Эквивалентное фокусное расстояние, «Кроп-фактор», Эквивалентное увеличение...

По внешнему виду цифровые зеркальные аппараты отличаются от пленочных весьма незначительно, используют практически те же вспышки и объективы. Да и по концепции управления пленочные и цифровые камеры мало отличаются друг от друга. Однако сочетание внешней и функциональной похожести цифровых и пленочных зеркальных аппаратов с разницей в размерах кадра пленки и матрицы (вызванных техническими и экономическими причинами) привели к возникновению ряда вопросов касающихся использования и классификации сменной оптики.


До наступления эры любительских цифровых зеркалок с классификацией объективов было все гораздо проще. Основную массу любительских, полупрофессиональных и профессиональных зеркальных камер со сменной оптикой, а также основную часть «мыльниц объединял формат используемой в них 35-мм перфорированной пленки «тип 135» и размер кадра пленки 24x36 мм.

Менее распространенные фотоматериалы других типоразмеров использовались либо в откровенно любительских системах («тип 110», «тип 126», «диск», APS), либо в серьезной профессиональной работе (60-мм роликовая пленка «тип 120» и «тип 220», плоская форматная пленка). Фотоаппаратура, использующая пленку «тип 135», господствовала на рынке фототехники много десятков лет, не сильно сдав свои позиции даже сейчас. Поэтому фотографы и фотолюбители в течение нескольких поколений привыкли к тому, что свойства сменного объектива вполне правильно и наиболее удобно описывать его фокусным расстоянием. Например, объектив с фокусным расстоянием 50 мм однозначно воспринимался как нормальный (штатный) объектив. Фокусное расстояние 35 мм или 28 мм однозначно характеризовало объектив как широкоугольный. А 85-миллиметровым или 135-миллиметровым мог быть только портретный длиннофокусный объектив То есть, конечно, все понимали, что «нормальный» - это объектив с углом зрения порядка 40-50 градусов. Но раз размер кадра у большинства аппаратов один и тот же (24x36 мм), то и угол зрения объектива зависит лишь от фокусного расстояния. Тем более что на оправе любого объектива всегда написано его фокусное расстояние, а угол зрения можно узнать разве что из паспорта объектива или справочника. Видимо, поэтому и прижилась у фотографов и фотолюбителей устойчивая привычка характеризовать величиной фокусного расстояния назначение объектива как нормального, широкоугольного или длиннофокусного.

Эквивалентное фокусное расстояние

С приходом эры цифровых аппаратов на этой привычке, культивировавшейся десятилетиями, чуть было не был поставлен жирный крест. Разнобой размеров матриц цифровых аппаратов просто поражает - от «полнокадровых» (24x36 мм), «полукадровых» (формата APS-C, примерно 16x24 мм) и «четвертькадровых» («тип 4/3». размер 13,5x18 мм) до применяемых в компактных и миниатюрных цифровых аппаратах «тип 2/3», «тип 1/1,8» и «тип 1/2,5» (самые большие из которых не превышают по размерам ноготь мизинца руки). И такая характеристика зум-объектива цифрового фотоаппарата, как «диапазон фокусных расстояний 7.2-50,8 мм» практически ничего не говорит современному фотолюбителю даже с учетом знания реального размера матрицы 2/3» - 6,6x8,8 мм. Поэтому, чтобы добиться в этом случае какой-то ясности и удобства, стоит найти в справочнике по фотографии соответствующие формулы, рассчитать соответствующий угол зрения объектива с учетом размера матрицы, а потом сравнить эти данные с параметрами привычных объективов, рассчитанных для кадра 24x36 мм. 

В итоге оказывается, что объектив с фокусным расстоянием 7,2 мм на матрице 2/3» имеет по диагонали примерно такой же угол зрения, как и широкоугольный объектив с фокусным расстоянием 28 мм на кадре 24x36 мм. А в положении 50,8 мм этот же объектив видит мир так же, как 200-миллиметровый длиннофокусный объектив, установленный на 35-мм камеру. То есть вышеупомянутым объективом с диапазоном фокусных расстояний 7,2-50,8 мм, установленном на цифровом аппарате, можно воспользоваться так же, как и зумом с диапазоном изменения фокусного расстояния 28-200 мм на обычной 35-мм зеркапке.

Вот это уже ценная и понятная информация, которой удобно и приятно пользоваться! Поэтому вполне логичен стал шаг производителей, указывающих в характеристиках фотоаппарата не только реальные цифры фокусного расстояния объектива, а и рассчитанные таким же образом, как мы это сделали выше, цифры, которые получили название «эквивалентного фокусного расстояния». Исходя из значений эквивалентного фокусного расстояния, мы легко можем представить себе параметры и возможности обьектива, установленного на фотоаппарат.

