Из жизни пчел, или о макросъемке на природе и глубине резкости


пчела

Задача фотографа при макросъемке на природе — попытаться получить снимки, рассматривая которые, можно увидеть детали, невидимые невооруженным глазом. Приведенные в этой статье снимки сделаны камерой со вспышкой, установленной на штатив, — аппарат был предварительно наведен на цветок, и далее ожидалось, пока искомое насекомое не появится в кадре. В блестящей книге К. Престон-Мэфема «Фотографирование живой природы» подобный способ съемки называется «расточительным и негибким», и предлагается снимать, в основном, с рук. Обычно задача штатива — обеспечить неподвижность фотоаппарата во время экспонирования кадра. Здесь в этом нет необходимости, поскольку длительность вспышки составляет менее 1/400 с, и задача штатива здесь — помочь фотографу сохранить постоянную дистанцию до объекта. А это не всегда бывает просто, особенно если вы согнулись в неудобном положении, стоите на коленях на камнях, или у вас затекли руки. Полагаться на автофокусировку при макросъемке не приходится, поскольку велика вероятность того, что аппарат попытается сфокусироваться на маловажной травинке на переднем плане. Да и контраст изображения может быть столь мал, что автоматика будет судорожно гонять объектив из одного крайнего положения в другое. Глубина резко отображаемого пространства при подобных съемках невелика даже при существенно закрытой диафрагме. Если же вы будете полагаться только на естественное освещение, то надежд на удачный снимок у вас останется совсем мало. Поэтому, чтобы получить максимальную глубину резкости, приходится сильно диафрагмировать объектив, и как следствие, нехватку света приходится компенсировать дополнительной подсветкой от вспышки.

При съемке объективами с переменным фокусным расстоянием масштаб изображения будет сохраняться, если пропорционально изменять расстояние до объекта и фокусное расстояние объектива. Поскольку глубина пространства предметов прямо пропорциональна квадрату расстояния до снимаемого объекта и обратно пропорциональна квадрату фокусного расстояния и относительному отверстию объектива, то глубина резкости при постоянном масштабе изображения останется неизменной. На мой взгляд, при съемке со штативом предпочтительнее использовать максимальное фокусное расстояние. При этом аппарат находится достаточно далеко, чтобы не спугнуть объект съемки, и на достаточном расстоянии, чтобы организовать нормальное освещение объекта вспышкой.

Встроенная в камеру вспышка не очень удобна. При ее использовании с длиннофокусной оптикой и/или удлинительными кольцами велика вероятность того, что тень от корпуса объектива упадет на объект съемки. Удобнее использовать внешнюю вспышку типа Sigma EF 500. При съемке с длиннофокусными объективами расстояние до объекта достаточно велико, чтобы получить приемлемый результат, закрепив вспышку прямо на аппарате. Если же объект находится в непосредственной близости от передней линзы, то с помощью вспышки можно организовать подсветку сбоку, используя для синхронизации световой импульс встроенной вспышки или синхрокабель.

пчела

пчела

Вышеприведенные снимки сделаны камерой Canon EOS D30 со вспышкой Sigma EF 500 и объективом Soligor AF 70-210 Macro. Режим макросъемки у этого объектива доступен только при максимальном фокусном расстоянии 210 мм. Поскольку мне хотелось получить еще большее увеличение, то между объективом и аппаратом были установлены удлинительные кольца толщиной 68 мм. В результате расстояние между фокальной плоскостью и объектом составило 70 см, а расстояние между передней линзой объектива и объектом — 40 см. Размер снимаемого объекта, приходящегося на весь кадр, составил 25 мм.

Soligor AF 70-210 Macro

Если использовать более компактный объектив Pentacon с фокусным расстоянием 135 мм, то при масштабе снимаемого объекта в 128 мм мы будем иметь, соответственно, 54 см до фокальной плоскости и 33 см между передней линзой и объектом.

