки лучи собираются в точку на определённом расстоянии позади объектива. Так как лучи распространяются во все стороны пространства, то и собираются они не в одну точку, а во множество. Плоскость, на которой формируется изображение из таких точек, называется фокальной, в ней располагается матрица фотоаппарата.

    Фокусное расстояние расстояние от оптического центра объектива до матрицы (фокальной плоскости).

    Угол зрения объектива

    Для фотографа важно, что при увеличении фокусного расстояния снимаемый объект становится крупнее на фотографии.
    Чтобы понять суть этого явления, возьмите лист бумаги с отверстием в 2-3 см. Посмотрите через отверстие, поднеся лист вплотную к одному глазу. Вы видите достаточную часть пространства за листом, чтобы составить о нём полное представление. Но как только вы начнёте отодвигать лист дальше от себя, объём видимого пространства через отверстие начнёт сужаться, пока всё ваше внимание не будет приковано к одной детали пространства. Это и есть изменение угла обзора.

    В объективе это работает так:

    • Чем меньше фокусное расстояние объектива (т. е. задняя линза находится ближе к матрице), тем шире угол зрения объектива и тем больше окружающего пространства окажется в кадре.
    • Чем больше фокусное расстояние (т. е. задняя линза находится дальше от матрицы), тем уже угол зрения объектива и на фотографии будет часть видимого пространства.

    Классификация объективов в зависимости от угла зрения и фокусного расстояния

    Фишай (Fisheye, «рыбий глаз»)
    ФР: 6-16 мм
    Такие объективы отличаются широким углом зрения в 180 градусов и более. Не предназначен для каких-то конкретных видов съёмки. Из-за геометрических искажений, вносимых в фотографию, его основное назначение — творческие эксперименты.
    Сверхширокоугольные объективы | ФР: 10-24 мм
    Современные сверхширокоугольные объективы практически не имеют дисторсий, свойственных фишаям, но обладают заметными перспективными искажениями.
    Основное применение таких объективов — съёмка пейзажей, архитектуры, интерьеров.
    Широкоугольные объективы
    ФР: 25-35 мм
    Пожалуй, самый распространённый вид объективов. Такие объективы подходят для съёмки репортажа, пейзажей, интерьеров портретов в среде.
    Нормальные объективы
    ФР: 50 мм
    Нормальным это ФР называется потому, что передаёт перспективу пространства без видимых искажений. Существует распространённое заблуждение: нормальные объективы = портретные объективы. Однако на 50 мм при крупном портрете заметны искажения на лице модели, нужно учитывать эту особенность.
    Длиннофокусные объективы
    ФР: 70-135 мм
    Используются для портретной съёмки, так как при передаче деталей и пропорций в портрете искажения минимальны. Они позволяют акцентировать внимание на объекте за счёт размытого заднего и/или переднего плана. Идеальный вариант для портрета — 85 мм.
    Телеобъективы
    ФР: от 135 мм
    Основное предназначение — съёмка удалённых объектов. Обычно это спортивные мероприятия и фотосъёмка диких животных. При фокусном расстоянии больше 200 мм снимать рекомендуется со штатива, потому что даже наличие стабилизатора изображения не всегда способно гарантировать чёткий снимок. Телеобъективы отличаются большими габаритами и весом, причём чем больше и/или светосильней объектив, тем больше будут размеры, вес и цена.
    Эта классификация условна. В разных источниках можно встретить другие диапазоны ФР для каждой категории. Это не столь важно.

    Главное понимать, как передаётся пространство на фотографии в зависимости от фокусного расстояния.

    Изменения фокусного растояния влияют на:

    1. Угол зрения объектива и объём включённого в кадр пространства.
    2. Сжатие и растяжение перспективы.
    3. Характер оптических искажений.
    Изменение перспективы пространства при изменении ФР
    При увеличении фокусного расстояния происходит не только сужение угла зрения (увеличения объекта съёмки), но также изменение взаимоотношений между объектами на переднем плане и на заднем.