Некоторые производители даже пошли дальше. К примеру, на аппарате DiMAGE A200 компании Konica Minolta на кольце управления зу-мированием объектива обозначены цифры не реального, а эквивалентного фокусного рассто­яния. И это решение правильное - ведь для осознанного управления перспективой важно знать в первую очередь угол зрения объектива (который нам наиболее привычно воспринимать е виде цифр эквивалентного фокусного расстояния). А вот цифры реального фокусного расстояния, обозначенные на передней панели оправы объектива, пользователю такого фотоаппарата, скорее всего, никогда и не понадобятся.

«Кроп-фактор»

 Пользователи системных цифровых зеркальных фотоаппаратов оказались в несколько более сложной ситуации. С одной стороны, понятно, что за счет меньшего размера матрицы в сравнении с кадром пленки 24x36 мм все объективы становятся как бы «длиннофокуснее». Например, использовавшийся на пленочной камере в качестве стандартного объектива Canon EF 50/1.8 при установке на цифровую камеру Canon EOS 350D сразу приобретает угол зрения, свойственный скорее портретному объективу. С другой стороны, бессмысленно перемаркировывать все объективы, так как они могут быть использованы не только на цифровой зеркалке с «полукадровой» матрицей, но и на аппаратах с другими размерами кадра - пленочных, полнокадровых (например. Canon EOS-1Ds Mark II и почти полнокадровых (например, Canon EOS-1D Mark II цифровых аппаратах. 

Поэтому для пользователей зеркальных цифровых камер с меньшей по размеру, чем кадр пленки, матрицей более удобным методом для расчета эквивалентного фокусного расстояния оказать применение коэффициента уменьшения угла зрения объектива (другие названия этого коэффициента - «кроп-фактор» или «коэффициент увеличения эквивалентного фокусного расстояния»). Кроп-фактор численно представляет собой соотношение между размером диагонали кадра 24x36 мм и размером диагонали матрицы. В этом случае примерное эквивалентное фокусное расстояние объектива можно получить, умножив реальное фокусное расстояние объектива на коэффициент пересчета кроп-фактор.

Для каждого размера матрицы коэффициент уменьшения угла зрения объектива имеет свои определенные значения. К примеру, для цифровых зеркальных аппаратов Nikon, Dynax и Pentax коэффициент увеличения эквивалентного фокусного расстояния составляет 1,5, для Canon EOS-1D и EOS-1D Mark II — 1,3, для Canon EOS 10D, 20D, 300D, 350D, D60 и D30 - 1,5, для Sigma SD-9 и SD-10 - 1,7, а для аппаратов системы «4/3» -2.

 Заканчивая тему пересчетов реального фокусного расстояния в эквивалентное, остановимся на очень важном моменте. Цифра эквивалентного фокусного расстояния (то есть произведение реального фокусного расстояния на кроп-фактор) предназначена только для того, чтобы понятными по 35-мм пленочной фототехнике значениями охарактеризовать угол зрения объектива. Реальное фокусное расстояние объектива, установленного на цифровую камеру, при этом не изменяется.

Соответственно, все остальные вычисления (например, расчет глубины резкости и определение оптимальной степени диафрагмирования) нужно проводить исходя из реального, а не эквивалентного значения фокусного расстояния К примеру, на цифровом «полукадровом» аппарате Nikon D70 (кроп-фактор 1,5) можно использовать широкоугольный объектив AF Nikkor 35 мм f/2 D е качестве стандартного, поскольку эквивалентное фокусное расстояние при этом будет около 50 мм. Однако визуально глубина резкости при тех же значениях диафрагмы будет заметно больше, чем при использовании обьектива с фокусным расстоянием- 50 мм на пленочной зеркалке (хотя угол зрения в обоих случаях будет одинаковым). В этом случае достичь той же глубины резкости для разделения переднего и заднего планов можно, открыв диафрагму как минимум на одну - две ступени дополнительно.