Когда объект находится на расстоянии двух фокусных расстояний от линзы, мы получаем на том же расстоянии от линзы изображение масштабом 1:1. Отсюда следует, что для получения одного и того же масштаба при использовании длиннофокусных объективов следует ставить кольца большей толщины. Использование объектива с переменным фокусным расстоянием позволяет получить снимки в широком диапазоне увеличений при использовании одного и того же кольца. Однако длиннофокусные зум-объективы с автоматической фокусировкой плохо приспособлены для ручной наводки на резкость. Многие из них неспособны зафиксировать свое положение, и как только вы оторвали руку от кольца фокусировки, сдвигаются под собственным весом. При макросъемке часто бывает удобнее зафиксировать объектив в каком-то положении и осуществлять фокусировку, перемещая аппарат: например, установив его на салазки, обеспечивающие горизонтальное перемещение аппарата на штативе. При использовании салазок очень полезной может оказаться возможность сделать серию снимков, слегка перемещая аппарат на салазках (± 5 мм).

Объективы, предназначенные для ручной фокусировки, с постоянным фокусным расстоянием, в данном случае позволяют добиться более высокой точности. Однако при использовании таких объективов для получения нужного масштаба необходимо варьировать толщину удлинительных колец в широком диапазоне. Для этого всегда следует иметь с собой набор из нескольких колец. Поскольку объективы с ручной фокусировкой очень часто используются с автофокусными камерами типа Canon EOS D-30 через переходной адаптер M42-EOS, следует иметь в виду, что удлинительные кольца, предназначенные для автофокусных объективов, использовать не удастся. Адаптер должен быть установлен на камеру, и установка удлинительных колец между камерой и адаптером не допускается. Это связано с тем, что хотя информация от объектива к камере передается электрически через контактные площадки, само включение режима передачи информации осуществляется механически, одним из лепестков байонета. Удлинительные кольца с контактными площадками передают электрическую информацию от объектива к камере, но, в отличие от адаптера, имеют такие же лепестки, как объектив. Поэтому если вы присоединяете такое удлинительное кольцо к камере, то камера считает, что объектив автофокусный, даже если между ним и объективом установлен адаптер с укороченным лепестком. Информация о размерах лепестка никак в камеру не передается, и попытка съемки приводит к сообщению об ошибке. Таким образом, если вы собираетесь использовать с камерами Canon EOS автофокусные объективы, объективы для «Зенита» с резьбой М42, подсоединяемые через соответствующий адаптер, и объективы для среднеформатных камер через переходники EOS — байонет «Б» — байонет «В», то необходимо носить с собой комплект удлинительных колец с резьбой М42, комплект удлинительных колец с байонетом «Б» или «В» и для родных объективов комплект удлинительных колец с передачей информации от объектива к камере.

Удлинительные кольца
Удлинительные кольца с байонетом «В», резьбой М42 и байонетом Canon EOS.

Замечу, кстати, что адаптер EOS — байонет «Б» производства «Jolos» имеет сквозное отверстие для штифта объектива. При использовании дополнительного переходника «Б» — «В» оно оказывается неплотно прикрытым, и во избежание засветки его следует заклеить черной бумагой. Во всех случаях, когда возможна установка удлинительных колец, результат получается лучше, чем с насадочными линзами. Если же объективы у камеры несъемные, то не остается другой возможности, кроме как использовать насадочные линзы или макроконверторы. При этом следует максимально диафрагмировать объектив. И все равно на краях кадра скорее всего будут заметны хроматические аберрации.

На объективы, предназначенные для ручной фокусировки, обычно наносится шкала глубины резкости.

шкала глубины резкости
Шкала резкости на объективе Волна-3

Welta
Таблица глубин резкости на фотоаппарате Welta

На автофокусных объективах с переменным фокусным расстоянием часто нет и шкалы дистанций, а уж о глубине резкости и говорить не приходится. Возможность увидеть изображение в видоискателе при закрытой диафрагме свойственна тоже не всем аппаратам, да и если эта возможность есть, то точно представить, что же в действительности получится резким, а что не очень, довольно сложно, поскольку для оценки изображения придется довольствоваться только естественным освещением, при котором изображение в видоискателе будет крайне темным.