    Чем больше фокусное расстояние, тем ближе кажутся объекты на заднем плане. И наоборот: при уменьшении фокусного расстояния объекты на заднем плане отдаляются.
    Кадры из фильма «Славные парни» демонстрируют эффект изменения перспективы и увеличения заднего плана при зумировании
    Изменение перспективы пространства при изменении ФР
    Уже говорилось, что фокусное расстояние объектива определяет его назначение. Например, снимать крупный портрет на широкоугольный объектив не рекомендуется по причине искажений, которые он вносит.
    Такие искажения называются дисторсией. Наиболее характерно дисторсия проявляется при использовании широкоугольных объективов.

    Бочкообразная (выпуклая) дисторсия характерна для широкого угла. На телеобъективах она отсутствует, но зато может проявляться подушкообразная (вогнутая) дисторсия (обычно от фокусного расстояния 200 мм и выше). Объективы с ФР 85 мм и 50 мм наименее подвержены эффекту дисторсии, там она практически незаметна, поэтому они наиболее пригодны для съёмки портретов.
    Как меняется лицо человека при изменении фокусного расстояния от 18мм до 200мм
    Связь размера матрицы и фокусного расстояния
    Исторически сложилось, что самым популярным форматом плёнки стал вариант с шириной в 35-мм (полный размер 36х24 мм). В силу доступности этой плёнки (она широко применялась в киноиндустрии), дешевизны и компактных размеров фотокамер.

    Этот размер был принят в качестве стандарта и в цифровой фотографии. Матрица фотоаппарата — технологичное и дорогостоящее устройство. Соответственно, чем больше размер, тем дороже производство. Для экономии производители стали уменьшать размеры матриц, отчего цифровые камеры стали доступны миллионам любителей фотографии. Это хорошая новость.
    Плохая новость в том, что чем больше размер носителя, на который проецируется снимок (фотопластинка, плёнка, матрица), тем больше динамический диапазон и меньше шумов на высоких значениях ISO. Поэтому топовые камеры оснащаются большими сенсорами — полнокадровыми матрицами или фулфрэйм (Full — полный, Frame — кадр).

    В более доступные модели устанавливают матрицы меньшего размера — кропнутые. Диагонали кропнутых матриц меньше диагонали полноразмерного кадра в какое-то количество раз. Эту разницу учитывают при помощи кроп-фактора (от англ. crop factor, crop — обрезать, factor — множитель). То есть если у какого-то фотоаппарата диагональ матрицы меньше диагонали полноразмерного кадра, например, в 1.5 раза, то говорят, что у этой камеры «кроп-фактор 1.5».
    Существуют два популярных размера кропнутых матриц:
    1
    APS-C кроп 1.5-1.6
    2
    micro 4/3 кроп 2
    Кроме упомянутых различий, есть связь между размером матрицы и фокусным расстоянием. Фокусные расстояния на объективах всегда обозначаются в эквиваленте к размеру 35-мм камер, т. е. указываются значения, какие они были бы при использовании камеры с полноразмерной матрицей 36х24 мм.

    При меньшем размере матрицы видимое изображение на полном и кропнутом кадре будет отличаться в кроп-фактор раз.
    То есть если взять объектив с ФР 50мм и установить его на камеры с полным кадром
    и кроп 1.5, то:
    • На фулфрейме угол зрения будет соответствовать 50мм.
    • На кропе угол зрения будет соответствовать 50x1.5=75мм.
    Какие параметры влияют на глубину резкости
    Диафрагма
    Чем больше открыта диафрагма (меньше число f), тем меньше глубина резкости. И наоборот.

    Максимальные значения диафрагмы зависят от вашего объектива. Фикс-объективы позволяют открывать диафрагму до значений 2.0, 1.4 и даже 1.2 и 1.0 и получать минимальную глубину резкости.
    Дистанция: 80 см
    Диафрагма: f/2
    Фокусное расстояние: 50мм
    Дистанция: 80 см
    Диафрагма: f/8
    Фокусное расстояние: 50мм
    Фокусное расстояние
    Чем больше фокусное расстояние объектива, тем меньше глубина резкости при прочих равных параметрах съёмки.

