Диафрагма камеры: Что такое диафрагма в фотографии?

Диафрагма камеры: Что такое диафрагма в фотографии?

alexxlab 08.04.2019

Содержание

Что такое светосила или диафрагма в смартфоне?

Сейчас камера — чуть ли не главная функция любого смартфона. А на камеру и качество фото влияет целая куча факторов. Один из них — диафрагма или попросту светосила. Сегодня разберёмся, что это такое, на что влияет и почему это одна из принципиальных характеристик любой камеры — смартфона или фотоаппарата.

Это надо знать!

Диафрагма, светосила, дырка, пропускная способность объектива — всё это одно и тоже понятие. Оно всегда обозначается литерой «f» и какой-нибудь цифрой рядом.

И чем цифра меньше, тем лучше.

Например, f/1.6 лучше f/2.4, так как на матрицу камеры попадает больше света. Если что, за единицу взята пропускная способность человеческого глаза. Однако в мире профессиональной фототехники встречаются объективы со светосилой f/0.95 и даже выше. Стоят они, как правило… впрочем, лучше вам не знать.

Диафрагма в объективе фотоаппарата состоит из металлических лепестков

Строго говоря, мЕньшая светосила не всегда гарантирует лучшую картинку. На качество снимков влияет миллион факторов: сама матрица, качество стёкол объектива, программные алгоритмы, которые занимаются обработкой фото в смартфоне и многое-многое другое. Однако светосила — одна из важнейших характеристик.

Диафрагма означает, какое количество света пройдёт сквозь объектив из 5-6 линз (бывает и больше) и в конечном счёте осядет на матрице.

Нагляднее всего это видно на фото с котиком в начале статьи — можете сохранить себе на память, если вдруг забудете ключевой принцип. И да, работа всех объективов и камер базируется на природной модели.

Так, объектив — это глаз человека или животного. Хрусталик — это линза внутри объектива. Матрица — это сетчатка, что находится на внутренней стороне глаза. У смартфонов матрица тоже спрятана позади объектива, в глубине устройства. Ну и диафрагма, которая работает ровно по тому же принципу что и радужная оболочка глаза. Когда света много, зрачки сужаются. Если освещение слабое, зрачки = диафрагма объектива раскрывается, чтобы захватить как можно больше света.

В мире серьёзной фототехники светосила напрямую влияет на глубину резкости. Чем светосила выше (f/1.6), тем меньше глубина резкости. И чем светосила ниже (скажем, f/4.0), тем больше глубина резкости. Я объясню наглядно.

Светосила f/1.4
Светосила f/4.0

На левой картинке в фокусе всего лишь пара сантиметров. Остальные объекты, что перед носом человека и за бровями: уши, волосы и тем более позади стоящие предметы — все они будут размыты.

Второе изображение снято, когда «дырка» объектива заметно уже, а значит и светосила ниже — f/4.0. И чем она ниже, тем больше глубина резкости — то самое расстояние, что в фокусе. В данном случае это вся голова от кончика носа до макушки человека. Однако предметы позади всё равно будут размыты, ибо f/4.0 — это средний уровень светосилы.

Глубина резкости — это что

Если же сузить отверстие объектива ещё сильнее, скажем, до f/16, то в фокусе окажутся вообще все предметы, что есть на фото. В расстоянии это могут быть десятки, а то и сотни метров.

Кстати, то самое размытие фона именуется боке. Да, именно так и пишется, я не ошибся. Боке может быть разным — например, однородным и плотным, как туман. А может быть зернистыми, спиральными и так далее. Тут уж кто во что горазд — каждый производитель объективов считает красивым и достойным своё видение.

Пример совершенно лютого боке @zakharyak

А что в смартфонах?

Всё это касается лишь фотоаппаратов и объективов к ним. В смартфонах светосила практически всегда постоянная. Для основной камеры она варьируется в пределах f/1.5 — f/1.8. Всякие телеобъективы, что призваны снимать с двойным или тройным приближением, имеют светосилу заметно ниже: от f/2.2 до f/2.8. Почему так? Всё просто.

Чтобы приблизить объект вдали, нужно использовать увеличительные линзы: одна, две, три и больше. Установка каждой дополнительной линзы понижает пропускную способность света. Следовательно, объектив становится темнее, на матрицу попадает меньше света, а значит, творческие возможности для съёмки ограничиваются.

Например, телеобъектив Huawei Mate 30 Pro отлично снимает видео днём даже несмотря на не самую выдающуюся светосилу f/2.4. А вот ночью переключение на телевик недоступно. Объекты в кадре приближаются только за счёт простого растягивания картинки с основной камеры. Будто вы увеличиваете фото на компьютере, бесконечно нажимая на плюс. Предметы на фото как бы приближается, но на деле картинка попросту портится.

Поскольку в камерах смартфонов светосила всегда примерно одинаковая, играться с глубиной резкости невозможно. За размытие фона или боке отвечают исключительно программные алгоритмы. Лучше всего это получается у смартфонов Google Pixel. У них там своя атмосфера запатентованная технология машинного зрения, которая сама понимает, где человек на переднем плане, а где фон. Именно по этой причине все остальные смартфоны снимают плюс-минус одинаково. Иногда получаются удачные кадры, а подчас с кучей ошибок размытия и так далее.

Удачный пример размытия фона
Неудачное размытие

Чтобы не забыть, что такое светосила / диафрагма в смартфоне и на что она влияет, давайте ещё раз коротко.

Краткий итог

Светосила — это способность объектива пропускать сквозь себя свет. Чем его больше, тем лучше. Показатель f/1.6 лучше диафрагмы f/2.4. Для фотоаппаратов и объективов светосила — принципиально важная характеристика. В смартфонах она тоже важна, но отходит на второй план.

Сейчас за качество фотографий с камеры смартфона по большей части отвечают программные алгоритмы. А для их продвинутой работы нужен мощный процессор. Именно по этой причине бюджетники снимают не очень, а флагманы выдают максимально возможное качество. И именно по этой причине, каждое новое поколение смартфонов снимает лучше предыдущего. Да, зачастую сюда вмешивается маркетинг и искусственное ограничение функционала старых смартфонов. Однако и физические параметры камер вкупе с производительностью процессоров не менее важны.

диафрагма, выдержка и светочувствительность ISO

Параметры экспозиции снимка определяют, насколько тёмным или светлым окажется изображение, снятое вашей камерой. Хотите верьте, хотите нет, но параметров настройки всего три: диафрагма, выдержка и светочувствительность ISO («треугольник экспозиции»). Умелое их использование является существенной стороной выработки интуиции фотографа.

Что такое экспозиция

Получение правильной экспозиции более всего похоже на попытку собрать дождевую воду в ведро. Хотя сила дождя находится вне вашего контроля, тем не менее, вам подвластны три фактора: диаметр ведра, время, на которое ведро выставляется под дождь, и объём воды, который вы хотите получить. Всё, чего нужно добиться, — это набрать не слишком мало («недодержать») и не слишком много («передержать»). Ключевой момент в том, что возможно множество различных комбинаций размеров ведра, времени и количества воды. Например, одно и то же количество воды можно получить за меньшее время, если взять более широкое ведро, и наоборот, узкое ведро понадобится держать под дождём намного дольше.

В фотографии параметрами экспозиции являются диафрагма, выдержка и светочувствительность ISO, которые аналогичны диаметру ведра, времени и количеству воды, описанным выше. Далее, как дождь, так и естественный свет находятся вне контроля фотографа.

Треугольник экспозиции: диафрагма, выдержка и светочувствительность ISO

Каждый из параметров влияет на экспозицию по-разному:

Диафрагма: управляет площадью, через которую свет попадает в камеру

Выдержка: управляет длительностью экспозиции
Число ISO: управляет чувствительностью сенсора вашей камеры к количеству света

Как следствие, можно использовать любую комбинацию этих трёх параметров для достижения одинаковой экспозиции, Важно, однако, знать, чем можно пожертвовать, поскольку каждый из параметров влияет также и на другие свойства изображения. Например, диафрагма влияет на глубину резкости, от выдержки зависит размытие движением, а светочувствительность ISO определяет величину визуального шума.

Далее мы рассмотрим, что означает каждый из параметров, как оценить его влияние, и как режимы съёмки камеры влияют на сочетание параметров.

Выдержка

Затвор камеры определяет, когда сенсор камеры открыт или закрыт для света, поступающего через объектив. Длительность выдержки определяет, на какой промежуток времени сенсор будет открыт. «Выдержка» и «длительность выдержки» обозначают одно и то же, и сокращение выдержки означает сокращение длительности выдержки.

