avtor: Jernej Filipčič

Globinska ostrina

Najprej me je mikalo, da bi se spustil v matematiko, vendar potem verjetno nihče ne bi bral naprej, tako da se bom temu izognil. Bom raje navedel empirični dokaz: v kompaktih, ki imajo v primerjavi s SLR-ji izredno majhne senzorje, je globinska ostrina ogromna. Kar poglejte slike. S kompaktom je ponavadi skoraj nemogoče ustvariti lepo zamegljeno ozadje. Enačba globinske ostrine je (končni rezultat bom pa vseeno navedel)

 

 

d je oddaljenost skrajne točke, ki je še vedno v mejah globinske ostrine. Seveda sta ti točki dve, ena pred in ena za goriščno razdaljo. s je razdalja do goriščne ravnine, a je zaslonka (2.8, 5.6...), f je goriščnica, c pa je t.i. circle of confusion. Če slika ni več ostra, pomeni, da točka ne ustvari točke ne sliki, ampak krogec. Radij tega krogca je naš c. Manjši kot je senzor oz. večja kot hočemo da je na koncu povečava slike, manjši mora biti c.

 

Resolucija

Tu imam v mislih dve različni resoluciji. Ena je gostota pikslov senzorja, druga pa je resolucija objektiva. Seveda tu velja pravilo šibkega člena.

Če imamo dva senzorja z recimo 8mp in drugačnim crop faktorjem (recimo Canon 20D in 1D II), bo prvi zahteval večjo resolucijo objektiva na centru (ker ima bolj goste pixle), robovi ga pa sploh ne bojo zanimali. Na srečo so objektivi na centru dosti bolj ostri kot na robu. Če je objektiv prirejen za crop faktor, te razlike ni. Pri objektivih bi morali na resolucijo gledati ne kot število linij, ki jih loči na milimeter, ampak število linij, ki jih loči na nek določen kot. Če je senzor bliže, je zato število linij na milimeter večje. Zato imajo poceni kompakti ponavadi objektive, ki zmorejo večjo resolucijo od najdražjih profesionalnih, narejenih za 35 mm format. Seveda pa to zmorejo samo na zelo majhnem področju. V vsakem primeru, če koristimo samo notranjost objektiva, narejenega za večje področje, ne izkoristimo vsega njegovega potenciala. Isto pa velja, če koristimo celotno njegovo sliko, vendar s senzorjem, ki na centralnem področju ne izkoristi celotne njegove resolucije. S tega vidika manjši senzor z enako resolucijo kot večji naredi popolnoma enak efekt kot uporaba telekonverterja. Ravno tako izkoristi samo notranji del slike in ravno tako je neuporaben, če objektiv na centralnem področju nima primerne resolucije.

Perspektiva

Vsi, ki pravijo, da je perspektiva odvisna od goriščne razdalje, se sklicujejo na klasične slikice iz fotografskih knjig, z objektom v ospredju in hribi v ozadju, ki prikazujejo, kako se pri nižji goriščnici z enako velikostjo sprednjega objekta lahko dobi noter več hribov. Vendar pa v teh knjigah pozabijo dodati nekaj bistvenega: med eno in drugo sliko so se fotografi malo sprehodili...

 

 

 

Poglejmo malo bolj natančno, kaj se je dogajalo. Recimo, da iz točke A slikate drevo, ki je od vas oddaljeno 10 m, v ozadju, kakšnih 10 km od vas, pa so prekrasni hribi. Z rumenimi, rdečimi in modrimi črtami so prikazani robovi vašega vidnega polja z različnimi objektivi in senzorji.

 

Uporabite svoj 100 mm objektiv in ujamete celotno drevo in dva hriba. Robovi vašega vidnega polja so na sliki 1 prikazani z modro.

 

Zdaj pa se zgodi nekaj strašnega: objektiv vam pade na tla, se razbije, v torbi vam je ostal samo še en 50 mm. Na srečo je fotoaparat ostal cel.

Dobro, nič hudega, tudi ta bo dober... navijete ga na objektiv, ampak glej ga zlomka... zdaj je vse dvakrat manjše... drevo zasede samo polovico slike, pa tudi tista dva hriba sta zdaj dvakrat manjša in zato ujamete vse štiri. Robovi vašega vidnega polja so sedaj rumeni.

