Дифракция в фотографии: Дифракция в фотографии. Избегаем падения резкости на фото

Дифракция в фотографии: Дифракция в фотографии. Избегаем падения резкости на фото

alexxlab 13.03.2021
Дифракция в фотографии. Избегаем падения резкости на фото

С таким оптическим явлением, как дифракция, фотографы встречаются довольно часто. В отличие от прочих искажений, таких как дисторсия или хроматические аберрации, дифракция свойственна в равной мере любому объективу и полностью устранить её невозможно. В этой статье мы рассмотрим проблему дифракции на практике.

Дифракция в фотографии. Избегаем падения резкости на фото NIKON D3400 / 18.0-35.0 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 100, F22, 15 с, 27.0 мм экв.

Дифракция — это оптический эффект, при котором снижается резкость фотографии независимо от того, сколько у вашей камеры мегапикселей и какова резкость используемого объектива. Если обычно лучи света распространяются по прямой, то проходя через маленькое отверстие (закрытая диафрагма объектива), они начинают рассеиваться. При этом луч формирует на фото не точку, а круг — так называемый диск Эйри. Чем сильнее закрываем диафрагму, тем заметнее становится дифракция, поскольку каждая точка изображения перестает быть точкой.

Заметить дифракцию невооружённым глазом можно тогда, когда размер диска Эйри станет сопоставим с размером одного пикселя на матрице — это дифракционный предел.

Концентрические круги вокруг фонарей — диск Эйри, следствие дифракции. Он особенно заметен вокруг точечных источников света.

Концентрические круги вокруг фонарей — диск Эйри, следствие дифракции. Он особенно заметен вокруг точечных источников света.

Изучим серию тестовых фотографий, снятых на Nikon D3400. Этот недорогой аппарат с матрицей формата APS-C имеет высокое разрешение (24 Мп), поэтому мы сможем оценить все детали на фото, а заодно отчётливо увидим появление дифракции. Ниже приведены фрагменты снимка со 100% увеличением.

Удобно оценивать резкость кадров, например, по знаку пешеходного перехода. Видно, что детализация начинает снижаться уже после f/8 и критически падает к f/14. Чем сильнее закрыта диафрагма, тем меньше деталей остаётся на снимке.

Концентрические круги вокруг фонарей — диск Эйри, следствие дифракции. Он особенно заметен вокруг точечных источников света. NIKON D3400 / 18.0-35.0 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 100, F5.6, 1 с, 27.0 мм экв. Концентрические круги вокруг фонарей — диск Эйри, следствие дифракции. Он особенно заметен вокруг точечных источников света. NIKON D3400 / 18-35 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 100, F8, 2 с, 27.0 мм экв. Концентрические круги вокруг фонарей — диск Эйри, следствие дифракции. Он особенно заметен вокруг точечных источников света. NIKON D3400 / 18.0-35.0 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 100, F11, 4 с, 27.0 мм экв. Концентрические круги вокруг фонарей — диск Эйри, следствие дифракции. Он особенно заметен вокруг точечных источников света.
NIKON D3400 / 18-35 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 100, F14, 6 с, 27.0 мм экв. Концентрические круги вокруг фонарей — диск Эйри, следствие дифракции. Он особенно заметен вокруг точечных источников света. NIKON D3400 / 18.0-35.0 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 100, F16, 8 с, 27.0 мм экв. Концентрические круги вокруг фонарей — диск Эйри, следствие дифракции. Он особенно заметен вокруг точечных источников света.
NIKON D3400 / 18.0-35.0 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 100, F22, 15 с, 27.0 мм экв.

По тестовым фото видно, что дифракционный предел на Nikon D3400 находится в районе f/8; далее заметна дифракция.

Рассмотрим на примере Nikon Z 7, как в подобных ситуациях ведут себя полнокадровые матрицы. Казалось бы, на 45-мегапиксельной матрице Nikon Z 7 дифракция должна сказываться очень серьёзно — ведь у неё очень высокое разрешение. Однако плотность пикселей у этой матрицы всё ещё ниже, чем у 24-мегапиксельного кропа. Рассчитать это легко — достаточно разделить количество мегапикселей на площадь матрицы.

Итак, сравним на практике пары тестовых изображений, сделанных при f/8 и при f/16 на кропе и на 45-мегапиксельном полном кадре.

Видно, что даже на закрытых диафрагмах полнокадровый аппарат обеспечивает лучшую детализацию. Особенно показателен пример на f/16: на кроп-матрице картинка уже фактически нерабочая, а полнокадровый снимок ещё вполне можно использовать.