В цифрах. Влияние выдержки на экспозицию, вероятно, оценить проще всего: оно соотносится с количеством света, поступающего в камеру, как 1:1. Если время выдержки удваивается, количество света, поступающего в камеру, также удваивается. Кроме того, для этого параметра возможен наиболее широкий диапазон значений:

Выдержка Использование
от 1 до 30 секунд и более Съёмка ночью и при малом свете со штатива
от 2 до 1/2 секунды Придание гладкости текущей воде
Ландшафтная съёмка со штатива
с большой глубиной резкости
от 1/2 до 1/30 секунды Получение размытия движением
для фона движущегося объекта
Аккуратная съёмка с рук со стабилизацией
от 1/50 до 1/100 секунды Типовая съёмка с рук без существенного увеличения (зума)
от 1/250 до 1/500 секунды Заморозка предмета в движении
Съёмка с рук с существенным увеличением (телеобъективы)
от 1/1000 до 1/4000 секунды Заморозка очень быстрого и очень близкого движения

Как это выглядит. Выдержка является мощным инструментом заморозки или акцентирования движения:

 
Длинная выдержка Короткая выдержка

В творческой съёмке или для водопадов, например, размытие движением иной раз желательно, тогда как в большинстве других случаев его нужно исключить. Как следствие, обычно выдержку выбирают, исходя из значения, которое сможет обеспечить резкий снимок — либо для заморозки движения, либо для исключения сотрясения камеры при съёмке с рук.

Как узнать, какая выдержка обеспечит резкий снимок с рук? Используя цифровые камеры, проще всего поэкспериментировать и оценить результаты на экране камеры (при полном увеличении). Если при правильном выборе фокуса снимок получается смазанным, скорее всего, понадобится сократить выдержку, держать руки более стабильно или использовать штатив.

Диафрагма

Число диафрагмы камеры управляет площадью, через которую свет может проникать сквозь объектив.

Величину диафрагмы обозначают в терминах f-ступеней, которые на первый взгляд не интуитивны, поскольку по мере того как f-ступень нарастает, площадь светопропускания убывает. На жаргоне фотографов, если кто-то говорит «закрыл» или «открыл» диафрагму, обычно он имеет в виду увеличение или уменьшение f-ступени, соответственно.

В цифрах. Всякий раз, когда f-ступень уменьшается вдвое, площадь светопропуская увеличивается вчетверо. Это непосредственно следует из того, что площадь круга пропорциональна квадрату его радиуса, но большинство фотографов просто запоминают f-ступени, которые соответствуют каждому увеличению или уменьшению количества света вдвое:

Диафрагма Светопропускание Пример выдержки
f/22 1X 16 секунд
f/16 2X 8 секунд
f/11 4X 4 секунды
f/8.0 8X 2 секунды
f/5. 6 16X 1 секунда
f/4.0 32X 1/2 секунды
f/2.8 64X 1/4 second
f/2.0 128X 1/8 секунды
f/1.4 256X 1/15 секунды

Приведенные выше комбинации выдержки и диафрагмы обеспечивают одинаковую экспозицию.

Примечания: доступные варианты выдержки не всегда позволяют увеличить или сократить выдержку
в точности вдвое, но приближения всегда настолько близки, что разница будет пренебрежимо мала.

Вышеприведенные f-ступени являются стандартно доступными практически на любой камере, хотя большинство камер позволяют также и более гибкую настройку, например, f/3.2 и f/6.3. Диапазон значений может варьироваться в зависимости от камеры и объектива. Например, компактная камера может располагать диапазоном от f/2.8 до f/8.0, тогда как у цифровой зеркальной камеры с портретным объективом диапазон может составлять от f/1.

4 до f/32. Узкий диапазон диафрагмы обычно не является большой проблемой, однако более широкий диапазон обеспечивает большую творческую гибкость.

Техническое примечание: для многих объективов светопропускание подвержено также влиянию передаточной эффективности, хотя она практически всегда является намного меньшим фактором, чем диафрагма. Кроме того, она находится вне пределов контроля фотографа. Разница в передаточной эффективности обычно более заметна при использовании сильного увеличения (зума). Например, объектив Canon 24-105 мм f/4L IS пропускает при диафрагме f/4 примерно на 10-40% меньше света, чем аналогичный объектив Canon 24-70 мм f/2.8L при диафрагме f/4 (в зависимости от фокусного расстояния).

Как это выглядит. Величина диафрагмы камеры определяет глубину резкости снимка (диапазон расстояний, в пределах которого объекты выглядят резкими). Снижение f-ступени означает уменьшение глубины резкости:

Широкая диафрагма
f/2. 0 — малая f-ступень
малая глубина резкости
Закрытая диафрагма
f/16 — большая f-ступень
большая глубина резкости

Светочувствительность ISO

Число ISO определяет, насколько чувствительна камера к свету. Аналогично выдержке, число ISO соотносится с изменением экспозиции как 1:1. Однако, в отличие от диафрагмы и выдержки, минимальное число ISO желательно практически всегда, поскольку повышение числа ISO значительно увеличивает визуальный шум. Как следствие, число ISO повышают только в тех случаях, когда требуемые диафрагма и выдержка иначе недостижимы.

Малое число ISO
(небольшой шум)
Большое число ISO
(сильный шум)

примечание: в традиционной фотографии визуальный шум определялся «зерном плёнки»

Общедоступны такие числа ISO, как 100, 200, 400 и 800, хотя многие камеры позволяют также меньшие и большие значения.

Обычно приемлемо малый шум обеспечивают числа ISO в диапазоне 50-200, тогда как при использовании цифровых зеркальных камер зачастую приемлемым является диапазон 50-800 (или даже больше).

Режимы съёмки камеры

Большинство цифровых камер имеют стандартные режимы съёмки: автоматический (), программный (P), приоритет диафрагмы (Av), приоритет выдержки (Tv), ручной (M) и спусковой (B) режимы. Режимы Av, Tv и M зачастую называют «творческой зоной» или «режимами автоэкспозиции (AE)».

Каждый из этих режимов влияет на то, как для заданной экспозиции выбираются диафрагма, выдержка и число ISO. Некоторые режимы пытаются подбирать для вас все три значения, другие позволяют выбрать один параметр и позволить камере подобрать остальные два (если это возможно). Следующая таблица описывает влияние каждого из режимов съёмки на параметры экспозиции:

Режим съёмки Принцип работы
Автоматический
()
Камера автоматически подбирает все параметры съёмки.
Программный (P) Камера автоматически подбирает диафрагму и выдержку; вы можете выбрать число ISO и компенсацию экпозиции.
Приоритет диафрагмы
(Av или A)
Вы выбираете диафрагму и число ISO, а камера автоматически подбирает соответствующую выдержку.
Приоритет выдержки
(Tv или S)
Вы выбираете выдержку и число ISO, а камера автоматически подбирает соответствующую диафрагму.
Ручной (M) Вы выбираете диафрагму, выдержку и число ISO, вне зависимости от того, дадут ли выбранные значения корректную экспозицию.
Спусковой (B) Полезен для экспозиций длиннее 30 секунд. Вы выбираете диафрагму и число ISO, а длительность выдержки определяется либо дистанционным выключателем, либо моментом второго нажатия на кнопку затвора.

Вдобавок камера может иметь несколько предустановленных режимов съёмки; к наиболее распространённым относятся ландшафтный, портретный, спортивный и ночной режимы. Символы, используемые для каждого из режимов, слегка варьируются в зависимости от модели камеры, но скорее всего будут выглядеть похоже на приведенные ниже:

Режим съёмки Принцип работы
Портретный
Камера пытается подобрать наименьшую f-ступень, возможную для данной экспозиции. Тем самым обеспечивается наименьшая возможная глубина резкости.
Ландшафтный
Камера пытается подобрать наибольшую f-ступень, чтобы обеспечить большую глубину резкости. Компактные камеры зачастую вдобавок устанавливают дистанцию фокусировки на бесконечность.
Спортивный
Камера пытается достичь предельно короткой выдержки для выбранной экспозиции — в идеале 1/250 секунды или короче. Помимо использования малой f-ступени, краткость выдержки обычно достигается повышением числа ISO более сильным, чем это было бы допустимо в портретном режиме.
Ночной

Камера разрешает более длинные выдержки, чем это обычно разрешено для съёмки с рук, и повышает число ISO практически до максимально возможного. Однако в некоторых камерах этот режим означает, что для подсветки переднего плана используется вспышка, а длинная выдержка и высокое число ISO используются для фона. Проверьте инструкцию своей камеры на предмет присущих ей уникальных характеристик.

Однако не забывайте, что по большей части указанные выше параметры настройки зависят от системы замера экспозиции камеры, которая определяет корректность экспозиции. При съёмках сложных объектов система экспозамера зачастую может обмануться, так что полезно понимать, при каких условиях она может ошибиться, и что можно сделать, чтобы компенсировать ошибки экспозиции (см. главу об экспозамере камеры).