 

 

Zberete vso svojo železno voljo in se sprehodite bliže drevesu. Ko ste od njega oddaljeni samo še pet metrov (točka B), bo spet zasedlo celotno sliko. Logično, saj je razdalja dvakrat manjša. Robovi vašega vidnega polja so rdeči. Kaj je pa s hribi v ozadju? Prej so bili oddaljeni 10 km, zdaj pa 5 m manj. Povečali se bojo za 0,05%, kar je popolnoma zanemarljivo. Še vedno vidite štiri. Rdeča in rumena črta se na sliki ne končata v isti točki, ker pač hribov nisem mogel narisati dovolj oddaljenih.

Torej ste perspektivo spremenili. S 100 mm objektivom ste na sliki imeli drevo in dva hriba, s 50 mm objektivom pa imate pri isti velikosti drevesa štiri hribe. Vendar ste obakrat imeli enako velik senzor, vaš položaj pa se je spreminjal.

 

Pa poglejmo še hujši scenarij. Skupaj z objektivom se je razbil tudi fotoaparat. Na srečo imate v torbi (poleg 50 mm objektiva) tudi rezervni body, ki pa ima dvakrat manjši senzor. Stojite na točki A. 50 mm objektiv je na prvem fotoaparatu vse pomanjšal, drevo je zasedlo samo pol slike, videli ste štiri hribe. Vendar pa je sedaj senzor manjši, zato drevo še vedno zasede celotno sliko, še vedno vidite samo dva hriba. Perspektiva je enaka kot na začetku, ko ste na velikem senzorju slikali s 100 mm objektivom. Slika v kukalu je sicer dvakrat manjša, vendar nas to ne moti pretirano, saj jo bomo na koncu vseeno razvili na enako velikost in dali na steno. Isti efekt bi bil, če sicer prvega Full Frame fotoaparata ne bi razbili, vendar se vam s 50 mm objektivom ne bi dalo hodit proti drevesu in bi si raje rekli »ehh, bom ze potem v photoshopu ali s škarjami odrezal ven samo glavni del slike, itak imam dovolj resolucije«.

Na srečo sta oba naša senzorja imela enako resolucijo in fiksni objektivi so dovolj ostri, da prenesejo večjo gostoto pixlov manjšega senzorja. Če senzorja ne bi imela enakega števila pixlov, bi sicer na računalniku bila ena slika vseeno večja od druge, vendar ko bi manjšo povečali na velikost večje, ne bi opazili razlik v perspektivi. Samo v resoluciji in globinski ostrini.

Torej, če imate dovolj oster objektiv in dovolj megapixlov, lahko namesto zooma mirno uporabljate crop. Perspektiva se ne bo spreminjala. Nekateri pravijo, da je 17 mp, kolikor jih ima canon 1Ds, že čez mejo uporabnosti, ker objektivi ne dosegajo dovolj ostrine. Kar pa ni res. Na centru dosegajo čisto dobro ostrino, tam ima tak aparat približno enako gostoto pixlov kot pokojni 10D. Kar pomeni, da lahko tam nek fiksen 20 mm objektiv uporabljate za široki kot, če pa boste zadevo trikrat pomanjšali (60 mm ekvivalent), vam bo še vedno ostala slika, velika skoraj 2 mp. Če imate namen narediti sliko za časopis ali pa jo razviti na majhen format, bo to čisto dovolj. Centralna 2 mp bosta pa vsekakor dovolj ostra na tem 20 mm objektivu, čeprav bojo robovi celotne 17 mp slike že precej neostri. Glede na to, da tudi novi canon 20D na dobrih FF objektivih nima težav z resolucijo (vsaj ko jih malo zaprete), lahko pričakujemo, da se bo resolucija FF senzorjev dvignila vsaj še na 20,5 mp. Ko bojo senzorji dosegli zgornjo mejo, bojo tudi telekonverterji popolnoma odveč.