Nikon Z 7 и объектив Nikon Nikkor Z 85mm F1.8 S

Nikon Z 7 и объектив Nikon Nikkor Z 85mm F1.8 S

Содержание

Дифракция и практика съёмки

Начинающему фотографу может быть непонятно, зачем вообще закрывать диафрагму настолько сильно, чтобы на фото начинала влиять дифракция. Однако есть ряд причин, по которым приходится пользоваться закрытыми диафрагмами.

Первая и основная — увеличение глубины резкости. Во многих направлениях фотографии необходимо показать резкими все объекты на фото, уложив их в ГРИП. Глубина резкости регулируется диафрагмой, и подчас приходится её сильно закрывать, чтобы, например, в кадре резко показать цветок на переднем плане и горы на заднем. В таких случаях лучше небольшое снижение резкости из-за дифракции, чем просто не резкий передний или задний план.

Для достижения максимальной глубины резкости использована наводка на гиперфокальное расстояние и диафрагма f/16.

Для достижения максимальной глубины резкости использована наводка на гиперфокальное расстояние и диафрагма f/16.

Но не спешите закрывать диафрагму до упора. Научитесь сначала рассчитывать и рационально использовать её значения. Так, в пейзажной, архитектурной и интерьерной фотографии используются различные приёмы фокусировки и работы с ГРИП. Один из них — наводка на гиперфокальное расстояние.

Пожалуй, каждый фотограф сам для себя должен определить тот уровень снижения резкости, на который он готов пойти. Я, например, фотографируя на полнокадровую 45-мегапиксельную камеру, определил для себя в качестве максимального значения f/16. Снимая на кроп, где дифракция сказывается раньше, я предпочитаю не закрываться более чем на f/11.

Для достижения максимальной глубины резкости использована наводка на гиперфокальное расстояние и диафрагма f/16.

Аналогичная проблема возникает при съёмке небольших предметов и в макросъёмке, где после f/8 только начинается рабочий диапазон диафрагм. Поскольку съёмка ведётся на малой дистанции, глубина резкости также крайне мала. Поэтому, чтобы показать объект полностью резким, приходится серьёзно закрывать диафрагму. Тут лучше пренебречь дифракцией, но добиться нужной ГРИП, чем получить просто нерезкий кадр из-за недостатка глубины резкости.

Лучше закрыть диафрагму, пренебрегая дифракцией, чтобы поместить снимаемый объект в глубину резкости...

Лучше закрыть диафрагму, пренебрегая дифракцией, чтобы поместить снимаемый объект в глубину резкости…

...чем получить в кадре нерезкий по краям предмет.

…чем получить в кадре нерезкий по краям предмет.

Но глубину резкости невозможно расширять бесконечно. Часто при съёмке небольших предметов, вместо того, чтобы сильно закрывать диафрагму, пользуются фокус-стекингом. Иногда этот приём применяют и при съёмке интерьеров, пейзажа. Суть его в том, что делается несколько кадров с фокусировкой на разных дистанциях, а потом результат сводится воедино на компьютере. Этот приём помогает избежать негативного влияния дифракции и при этом расширить глубину резкости вплоть до бесконечности. Фотокамеры Nikon D850, Nikon Z 7 и Nikon Z 6 имеют встроенную функцию фокус-стекинга. О ней и о самом приёме отдельная статья на нашем сайте.

При фокус-стекинге в пейзаже, как правило, хватает 3–5 кадров с фокусировкой на разных дистанциях. В случае макросъемки, могут потребоваться десятки снимков.

При фокус-стекинге в пейзаже, как правило, хватает 3–5 кадров с фокусировкой на разных дистанциях. В случае макросъемки, могут потребоваться десятки снимков.

Вторая причина, по которой сильно закрывают диафрагму, — стремление добиться идеальной резкости и отсутствия искажений в кадре. На открытых диафрагмах объективы могут давать далёкую от идеала картинку — с нерезкими краями и обилием хроматических аберраций. Победить это легко — достаточно прикрыть диафрагму. Если же объектив изначально имеет светосилу, скажем, f/5,6, что характерно для бюджетной оптики, то его придётся крутить до f/8– f/11, чтобы получить достойную резкость. Уж лучше пусть на фото немного скажется дифракция, но при этом мы уберём все искажения со стороны объектива.

При фокус-стекинге в пейзаже, как правило, хватает 3–5 кадров с фокусировкой на разных дистанциях. В случае макросъемки, могут потребоваться десятки снимков. NIKON D850 / 18.0-35.0 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 400, F11, 1/80 с, 18.0 мм экв.