Глубина резкости рассчитывается по довольно простым формулам, однако заниматься расчетами в процессе съемки не всегда удобно, за время вычислений пчела может и улететь.

;;
где p — плоскость наведения, А — относительное отверстие, f — фокусное расстояние, d — допустимый кружок рассеяния, p1 положение переднего плана, p2 положение заднего плана

Чтобы можно было предварительно рассчитать, что можно ожидать от фотоаппаратуры при макросъемке, я написал небольшую программу, которая позволяет вычислить положение ближнего и дальнего резких планов в зависимости от фокусного расстояния объектива, диафрагмы, расстояния до объекта съемки, установленного на объективе, и допустимого кружка рассеяния. Подобных программ существует довольно много, однако те из них, которые мне попадались, не охватывают диапазон фокусных расстояний и допустимых кружков рассеяния, характерный для цифровых камер. Фотографическую разрешающую способность фотообъектива характеризуют числом параллельных штрихов (линий), которое данный объектив может воспроизвести на отрезке фотоматериала длиной 1 мм. Аналогично определяется и разрешение фотоматериала. Линейное разрешение фотообъектива D — величина, обратная разрешению в линиях. Для оценки разрешающей способности фотообъектива с учетом разрешающей способности фотослоя линейные разрешения объектива и фотослоя следует суммировать. Для определения глубины резко изображаемого пространства предметов допустимый кружок расфокусировки должен соответствовать сумме линейных разрешений объектива и фотослоя. Однако как бы хорошо мы ни сфокусировались на объекте, и как бы ни была высока разрешающая способность объектива, предельная разрешающая способность оптической системы изображать раздельно две близко расположенные точки ограничивается дифракцией на границе зрачка. Согласно дифракционной теории, светящаяся точка в силу дифракции на диафрагме изображается в виде кружка рассеяния. Этот кружок состоит из яркого центрального ядра, которое называется кружком Эйри, и окружающих его темных и светлых колец. Рэлей сделал вывод, что две равнояркие точки видны раздельно, если центр кружка Эйри одной точки совпадает с первым минимумом второй точки. Из критерия Рэлея следует, что разрешающая способность идеального фотообъектива при использовании миры абсолютного контраста и освещении монохромным светом зависит только от отношения фокусного расстояния к диаметру зрачка, то есть от диафрагменного числа. И линейный предел разрешения оптической системы равен:

где K — диафрагменное число, f — фокусное расстояние, лямбда — длина волны. При длине волны 546 нм получим для линейного предела разрешения значение, равное K/1500

Применительно к матрице цифровой камеры можно считать, что 2 линии будут различимы, если диаметр кружка фокусировки меньше линейного размера двух чувствительных элементов. В этом случае если изображение 2 белых линий ведется точно на центры двух несмежных чувствительных элементов, то сигнал на них будет максимален, в элементе же находящемся между ними — минимален. Конечно, малейший сдвиг изображения относительно матрицы приведет к тому, что мы не сможем различить линии. Если штрихи тест-объекта идут под некоторым углом к столбцам чувствительных элементов, то рассматривая изображение построчно, можно увидеть чередующиеся сплошные и пунктирные линии. Получается структура, напоминающая ткань типа муар.

Мои измерения системы «объектив + матрица» показывают, что реальное разрешение в полтора раза хуже предельного теоретического разрешения для одной матрицы, и для получения линейного разрешения надо размер двух чувствительных ячеек умножить на 1,6.

Для ориентировки в допустимых кружках рассеяния в приведенной ниже таблице даны характерные значения линейных пределов разрешения типичных объективов, фотопленок и матриц.