Praktičen dokaz, da je perspektiva odvisna samo od položaja fotoaparata

To se lepo vidi na naslednji sliki. Na okensko polico sem postavil steklenico, ki je bila približno dva metra oddaljena od fotoaparata. Za njo, kakšnih 20 metrov za fotoaparatom, je bil grm, 10 m za njim pa trava.

Prva slika je bila posneta s 100 mm objektivom in ni nič rezana. Druga je slikana s 40 mm in je bil na sliki naknadno narejen 40% crop, tretja pa je slikana na 17 mm in je bil narejen 17% crop, torej sem odrezal vse razen samega centra slike. Vse tri so bile potem resizane na enako velikost. Na prvi sliki se vidi, da je globinska ostrina bistveno manjša. Na tretji pa se še opazi težavo pomanjkanja resolucije, saj je imel fotoaparat samo 6 mp in ko sem odrezal samo 17% slike sem jo moral ustrezno povečati.

 

Ampak poglejte perspektivo. Ker je bil fotoaparat ves čas na stojalu, ki ga nisem premikal, je perspektiva ves čas nespremenjena! Razmerje med steklenico in grmovjem v ozadju je enako. Nič se ni spremenilo. Torej je to, da se pri kompaktih vidi problem manših goriščnic, ker naj bi imeli zato ljudje večje nosove in bili bolj sodčkasti in da lahko izkušen fotograf po tem celo odkrije s kakšnih senzorjem je bila slika narejena, ena navadna, velika laž. To govorijo ljudje, ki nekje nekaj preberejo, nekje nekaj slišijo, nikoli pa ne razmislijo ali preizkusijo. Pa čeprav radi rečejo, da so se na to prepričali na lastne oči. Najhuje je, da so to marsikdaj stari, izkušeni fotografi, katerim nove generacije potem slepo verjamejo.

Kaj se dogaja v notranjosti fotoaparata?

Poglejmo še malo bolj natančno, kaj se dogaja v notranjosti našega stroja. Poenostavimo ga z idealnim objektivom, z eno samo tanko lečo, ki je od senzorja oddaljena za goriščno razdaljo (postavljena je tam, kjer se žarki križajo, torej v stičišču obeh konusov). To seveda ni mogoče iz dveh razlogov. Prvič, take idealne leče ni. Drugič, razdalja od leče do senzorja, kjer se ustvari slika, je enaka goriščni razdalji samo, ko izostrimo na neskončnost. Ampak če izvzamemo makro posnetke, so odmiki od te lege zanemarljivi.

Da bi ugotovili, kje na senzorju se pojavi slika posamezne točke na predmetu, je dovolj, da potegnemo premico, ki gre od slikane točke do senzorja skozi center objektiva. Pred objektivom imamo dva predmeta na različni razdalji (rožica in krogi), za njim pa dva senzorja. Eden je majhen in zato bliže leči (ker v tem primeru ta leča prikazuje objektiv s krajšo goriščnico), drugi pa večji in dlje od senzorja (ker pač n krat večji senzor pač potrebuje objektiv z n krat večjo goriščno razdaljo). Enaka situacija bi bila, če bi naredil dve sliki, kjer bi bili senzorji v enakem položaju, stičišče konusov oziroma leča pa bi bila premaknjena. No, tudi slikani objekti bi morali biti premaknjeni za razliko goriščnic, vendar je razdalja do od objektiva do senzorja v realni situaciji ponavadi zanemarljiva z razdaljo od objektiva do slikanega objekta (macro bomo obravnavali posebej). Kot vidimo na 3D modelčku, sta sliki, ki se ustvarita na senzorjih, enaki.

 

 

 

Kaj pa macro?

Na teh treh slikah se nazorno vidi, da ko sem govoril o tem, da se položaj fotoaparata ne sme spremeniti, nisem bil dovolj natančen. Tisto, kar se res ne sme spremeniti, ni položaj fotoaparata, ampak položaj glavne leče. Torej moramo položaj fotoaparata spremeniti za dolžino spremembe goriščnice objektiva. Če smo še bolj natančni, moramo kompenzirati tudi spremembo drugačne razdalje fokusiranja, ki smo jo s tem dosegli (saj veste, da se pri macro posnetkih s focusiranjem spreminja tudi velikost slike, kot da bi jo malenkost zoomirali). Je ta razlaga že malo preveč pikolovska? Vsekakor.