    Если вам нужно размыть фон в кадре и при этом снимать на той же диафрагме, вы можете использовать более длиннофокусную оптику.
    Дистанция: 80 см
    Диафрагма: f/5.6
    Фокусное расстояние: 35 мм
    Дистанция: 80 см
    Диафрагма: f/5.6
    Фокусное расстояние: 85 мм
    Расстояние до объекта съёмки
    Чем ближе вы находитесь к объекту съёмки, тем меньше глубина резкости.
    Дистанция: 80 см
    Диафрагма: f/4
    Фокусное расстояние: 50 мм
    Дистанция: 45 см
    Диафрагма: f/4
    Фокусное расстояние: 50 мм
    Оптические дефекты
    Любая оптическая система подчиняется законам физики, поэтому не может быть совершенной. Чем качественнее объектив, тем меньше заметны дефекты оптической системы.
    Хроматические аберрации
    При прохождении света через оптическое стекло наблюдается дисперсия. Это явление заключается в том, что из-за разности преломления среды лучи света различных длин волн (различных цветов) имеют разную точку фокуса. Если наводиться на резкость по красным лучам, изображение в синих лучах будет не в фокусе, и наоборот.

    Конструкция фотографических объективов рассчитана на устранение хроматических аберраций.

    Чем шире отверстие диафрагмы, тем выше уровень аберраций. Уменьшение относительного отверстия приводит к снижению аберраций. Меньше всего аберрации при максимально закрытой диафрагме.
    Дифракция
    Свет имеет корпускулярно-волновую природу (он и частица, фотон, и волна одновременно). Это значит, что к нему применимы правила распространения волн в пространстве. Волна огибает препятствия. Если посмотреть на тень от предметов, будет видно, что свет попадает в область геометрической тени. Это явление называется дифракцией света.
    В объективе дифракция проявляется снижением разрешающей способности при закрытии диафрагмы. Несмотря на то, что закрытие диафрагмы обеспечивает большую ГРИП, эффект дифракции при закрытой диафрагме приводит к снижению общей резкости изображения.

    Таким образом, при закрывании диафрагмы одновременно со снижением аберраций (пропадают цветные ореолы предметов) возрастает дифракция (падает общая резкость изображения). Максимальное разрешение объектива достигается при средних значениях диафрагмы: f/8—f/11, когда аберрации и дифракция уравновешены.
    Как камера попадает в резкость
    Существуют два основных способа наведения на резкость — контрастный и фазовый. Первый менее точный, чаще используется в беззеркальных системах, но на его примере удобней всего показать принцип работы автофокусной системы.
    Наши глаза обладают пределом восприятия резкости, при достижении которого дальнейшее увеличение восприниматься не будет. Этот предел называют пятном или кругом рассеяния. Для фотографических объективов минимальный круг рассеяния равен примерно 0,035 мм.

    Это значит, что при фокусировке камера добивается максимального контраста внутри круга рассеяния. В квадрате 1 мы видим сильно увеличенную букву h, попавшую в зону резко отображаемого пространства. Отлично видно, что граница между чёрной буквой и белым фоном чёткая, поэтому буквы в этой зоне воспринимаются нами как резкие. В квадрате 2 такая же буква, но уже не попавшая в ГРИП. При увеличении видно, что граница буквы и фона размыта, она занимает намного больше места, чем в квадрате 1.
    Фокусировочные режимы
    AF-M (Manual)
    Ручная фокусировка позволяет настроить резкость самостоятельно, используя фокусировочное кольцо на объективе.
    AF-C (Servo)
    Следящий или непрерывный автофокус при съёмке движущихся объектов. Пока кнопка спуска затвора остаётся полунажатой, автофокусировка продолжает работать непрерывно, удерживая объект в фокусе, даже когда дистанция между ним и фотографом меняется. Блокировки фокуса не происходит.
    AF-S (OneShot)
    Одиночной или покадровый автофокус предназначен для съёмки большинства сюжетов. При нажатии кнопки спуска затвора наполовину камера фокусируется на объекте, расположенном в выбранной фокусировочной точке. Пока кнопка полунажата, фокус блокируется, позволяя изменить компоновку кадра (не меняя, разумеется, расстояния до объекта).
    Выбор точки фокусировки
    Точка фокусировки объектива – это метка в видоискателе, по которой автоматика камеры производит наводку на резкость. Фотограф наводит метку на объект съёмки, который должен быть в резскости. В зависимости от модели фотоаппарата количество точек фокусировки может отличаться.
    1
    В автоматическом режиме камера сама определяет, какие точки фокусировки будут задействованы, производится наводка резкости на объекты, оказавшиеся в активных точках. При этом система указывает объекты в зоне резкости подсветкой точек фокусировки.
    2
    В ручном режиме фотограф сам определяет активную точку фокусировки и наводит её на объект съёмки. Всегда используйте ручной выбор точки фокусировки, иначе камера будет фокусироваться на те объекты, которые сама сочтёт важными, а это может не совпасть с тем, что вы хотите поместить в зону ГРИП. Центральная точка фокусировки, в силу технических особенностей, быстрая и точная.
    Хорошая книга
    Майкл Фриман
    «Цифровая зеркальная фотокамера. Полное практическое руководство»

