Syvyysterävyys

Syvyysterävyys ( DOF ), syväterävyys - etäisyys linssin optista akselia pitkin kahden tason välillä objektitilassa , jonka sisällä kohteet näytetään subjektiivisesti terävästi konjugoidussa polttotasossa [1] . Se riippuu suoraan optisen järjestelmän tärkeimmistä ominaisuuksista: pääpolttovälistä ja suhteellisesta aukosta sekä tarkennusetäisyydestä . Tässä tapauksessa vain objektiavaruuden samassa tasossa olevat kohteet, jotka vastaavat tarkennusetäisyyttä [2] , näytetään ehdottoman terävästi .

Arkipuheessa syväterävyyden käsite on merkitty lyhyemmällä ilmaisulla "syvyysterävyys". Optiikassa jälkimmäinen tarkoittaa kuitenkin toista suuretta, joka mitataan kuva-avaruudessa [1] . Sen käytännön arviointia valokuvaajien ja kameramiesten toimesta ei tehdä, mutta sillä on tärkeä rooli soveltavilla aloilla. Terävästi kuvatun tilan syvyyden arvio voidaan tehdä visuaalisesti suora- tai refleksikameran himmeällä lasilla sekä elektronisen etsimen näytöllä tai vastaavan asteikon mukaan linssin kotelossa ja taulukoissa, jotka on laadittu kun optisen järjestelmän laskeminen [3] .

Syvyysterävyyskriteerit

Syvyysterävyys ei ole absoluuttinen arvo, koska se määräytyy linssin pienimmän resoluution sekä tuloksena olevan kuvan havainnointiolosuhteiden ja ihmisen näkökyvyn perusteella [4] . Terävästi kuvatun tilan syvyyden kriteerinä on sirontaympyrä , joka ylittää objektiivin Airy-kiekon halkaisijan, koska valokuvaemulsion valonsironta , joka vähentää resoluutiota, otetaan huomioon. Kohteen kuvan muodostavien sirontaympyröiden koko puolestaan ​​riippuu kohteen ja tarkennustason välisestä etäisyydestä. Mitä suurempi poikkeama kohdistustasosta, sitä suurempi on tällaisen ympyrän halkaisija ja sitä pienempi kuvan terävyys. Tarkennustason ulkopuolella olevien kohteiden pisteet voidaan kuvata subjektiivisesti terävästi, jos vastaavien sirontaympyröiden halkaisijat eivät ylitä kynnysarvoa [5] .

Tämä arvo valitaan sen perusteella, että 25 senttimetrin etäisyydeltä katsottuna ihmissilmä näkee kuvan terävänä, jos sirontaympyrä on alle 0,1 mm [6] . Halkaisija on otettu kynnysarvoksi kontaktitulostukseen tarkoitetuille suurikokoisille negatiiveille [3] . Pienikokoiset valokuvanegatiivit, jotka on tarkoitettu suurennettavaksi, sallivat halkaisijan 0,03–0,05 mm eli 1/1000 kehyksen lävistäjästä [7] . 6×6 cm : n keskikokoisten negatiivien sirontaympyrä ei saa ylittää 0,075 mm. Tämä arvo on laskettu keskikokoisille 13×18 ja 18×24 cm valokuvatulosteille. Suuremmilla suurennoksilla lasketun syväterävyyden sisällä olevat kohteet voivat osoittautua epäselviksi, koska ne ylittävät kynnysarvon, jota silmä ei huomaa [ 4] . Tätä kuitenkin kompensoi se, että suuria kuvia katsotaan kaukaa.

Neuvostoliiton standardien mukaan 35 mm:n filminegatiiville dispersioympyrän arvo oli enintään 0,03 mm ja 16 mm - 0,015 mm [8] . Laajakuvaelokuvassa saman sirontaympyrän katsotaan olevan sama kuin tavallisella 35 mm filmillä . Ulkomailla hyväksyttiin isommat dispersioympyrän koot: USA :ssa ne olivat 0,05 mm (0,002 tuumaa ) 35 mm:n kalvolle ja 0,025 mm (0,001 tuumaa) 16 mm:lle [8] . Kaikki nämä arvot lasketaan myös valmiin kuvan katseluolosuhteiden perusteella, jotka riippuvat auditorion koosta ja vakionäytöistä.