Те же корни имеют заметные «плоскость» и «одноплановость» изображения, присущие компактным цифровым фотоаппаратам с матрицей размером 2/3" и менее. Ведь реальное фокусное расстояние объективов таких аппара­тов оказывается как минимум в 4-5 раз (!) меньше, чем эквивалентное. А поэтому даже при диафрагме 2.8 глубина резкости объектива компактного цифрового аппарата оказывается вполне сравнимой с глубиной резкости соот­ветствующего обьектива 35-мм пленочной зер-калки при съемке аналогичного сюжета на диафрагме как минимум 8-11

Эквивалентное увеличение

«Увеличение» - это еще одна привычно-условная величина, к которой фотографов и фотолюбителей приучило продолжительное использование 35-мм пленочной фотоаппаратуры с размером кадра 24x36 мм. По величине мак­симального увеличения (или максимального масштаба изображения, что одно и то же) мы судим о применимости такого объектива для съемки в крупном масштабе или даже для использования его в макросъемке. Для фотогра­фов и фотолюбителей, привычных к использованию 35-мм пленочной фототехники, не составляет труда классифицировать макросвойства объектива по величине максимального масштаба изображения.

Например, объектив, который может фокусироваться до масштаба 1:1 («один к одному»), - это полноценный современный макрообъектив. Максимальным масштабом 1:2 («один к двум») могут похвастаться либо относительно недорогие макрообьективы, либо макрообъективы старой конструкции. А уж если максимальный масштаб изображения обьектива составляет 15 или даже менее, то такой объектив считается практически непригодным для съемки мелких предметов крупным планом.

По определению масштаб - это соотношение линейных размеров изображения на ппенке (матрице) к размерам объекта съемки. Если объект съемки вдвое больше по размеру, чем его изображение на пленке, то такое соотноше­ние иначе называется «масштабом 1:2». Если же изображение имеет такие же размеры, что и объект съемки, то в таком случае масштаб получается 1:1. Следовательно, чем больше максимальный масштаб, тем более мелкий предмет можно сфотографировать «на весь кадр».

 Теперь перейдем к цифровым аппаратам с матрицей уменьшенного размера. В этом случае для того, чтобы сфотографировать во весь кадр предмет такого же размера, вполне достаточно меньшего увеличения (ведь размер матрицы меньше!). К примеру, для фотографирования во весь кадр марки размером 24x36 мм пленочным аппаратом необходим объектив, обеспечивающий масштаб съемки 1:1.

Если же мы для такой съемки воспользуемся цифровым аппаратом с «полукадровой» матрицей (15,6x23.7 мм, размер диагонали в 1,5 раза меньше, чем у кадра 24x36 мм), то оказывается, что уже при меньшем коэффициенте увели­чения (11,5, «один к полутора») изображение марки занимает всю площадь кадра.

Еще меньшее увеличение для проведения подобной съемки потребуется для аппаратов с еще меньшим размером матрицы - примерно 1:2 для аппарата «четвертькадровой» системы 4/3 (размер диагонали матрицы в 2 раза меньше), 1:4 для аппаратов с матрицей 2/3" (размер диагонали матрицы в 4 раза меньше) и так далее. Однако, несмотря на различный коэффициент увеличения при съемке, результат можно считать одинаковым - изображение марки занимает практически все поле кадра. Поэтому логично было бы для упрощения переноса «пленочных» понятий на цифровую технику ввести еще один «эквивалентный» параметр - «эквивалентное увеличение».

Смысл эквивалентного увеличения, в общем, примерно такой же, как и в случае с эквивалентным фокусным расстоянием - одинаковость эффекта при съемке пленочной и цифровой камерой. Да и коэффициент пересчета реального увеличения в эквивалентное численно равен соотношению реального и эквивалентного фокусного расстояния.

Приведем реальный пример. Макрообъектив для системы камер 4/3 (кроп-фактор 2) Zuiko Digital ED 50 MM/f2 имеет реальное фокусное расстояние 50 мм и может быть сфокусирован до максимального увеличения 0.52х (т.е. примерно 1:2). В то же время эквивалентное фокусное расстояние такого объектива составит 100 мм, а эквивалентное увеличение -1.04к (то есть примерно 1.1). Соответственно этот объектив на камерах системы 4/3 функционально будет аналогичен 100-мм макрообъективу с максимальным масштабом изображения 1:1 в системе 35-мм пленочных камер с размером кадра 24x36 мм. С другой стороны, объектив Nikkor AF Micro 105 мм f/2.8D. имеющий при работе с пленочными камерами fViKon максимальный масштаб изображения 1:1, при установке на цифровую зеркалку Nikon (кроп-фактор 1,5) не только будет иметь увеличенное в полтора раза эквивалентное фокусное расстояние, но и сможет производить более крупноплановую сьемку (до эквивалентного масштаба 1,5:1).