Когда не стоит закрывать диафрагму. Часто фотографы закрывают до упора диафрагму в стремлении поснимать на длинных выдержках размытые огни автомобилей или воду в горном ручье… И получают некачественные изображения. Да, выдержка удлиняется, когда диафрагма закрыта, но даже при f/22 при дневном освещении она вряд ли станет достаточно длинной, чтобы можно было эффективно работать с размытием движения. Чтобы эффективно работать с длинными выдержками, необходимы нейтрально-серые фильтры. Также очень помогает, когда в камере есть очень низкие ISO. Например в Nikon D810, Nikon D850 и Nikon Z 7 есть возможность опустить светочувствительность до ISO 32.

Использован нейтрально-серый светофильтр ND1000. Он позволил снимать при дневном освещении на выдержке в 100 секунд.

Использован нейтрально-серый светофильтр ND1000. Он позволил снимать при дневном освещении на выдержке в 100 секунд.

NIKON D850 / 18.0-35.0 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 64, F14, 100 с, 18.0 мм экв.

А ещё не надо чрезмерно закрывать диафрагму в погоне за звездами вокруг точечных источников света — фонарей, солнца, так как эффектные лучи на большинстве объективов формируются уже при f/11–f/14.

Использован нейтрально-серый светофильтр ND1000. Он позволил снимать при дневном освещении на выдержке в 100 секунд. NIKON D850 / 18-35 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 64, F11, 60 с, 18.0 мм экв.

Подытожим. На современных кропах резкость изображения снижается уже после f/11, на полном кадре — после f/14–f/16. Из-за меньшей плотности пикселей на матрице полнокадровые камеры (даже многомегапиксельные) дают качественное, детализированное изображение даже на закрытых диафрагмах, поэтому бояться какой-то особенно страшной дифракции в практической работе не стоит. Работать на закрытых диафрагмах можно и иногда необходимо. Просто делать это надо осознанно и не злоупотреблять съёмкой на закрытой до предела диафрагме.

что это такое и как избавиться

Здравствуйте, читатели моего блога! С вами на связи, Тимур Мустаев. Спешу вам сообщить, что наши фотокамеры неидеальны. Они видят мир иначе, нежели наши глаза. Но, как и в человеческом восприятии, так и в отображении картинки техникой, возникают различные ошибки.

Их называют оптическими “болезнями”. Распространены дисторсии, сферический аберрации, виньетирование и т.д. Чем дороже фотокамера и оптика, тем меньше подобных искажений может возникнуть. Сегодня мы поговорим об одной из частых болезней, которая называется дифракция в фотографии.

Специфика действия света

Любой фотограф, активно занимающийся своим делом, вскоре начнет замечать неприятные световые, цветовые и др. эффекты в кадре.

Дифракция проявляется в снижении детальности и четкости снимка, при этом независимо от его разрешения. Также говорят о дифракционных кольцах или полосах, появляющихся рядом с объектами. Что это в соответствии с физическими законами, как можно объяснить такое явление?

Понятие дифракции связано со светом. Это исключение из правил раздела геометрической оптики. Перевод с латинского означает “разломанный”, “огибание” – весьма близкое описание существующего процесса.

В действительности так и происходит: световой пучок, имеющий характер волны, идет прямолинейно. Но если он встречает некоторые препятствия в виде плотных, непрозрачных объектов, то “обходит” и частично проникает за них, в их теневые области. Здесь подстерегает нас главная “опасность” – в результате даже границы тени (и то, что в тени) смягчаются, становятся не совсем резкими.

Могу сказать вам более того, принцип огибания светом предметов применяется и к самой диафрагме фотоаппарата, ведь ее лепестки подходят под категорию “плотные препятствия”.
Таким образом, мы имеем дело не с одной, а несколькими волнами света, которые взаимодействуют и накладываются друг на друга.

Трудно представить? А попробуйте на мгновение прищурить глаза, вот вам и получается все окружающее расплывчатым, будто за туманом или пеленой. Примерно также непросто приходится фотокамере.

Явление неприятное, создающее дополнительные сложности, но неизбежное. Как бы вам ни хотелось, не получится полностью избавиться от этого или другого рода искажений. Поэтому нужно помнить о них и стараться минимизировать имеющимися средствами.

Влияние на изображение

Я вам рассказал не просто занимательные факты из области теоретической физики. Это реальный недостаток, который может быть явно заметен на фотографии и снизить ее привлекательность для зрителя и самого автора.