    Первые две пройденные темы хорошо разобраны в этой книге. Всё, что должен знать любитель и профессиональный фотограф, чтобы творчески использовать цифровую зеркальную фотокамеру, делать снимки профессионального качества.
    Домашнее задание
    Тест «Оптика»
    Хорошо ли вы усвоили тему?
    Постарайтесь правильно ответить на все вопросы. Удачи!
    Пройти тест
    Какой из перечисленных объективов оптимально подходит для съемки крупнолицевого портрета с максимальным размытием зоны нерезкости?
    Далее
    Проверить
    Узнать результат
    Что называется светосилой объектива?
    Далее
    Проверить
    Узнать результат
    К какому объективу подходит следующее описание: угол обзора 180 градусов с большой дисторсией?
    Далее
    Проверить
    Узнать результат
    Какой фильтр позволяет устранить отражения с НЕметаллических предметов?
    Далее
    Проверить
    Узнать результат
    При каких условиях глубина резкости будет максимальной?
    Далее
    Проверить
    Узнать результат
    Как работает экспонометр камеры?
    Далее
    Проверить
    Узнать результат
    Почему важно использовать ручной выбор точки фокусировки?
    Далее
    Проверить
    Узнать результат
    Вы нажимали наугад?
    Пройти ещё раз
    У вас много пробелов
    Внимательно прочтите конспект ещё раз и повторите попытку.
    Пройти ещё раз
    Удовлетворительно
    Но этого не достаточно. Повторите тему ещё раз.
    Пройти ещё раз
    Хороший результат
    Главное вы усвоили, но разобрать ошибки будет не лишним
    Пройти ещё раз
    Отлично!
    Продолжайте в том же духе!
    Пройти ещё раз

    1
    Фотография, как бы она ни была похожа на реальность, всегда искажённая копия. В сегодняшнем домашнем задании я предлагаю снять иллюзии исчезновения и левитации.

    Исчезновение:
    Используя условия освещения и параметры экспозиции добиться «исчезновения» важной детали на фотографии. Нужно удивить зрителя отсутствием чего-либо, что по всем природным законам должна присутствовать в кадре. На примере ниже я стою «без головы». Подумайте, как это снято. В этом задании запрещается пользоваться редакторами для удаления объектов с фотографии.

    Левитация:
    Любыми средствами добиться эффекта зависания в воздухе объекта не способного летать. Идея подбросить что-то и снять в падении на короткой выдержке не пройдёт. Способ и сюжет фотографии должны быть не очевидны для зрителя. Идеальная реакция на снимок «Этого не может быть».

    Необходимым условием успешного выполнения работы является техническое исполнение: объект должен быть резким, без смазов.

    Выложить фотографии в своём профиле инстаграм с хештегми: #demshin_education #demshin_иллюзия

    2
    Используя любой зум-объектив, снять серию кадров по одному на каждое значение шкалы фокусных расстояний объектива.

    Объект в кадре должен быть одной крупности на всех фотографиях. Требования: правильная экспозиция объекта съёмки и техническое исполнение — резкость, без смазов, не слишком шумно.

    Например, если на шкале фокусных расстояний объектива нанесены следующие значения: 18 — 24 — 35 — 55, то в результате должно получиться 4 таких кадра.

    Постарайтесь отделить объект от фона дистанцией, чтобы был виден эффект изменения перспективы. Выложить фотографии в своём профиле инстаграм с хештегми: #demshin_education #demshin_перспектива