Širokokotna popačenja so, kot že njihovo ime pove, vezana na široki kot, ne na goriščnico!

Pri geografiji smo se verjetno vsi učili o različnih sferičnih projekcijah, ki se uporabljajo za prikaz karte sveta. Najbolj enostavna, pa tudi najbolj polna napak, je rektangularna. Enostavno se postavi valj okoli krogle in in njeno površino preslika gor. Problem je v tem, da sta tako severni in južni pol razvlečena čez tako površino kot Afrika. Ta težava se pojavi ne glede na to, če projicirate majhen planetek, kot Merkur, ali pa Sonce. Ni važna velikost, važen je kot (baje da tudi tehnika)!

Podobna težava se pojavlja pri širokokotnih objektivih. Temu nekateri rečejo perspektiva, pa ni. To je popačenje pri projekciji. Tudi tu imamo več različnih možnosti projekcije sferičnega vidnega polja na ravnino filma. Imamo linearne širokokotnike in fisheye.

Poenostavljen primer linearnega popačenja lahko vidite na naslednji skici. Če imamo dva enaka objekta postavljena na enaki razdalji od naših oči, je logično, da jih vidimo enako velike. "Senzor" v našem očesu je sferičen. Ne glede na to, če je objekt v centru našega vidnega polja ali pa je robovih (tako horizontalnih kot vertikalnih), ga vidimo enakega.

 

Fotografije pa so seveda tiskane na raven papir, zato je tudi senzor raven.

Takrat se pa zgodi to. Poglejte, kako je slika rdečega predmeta neprimerno večja od slike črnega. Spodnja črna črta predstavlja večji senzor in je bolj odmaknjena od centra objektiva (večja goriščna razdalja), zgornja modra črta pa predstavlja manjši senzor, ki pa mora biti bliže objektivu. Razmerja med sliko rdečega predmeta, sliko črnega predmeta in velikostjo senzorja, so v obeh primerih enaka. Če torej sliko iz obeh senzorjev potem razvijemo na enako velikost, bodo popačenja enaka. Na kratko to pomeni, da 10 mm objektiv senzorju z 2x cropom nima čisto nič več širokokotnih distorzij kot 20 mm objektiv na FF senzorju. Na senzorju, ki bi bil dvakrat večji od 35 mm,. bi 40 mm objektiv spet naredil enako popačenje. Torej to pomeni, da če slikam na FF senzorju s 16 mm objektivom in izrežem samo centralni del slike, popačenj ne bo? Točno tako. Popačenja se poznajo proti robu slike.

 

Zakaj tudi fotoaparati ne uporabljajo sferičnega senzorja? Tudi če odmislimo vse težave pri izdelavi, se srečamo z dodatnimi problemi: prvič, goriščna ravnina bi verjetno postala goriščna sfera. V nekaterih primerih pride to prav, recimo če bi naredili 180 stopinjski posnetek notranjosti neke hiše za VR ogled na računalniku. Večinoma pa bi bilo to verjetno zelo moteče. Pri očesu se te težave ne opazi, ker itak vidimo ostro le centralni del slike. Z dodatnimi lečami v objektivu bi se dalo to kompenzirati, vendar to sega izven namena tega članka.

Tudi ogled teh fotografij bi bil zelo težaven. Tiskati bi jih morali na sferični papir, v nasprotnem primeru bi ponovno pridobili vsa popačenja, ki smo se jih s sferičnim senzorjem rešili. Lahko bi tudi ustvarili konkavne sferične monitorje, v katere bi vtaknili glavo in opazovali sliko. Norih idej ne manjka, s čim nam bo tehnika postregla bomo pa videli.

Panoramske kamere

Zakaj pa lahko te zajamejo tako ogromen kot brez popačenj? Ker zajamejo velik kot samo v eni dimenziji. Slike so nizke in podolgovate. Pomislimo še enkrat na popačenja, ki jih dobimo, ko poskušamo sfero projecirati na valj. Napake se pojavljajo na polih, v bližini ekvatorja pa je taka slika zelo verodostojna. Plašča valja pa ni težko printati na raven papir.

 

Jernej Filipčič