Syvyystekijät

Syvyysterävyys on kääntäen verrannollinen objektiivin polttoväliin ja suoraan verrannollinen aukon arvoon [3] . Zoom-objektiivien syväterävyys muuttuu samanaikaisesti polttovälin kanssa. Lisäksi syväterävyys on suoraan verrannollinen etäisyyteen, johon objektiivi on tarkennettu. Suurin syväterävyys on saavutettavissa äärettömyydessä, joka useimmilla objektiiveilla alkaa 15-20 metristä. Päinvastoin, kun tähdätään lähekkäin oleviin objekteihin, suuri syväterävyys on vaikeasti saavutettavissa. Tämä on erityisen havaittavissa makrokuvauksessa , kun terävä kuva-alue voi olla millimetrin murto-osia jopa suurella aukolla.

Syvyysterävyyden suorista riippuvuuksista polttoväliin ja tarkennusetäisyyteen seuraa toinen, epäsuora: syväterävyys on kääntäen verrannollinen kohteen kuvan kasvuun polttotasossa, eli mittakaavassa . jossa se näytetään. Zoomaus onnistuu sekä lähestymällä kuvattavaa kohdetta että käyttämällä pidemmän polttovälin objektiivia , mikä molemmissa tapauksissa kaventaa näytettävää avaruusaluetta terävästi. Samaan aikaan pieni lisäys mahdollistaa suuren terävyysalueen.

Käytännön valokuvauksessa ja kuvaamisessa syväterävyyttä ohjataan usein käyttämällä aukkokalvoa , jossa on säädettävä aukko. Objektiivin aukko mahdollistaa syväterävyyden lisäämisen, kun kaikki muut asiat ovat samat [9] . Pieni syväterävyys on mahdollista suhteellisen lyhyillä kuvausetäisyyksillä käyttämällä suuren aukon optiikkaa avoimella aukolla. Mahdollisuus "erottaa" kohde taustasta suurilla 50-100 metrin etäisyyksillä on mahdollista vain nopeilla teleobjektiivilla , jotka on valmistettu erityisesti urheilukuvaukseen.

Mitä suurempi negatiivin (sensorin) muoto, sitä vaikeampaa on saavuttaa suuri syväterävyys samalla kuvamittakaavalla, koska joudut käyttämään pidempää polttoväliä. Suurikokoiset kamerat vaativat vahvan aukon saadakseen muotokuvan, joka näyttää terävästi koko pään samanaikaisesti, kun taas pieniformaatin negatiivilla tämä on saavutettavissa jopa keskisuurilla aukon arvoilla. Videokamerat , joissa on miniatyyri CCD-kenno , tarjoavat valtavan syväterävyyden jopa lähikuvia kuvattaessa. Ilmiö selittyy tietyllä kuvakulmalla olevan kuvan saamiseksi vaadittavan polttovälin riippuvuudella kehysikkunan koosta. Pienentämällä kehyksen kokoa täyttämään se saman kohteen kuvalla, voit käyttää lyhyempää polttoväliä.

Siksi kahdella kuvalla samasta kohteesta, jotka on otettu eri muotoisilla kameroilla samassa mittakaavassa samalta etäisyydeltä ja samalla objektiivien suhteellisella aukolla, on erilainen syväterävyys. Pienemmän kehyksen kamera antaa pidemmän syväterävyyden, koska samaan zoomaukseen käytetään lyhyempää polttoväliä.

Kameran liikkeiden vaikutus

Kuvatut syväterävyyden riippuvuuden periaatteet ovat voimassa vain, kun linssin optinen akseli on tiukasti kohtisuorassa valokuvamateriaalin tai matriisin tasoon nähden. Akselin kallistuminen siirtymien seurauksena muuttaa terävyyden jakauman kuvaa terävän kuvan tason ja kehysikkunan välisen epäsopivuuden vuoksi. Tätä voidaan käyttää sekä laajentamaan näkyvää kuva-aluetta terävästi että kaventaa sitä keinotekoisesti [10] .