Понять наглядно, что представляет собой дифракция, можно зайдя на различные форумы фотолюбителей или самостоятельно сделав серию тестов фотокамеры.

Установите фотокамеру на штатив, исключив этим вибрации, выберите ручной или режим диафрагмы и снимайте один предмет с отличными параметрами f.

Остальные переменные экспозиции не меняйте. Некоторые используют особую шкалу или лист бумаги с изображением мишени (в pdf формате). Снимки с разницей в диафрагме оцениваются по четкости/размытости всей мишени (цифр, букв, линий или определенного предмета) или ее краев.

В ниже приведенном примере, обратите внимание на ель. Начиная с f/14 она начинает размываться.

Дифракция – это такой недостаток работы оптики, с которым в фоторедакторах практически ничего нельзя сделать. Единственным выходом может быть минимизация ее влияния на этапе съемок.

Как избежать дифракцию в фотографии?

Дифракция серьезно сказывается на качестве изображения. Как избежать ее в фотографии?

  • Во-первых, нужно умело работать с диафрагмой, избегая как слишком малых значений, так и максимально больших, даже если ваш фотоаппарат позволяет их выставить. В первом случае дифракция может появиться из-за сглаживающего эффекта, то есть естественного боке вокруг основного объекта; во втором – потому что снижается общее количество света, идущего в объектив, отсюда падение детальности. Считается, что после f=11 вероятность дифракции высока, не говоря уже о предельных диафрагменных величинах 22 и далее.
  • Во-вторых, будет полезен поляризационный фильтр на объектив, он уберет необходимость в каких-то ситуациях (при ярком солнце, приоритета длинной выдержки для съемки воды и пр.) закрывать диафрагму.
  • В-третьих, что немаловажно, выбор хорошей фотоаппаратуры. Дорогая оптика сделана иначе: более качественные и верно подобранные линзы, высокая светосила, которая чувствительна к свету и лучше его воспринимает независимо от времени суток. Снимки на профессиональный фотоаппарат отличаются яркостью и резкостью.
  • В-четвертых, что я бы отметил, общая осведомленность фотографа. Конкретно я имею в виду знание пользователя о шкале ГРИП, также умение рассчитывать гиперфокальное расстояние, где не последнее место занимает фокусное расстояние объектива.

Научитесь делать красивые и правильные фотографии друзьям на зависть, а помогут вам в этом замечательные видеокурсы:

Цифровая зеркалка для новичка 2.0 — для фанатов камеры NIKON.

Моя первая ЗЕРКАЛКА — для фанатов камеры CANON.

Как и всегда, не прощаюсь с вами надолго. Заходите на мой блог, подписывайтесь на интересные статьи. Было бы хорошо, если бы вы поделились статьей в социальных сетях.

Всех вам благ, Тимур Мустаев.

Резкость, дифракция и диафрагма

Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. Как показывает опыт, свет при определенных условиях может заходить в область геометрической тени. Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос.

Большинство фотографов имеют представление о том, как диафрагма влияет на резкость и о глубине резкости. Но есть так называемый диафрагменный предел, значение которого зависит как от объектива, так и от модели камеры и причиной этого является дифракция.

При съемке пейзажа или архитектуры естественным стремлением будет получение максимальной глубины резкости. Это достигается путем уменьшение отверстия диафрагмы. Легко увлечься и слишком сильно зажать диафрагму, «на всякий случай», пытаясь получить достаточную глубину поля.

При этом необходимо соблюдать разумный предел. Несмотря на то, что меньшие диафрагмы обеспечивают бо́льшую ГРИП, эффект дифракции при очень малых диафрагмах приводит к снижению общей резкости изображения.

Также неправильным будет и использование малых диафрагм для получения максимально резкого изображения, результат будет прямо противоположным. Зная пределы объектива, можно избежать этого явления, а также сопутствующих ему, таких как необходимость использования высоких ISO или длительной выдержки, необходимых для получения нормальной экспозиции при закрытой диафрагме.

Наука о дифракции света

Физики давно установили, что свет имеет корпускулярно-волновую природу. Таким образом, все свойства других видов волн, такие как звуковые колебания, волны в жидкостях и твердых телах могут быть применены к свету.

Принцип Гюйгенса-Френеля гласит, что каждую точку фронта волны можно рассматривать как источник вторичных волн, которые распространяются во все стороны со скоростью, равной скорости распространения волны.