Светосила и относительное отверстие

Светосила - еще одна из чрезвычайно важных технических характеристик объектива. Как можно догадаться из названия, светосила характеризует яркость изображения, которое способен построить на пленке (или матрице) объектив. Чем светосильнее объектив, тем ярче изображение он может создать И наоборот, менее светосильный объектив создает более темное изображение.

Светосила объектива характеризуется значением его относительного отверстия (то есть отношением диаметра действующего отверстия объектива к его фокусному расстоянию) и обозначается в виде дроби. К примеру, у объектива с относительным отверстием 14 (часто встречается вариант маркировки f/d) диаметр действующего отверстия в четыре раза меньше значения фокусного расстояния. При этом заметим, что размер реально действующего отверстия объектива - величина виртуальная. Он, как правило, не соответствует точно ни диаметру передней линзы, ни размеру диафрагмы. Поэтому размер действующего отверстия объектива нельзя измерить, его можно только рассчитать.

Типичные значения относительного отверстия объектива обычно находятся в прямой зависимости от размера поля изображения, на покрытие которого рассчитан такой объектив. Чем меньше размер матрицы (кадра пленки), на обслуживание которого рассчитывается объектив, тем более светосильным его можно сделать при сравнимых (а то и меньших!) стоимости и сложности конструкции.

К примеру, зум-объективы современных компактных цифровых видеокамер, рассчитанных для работы с матрицей диагональю 1/6", могут иметь относительное отверстие до 1:1,2 (JVC GR-DV3000I, а значении 1:1.6-1:1,8 стали стандартными е этом классе. Для сменных объективов 35-мм зеркалок «потолок» светосилы заметно ниже -относительное отверстие 1:2,8 имеют лишь некоторые профессиональные зумы, а для остальных зум-обьективов максимальная светосила составляет 1:3,5-1:4,5 и даже меньше.

При этом заметим, что объективы с постоянным фокусным расстоянием, как правило, обладают заметно большей светосилой, чем оптика с переменным фокусным расстоянием. Например, для тех же 35-мм зеркалок существует достаточно много объективов с фиксированным фокусным расстоянием и относительным отверстием f/1.4-f/1.8, а объективы со светосилой менее f/2.8 практически не встречаются (разве что среди сверхтелеобъективов). К тому же оптика с переменным фокусным расстоянием часто для упрощения конструкции имеет не постоянное, а переменное значение светосилы в зависимости от фокусного расстояния.

К примеру, зум-объектив 18-70 f/3.5-4.5 при фокусном расстоянии 18 мм имеет относительное отверстие f/3.5, при фокусном расстоянии 25-50 мм - f/4, а при максимальном фокусном расстоянии (70 мм) значение относительного от­верстия падает до f/4.5. С учетом высокоразвитой автоматики современных камер, оснащенных замером света через объектив, переменная светосила оптики практически не вызывает каких-либо неудобств.

Диафрагмирование и глубина резкости

При максимальном относительном отверстии фотографические обьективы используются довольно редко. Большая светосила объектива обычно выступает в роли запаса, который «карман не тянет» и может быть применен в случае необходимости (малое количество света, необходимость е получении минимальной глубины резкости и так далее). Основная же масса съемок требует значительно меньшего относительного отверстия объектива. Поэтому каждый фотографический объектив оснащен устройством оперативного регулирования относительного отверстия - диафрагмой.

Процесс уменьшения светосилы объектива при помощи диафрагмы называется «диафрагмированием», а величина, обратная величине относительного отверстия объектива, называется «диафрагменным числом» (или просто - «диафрагмой»). В процессе диафрагмирования происходит уменьшение действующего отверстия объектива, а яркость создаваемого объективом изображения прямо пропорциональна площади действующего отверстия объектива.

Уменьшив диаметр действующего отверстия объектива в 2 раза, можно уменьшить в 4 раза количество проходящего через него света. Соответственно, яркость изображения становится меньше по мере увеличения значения диафрагменного числа. Значения на шкале диафрагм объективов сейчас принято выбирать из стандартного ряда - 1, 1.4, 2, 2.8, 4.5, 6, 8, 11, 16, 22 и так далее. Такой шаг значений диафрагмы выбран прежде всего для удобства, поскольку при переходе к соседнему е ряду значению диафрагмы количество проходящего че­рез объектив света изменяется вдвое Поэтому диафрагмирование объектива на 1 ступень (например - от 2,8 до 4) приводит к такому же уменьшению экспозиции, как и укорочение выдержки в 2 раза.