Наконец, некоторые из перечисленных выше режимов могут также управлять параметрами настройки камеры, которые не имеют отношения к экспозиции, но это зависит от модели камеры. Такие дополнительные параметры могут включать в себя, помимо всего прочего, точки фокусировки, режим экспозамера и автофокуса.

Типы управления диафрагмой в объективах для систем видеонаблюдения и машинного зрения

Объективы для систем охранного видеонаблюдения и машинного зрения формируют изображение на светочувствительном элементе телевизионной камеры.

Рис.1. Структура формирования изображения через объектив ТВ камеры.

Все объективы состоят из группы линз, а для регулирования количества света, попадающего на приемник видеокамеры в объективах установлена ирисовая диафрагма, – ее внешний вид, с различными значениями относительных отверстий, приведен на рис. 2. Регулирование светового потока на матрицу происходит при помощи регулировки закрытия и открытия лепестков диафрагмы на определенное значение (f-Stop). Чем больше открыта диафрагма, тем больше света попадает на светочувствительный элемент камеры. Самые светосильные объективы имеют значения f/0.9-f/0.95.

                                                                                                              Рис.2. Ирисовая диафрагма с различным размером относительного отверстия.

По типу управления диафрагмой объективы можно разделить на следующие группы:

• Объективы с фиксированной диафрагмой — используются только с камерами, имеющими автоматический электронный затвор.
Пример: Монофокальный объектив Daiwon DW9711.

• Объективы с ручной диафрагмой используются в местах со стабильной освещенностью (в помещениях с искусственным освещением). Такие объективы можно использовать и на улице, но с камерами, имеющими режим автоматического электронного затвора. Данный тип управления является основным в объективах, предназначенных для промышленного применения.
Пример: Монофокальный объектив Сomputar V0814-MP

• Объективы с автоматической диафрагмой управляют световым потоком за счет обратной связи сигналов, приходящих от ТВ камеры. Такие объективы применяют в условиях перепадов освещенности и внешне отличаются от остальных объективов наличием кабеля с разъемом, который подключен к ТВ камере.

По сигналам управления, приходящим от ТВ камеры, объективы с автоматической диафрагмой подразделяются на объективы со следующими видами управления:

  1. Управление диафрагмой в соответствии с изменяющимся видеосигналом (Video Drive). Данный тип управления считается устаревшим и на сегодняшний день уже практически нигде не используется.
    Пример: Вариофокальный объектив Spacecom TV308AI-2
  2. Управление диафрагмой постоянным током (Direct Drive). В данный момент, имеет широкое применение в системах видеонаблюдения.
    Пример: Вариофокальный объектив Computar AG3Z2812FCS-MPWIR
  3. P-Iris — это, набирающее все большее популярность, автоматическое управление диафрагмой с высокой точностью при помощи шагового электропривода, разработанное компанией Axis Communications из Швеции и компанией Kowa из Японии. В комплект входят объектив P-Iris и специальное программное обеспечение для оптимизации качества изображения.
    Пример: Вариофокальный объектив Kowa LM25JC5MM-IR

Управление диафрагмой по видеосигналу (Video Drive) означает, что анализ видеосигнала и управление мотором диафрагмы осуществляет специальное устройство, размещенное в объективе. Управление диафрагмой по постоянному току (Direct Drive) означает, что схема принятия решения о положении диафрагмы находится в ТВ камере, а в объективе имеется только мотор как исполнительное устройство. На корпусе объективов с управлением диафрагмой по видеосигналу присутствуют два регулирующих элемента. Обозначаются они как «Level» и «ALC». Регулировка «Level» используется для настройки режима работы электронной схемы объектива по реальной освещенности. При вращении регулятора «Level» мы искусственно изменяем значение диафрагмы. На мониторе изменение положения регулятора «Level» воспринимается как изменение яркости изображения. Регулятор «ALC» имеет две области регулирования. Это область средних значений (обозначается «А») и область пиковых значений (обозначается «Р»). Регулятор «ALC» используется для устранения обратной засветки в высококонтрастных сюжетах. Объективы с управлением диафрагмой по постоянному току (Direct Drive) не имеют на своем корпусе никаких регулировок. Настройка таких объективов осуществляется на видеокамере, которая должна иметь уже известные нам органы настройки «Level» и «ALC».

Объективы P-Iris оснащены не традиционным гальванометром (автодиафрагмой), а шаговым электроприводом, который управляет диафрагмой в цифровом режиме. Это позволяет целенаправленно и точно оптимизировать открытие диафрагмы при всех условиях освещения, и как результат, получаются более контрастные и четкие изображения с лучшим разрешением и глубиной резкости. В объективах P-Iris отпадает потребность в нейтральном светофильтре, который был необходим для традиционных объективов с гальванометром, что позволяет избежать снижения качества изображения. Сокращение перепада разрешения в центре и на краях наблюдаемой сцены, а также способность сбалансировать качество изображения позволяют рекомендовать данные объективы для мегапиксельных камер. В условиях яркого освещения диафрагма с технологией управления P-Iris ограничивает закрытие отверстия, чтобы избежать размытия (дифракции), вызываемого сильным сужением отверстия ирисовой диафрагмы.

Камера смартфона для «чайников» №1. Диафрагма. Как свет проникает внутрь камеры?

Оценка этой статьи по мнению читателей:

В каждом обзоре смартфона перед тем, как перейти к детальному обсуждению камеры, я всегда привожу ее краткие технические характеристики, в частности, указываю параметры объектива и матрицы. Выглядит это примерно следующим образом:

  • Основная камера: 108 Мп, 1/1.33″, f/1.8, 26 мм, 0.8 мкм, PDAF
  • Телеобъектив: 12 Мп, 1/3.4″, f/2.0, 52 мм, 1.0 мкм, PDAF, OIS

Если вы далеки от мира фотографии, все эти буквы и цифры совершенно ни о чем вам не говорят. И в этой серии статей я постараюсь подробно и доступно объяснить каждое из этих понятий. Но простого объяснения здесь недостаточно, оно должно быть корректным. Дело в том, что многие, кто якобы разбираются в «обычной» фотографии, привнесли целый ряд мифов и заблуждений в «мобильную» фотографию.

Даже на самых авторитетных ресурсах сплошь и рядом встречается мнение, будто размер матрицы смартфона напрямую влияет на глубину резкости кадра. Другие, видя диафрагму f/1.6 и сравнивая ее со своим большим фотоаппаратом, не понимают, почему смартфон не дает такого же красивого эффекта боке (размытия фона), как и зеркалка.

О фокусном расстоянии, размерах матрицы и кроп-факторах даже говорить не стоит — здесь заблуждений еще больше.

В общем, мы начинаем целую серию статей, которая на очень простых и понятных примерах позволит вам разобраться во всех характеристиках современных камерофонов, проследив за тем, как обычный лучик света превращается в фото-шедевр.

Уверяю вас, после этих статей вы будете разбираться в данной теме лучше многих профессиональных фотографов, даже в том случае, если до этого ничего не понимали в фотографии.

И в первой части мы поговорим о диафрагме. Но прежде нам нужно понять, как вообще свет «переносит» картинку, ведь это не настолько банальное явление, как может кому-то показаться.

Волшебство в темном ящике!

Представьте себе небольшой ящик из очень плотного картона, внутрь которого не проникает свет:

Давайте проделаем в стенке этого ящика большое круглое отверстие:

Даже маленький ребенок понимает, что в ящике стало светло и мы можем видеть всё, что в нём находится.

А теперь я задам простой вопрос, на который многие не смогут ответить правильно. Как вы думаете, что произойдет, если мы значительно уменьшим диаметр этого отверстия? Внутри коробки просто станет темнее? Не совсем.

В реальности случится то, что одни посчитают настоящим волшебством, а другие и вовсе не поверят! На противоположной стенке появится цветное изображение всего того, что находится перед отверстием:

И это будет работать не только с маленькими коробками. Вы даже можете закрыть окна в своей комнате каким-то непрозрачным материалом, проделать в нем небольшое (пару сантиметров) отверстие и на стене появится цветное изображение всего, что происходит за окном. Примерно, как на этом снимке:

Центральный парк (Нью-Йорк) на стенах комнаты

Я думаю, вы обратили внимание на то, что изображение парка перевернуто вверх ногами, как и картинка внутри ящика на предыдущей иллюстрации. Но что здесь вообще происходит? Почему вместо обычного света в комнате или ящике появляется изображение, будто кто-то включил проектор? И почему эти изображения перевернуты?

Ответив на поставленные вопросы, мы поймем самый базовый принцип работы камеры смартфона.

Итак, вернемся к ящику. Свет, исходящий от солнца (или другого источника) попадает на все предметы и отражается от каждой их точки в разные стороны. Давайте проследим, как и куда будут падать лучи света, отраженные от штанов и головы парня из нашего примера:

Как видите, от одной конкретной точки на голове или штанах исходит множество лучей света в разные стороны. Часть из них ударяется в ящик, а другие проходят сквозь отверстие и попадают на внутреннюю стенку.