Это означает, что свет, проходящий через диафрагму, создает новые световые волны. Крошечное отверстие диафрагмы объектива, точнее, острые края лепестков диафрагмы, создают дифракционный эффект (эффект огибания препятствия световыми волнами). К примеру, возьмем непрозрачный объект, помещенный перед источником света. Он блокирует свет, создавая тень. Посмотрите внимательно на края этой тени. Можно заметить, что даже если объект имеет острые края, края тени всегда слегка размыты

Обратите внимание на разницу в резкости спинки ножа и режущей кромки

Я использовал фотографию перочинного ножа, чтобы продемонстрировать эффект дифракции на краях. Фото было сделано в абсолютно темной комнате, единственным источником света была моя вспышка. Я также немного отрегулировал контраст в Photoshop, чтобы лучше показать эффект. Обратите внимание, что противоположная режущей кромке часть получилась очень резкой, а режущая кромка – несколько размытой, даже при таком источнике как вспышка, который можно считать точечным. Такой же эффект наблюдается и на краях лепестков диафрагмы.

Фронт световой волны, проходя через отверстие, соизмеримое с ее длиной, становится источником вторичных волн, которые взаимодействуют с основной по принципу интерференции, то есть сложения колебаний. Это создает чередование освещенных и затененных областей, а также проникновение света в затененные области. Подобные явления можно наблюдать со всеми типами волн.

Влияние дифракции на вашей камере можно имитировать, если скосить глаза. Когда вы косите глазами, мир становится расплывчатым.

Искажения световых волн при прохождении через отверстия различного диаметра.

Предположим, что у нас есть идеальный объектив с идеально круглым отверстием диафрагмы. Он называется объективом дифракционного предела, так как единственным ограничением на максимальное разрешение изображения является явление дифракции света, а не любые дефекты, смещение или разрешение сенсора.

Интерференционный узор, производимый круглой линзой при освещении пучком параллельных лучей, называется диском Эйри (в честь ученого Джорджа Эйри Биддела). При этом в центре находится так называемое дифракционное пятно, на которое приходится примерно 85% световой энергии, а окружают его светлые и темные кольца.

Диск Эйри при дифракции на круглом отверстии

Размер диска Эйри зависит только от диафрагмы и может быть приближенно рассчитан, исходя из диафрагменного числа, если его разделить на 1500. То есть, при диафрагме f/22 диаметр диска Эйри составит около 0,015 мм.

Если диаметр центрального пятна диска Эйри становится слишком большим по отношению к размеру пикселя, то изображение будет размытым. Это становится ограничивающим фактором в достижении резкого изображения. То есть, для каждой камеры есть свое значение диафрагмы, выше которого наступает ухудшение резкости изображения. Это значение носит название диафрагменного предела.

Практическое применение

Теперь, когда мы закончили со скучной теорией, давайте посмотрим, как практически применяется этот принцип. Тест на эффект дифракции очень простой. Просто возьмите набор объектов, сохраняя при этом неизменное фокусное расстояние и экспозицию, и снимайте в режиме приоритета диафрагмы, изменяя ее значение. Для получения достоверных результатов очень важно избежать любых изменений в изображении.

Примечание переводчика: для этого теста лучше использовать специальную шкалу – миру.

Для этого нужно использовать хороший штатив, дистанционный спуск затвора, блокировку зеркала, в общем, исключить все факторы, которые могут привести к малейшему дрожанию камеры.

Следующая серия изображений – это 100% кроп этикетки Crown Royal. Эти снимки были сделаны в помещении с камеры, стоящей на полу.

Отчетливо видно ухудшение резкости изображения от дифракции.

Из этого теста следует, что изображение начинает терять резкость примерно с диафрагмы f/11, сохраняя приемлемый вид до f/16. Начиная с f/22, происходит резкое ухудшение резкости, а диафрагма f/36 практически непригодна для использования.

Не забывайте также, что при использовании некоторых объективов широко открытая диафрагма также уменьшает резкость. Важно найти оптимальную величину диафрагмы для вашего объектива. Я предпочитаю использовать f/8 или f/11 в большинстве случаев.

Теперь понятно, что лучше всего не зажимать максимально диафрагму для достижения максимальной ГРИП, а строить кадр таким образом, чтобы все объекты находились в зоне глубины резкости, либо использовать гиперфокальное расстояние. Есть много способов и онлайн-калькуляторов для расчета глубины резкости.

Для этого снимка дистанция и фокусное расстояние не требуют небольшой диафрагмы для достижения большой глубины резкости.