Размер кадра
Разрешающая способность
Линейный предел разрешения
пикселей
мм
линий/мм
мкм
Матрица        
ICX252AQ 3,30 Мп
2088×1550
7,2×5,35
145
6,9
ICX406AQ 4,1 Мп
2312×1720
7,2×5,35
160
6,25
EOS D30 3,2 Мп
2160×1440
22,7×15,1
47
21,3
Пленка      
Kodak ProFoto II 100
36×24
125
8
Kodak Gold Plus 100
36×24
100
10
Kodak T-Max 100
36×24
200
5
ORWO NP-15
36×24
170
5,9
ORWO NP-27
36×24
85
11,8
ФОТО-32
36×24
200
5
ФОТО-64
36×24
150
6,7
ФОТО-250
36×24
100
10
Микрат-МФН
36×24
520
1,9
ДС-4
36×24
68
14,7
ЦО-32Д
36×24
60
16,7
Объектив      
Индустар 100У
90×60
70
14,3
Волна-3
60×60
50
20
Гелиос 44
36×24
45
22
Мир 38
60×60
42
24
Индустар 61Л/З
36×24
42
23,8

На хорошей пленке можно различить до 100 линий на мм. Хорошие объективы для 35 мм пленочных камер имеют по центру разрешающую способность 40–60 линий на мм. Для оценки разрешения системы «объектив + пленка» линейные пределы разрешения для пленки и объектива складываются, т.е. в типичном случае можно зарегистрировать порядка 50 штрихов на мм — допустимый кружок фокусировки для этой системы равен 20 микрон. Современные же 4 Мп камеры со штатными объективами и матрицей размером 7,2 мм позволяют в типичном случае запечатлеть в кадре до 750 черных штрихов, т. е. допустимый кружок фокусировки составляет примерно 9,6 микрон. При таких размерах кружок фокусировки становится сравнимым с кружком Эйри, размер которого обусловлен дифракцией на краях диафрагмы объектива. В этом случае становится реальной ситуация, при которой дальнейшее уменьшение диафрагмы не приводит к увеличению глубины резкости.

При съемке пейзажа очень важным является знание гиперфокального расстояния, или начала бесконечности. Этими терминами обозначается дистанция до объекта, при фокусировке на который задний резкий план находится в бесконечности.

Программа расчета глубины резкости

Лицензионное соглашение.
Сейчас принято предварять любую программу лицензионным соглашением. Следуя духу времени, сделал это и я. Обобщив чужой опыт написания подобных документов, я пришел к выводу, что все сводится к следующему заявлению:
Дорогой пользователь, кушай на здоровье.
Если подавился, то сам дурак.
Если будешь кормить других, забыв о поваре, то готовься к очной ставке с кузькиной матерью.

Программой можно пользоваться как простым калькулятором. В этом случае стрелочками над и под значениями фокусного расстояния, диафрагменного числа и допустимого кружка рассеяния вы выбираете необходимые вам параметры, стрелочками внизу окна выбираете расстояние, на котором находится объект фокусировки, и считываете значение переднего и заднего плана. В нижней строчке красным цветом индицируется положение до начала бесконечности и положение переднего плана при фокусировке на гиперфокальное расстояние. Программа позволяет графически представить полученные результаты. Так, точка фокусировки отмечена зеленым человечком на дороге. Глубину резкости можно оценить по тому, какие деревья резко изображены на обочине дороги. Если задний план находится в бесконечности, становятся видны горы на горизонте. Расстояние можно изменять, и перетаскивая человечка вдоль дороги. Если расстояние становится меньше 1 м, то открывается окно, которое показывает значение глубины резкости, положение резких планов относительно цветка, который тоже можно перетаскивать по экрану.

Красный флажок на дороге отмечает гиперфокальное расстояние, красная полоса на дороге — границу резко регистрируемого переднего плана при наводке на него.

Для выбора ориентировочных значений допустимого кружка фокусировки (d) можно нажать знак вопроса в правом верхнем углу и выбрать одно из характерных значений. Здесь же графически поясняется понятие линейного предела разрешения.