Так как это отверстие очень большое, через него проходит множество лучей, каждый из которых падает в разные места под своим углом. В результате мы не видим никакого четкого изображения, все цвета смешаны в один. Получается, внутри ящика просто стало больше света.

Но если сделать это отверстие очень маленьким, бо́льшая часть отраженных лучей просто окажутся заблокированными внешней стенкой ящика и не попадут на внутреннюю стенку, а те лучи, что отразились от одной точки и прошли сквозь отверстие, соберутся примерно и в одной точке на стенке:

Конечно, отверстие не настолько мало, чтобы пропускать буквально по одному лучику света. Но даже если на стенку будет попадать несколько лучей, отраженных от одной и той же точки, мы все равно увидим относительно резкие очертания предметов.

К сожалению, нельзя просто взять и поместить в смартфон маленькую коробочку с микроскопическим отверстием. Туда будет попадать очень мало света, снимки будут очень темными и смазанными. Дело в том, что с уменьшением отверстия, четкость изображения с определенного момента начнет снижаться. Связано это с таким физическим явлением, как дифракция света (мы не будем подробно останавливаться на этом явлении, просто знайте, что сильно уменьшать отверстие нельзя).

Что же делать? Логика подсказывает, что отверстие нужно оставлять большим, чтобы света было много. Но в то же время, нужно сделать так, чтобы все лучи, отраженные от одной конкретной точки предмета и прошедшие через большое отверстие, не падали куда попало, а собирались в такую же конкретную точку на стенке.

Сделать это можно только одним способом. Нужно как-то изменить направление лучей света, чтобы они в итоге всегда пересекались в одной точке. Другими словами, необходимо для каждого лучика света установить в отверстие ящика крохотную призму, которая и будет преломлять свет, изменяя направление его движения. Если луч света проходит через верхнюю часть отверстия, он должен отклониться вниз, если проходит по центру — пусть так и дальше идет, а если — внизу, тогда пусть отклоняется вверх:

В итоге, все три луча, несмотря на то, что прошли через разную часть отверстия, сошлись в одной единственной точке, что дало нам резкое и четкое изображение. Но в реальности лучей-то не 3 и не 300, а бесчисленное множество! Поэтому использовать миллионы маленьких призм — не выход. Нам нужна одна призма такой формы, чтобы лучи света отклонялись тем сильнее, чем дальше они проходят от центра (выше или ниже). И такое устройство придумали — это всем нам знакомая линза.

Давайте вставим такую линзу в ящик с большим отверстием и посмотрим, что произойдет теперь:

Как видите, изображение на стенке получилось очень ярким и четким. Четким — потому что каждый лучик света, отраженный от одной и той же точки, оказался в одном месте на стенке ящика (линза собрала все лучи в одну точку). А яркий — по той причине, что мы сделали большое отверстие и собрали очень много света, то есть, множество лучей.

Вот теперь можно говорить о камере смартфона, которая и является по сути маленькой коробочкой с большим отверстием, в котором установлена линза (объектив):

Конечно, в объективе любого смартфона используется много линз (чем больше — тем лучше) и причин для этого несколько:

  • Камера должна как-то уметь фокусироваться и для этого нужна дополнительная линза, которая бы двигалась вперед-назад.
  • Оптическая стабилизация (в основном) также реализована при помощи дополнительных линз, которые могут свободно двигаться вверх-вниз и влево-вправо. Если хорошенько потрясти смартфон, можно услышать дребезжащий звук, издаваемый этими линзами.
  • Также изображение, полученное при помощи одной линзы, будет не очень качественным из-за различных цветовых и геометрических искажений. Дополнительные линзы и разное их покрытие значительно улучшают качество картинки.

Что интересно, наши глаза — это такие же «коробочки», в которые свет проникает через маленькие отверстия, в точности, как в примере с ящиком!

Зрачок — это и есть отверстие, через которое свет проникает внутрь глаза. Сразу за ним расположена «линза» (хрусталик), которая фокусирует все лучи света в одну точку, чтобы построить резкое изображение на «стенке» (сетчатке):

Как видите, везде используется один и тот же принцип! И теперь, когда мы понимаем, как лучи света переносят изображение и что делает его резким, перейдем к главному вопросу.

Что такое диафрагма (f/1.8) камеры смартфона и на что она влияет?

На самом деле, у каждого смартфона размер отверстия, через которое свет проникает в камеру, может сильно отличаться. И это значительно влияет на качество фотографий.

Размер отверстия всегда указывается в технических характеристиках смартфона в виде буквы f с каким-то числом через дробь, например, f/1. 6 или f/2.3. Это число называется диафрагменным числом.

Само отверстие в камере (объективе) называется апертурой. То есть, чем больше апертура, тем больше отверстие. А диафрагма — это непрозрачная преграда вокруг апертуры (отверстия). Просто взгляните на следующую картинку и вам всё станет понятно:

Чем сильнее мы закрываем диафрагму (на картинке — f/16), тем меньше становится отверстие (апертура) и тем меньше света проникает внутрь камеры. И наоборот, чем сильнее открыта диафрагма (f/2.8), тем больше отверстие и тем больше света попадает в камеру.

В основном диафрагма на смартфонах фиксирована. Она не может изменяться так, как на больших камерах. То есть, если в характеристиках сказано, что диафрагма f/2.3, вы никак не сможете открыть ее до значения, скажем, f/1.8. Но бывали и исключения, в частности, на некоторых флагманах от Samsung диафрагма могла изменяться.

Итак, диафрагма сообщает нам, насколько светосильным является объектив, то есть, какое количество света он способен пропустить за определенный промежуток времени. Чем сильнее она открыта — тем больше света.

Но это не единственное (и для многих даже не главное) свойство диафрагмы. Размер отверстия напрямую влияет на глубину резкости кадра. Если вы хотите снять портрет с красивым размытием фона, нужно сильнее открыть диафрагму (например, f/2.8). И наоборот, чем сильнее закрываете диафрагму (например, f/16), тем большая область сцены будет резкой. Соответственно, с маленьким отверстием часто снимают пейзажи и архитектуру, когда хотят, чтобы максимальная часть кадра была в фокусе.

Почему же это происходит? Как размер отверстия может влиять на степень размытия фона?

В реальности, только размер отверстия и расстояние от камеры до объекта съемки влияют напрямую на этот параметр. Всё остальное (размер матрицы, фокусное расстояние) связано с размытием фона лишь косвенно. Но давайте разберемся подробнее!

Для простоты, нарисуем лучи света, отраженные от дерева и прошедшие через линзу (то есть, на картинке показано то, что происходит внутри объектива):

Все лучи пересекутся только в одной точке и именно в этой точке изображение будет по-настоящему в фокусе. Если здесь мы разместим матрицу камеры, то получим резкую фотографию дерева.

Но наши глаза далеко не идеальны и мы не можем увидеть разницу между маленькой точкой на пересечении лучей и чуть большим пятном, которое бы получилось перед или за фокусом. Благодаря этому, мы видим в фокусе не только дерево, но и другие объекты, находящиеся сзади или спереди дерева.

То есть, мы будем видеть резкими и те предметы, лучи от которых не сошлись в одной точке, а находятся на небольшом расстоянии друг от друга (показано синими стрелками на картинке выше). В фокусе получается сам объект съемки, а также небольшая область до и после схождения лучей. Всё вместе это называется глубиной резкости (показано красной стрелкой на картинке выше).

Посмотрите, что будет, если мы начнем изменять размер диафрагмы, то есть, увеличивать размер отверстия в объективе:

Угол схождения лучей будет изменяться, а вместе с ним изменится и глубина резкости. Ведь, как я уже сказал выше, мы воспринимаем резкими все предметы, если расстояние между лучами света, отраженного от предмета, небольшое. На картинке выше это расстояние показано синими стрелочками и оно не меняется, но так как угол лучей другой, в фокус попадает меньше пространства.

Надеюсь, теперь вы понимаете, каким образом диафрагма влияет на светосилу объектива и на глубину резкости.

Так почему же моя зеркальная камера с объективом f/2.8 размывает фон намного лучше, чем телефон с диафрагмой f/1.8?

Всё дело в том, что физический размер отверстия в крупном объективе гораздо больше, чем отверстие в объективе маленького смартфона. Вот как выглядят диафрагмы смартфона и объектива зеркального фотоаппарата с идентичным диафрагменным числом f/1.8:

Два объектива с одинаковой диафрагмой и фокусным расстоянием 28 мм

Несмотря на одинаковые диафрагмы (f/1.8) и эквивалентные фокусные расстояния (28 мм), реальный диаметр отверстия в объективе зеркалки составляет примерно 15 мм, в то время, как диаметр отверстия в объективе iPhone SE 2020 составляет около 2 мм!