Давайте на примере этого снимка дерева рассмотрим выбор диафрагмы для получения оптимальной ГРИП. Фотография была сделана на неполнокадровую камеру с помощью объектива с фокусным расстоянием 18 мм, расстояние до дерева примерно 20 м. Так как объект находится достаточно далеко и используется широкоугольный объектив, то даже умеренно закрытая диафрагма f/6.3 обеспечивает глубину резкости от 2,26 м до бесконечности.

Этого более чем достаточно, чтобы захватить в кадр все детали. На самом деле, с таким фокусным расстоянием даже диафрагма f/1 даст мне глубину резкости от 8,95 м до бесконечности, что опять же достаточно, чтобы дерево получилось резким.

В этой ситуации не было никакой необходимости использовать малую диафрагму, что позволило сделать снимок с меньшим ISO и более короткой выдержкой, что также вносит вклад в общую резкость картинки.

Это хорошо, когда вы знаете, что меньший диаметр диафрагмы обеспечивает большую глубину резкости, однако есть и другие факторы, оказывающие гораздо большее влияние.

Например, расстояние до объекта 25 м, а диафрагма f/8. Если используется объектив с фокусным расстоянием 100 мм, то глубина резкости будет от 17,9 до 41,6 м, общая протяженность ГРИП 23,7 м.

Однако, если вы будете использовать объектив с фокусным расстоянием 75 мм, диапазон ГРИП будет уже от 14,6 до 85,9 м, то есть 71,3 м. Это почти в три раза больше, чем при использовании объектива с фокусным расстоянием 100 мм.

Для сравнения, если мы закроем диафрагму до f/11 при фокусном расстоянии 100 мм, это даст нам глубину резкости от 16 до 57,3 м, в общей сложности 41, 3 м.

Для снимков, которые требуют более длительной выдержки, сначала лучше выбрать выдержку, которая даст вам соответствующий эффект, а затем подобрать диафрагму для нормальной экспозиции. Однако имейте ввиду, что лучше не использовать диафрагмы меньше f/8 или f/11 из-за эффекта дифракции.

Использование фильтра нейтральной плотности ND для уменьшения светового потока при съемках с длинной выдержкой даст гораздо лучший результат по резкости, чем использование для этой цели диафрагмы f/32.

Заключение

Я надеюсь, что эта статья принесет вам пользу. Знание о дифракции легко применить (хотя, в большинстве случаев этого не потребуется), но незнание может иметь плохие последствия для ваших фотографий.

Дифракционных эффектов легко избежать, если не зажимать диафрагму больше, чем до f/8.

Автор: Matthew Zhang

Резкость, дифракция и диафрагма

Дифракцией света называется явление отклонения света от прямолинейного направления распространения при прохождении вблизи препятствий. Как показывает опыт, свет при определенных условиях может заходить в область геометрической тени. Если на пути параллельного светового пучка расположено круглое препятствие (круглый диск, шарик или круглое отверстие в непрозрачном экране), то на экране, расположенном на достаточно большом расстоянии от препятствия, появляется дифракционная картина – система чередующихся светлых и темных колец. Если препятствие имеет линейный характер (щель, нить, край экрана), то на экране возникает система параллельных дифракционных полос.

Большинство фотографов имеют представление о том, как диафрагма влияет на резкость и о глубине резкости. Но есть так называемый диафрагменный предел, значение которого зависит как от объектива, так и от модели камеры и причиной этого является дифракция.

При съемке пейзажа или архитектуры естественным стремлением будет получение максимальной глубины резкости. Это достигается путем уменьшение отверстия диафрагмы. Легко увлечься и слишком сильно зажать диафрагму, «на всякий случай», пытаясь получить достаточную глубину поля.

При этом необходимо соблюдать разумный предел. Несмотря на то, что меньшие диафрагмы обеспечивают бо́льшую ГРИП, эффект дифракции при очень малых диафрагмах приводит к снижению общей резкости изображения.

Также неправильным будет и использование малых диафрагм для получения максимально резкого изображения, результат будет прямо противоположным. Зная пределы объектива, можно избежать этого явления, а также сопутствующих ему, таких как необходимость использования высоких ISO или длительной выдержки, необходимых для получения нормальной экспозиции при закрытой диафрагме.

Наука о дифракции света

Физики давно установили, что свет имеет корпускулярно-волновую природу. Таким образом, все свойства других видов волн, такие как звуковые колебания, волны в жидкостях и твердых телах могут быть применены к свету.