Mahdollisuus hallita syväterävyyttä siirtojen avulla on tyypillistä gimbal-kameroissa ja kameroissa, joissa on kallistus-siirto-objektiivi . Scheimpflug-periaatteen noudattaminen mahdollistaa eri etäisyyksillä olevien kohteiden tarkan näyttämisen ilman linssin iiristä [11] . Syvyysterävyys ei kuitenkaan kasva, vaan näytettävä avaruusalue liikkuu jyrkästi. Tämän alueen ulkopuolella olevat kohteet näyttävät epäselviltä, ​​vaikka ne olisivat samalla etäisyydellä terävien kohteiden kanssa. Optisen akselin kallistus tuottaa kaukaisten maisemien matalan syväterävyyden vaikutelman, joka on yleensä terävä koko kehyksen kentällä. Tämän seurauksena suuret kohteet näyttävät subjektiivisesti pienoismallin tai lelun kaltaisilta [12] .

Digitaalisen valokuvauksen ominaisuudet

Useimpien vaihdettavien valokuvaobjektiivien kehyksiin painetut syväterävyysasteikot on laskettu valokuvafilmille , jonka emulsiossa on kuvan terävyyttä vähentävää valonsirontaa. Fotomatriisit vaikuttavat resoluutioon paljon vähemmässä määrin, joten voit käyttää paremmin saman optiikan ominaisuuksia, joita käytetään nykyaikaisissa digitaalisissa SLR-kameroissa . Uusimmat DSLR - objektiivistandardit ovat 1,5 kertaa tiukemmat ja perustuvat hämmennysympyrään, joka on 1/1500 täyskuvakennon lävistäjästä, eli 28 mikrometriä [13] . Tällaisten asteikkojen määrittämä syväterävyys on melko yhdenmukainen suosituimman valokuvatulostusmuodon 10 × 15 cm kanssa. Suurempien kuvien ja tietokoneen näytöllä olevien kuvien kohdalla se osoittautuu yliarvioituksi, koska nykyaikaiset anturit tarjoavat paremman resoluution kuin filmit [13] . Vielä suuremmassa määrin tällaisten asteikkojen välinen ero ilmenee käytettäessä pienikokoisia APS-C- ja Nikon DX -valomatriiseja . Nykyaikaisten teknisten ominaisuuksien huomioon ottamiseksi voidaan käyttää vaihtoehtoisia syväterävyyslaskimia , jotka lasketaan matriisipikselin koon perusteella [14] .

Digitaalisen valokuvauksen tekniikan avulla voit merkittävästi lisätä syväterävyyttä yhdistämällä useita valokuvia, jotka on otettu objektiivin eri tarkennusetäisyyksillä ( tarkennushaarukointi ). Erityiset tietokonesovellukset mahdollistavat kuvien "liittämistä yhteen" vaihtelevalla tarkennuksella [15] [16] [17] . Tämä tekniikka  ns Tarkennusten pinoaminen on yleistynyt sovelletussa tieteellisessä valokuvauksessa, pääasiassa makro- ja mikrokuvauksessa , koska se soveltuu vain paikallaan olevien kohteiden kuvaamiseen. Valokenttäkameran uusimman tekniikan avulla voit säätää tarkennusetäisyyttä ja kuvan syväterävyyttä jo kuvauksen jälkeen ohjelmistomenetelmin [18] .

Uusimmat Nokia - älypuhelimet vuodesta 2013 lähtien on varustettu sisäänrakennetulla kameralla, jolla on kyky hallita syväterävyyttä ja joka on saanut kauppanimen "Refocus" [19] . Tässä tapauksessa tarkennusta voidaan muuttaa kuvaamisen jälkeen, mikä on erityisen tehokasta syvällisissä kohtauksissa.

IPIG-laskenta

Terävästi kuvatun tilan etu- ja takarajat voidaan määrittää kaavoilla [8] :

; ,

missä

 - etäisyys terävästi kuvatun tilan eturajaan;  - tarkennusetäisyys;  - etäisyys terävästi kuvatun tilan takarajaan; - linssin  takapolttoväli metreinä ;  - linssin geometrisen suhteellisen aukon tai f-luvun nimittäjä ;  - sekaannusympyrän halkaisija tai sallittu sirontaympyrä negatiivisille, joiden muoto on 24 × 36 mm, yhtä suuri kuin 0,03-0,05 mm (metreinä ilmoitettu arvo korvataan kaavalla).