Получается, глубина резкости камеры iPhone SE 2020 с объективом f/1. 8 примерно соответствует глубине резкости зеркальной камеры с объективом f/14 при аналогичном фокусном расстоянии.

С такой диафрагмой ни о каких портретах даже речи быть не может, так как для этих целей на зеркалках используется диафрагма f/2.8 или около того. Именно поэтому за красивое размытие фона в портретном режиме отвечает не физика, а искусственный интеллект смартфона. Подробнее об этом я рассказывал в статье о вычислительной фотографии.

Но тогда получается, что диафрагма ни о чем нам не говорит, так как на разных устройствах она означает совершенно разные физические размеры? Нет.

Диафрагменное число — это относительная величина. Зная эту характеристику смартфона, можно очень легко высчитать реальный размер отверстия любого объектива. Для этого достаточно фокусное расстояние объектива (f) разделить на диафрагменное число. Именно поэтому диафрагма и записывается, как f деленное на число.

Но здесь мы сталкиваемся уже с другим понятием — фокусным расстоянием. И в следующей части я подробно расскажу о том, что это такое, на что оно влияет, как узнать настоящее фокусное расстояние объектива и как по этим параметрам можно реально оценивать качество камеры того или иного смартфона с точки зрения физики.

Подытожим первую часть

В этой статье мы разобрались с тем, как вообще свет формирует изображение на любой поверхности, будь-то стенка ящика, сетчатка глаза или матрица камеры.

Также мы подробно разобрались с тем, что такое диафрагма и почему размер отверстия, через которое свет попадает внутрь камеры, является очень важной характеристикой.

При выборе смартфона следует всегда обращать внимание на диафрагменное число (f/1.8, f/2.2 и т.д.). Ведь чем оно меньше, тем больше света будет захватывать камера и можно получить меньшую глубину резкости, а значит, более красивые снимки с художественной точки зрения.

Но, к сожалению, оценивать камеру только по диафрагменному числу нельзя и пример с объективом зеркального фотоаппарата очень наглядно это показал. Чтобы объективно сравнить камеры двух смартфонов, нам нужно учитывать 3 параметра: диафрагму (то, что мы сегодня разобрали), фокусное расстояние и размер матрицы.

Обо всём этом и поговорим в следующей части статьи!

Алексей, главред Deep-Review

 

P.S. Мы открыли Telegram-канал и сейчас готовим для публикации очень интересные материалы! Подписывайтесь в Telegram на первый научно-популярный сайт о смартфонах и технологиях, чтобы ничего не пропустить!

 

Понравилась статья? Поделитесь с другими:

Теория съемки в нескольких простых правилах

Фотография связана не только с художественным восприятием автора. Немалый процент работы составляют теоретические знания. Процесс съемки зависит от многочисленных параметров, которые знает любой профессиональный фотограф. Среди них, разумеется, основные настройки, которые позволяют выстроить кадр так, как вам хочется и получить желанный и предсказуемый результат.

Таких параметров много, поэтому, чтобы сделать процесс более простым и понятным, сегодня мы сфокусируемся только на основных, и объясним их значение так, чтобы вы смогли запомнить и использовать их на практике по необходимости.


Источник: Shutterstock

Диафрагма

Диафрагма или апертура — это диаметр отверстия в объективе. Любая перемена в размере диафрагмы сказывается на ее пропускной способности, т.е. на количестве света, который попадает на матрицу, и на глубине резкости.

Чем больше открыта диафрагма, тем ниже ее числовое значение. Например, f/1.4 — это открытая диафрагма, которая пропускает больше света. f/22 — это закрытая диафрагма, которая пропускает меньше света.

Открытая диафрагма дает узкую глубину резкости, то есть минимум объектов находится в поле резкости.

Закрытая диафрагма позволяет захватить в зону резкости больше элементов, создавая широкую глубину резкости.

Диафрагма настраивается на камере в зависимости от типа объектива, либо через настройки камеры, либо через настройки самого объектива. Также она может настраиваться автоматически в некоторых режимах (авторежим, программный режим, приоритетные режимы).

Настройки диафрагмы также связаны с настройками других элементов экспозиции, таких как ISO и выдержка.


Источник: SLR Lounge

Выдержка

Когда зеркало камеры поднимается, начинается отсчет выдержки. За это время, матрица или пленка в пленочной камере, записывает движение света, попадающего на нее. Время, которое подходит от поднятия до возвращения зеркала на место, называется выдержкой. Измеряется время в долях секунды, как правило, отображается как 1/2, 1/4б 1/1000 и т.д.

Выдержка определяет длину экспозиции и количество размытия на кадре, если объекты находятся в движении.

Медленная выдержка (длинная выдержка), это большее цифровое значение, то есть 1, 1/2 или 1/8. Она пропускает на матрицу больше света и позволяет заснять размытие. Такая выдержка применяется при съемках ночью или в помещении, чтобы обеспечить достаточную освещенность кадру.

Быстрая или короткая выдержка, напротив, пропускает на матрицу меньшее количество света, что позволяет ей при ярком освещении снимать динамичные кадры, замораживая движение резко, без размытия. В темноте она неэффективна и может привести к тому, что кадр будет темным и размытым или камера вообще не сможет сфокусироваться.


Источник: Fstoppers

ISO

Значение ISO контролирует светочувствительность самой матрицы. Чем выше выставлено число, тем больше света матрица будет воспринимать. Однако, нужно учитывать, что с восприимчивостью растет и количество цифрового шума, то есть зерна на фотографии. Именно поэтому если снимать с высоким ISO в темное время суток или при недостатке света, кадр получится зернистым.

Низкие значения ISO можно выставлять в солнечную погоду, они не связаны с риском получить шум. Минимальное распространенное значение — 100.

Высокое число ISO, например, 6400, используется тогда, когда вам не хватает света.

Максимальное значение ISO зависит от возможностей камеры. Обычно не рекомендуется выходить за пределы нативного диапазона, то есть того, что указан без скобок в характеристиках.

Если говорить проще, то ISO позволяет высветлить весь кадр целиком, поэтому его рекомендуется менять в последнюю очередь и незначительно. Большинство исправлений лучше делать при помощи выдержки и диафрагмы.

Экспозиция

Все три описанных выше элемента — выдержка, диафрагма и ISO вместе составляют экспозицию, от которой и зависит ваш итоговый кадр. Как мы поняли, каждый элемент прочно связан с определенным свойством — размытием, глубиной резкости и зерном.

Плюс, все элементы связаны между собой.

Выдержка, диафрагма и ISO называются треугольником экспозиции. Действительно, все три части взаимозависимы и, при смены настроек одной, вам потребуется изменить и остальные, при условии, что вы снимаете одну и ту же сцену.

Баланс Белого

Еще один параметр, который обязательно нужно знать, это баланс белого. Если говорить просто, он отвечает за температуру изображения. Этот параметр меняет кадр целиком, он может быть либо холоднее (синее), либо теплее (желтее), в зависимости от выставленных параметров баланса белого. Это дает возможность использовать его в качестве художественного приема, а также для достижения максимально реалистичной цветопередачи.

В камере есть настройка автоматического баланса белого, однако, нельзя сказать, что он срабатывает идеально. Поэтому выставлять его нужно вручную и в соответствии с условиями, в которых вы снимаете.

Баланс белого измеряется в Кельвинах (К) и варьируется от 1000К до 10000К. Чем ниже значение, тем теплее тон кадра. То есть 1000К даст желтый кадр, 10000К — синий. В середине, то есть на 5000К кадр будет более или менее реалистичный, при условии стандартного солнечного полудня.


Источник: EPFILMS

Глубина резкости

Этот параметр мы уже рассмотрели при обсуждении прочно связанной с ним апертуры. Чем шире открыта диафрагма (чем ниже ее цифровое значение), тем уже становится глубина резкости, то есть пространство, которое мы захватываем резким. Это подходит для портретов, в которых ценится боке, но не всегда идеально работает для других условий.

Глубина резкости — это сложный элемент, который не так просто научиться контролировать, но это совсем не означает, что при наличии правильной техники и достаточных знаний о том, как ее использовать, вы не можете получить желаемый результат. Детальное изучение глубины резкости, тема довольно непростая, поэтому исследовать ее вам придется отдельно, но это не является основным знанием, поэтому для начала внимательно ознакомьтесь с остальными параметрами.

Режимы съемки

Любая камера имеет несколько режимов съемки, каждый из которых подходит как для определенных сцен, так и для различных уровней навыка. Всего есть пять основных режимов, которые необходимо знать

Автоматический — камера полностью контролирует диафрагму, выдержку, ISO, баланс белого, фокусировку, компенсацию экспозиции, точки фокуса, метрику. Фотограф может выбрать лишь формат снимка и использование серийной съемки. Этот режим подходит для тех, кто не знает как именно использовать настройки камеры.