Принцип Гюйгенса-Френеля гласит, что каждую точку фронта волны можно рассматривать как источник вторичных волн, которые распространяются во все стороны со скоростью, равной скорости распространения волны.

Это означает, что свет, проходящий через диафрагму, создает новые световые волны. Крошечное отверстие диафрагмы объектива, точнее, острые края лепестков диафрагмы, создают дифракционный эффект (эффект огибания препятствия световыми волнами). К примеру, возьмем непрозрачный объект, помещенный перед источником света. Он блокирует свет, создавая тень. Посмотрите внимательно на края этой тени. Можно заметить, что даже если объект имеет острые края, края тени всегда слегка размыты

Обратите внимание на разницу в резкости спинки ножа и режущей кромки

Я использовал фотографию перочинного ножа, чтобы продемонстрировать эффект дифракции на краях. Фото было сделано в абсолютно темной комнате, единственным источником света была моя вспышка. Я также немного отрегулировал контраст в Photoshop, чтобы лучше показать эффект. Обратите внимание, что противоположная режущей кромке часть получилась очень резкой, а режущая кромка – несколько размытой, даже при таком источнике как вспышка, который можно считать точечным. Такой же эффект наблюдается и на краях лепестков диафрагмы.

Фронт световой волны, проходя через отверстие, соизмеримое с ее длиной, становится источником вторичных волн, которые взаимодействуют с основной по принципу интерференции, то есть сложения колебаний. Это создает чередование освещенных и затененных областей, а также проникновение света в затененные области. Подобные явления можно наблюдать со всеми типами волн.

Влияние дифракции на вашей камере можно имитировать, если скосить глаза. Когда вы косите глазами, мир становится расплывчатым.

Искажения световых волн при прохождении через отверстия различного диаметра.

Предположим, что у нас есть идеальный объектив с идеально круглым отверстием диафрагмы. Он называется объективом дифракционного предела, так как единственным ограничением на максимальное разрешение изображения является явление дифракции света, а не любые дефекты, смещение или разрешение сенсора.

Интерференционный узор, производимый круглой линзой при освещении пучком параллельных лучей, называется диском Эйри (в честь ученого Джорджа Эйри Биддела). При этом в центре находится так называемое дифракционное пятно, на которое приходится примерно 85% световой энергии, а окружают его светлые и темные кольца.

Диск Эйри при дифракции на круглом отверстии

Размер диска Эйри зависит только от диафрагмы и может быть приближенно рассчитан, исходя из диафрагменного числа, если его разделить на 1500. То есть, при диафрагме f/22 диаметр диска Эйри составит около 0,015 мм.

Если диаметр центрального пятна диска Эйри становится слишком большим по отношению к размеру пикселя, то изображение будет размытым. Это становится ограничивающим фактором в достижении резкого изображения. То есть, для каждой камеры есть свое значение диафрагмы, выше которого наступает ухудшение резкости изображения. Это значение носит название диафрагменного предела.

Практическое применение

Теперь, когда мы закончили со скучной теорией, давайте посмотрим, как практически применяется этот принцип. Тест на эффект дифракции очень простой. Просто возьмите набор объектов, сохраняя при этом неизменное фокусное расстояние и экспозицию, и снимайте в режиме приоритета диафрагмы, изменяя ее значение. Для получения достоверных результатов очень важно избежать любых изменений в изображении.

Примечание переводчика: для этого теста лучше использовать специальную шкалу – миру.

Для этого нужно использовать хороший штатив, дистанционный спуск затвора, блокировку зеркала, в общем, исключить все факторы, которые могут привести к малейшему дрожанию камеры.

Следующая серия изображений – это 100% кроп этикетки Crown Royal. Эти снимки были сделаны в помещении с камеры, стоящей на полу.

Отчетливо видно ухудшение резкости изображения от дифракции.

Из этого теста следует, что изображение начинает терять резкость примерно с диафрагмы f/11, сохраняя приемлемый вид до f/16. Начиная с f/22, происходит резкое ухудшение резкости, а диафрагма f/36 практически непригодна для использования.

Не забывайте также, что при использовании некоторых объективов широко открытая диафрагма также уменьшает резкость. Важно найти оптимальную величину диафрагмы для вашего объектива. Я предпочитаю использовать f/8 или f/11 в большинстве случаев.

Теперь понятно, что лучше всего не зажимать максимально диафрагму для достижения максимальной ГРИП, а строить кадр таким образом, чтобы все объекты находились в зоне глубины резкости, либо использовать гиперфокальное расстояние. Есть много способов и онлайн-калькуляторов для расчета глубины резкости.