Arvot , , lasketaan kameran polttotasosta (missä valokuvamateriaali tai fotomatriisi sijaitsee). Syvyysterävyys määräytyy taka- ja etureunan välisen eron perusteella:

Hyperfocal etäisyys

Etäisyyttä, jolle linssi on tarkennettu, kun näkökentän takareuna on "äärettömässä" tietyllä geometrisella suhteellisella aukolla, kutsutaan "hyperfokaaliseksi" [20] [21] [22] [3] . Hyperfokusointietäisyyden käsite on tärkeä käytännön valokuvauksessa ja kuvaamisessa, koska se tarjoaa suurimman mahdollisen syväterävyyden äärettömyydestä puoleen tarkennusetäisyydestä.

Kuvattaessa maisemia lyhyen tarkennuksen optiikalla paras terävyys saavutetaan, kun objektiivi ei tarkenna äärettömyyteen vaan hyperfokusointietäisyyteen. Yksinkertaistettuna tämä saavutetaan yhdistämällä tarkennusasteikon "ääretön" symboli nykyistä aukkoa vastaavaan syväterävyysasteikon jakoon [23] . Tällöin terävästi kuvatun avaruuden eturaja on etäisyydellä, joka on yhtä suuri kuin puolet hyperfokaalietäisyydestä [22] . Kun kuvauskohteet eivät ole tätä etäisyyttä lähempänä, koko valokuvassa kuvattu tila on käytännössä terävä, kun otetaan huomioon hajautusympyrän koko. Useimmat pienikokoisten kameroiden ja 35 mm :n elokuvakameroiden laajakulmaobjektiivit näyttävät teräviä kohteita lähes millä tahansa etäisyydellä tarkennettaessa hyperfocal -etäisyydellä. Ennen tehokkaiden automaattitarkennusjärjestelmien tuloa tätä ilmiötä käytettiin reportaaseissa ja urheilukuvauksessa, kun aikaa ei ollut tarpeeksi tarkkaan tarkennukseen.

Kompaktit laitteet, joissa on pieni kehyskoko ja lyhyen etäisyyden linssit, kuten verkkokamerat , toimintakamerat , kamerapuhelimet ja valvontakamerat , eivät usein vaadi tarkennusta kiinnittämällä kiinteän tarkennuksen linssi hyperfocal-etäisyydelle. Sama koskee yksinkertaisimpia kameroita ja elokuvakameroita. Jokaisen objektiivin hyperfokusointietäisyys on yksilöllinen ja riippuu nykyisestä f-luvusta . Laskettu kaavan mukaan:

[21] ,

missä

 — hyperfokusointietäisyys;  - polttoväli ;  on suhteellisen aukon nimittäjä;  on sirontaympyrän halkaisija.

Käytännön laskelmia varten voit käyttää yksinkertaistettua kaavaa:

Käytännössä merkitsevien lukujen laskeminen riittää 1-2 tarkkuudella, koska sirontaympyrän halkaisija annetaan yleensä samalla tarkkuudella. Arvoista tulee selkeämpiä ja helpompia muistaa, kun ne pyöristetään vakio-f-luvuiksi (eksponentiaalisten lukujen likimääräiseksi nimittäjällä ). Yllä olevassa taulukossa hyperfokaaliset etäisyydet vastaavat ympyrää, jonka dispersion halkaisija on noin 0,02 mm 24×36 mm kehyksessä.

Polttoväli
,
mm 		Hyperfokusointietäisyys, m, aukolla
f/2 f/2.8 f/4 f/5.6 f/8 f/11 f/16
kahdeksantoista kahdeksan 5.6 neljä 2.8 2 1.4 yksi
24 16 yksitoista kahdeksan 5.6 neljä 2.8 2
35 32 22 16 yksitoista kahdeksan 5.6 neljä
viisikymmentä 65 45 32 22 16 yksitoista kahdeksan
70 130 90 65 45 32 22 16
100 250 180 130 90 65 45 32

Äärettömyyttä kuvattaessa hyperfokusointietäisyyden käyttö yksinkertaistaa kaavoja terävästi kuvatun avaruuden rajojen laskemiseksi [24] :

; ,

missä

 - terävästi kuvatun tilan eturaja;  - etäisyys, jolle tarkennus suoritetaan;  - terävästi kuvatun tilan takaraja.