Программный — камера частично контролирует настройки, а именно выдержку и диафрагму. Пользователь может выставить все остальные параметры. Для новичков, которые стремятся научиться пользоваться камерой, больше всего подойдет именно этот режим. 

Приоритет выдержки — камера контролирует диафрагму, пользователь отвечает за все остальные настройки. При соответствующих световых условиях, фотографы нередко используют этот режим для того, чтобы избавить себя от необходимости заботиться о настройке диафрагмы. В большинстве своем, камеры не ошибаются в настройках, а если это происходит, то поправимо при обработке.

Приоритет диафрагмы — аналогично, режим приоритета диафрагмы позволяет пользователю контролировать все, кроме выдержки камеры. Вы можете выбрать апертуру, а камера подгонит под нее выдержу. Этот режим часто используется для того, чтобы подобрать подходящую глубину резкости и не заботиться о сопутствующей настройке выдержки.  

Ручной режим контролирует только один пункт — компенсацию экспозиции. То есть вы получаете максимальный контроль над кадром, который снимаете. Этот режим идеален для тех, кто знает, что делает и как работают какие настройки. Поэтому его выбирает большинство профессионалов и многие любители. Практически нет условий, при которых опытный пользователь предпочтет другой режим.


Источник: Digital Trends

При съемке вам придется учитывать параметры объектива, среди которых фокусное расстояние объектива и минимальное расстояние для фокусировки.

Фокусное расстояние объясняется очень просто.

14-35 мм — широкоугольные объективы, они больше всего подходят для съемки пейзажей, интерьеров, групповых кадров и т.д. Особенность таких объективов в том, что они помещают больше элементов в кадр.

50-60мм, это стандартное фокусное расстояние, часто связанное со стандартными объективами. Оно подходит для съемки портретов, природы и т.д. и является максимально приближенным к тому углу обзора, который видит человеческий глаз. Именно эти объективы лучше всего справляются с низким освещением, когда невозможно использовать вспышку. На открытой диафрагме именно такие объективы создают наиболее эффектное боке.

70-200мм, это уже телефото расстояние, которое подходит и для портретной съемки, и для съемки предметов, и особенно для фотографии живой природы. Такой объектив позволяет фотографу визуально приблизиться к объекту съемки. 

300-600мм это фокусное расстояние супертелеобъективов, которые используются профессионалами для фотографии природы и спортивных мероприятий. Если вы не можете подобраться к объекту съемки близко, именно этот объектив придет на помощь.

Еще один тип объективов — это макро, расстояние может варьироваться. Такие объективы, соответственно, используются для макросъемки.

Минимальное расстояние для фокусировки указывается на объективе и различно для разных моделей. Это расстояние определяет минимальную дистанцию, на которой камера может начать фокусироваться. Нередко это 0. 28м или 0.45м. Значение указывается как в метрах, так и в футах.

 

Все это — основные понятия, которые необходимо знать каждому начинающему фотографу. Но не забывайте, даже разбираясь в основах, вы все равно можете еще многое изучить. Фотография включает в себя массу теории, знание которой не совсем необходимо для того, чтобы на практике получать удачные фото, но все же крайне желательно. Только понимая принципы фотосъемки, вы можете быть уверены в том, что вам удастся получить желаемый кадр. Цель должна заключаться в том, чтобы снять то, что вы видите, то, что послужило замыслом. И именно с помощью теоретических аспектов вы сможете этого добиться.

Если фотография вам покажется интересной, вы всегда можете углубиться в процесс и самостоятельно изучить все, что нужно для съемки.

Объективы с автоматической диафрагмой | Secuteck.Ru

В рубрику «Видеонаблюдение (CCTV)» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Техническое обозрение


М. Ю. Арсентьев
Генеральный директор НТЦ «Подсвет»

Темой этого технического обозрения стали CCTV-объективы с автоматической диафрагмой (автодиафрагмой). Большая часть представленных объективов выпущена в Юго-Восточной Азии и Германии, тогда как в России их производство, к сожалению, практически отсутствует.

Принцип работы объективов с автодиафрагмой основан на отрицательной электронно-механической обратной связи между уровнем видеосигнала телекамеры и диаметром апертуры (диафрагмы). Лепестки диафрагмы перемещаются с помощью микропривода, управляемого электронной схемой, расположенной внутри объектива или камеры. Главной задачей при этом является сохранить номинальный уровень видеосигнала телекамеры. Аналогичную задачу, только иным способом, может выполнять электронный затвор.

Разрешающая способность объектива

При выборе объектива с автодиафрагмой, как и любого другого, следует обращать внимание на его разрешающую способность. Разрешение объектива измеряется в линиях на миллиметр и определяется отношением максимально возможного количества белых полос, чередующихся с черными, которое данный объектив может спроецировать на рабочую зону ПЗС-матрицы с контрастом 20% к ширине этой зоны. Подсчитываются при этом только линии одного цвета (либо белые, либо черные). Разрешение большинства объективов для охранного телевидения составляет от 50 до 150 линий/мм.

Фокусное расстояние

У многих объективов с автоматической диафрагмой есть возможность регулирования фокусного расстояния, что весьма удобно, но изготовление такой оптики — довольно сложная задача, и не каждый производитель хорошо справляется с нею. Ведь у объектива в этом случае имеются подвижные линзы, что требует гораздо большей точности исполнения оптической системы, чем, например, при изготовлении собственно механизма автодиафрагмы. Поэтому при покупке именно вариофокальных объективов стоит перестраховаться и приобрести несколько более дорогую, но заведомо высококачественную «брендовую» оптику, не соблазняясь на очень дешевые noname-объективы. Кратность изменения фокусных расстояний у вариофокальных объективов составляет обычно от 2 до 10 мм.

F-число объектива

Типовой заявленный диапазон изменения F-чи-сла, как правило, составляет от 1,2 или 1,4 (полностью открытая диафрагма) до 1/360 (полностью закрытая диафрагма). Это дает изменение освещенности на матрице более чем в 30 000 раз. Такой диапазон изменения диафрагмы сложно обеспечить только ее уменьшением в результате дифракционных и технологических ограничений, поэтому на центральную часть объектива наносится поглощающее покрытие с переменной плотностью, увеличивающейся к центру апертуры (так называемый ND-фильтр). То есть при самом ярком свете, когда шторки объектива сжимаются к центру, среднее свето-пропускание оставшегося стеклянного «пятачка» на единицу площади будет существенно меньше, чем у полностью открытой апертуры ночью. Разумеется, чем больше диапазон изменения F-числа, тем лучше, поскольку большой диапазон допускает применение объектива при максимальных перепадах освещенности. Одним из способов дальнейшего увеличения диапазона может стать применение электрохромных пленок или линз, например, из оксида вольфрама. Электрохромный эффект заключается в обратимом изменении светопропускания материала под действием электрического тока, и он давно используется, в частности, производителями автомобильных зеркал заднего вида.

Способ управления диафрагмой, регулировка LEVEL и ALC

Если электронная «начинка» размещается в корпусе объектива, то с телекамеры на объектив подается напряжение питания и видеосигнал без синхросмеси. Когда уровень видеосигнала падает ниже номинального, формируется управляющее напряжение для открытия лепестков диафрагмы. Если видеосигнал увеличивается, диафрагма закрывается. Такая схема работы автодиафрагмы является наиболее гибкой и эффективной, и она получила название Video Drive (VD). В случае если электронная схема управления диафрагмы располагается внутри телекамеры, на объектив подается непосредственно ток, управляющий приводом. Этот тип объективов называется Direct Drive (DD) или DC (управляемый постоянным током). Очевидно, что принцип действия автодиафрагмы в обоих случаях одинаков.

Регулятор LEVEL позволяет менять открытие диафрагмы при номинальном уровне, то есть фактически устанавливает яркость изображения. Регулятор ALC на объективе позволяет изменить или установить среднее значение освещенности, при которой обеспечивается номинальный уровень видеосигнала. Большинство современных телекамер имеют переключатель, дающий возможность управления как VD-, так и DD-объективами. Учитывая, что стоимость объективов DD несколько ниже, для бюджетных решений часто используют именно их. В то же время электронная схема управления диафрагмой в телекамере обычно несколько упрощена по сравнению со схемой в VD-объективе. Так, например, там часто отсутствует регулятор ALC. Такая регулировка позволяет установить полезный в некоторых случаях режим, когда диафрагма не будет закрываться при попадании в поле зрения ярких точечных объектов (фонарей, автомобильных фар, бликов), допуская потерю части информации вблизи них из-за блюминга («заливания белым»), но сохраненяя достаточно различимыми темные зоны «картинки». У многих универсальных VD/DD-телекамер такого регулятора нет, поэтому в ответственных и сложных случаях для максимально точной настройки системы камера -объектив можно порекомендовать «умные» объективы с управлением диафрагмы видеосигналом (тип VD).