Безусловно, не стоит отождествлять диафрагмирование лишь с функцией уменьшения яркости изображения на пленке (матрице) При диафрагмировании происходит еще целый ряд изменений в характере создаваемого объективом изображения - увеличивается глубина резкости, изменяются резкостные свойства объектива и его рисунок. Так что сейчас, в эпоху высокочувствительных матриц и скоростных затворов, диафрагмирование объектива применяется чаще не как средство регулирования количества света, а как художественный прием, позволяющий расставлять акценты в соотношении переднего и заднего планов за счет выбора оптимальной глубины резкости.

Понятие глубины резкости и формулы расчета глубины резкости мы подробно рассматривали в статье «Объективно об объективах» зимнего выпуска каталога «Потребитель. Фототехника и видеокамеры» (№ 34 (191/2004). Поэтому мы лишь повторим выводы этой статьи. Итак, глубина резко изображаемого пространства (именно так правильнее всего называть эту характеристику) в общем случае тем больше, чем меньше относительное отверстие объектива, чем меньше фокусное расстояние объектива (субъективное увеличение глубины резкости), и чем больше расстоя­ние до объекта съемки. Также глубина резко изображаемого пространства сильно зависит от объекта съемки и от резкостных параметров оптики и пленки (матрицы).

Пропадание или явное ухудшение деталировки изображения достаточно четко разграничивают зоны резкости и нерезкости. Поэтому использование резкой оптики, высококачественной матрицы большого формата (или мелкозернистой пленки) с высоким разрешением и наличие многочисленных мелких деталей на объекте съемки делают даже незначительную расфокусировку изображения хорошо заметной. И наоборот - если использована не слишком качественная оптика, если матрица фотоаппарата не отличается высокой четкостью, если объект съемки лишен четких контуров и мелких деталей, то кажущаяся глубина резкости становится больше.

Рассматривая характеристики современных компактных цифровых фотоаппаратов, несложно подметить следующие закономерности. Фокусное расстояние объективов фотоаппаратов, построенных на миниатюрных (2/3" и менее) матрицах, оказывается достаточно небольшие (в 4-6 раз меньше, чем у аналогичной по углу зрения оптики для 35-мм пленочных зеркалок). А сами матрицы за счет особенностей своего строения достаточно плохо справляются с изображением особо мелких деталей изображения (волос, шерсти, мелких фактур и так далее), по передаче которых легче всего прослеживается граница между зонами резкости и нерезкости. К тому же качество передачи мелких деталей и фактур дополнительно ухудшается в результате обработки изображения процесс ром фотоаппарата. Ведь миниатюрные матрицы компактных цифровых фотоаппаратов «шумят» сильно даже на невысокой чувствительности. Поэтому системы подавления шума на таких аппаратах работают, как правило, достаточно агрессивно, избавляя изображение не только от шума, но и от мелких деталей. А процесс автоматического повышения четкости изображения (обязательный этап обработки) делает переход между зонами резкости и нерезкости еще менее заметным, что субъективно воспринимается как дополнительное увеличение глубины резко изображаемого пространства. Поэтому глубина резко изображаемого пространства при использовании таких фотоаппаратов получается достаточно большой даже при максимальных значениях светосилы объектива. Ну а на «привычных» по пленочной фототехнике значениях диафрагмы 5,6-8 возросшая сверх меры глубина резко изображаемого пространства просто не позволяет пользоваться данным художественным приемом, отделяя передний план от заднего.

Стоит также заметить, что малое фокусное расстояние оптики таких фотоаппаратов приводит и к тому, что физический диаметр диафрагмы при значениях диафрагменного числа 8 и более становится настолько мал, что может приводить к значительному падению резкости из-за дифракционных явлений (см. статью «Объективно об объективах», «Потребитель. Фототехника и видеокамеры» № 28/2002).

Цифровые фотоаппараты с матрицей значительно большего размера (камеры системы «4/3"» и «полукадровые» зеркалки) дают гораздо больше возможностей в плане художественного использования глубины резко изображае­мого пространства. Однако и при работе с этими аппаратами необходимо помнить о том, что для достижения необходимого эффекта разделения переднего и заднего плана диафрагму желательно открывать как минимум на 1-2 ступени сильнее в сравнении с привычным' по пленочной 35-мм фототехнике цифрами.

С другой стороны, сюжеты, требующие при съемке большой глубины резко изображаемого пространства, гораздо проще «отрабатывать» при помощи цифровых аппаратов. К примеру, в случае каталожной предметной съемки воз­можность достигнуть необходимой глубины резкости при заметно менее глубоком диафрагмировании позволяет значительно уменьшить требования к мощности студийного освещения и сделать такую съемку более быстрой и удобной.

Отсюда