В программе, кроме допустимого кружка фокусировки, индицируется также значение линейного предела разрешения (dp). Если линейный предел разрешения превысит заданный размер d, то фон под значениями диафрагмы допустимого кружка фокусировки и линейного предела разрешения станет розовым. В этом случае чтобы получить реальные значения, надо изменить либо диафрагму, либо допустимый кружок фокусировки.

Программу можно использовать, не выходя из этой статьи, можно записать отдельно и запускать с помощью Macromedia Flash Player. Поскольку Flash сейчас поддерживается Microsoft Internet Explorer на КПК, то можно запустить эту программу на карманном компьютере и пользоваться ей «в поле». Flash Player для КПК можно скачать здесь. Использование КПК накладывает определенные ограничения, связанные с тем, что у вас нет правой клавиши мыши, и тем, что компьютер узнает о положении курсора только в момент касания пером экрана. Он не способен различить нахождение пера над кнопкой и собственно нажатие на кнопку, поэтому, возможно, при переходе от одной кнопки к другой придется делать лишнее нажатие.

Для того чтобы установить программу на КПК, достаточно распаковать архив и поместить его содержимое (два файла, .html и .swf) в произвольную директорию вашего КПК. Архив здесь. При испытании на Cassiopeia Е-125 выяснилось, что хотя процессор с тактовой частотой 150 МГц, казалось бы, довольно мощный, однако обработка графики вызывает у него существенные задержки. Видеосистеме КПК не нравятся полупрозрачные области и необходимость постоянно пересчитывать картинку. Конечно, здесь виноват не только компьютер, но и интерпретатор Flash. Современный компьютер имеет настолько большой запас по быстродействию и такую мощную видеосистему, что заниматься оптимизацией сегодня не модно. Несмотря на огорчительные задержки при перетаскивании объектов по экрану КПК, я не стал упрощать графику, полагая, что скорее появятся быстрые компьютеры, чем удастся достичь приемлемого компромисса между красотами и быстродействием. Мне сразу вспомнились времена, когда для сносного быстродействия на XT приходилось писать программы на ассемблере, а при переходе на AT с той же скоростью уже работал интерпретатор бэйсика. В результате я просто предусмотрел возможность выключить графику, нажав на крестик, либо ухудшить качество, нажав на кнопку LQ (low quality)/ HQ (high quality). Действие этой кнопки аналогично тому, что можно получить на настольном компьютере, вызвав меню правой кнопкой мыши и выбрав соответствующий пункт.

В программе в основном используется латинский шрифт, так как это позволяет, во-первых, воспользоваться без проблем шрифтами КПК и не тратить место на внедрение начертания букв в файл программы, а во-вторых, мне не удалось подобрать мелкий кириллический шрифт, который бы четко читался на КПК.

Собственно вычислительная часть программы крайне мала и занимает всего 2–3 килобайта. И для числовых вычислений нагрузка на процессор тоже минимальна. Поэтому можно только пожалеть, что конструкторы цифровых камер до сих пор не интегрировали подобную программу в свои изделия. Все необходимые для ее работы параметры камерой определяются при съемке каждого кадра и записываются в заголовок Exif. Поэтому нет никаких проблем рассчитывать с помощью процессора камеры параметры глубины резкости и положение передних и задних резких планов и индицировать их на экране камеры. Сделать это, вероятно, даже проще, чем механический калькулятор, реализованный на объективах простейших фотоаппаратов типа «Смена».






Дополнительно

iXBT BRAND 2016

«iXBT Brand 2016» — Выбор читателей в номинации «Процессоры (CPU)»:
Подробнее с условиями участия в розыгрыше можно ознакомиться здесь. Текущие результаты опроса доступны тут.

Нашли ошибку на сайте? Выделите текст и нажмите Shift+Enter

Код для блога бета

Выделите HTML-код в поле, скопируйте его в буфер и вставьте в свой блог.