Выбор объектива в зависимости от освещенности

Многие объективы с автодиафрагмой имеют возможность дистанционного управления вручную с пульта (для оптимальной настройки работы камеры при разной освещенности). В настоящее время этот режим используется редко. Автоматическая диафрагма, прекрасно подходящая к применению на улице, не всегда будет уместна в помещении. Дело в том, что при изменении размера диафрагмы у камеры изменяется глубина резкости, что увеличивает вероятность расфокусировки. Поэтому при стабильном и достаточно хорошем освещении лучше использовать оптику с ручной диафрагмой и режим электронного затвора на камере.     

Опубликовано: Журнал «Системы безопасности» #3, 2009
Посещений: 19034

В рубрику «Видеонаблюдение (CCTV)» | К списку рубрик  |  К списку авторов  |  К списку публикаций

Новости о системах безопасности: видеонаблюдение, контроль доступа, системы видеодомофонии

Варианты управления диафрагмой

В процессе получения качественного изображения, роль диафрагмы имеет решающее значение. Этот элемент объектива применяется для поддержки оптимальной яркости в центре формирования картинки с целью ее четкого и точного отображения для получения качественного контраста и разрешения. Еще одна роль, которую выполняет диафрагма, это контроль глубины резкости. Настройка диафрагмы может быть фиксированной и регулируемой  в ручном или автоматическом режиме.

Фиксированная диафрагма

В помещениях с постоянным освещением могут использоваться объективы с фиксированной диафрагмой, которая 

устанавливается с определенным индексным числовым показателем. В случае колебаний уровня освещения в камерах видеонаблюдения есть возможность регулировки экспозиции по времени, либо задействования повышающего коэффициента.

Ручная диафрагма

Диафрагма, которая регулируется в ручном режиме, наводится путем вращения ободка на объективе. С его помощью происходит перемещение диафрагмы в сторону открытия или закрытия. Данный способ не достаточно эффективный для видеонаблюдения в помещениях с постоянно меняющимся освещением.

Виды автоматических диафрагм

Существует два варианта объективов с автоматической диафрагмой:

• DC-диафрагма

• Видеодиафрагма

В обоих случаях отверстие диафрагмы регулируется при использовании аналогового сигнала и реагирует на изменение уровня освещенности. Они отличаются тем, что схемы преобразования аналогового сигнала в сигнал управления приводом располагаются в разных местах. Данная схема располагается внутри объектива камеры с видеодиафрагмой или в корпусе камеры для объектива с DC-диафрагмой.

Если камера с автоматической диафрагмой работает в условиях чрезмерного освещения, она может иметь эффект дифракции и размытости изображения из-за слишком малого отверстия в диафрагме. Особенно часто такое явление наблюдается в мегапиксельных и HDTV камерах. Это объясняется тем, что в них величина пикселей в секторах формирования картинки меньше, чем в камерах видеонаблюдения со стандартным типом разрешения.

Это говорит о том, что качество изображения в основном зависит от корректного размера диаметра диафрагмы. Наилучший вариант качества изображения получается в результате правильно выставленного положения отверстия диафрагмы. Главным препятствием для достижения оптимального варианта является то, что проконтролировать диафрагму практически невозможно.

P-Iris

Еще один вид объективов – P-Iris дает возможность управлять диафрагмой в автоматическом режиме с высокой точностью. Оптимизация качества изображения осуществляется при помощи объектива P-Iris и специального программного приложения. Система помогает избавиться от недостатков управления автоматической диафрагмой. Решается проблема улучшения контрастности, четкости, глубины резкости и разрешающей способности объектива. Хорошая глубина резкости – это один из основных показателей. 

Объекты, находящиеся на разном расстоянии от объектива, могут синхронно находиться в фокусе. Это свойство помогает организовать качественное наблюдение за растянутыми вдаль объектами, например, коридорами или автостоянками.

Диафрагма P-Iris при ярком освещении не дает отверстию закрыться полностью, что помогает избежать дифракции. Такая особенность предоставляет широкие возможности для внутреннего и внешнего видеонаблюдения. Для данного типа диафрагмы в объективе используется электромоторчик, с помощью которого перемещается настройка отверстия ирисовой диафрагмы при любом освещении. Управляемый с помощью программного обеспечения, механизм настраивает максимально оптимальную позицию диафрагмы для получения наилучшего изображения.

В сетевых видеокамерах, на которых установлена P-Iris, в интерфейсе пользователя можно выставлять любой предельный размер открытия диафрагмы. Эта функция помогает выставить ее положение автоматически так, как это считается для оператора предпочтительно в условиях определенного освещения. Благодаря применению диафрагм P-Iris, использование сетевых неподвижных камер становится на абсолютно новый уровень. 

Для видеокамер с мегапиксельным разрешением, а также поддерживающих формат HDTV, и в случаях, когда требуется высокое качество записи изображения, такая функция просто незаменима. Уже ни у кого не вызывает сомнения, что DC-диафрагмы будут в ближайшем времени вытеснены как элемент управления в неподвижных сетевых камерах. Им на смену придут диафрагмы P-Iris.

Возврат к списку

Nikon | Продукты для обработки изображений | Основы работы с цифровой зеркальной камерой

Диафрагма

Aperture регулирует яркость изображения, которое проходит через объектив и попадает на датчик изображения. Оно выражается в виде числа f (пишется как «f /», за которым следует число), например, f / 1,4, f / 2, f / 2,8, / f4, f / 5,6, f / 8, f / 11, f / 16, f / 22 или f / 32.

Изменение числа f изменяет размер диафрагмы, изменяя количество света, проходящего через объектив. Чем выше число f, тем меньше диафрагма и тем меньше света проходит через объектив; чем меньше число f, тем больше диафрагма и тем больше света проходит через объектив.Например, изменение диафрагмы с f / 4 на f / 5,6 уменьшает вдвое количество света, проходящего через объектив, и вдвое уменьшает яркость изображения, попадающего на датчик изображения.

Изменение числа f также изменяет расстояние перед или за точкой фокусировки, которая кажется находящейся в фокусе. Чем выше число f, тем больше расстояние перед и за точкой фокусировки, которая кажется, находится в фокусе; с другой стороны, чем ниже число f, тем короче расстояние перед и за точкой фокусировки, которая кажется находящейся в фокусе.Расстояние перед и за точкой фокусировки, которая кажется находящейся в фокусе, называется «глубиной резкости».

Съемка одной и той же сцены с разной апертурой

Изменение диафрагмы изменяет глубину резкости.

Высокое число f (увеличенная глубина резкости)

Для просмотра этого содержимого необходимо включить JavaScript и установить последнюю версию Adobe Flash Player.

  • ※ Иллюстрация — задумка художника.
Щелкните изображение, чтобы увеличить.
Низкое f-число (уменьшенная глубина резкости)

Для просмотра этого содержимого необходимо включить JavaScript и установить последнюю версию Adobe Flash Player.

  • ※ Иллюстрация — замысел художника
Щелкните изображение, чтобы увеличить.

ф-номера

f-числа меняются, как показано ниже.

Увеличение шага диафрагмы один называется «уменьшением диафрагмы на шаг» или «уменьшением диафрагмы на диафрагму».Это уменьшает вдвое площадь апертуры (или отверстия), уменьшая вдвое яркость изображения, попадающего на датчик изображения. Уменьшение числа f на один шаг означает «увеличение диафрагмы на один шаг» или «увеличение диафрагмы на шаг вперед». Это удваивает площадь апертуры (или отверстия), удваивая яркость изображения, попадающего на датчик изображения.

Если вы используете цифровую зеркальную камеру Nikon, число f изменяется с шагом 1/3; некоторые модели также поддерживают шаг в 1 и 1/2 шага.

Образцы дисплеев камеры

информационный дисплей камеры

ф-номер:

Показано как f / 4, f / 4.5, f / 5, f / 5.6 и т. Д.

Введение в диафрагму в фотографии

Пример изображения, снятого с большой диафрагмой (f1,8), которая размывает фон. Изображение Мигеля Руна

Недавно я написал серию статей об элементах, которые фотографам необходимо изучить, чтобы выйти из автоматического режима и получить хорошо экспонированные изображения.

Я в основном сосредоточился на трех элементах «треугольника экспозиции» — ISO, выдержке и диафрагме .

Я уже писал о первых двух, а сегодня хотел бы обратить наше внимание на Aperture .

Прежде чем я начну с объяснений, позвольте мне сказать следующее. Если вы сможете овладеть диафрагмой, вы получите настоящий творческий контроль над камерой.

На мой взгляд, в фотографии происходит волшебство с диафрагмой. Возможность управлять диафрагмой может означать разницу между одиночными и многомерными снимками.

Что такое диафрагма?

Проще говоря — Диафрагма — это «отверстие в объективе».