Kaavoista seuraa, että terävyysalue on pituudeltaan suurempi tähtäustasosta terävyyden takareunaan kuin tähtäustasosta terävyyden etureunaan. Joten kun tarkennat objektiivia etäisyydelle H / 2, terävyysalueen pituus on H / 3 - H , tarkennettaessa H / 3  - H / 4 - H / 2 ja niin edelleen.

Määritä tähtäystaso tietyille etu- ja takaterävyysrajoilla käyttämällä kaavaa:

Syvyysterävyyden käytännön merkitys

Yksityiskohtien tarkan näyttämisen edellyttämää suurta syväterävyyttä ei aina pidetä kuvan etuna. Pääkohteen korostaminen terävästi taiteellisessa valokuvauksessa ja elokuvassa on perinteisesti käytetty ilmaisukeinona tonaalisen ja lineaarisen perspektiivin ohella [25] .

Klassisille valokuva- ja elokuvakameroille, joissa on suuri kehyskoko, on ominaista matala syväterävyys, mikä mahdollistaa tämän tekniikan tehokkaan käytön. Erityisen käteviä tässä suhteessa ovat täysikokoiset digitaaliset järjestelmäkamerat ja digitaaliset elokuvakamerat Super-35- muodossa . Erikoismuotokuvaobjektiivit kuuluvat teleobjektiivien ryhmään ja niillä on pieni syväterävyys. Päinvastoin tekniikan miniatyrisoinnille ja mobilografian leviämiselle on ominaista taipumus lisätä syväterävyyttä, mikä on helposti saavutettavissa lyhyillä polttovälillä. Tämä sallii useimmat näistä laitteista tehdä ilman tarkennusta, mutta vaikuttaa kuvan estetiikkaan , vailla äänenvoimakkuutta.

Syvyysterävyyssimulaatiota käytetään usein 3D-grafiikassa ja tietokonepeleissä antamaan kuvalle todellinen "optinen" ilme. Lisäksi se auttaa keskittämään pelaajan huomion pääobjektiin tai hahmoon. Erikoissivustoilla tätä vaikutusta kutsutaan yleensä englanninkieliseksi vastineeksi termille "depth of field" - Depth of Field, DOF [26] .

Samaan aikaan nykyaikainen elokuvatekniikka, joka kehittyy viihteen lisääntymisen suuntaan 3D-teknologioiden läsnäolon vuoksi , osoittaa taipumusta luopua sellaisesta ilmaisukeinosta kuin terävällä korostamalla sen matalassa syvyydessä. Äänenvoimakkuuden siirto saavutetaan stereoelokuvissa muilla tavoilla, jotka eivät vaadi "klassisia" ilmaisukeinoja. Tämä lähestymistapa vaikeuttaa monimutkaisten kohtausten näyttämistä, esimerkiksi kuvattaessa elokuvaa " Stalingrad " käyttämällä uusimpia IMAX 3D -teknologioita, kun kuva on otettu sillä odotuksella, että saavutetaan koko ruudun suurin syväterävyys [27] . Fantastisen Avatarin [ 28] kuva luotiin samalla tavalla . Moderni kamerakoulu tulee siitä, että suuri syväterävyys mahdollistaa kolmiulotteisten kuvien edut täysimääräisen hyödyntämisen ja läsnäolon tehostamisen. .

Perinteisessä "litteässä" elokuvauksessa kameramiehet käyttävät mieluummin suhteellisen pitkätarkennisia kuvauslinssejä, joiden avulla he voivat korostaa kohteen terävästi. . Kompaktit videokamerat, joissa on pieni anturi, voivat käyttää tällaisen optiikan kehystä täysin DOF-sovittimien avulla välikuvalla.