Когда вы нажимаете кнопку спуска затвора камеры, открывается отверстие, позволяющее датчику изображения камеры мельком увидеть снимаемую вами сцену. Установленная вами диафрагма влияет на размер этого отверстия.

Чем больше отверстие, тем больше света попадает внутрь; чем меньше отверстие, тем меньше света.

Диафрагма измеряется в диафрагмах

Вы часто будете видеть диафрагму, которую в Школе цифровой фотографии называют диафрагмой. Например, f / 2.8, f / 4, f / 5.6, f / 8, f / 22 и т. Д.

При переходе от одной диафрагмы к другой увеличивается вдвое или уменьшается вдвое размер отверстия в объективе (и количество проникающего света).

Имейте в виду, что изменение скорости затвора от одной ступени к следующей удваивает или вдвое уменьшает количество попадающего внутрь света. Это означает, что если вы увеличиваете одно и уменьшаете другое, вы впускаете то же количество света.

Одна вещь, которая вызывает у многих новых фотографов недоумение, заключается в том, что большие диафрагмы (через которые проходит много света) имеют меньшие значения диафрагмы, а меньшие диафрагмы (где проходит меньше света) имеют большие значения диафрагмы.

Таким образом, диафрагма f / 2.8 на самом деле намного больше диафрагмы, чем f / 22. Когда вы впервые слышите это, это кажется неправильным, но вы научитесь.

Это пейзажное изображение, сделанное Каленом Эмсли, было снято с f22 — большой глубиной резкости с резкостью как переднего, так и заднего плана.

Глубина резкости и диафрагма

Существует ряд результатов изменения диафрагмы ваших снимков, о которых вы должны помнить при выборе настроек, но наиболее заметным из них будет глубина резкости, которую будет иметь ваш снимок.

Глубина резкости (DOF) — это то количество вашего снимка, которое будет в фокусе.

Большая глубина резкости означает, что большая часть вашего изображения будет в фокусе независимо от того, близко ли оно к камере или далеко.

Например, на снимке пейзажа выше диафрагма f / 22, и в результате и гора на заднем плане, и деревья на переднем плане остаются в фокусе.

Малая (или малая) глубина резкости означает, что только часть изображения будет в фокусе, а остальная часть будет нечеткой (как на портрете джентльмена из Папуа-Новой Гвинеи ниже.

Вы увидите, что глаза объекта находятся в фокусе, но фон размыт. Даже ее волосы, которые чуть-чуть позади его глаз, и его нос, который чуть-чуть перед его глазами, размыты.

Это очень маленькая глубина резкости, она была снята с диафрагмой f2,8).

Диафрагма f2.8. Изображение Тревора Коула.

Вот еще один пример с еще более широкой диафрагмой f1.4, когда цветок остается в фокусе, а все остальное размывается.

Диафрагма сильно влияет на глубину резкости.Большая диафрагма (помните, что это меньшее число) уменьшит глубину резкости, а маленькая диафрагма (большие числа) даст вам большую глубину резкости.

Сначала это может немного сбивать с толку, но насколько я помню, маленькие числа означают малую глубину резкости, а большие числа означают большую глубину резкости.

Еще один пример большой и малой апертуры

Позвольте мне проиллюстрировать это двумя фотографиями, которые я сделал ранее на этой неделе в моем саду из двух цветов.

Первый снимок слева был сделан с диафрагмой f / 22, а второй — с f / 2.8. Разница вполне очевидна. На снимке f / 22 в фокусе видны и цветок, и бутон, и вы можете различить форму забора и листьев на заднем плане.

На снимке f / 2.8 справа левый цветок находится в фокусе (или его части), но глубина резкости очень мала, а фон не в фокусе, а бутон справа от цветка также менее виден. фокусировка из-за того, что он находился немного дальше от камеры во время съемки.

Лучший способ разобраться в этой теме — достать камеру и поэкспериментировать.

Выйдите на улицу и найдите место, где есть предметы, как близко, так и далеко, и сделайте серию снимков с разными настройками, от самых маленьких до самых больших.

Вы быстро увидите влияние, которое это может оказать, и пользу от возможности управлять диафрагмой.

Для некоторых стилей фотографии требуется большая глубина резкости (и небольшая диафрагма).

Например, в большинстве пейзажных фотографий вы увидите настройки маленькой диафрагмы (большие числа), выбранные фотографами.Это гарантирует, что от переднего плана до горизонта относительно фокус.

С другой стороны, в портретной фотографии может быть очень удобно, если ваш объект будет идеально сфокусирован, но иметь красивый размытый фон, чтобы гарантировать, что ваш объект является главной точкой фокусировки, а другие элементы в кадре не отвлекают.

В этом случае вы должны выбрать большую диафрагму (маленькое число), чтобы обеспечить малую глубину резкости.

Макрофотографы, как правило, большие пользователи больших диафрагм, чтобы гарантировать, что элемент их объекта, на котором они фокусируются, полностью захватывает внимание зрителя их изображений, в то время как остальная часть изображения полностью выбрасывается из фокуса.

Я надеюсь, что вы нашли это введение в Aperture in Photography полезным. Обязательно ознакомьтесь с нашим введением в выдержку и введение в ISO.

Вот еще несколько сообщений по теме, которые вам также могут понравиться:

Понравился этот пост? Подпишитесь на dPS, чтобы получать еженедельную рассылку со всеми нашими последними учебными пособиями — все это совершенно бесплатно.

Что такое диафрагма? Введение в диафрагму в фотографии …

Когда вы только начинаете заниматься фотографией, важно знать, как работает ваша камера. Диафрагма — важная часть треугольника экспозиции (выдержка, ISO и диафрагма). Это частично определяет экспозицию (насколько светлой будет ваша фотография) вашей фотографии.



Когда камера делает снимок, механизм затвора открывается, на датчик попадает свет, после чего затвор снова закрывается. Когда объектив попадает на датчик и к камере прикреплен объектив, свет сначала проходит через объектив.

Лепестки диафрагмы определяют, сколько света проходит через объектив.Проще говоря: диафрагма контролирует количество света, проходящего через ваш объектив.

Очевидно, что когда у вас большое отверстие в линзе, много света может проходить сразу, а если у вас очень маленькое отверстие, все наоборот. Это то, что мы называем «большой или большой» и «малой» диафрагмой. Помните: БОЛЬШАЯ диафрагма пропускает БОЛЬШОЕ количество света, МАЛЕНЬКАЯ диафрагма пропускает МАЛЕНЬКОЕ количество света. Итак, как это отражается в настройках нашей камеры?



Как Aperture переводится в ваши фотографии?

Итак, теперь, когда мы знаем, что диафрагма влияет на количество света, который вы захватываете камерой, как она на самом деле отображается на ваших фотографиях?

Диафрагма влияет на глубину резкости и частично: на резкость. Когда мы используем открытую диафрагму (которая пропускает много света), получается более малая глубина резкости.При закрытой диафрагме глубина резкости намного больше.

Не путайте это с получением «более резкого» фото. Определение резкости другое. Подробнее об этом скоро.

Глубина резкости

Итак, когда мы хотим использовать очень малую глубину резкости, нам нужно открыть диафрагму и использовать меньшее число, например f / 2.8.

На портретах часто можно увидеть красивый размытый фон. Это достигается за счет больших апертур для создания малой глубины резкости.Вот почему хорошие портретные объективы часто бывают фиксированными (они не могут масштабировать) с большой диафрагмой.

Если вы покупаете «стандартную» камеру с комплектным объективом, эти объективы не будут иметь большой апертуры. У них стандартный диапазон зума с меньшей диафрагмой, чтобы объектив был маленьким, дешевым и не слишком тяжелым со стеклом.

С этими объективами вы не сможете получить очень малую глубину резкости просто потому, что вы не можете использовать большие диафрагмы. При съемке пейзажей часто важно сфокусироваться как на переднем, так и на заднем плане, поэтому мы стараемся использовать меньшую диафрагму от f / 8 до f / 14.



Когда мы используем широкий угол с элементами переднего плана, мы склонны использовать меньшую диафрагму от примерно f / 8 до f / 14. Это изображение было снято со штатива при 16 мм, f / 11, 1/60 с, ISO 100. Автор фото: Альберт Дрос.

Резкость

Диафрагма также влияет на резкость, но по-другому. Лучше всего линзы проявляют себя в «золотой зоне». Под производительностью мы имеем в виду, где объектив наиболее резкий. Самый резкий — это означает, что все линии и контрастные детали наиболее резкие, а не фокусная плоскость фотографии!

Золотая середина объектива у каждого объектива своя. В Интернете доступны так называемые «диаграммы MTF», где вы можете проверить, с какой диафрагмой объектив работает лучше всего. В целом это около f / 8.

Объектив плохо работает в закрытом положении при диафрагме f / 22. На закрытых апертурах наблюдается сильная дифракция. Также имейте в виду, что широко открытый объектив также может стать немного мягким.