Katso myös

Lähteet

  1. ↑ 1 2 Photokinotechnics, 1981 , s. 64.
  2. ↑ Yleinen valokuvauskurssi, 1987 , s. 23.
  3. ↑ 1 2 3 4 Valokuvauksen yleinen kurssi, 1987 , s. 24.
  4. ↑ 1 2 Syvyysterävyys . Linssit . Zenith kamera. Haettu 7. heinäkuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 14. heinäkuuta 2014.
  5. ↑ Volosov, 1978 , s. 65.
  6. ↑ Optinen-mekaaninen teollisuus, 1961 , s. 9.
  7. ↑ Lyhyt opas amatöörivalokuvaajille, 1985 , s. 37.
  8. ↑ 1 2 3 Gordiychuk, 1979 , s. 156.
  9. ↑ Hedgecoe, 2004 , s. 16.
  10. ↑ Tilt/Shift: Syvyysterävyyssäätö . Cambridge värillinen . Haettu 15. huhtikuuta 2013. Arkistoitu alkuperäisestä 22. huhtikuuta 2013.
  11. ↑ D. Korn. muotoisia kameroita. loppu . Artikkeleita valokuvausvälineistä . Photomaster DCS. Haettu 1. toukokuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 18. tammikuuta 2013.
  12. ↑ Kallistussovittimet . Artikkelit . Fotorox. Haettu 24. huhtikuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 27. huhtikuuta 2014.
  13. ↑ 1 2 Vladimir Medvedev. Hämmennyksen ympyrä. Uusi ulkoasu (linkkiä ei ole saatavilla) . Artikkelit . Henkilökohtainen blogi. Käyttöpäivä: 26. tammikuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 6. heinäkuuta 2013. 
  14. ↑ Uusi syväterävyyslaskin (linkki ei käytettävissä) . Medvedev. Haettu 4. heinäkuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 15. marraskuuta 2014. 
  15. ↑ ImageFocus Stacking -ohjelmisto  (englanniksi)  (downlink) . CMOS kamerat . Hollantilaiset mikroskoopit "Euromex". Haettu 5. heinäkuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 29. kesäkuuta 2014.
  16. ↑ Laajennettu  syväterävyys . demoja . Biolääketieteen kuvantamisryhmä. Käyttöpäivä: 5. heinäkuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 26. kesäkuuta 2014.
  17. ↑ Focus Stacking -ohjelmistomoduuli QuickPHOTO-  ohjelmia varten . Deep Focus -moduuli . Promicra. Haettu 5. heinäkuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 23. joulukuuta 2017.
  18. ↑ ANNE STREHLOW. Tietojenkäsittelytieteilijät luovat "valokenttäkameran " , joka karkoittaa sumeat kuvat  . Stanford News (3. marraskuuta 2005). Käyttöpäivä: 5. heinäkuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 14. heinäkuuta 2014.
  19. ↑ Brad Molen. Nokia-kamera ja uudelleentarkennusobjektiivi  . Nokia Lumia 1520 arvostelu . Engadget. Haettu 5. heinäkuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 12. tammikuuta 2014.
  20. ↑ Photokinotechnics, 1981 , s. 63.
  21. ↑ 1 2 Gordiychuk, 1979 , s. 157.
  22. ↑ 1 2 Volosov, 1978 , s. 67.
  23. ↑ Lyhyt opas amatöörivalokuvaajille, 1985 , s. 39.
  24. ↑ Gordiychuk, 1979 , s. 158.
  25. ↑ Mikä on syväterävyys valokuvauksessa? . "Pro-valokuva". Haettu 6. maaliskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 27. toukokuuta 2012.
  26. ↑ Joe Demers. Luku 23. Syvyysterävyys: Tutkimus  tekniikoista . NVIDIA Developer Zone. Haettu 6. maaliskuuta 2012. Arkistoitu alkuperäisestä 27. toukokuuta 2012.
  27. ↑ MediaVision, 2013 , s. kahdeksantoista.
  28. ↑ Avatar. 3D IMAX . LiveJournal (30. joulukuuta 2009). Haettu 6. heinäkuuta 2014. Arkistoitu alkuperäisestä 22. tammikuuta 2010.

Kirjallisuus

Linkit

  Siirry Wikidata-kohteeseen  Sanakirjat ja tietosanakirjat
Bibliografisissa luetteloissa