Для этого снимка дистанция и фокусное расстояние не требуют небольшой диафрагмы для достижения большой глубины резкости.

Давайте на примере этого снимка дерева рассмотрим выбор диафрагмы для получения оптимальной ГРИП. Фотография была сделана на неполнокадровую камеру с помощью объектива с фокусным расстоянием 18 мм, расстояние до дерева примерно 20 м. Так как объект находится достаточно далеко и используется широкоугольный объектив, то даже умеренно закрытая диафрагма f/6.3 обеспечивает глубину резкости от 2,26 м до бесконечности.

Этого более чем достаточно, чтобы захватить в кадр все детали. На самом деле, с таким фокусным расстоянием даже диафрагма f/1 даст мне глубину резкости от 8,95 м до бесконечности, что опять же достаточно, чтобы дерево получилось резким.

В этой ситуации не было никакой необходимости использовать малую диафрагму, что позволило сделать снимок с меньшим ISO и более короткой выдержкой, что также вносит вклад в общую резкость картинки.

Это хорошо, когда вы знаете, что меньший диаметр диафрагмы обеспечивает большую глубину резкости, однако есть и другие факторы, оказывающие гораздо большее влияние.

Например, расстояние до объекта 25 м, а диафрагма f/8. Если используется объектив с фокусным расстоянием 100 мм, то глубина резкости будет от 17,9 до 41,6 м, общая протяженность ГРИП 23,7 м.

Однако, если вы будете использовать объектив с фокусным расстоянием 75 мм, диапазон ГРИП будет уже от 14,6 до 85,9 м, то есть 71,3 м. Это почти в три раза больше, чем при использовании объектива с фокусным расстоянием 100 мм.

Для сравнения, если мы закроем диафрагму до f/11 при фокусном расстоянии 100 мм, это даст нам глубину резкости от 16 до 57,3 м, в общей сложности 41, 3 м.

Для снимков, которые требуют более длительной выдержки, сначала лучше выбрать выдержку, которая даст вам соответствующий эффект, а затем подобрать диафрагму для нормальной экспозиции. Однако имейте ввиду, что лучше не использовать диафрагмы меньше f/8 или f/11 из-за эффекта дифракции.

Использование фильтра нейтральной плотности ND для уменьшения светового потока при съемках с длинной выдержкой даст гораздо лучший результат по резкости, чем использование для этой цели диафрагмы f/32.

Заключение

Я надеюсь, что эта статья принесет вам пользу. Знание о дифракции легко применить (хотя, в большинстве случаев этого не потребуется), но незнание может иметь плохие последствия для ваших фотографий.

Дифракционных эффектов легко избежать, если не зажимать диафрагму больше, чем до f/8.

Автор: Matthew Zhang

Что такое дифракция ⋆ Про Фото

dsc_9620-5828798

Когда-то я писал статью про то как фотографировать пейзаж, там я говорил что не нужно поднимать диафрагму выше значения f/11. Меня тут же засыпали вопросами: “Почему…?”, “А как же f/22?” и т.д.

Так вот, нельзя фотографировать с высоким диафрагменным числом по одной простой причине, эта причина – дифракция. В этой статье я наглядно расскажу и покажу что это за злобный зверь дифракция и почему нельзя полностью закрывать диафрагму.

Дифракция это физическое явление в оптических системах. Чтобы самому ощутить что такое дифракция попробуйте прищуриться, ваши глаза смотрят через узкую полоску и вы видите намного меньше деталей чем с открытыми глазами. То же самое происходит с линзой, вы закрываете диафрагму, к примеру до значения f/22, и как следствие – теряете резкость кадра.

Когда я объяснял это своим знакомым, они мне не верили, а когда я сказал им попробовать проверить – они обленились и сказали что их устраивает то качество которое они имеют с закрытой диафрагмой на значении f/22. Окей, я сам сделал наглядный практический пример дифракции, чтобы показать что они теряют. Я взял широкоугольную Tokina 12-24mm, так как на неё я чаще всего фотографирую пейзажи, сделал десяток фотографий с разным значением f/.

dsc_9620-5828798

Красный квадрат это участок 100% кропа, я его вырезал с каждой фотографии с разными значениями диафрагмы. Вот собственно что получилось:

dsc_9620-5828798

Существенная потеря резкости начинается со значения f/14, и постепенно увеличивается вплоть до значения f/22, на котором детали совсем пропали, все мыльное, как на мыльнице.

Самыми резкими получились f/5.6 и f/7.1. А f/11 именно то предельное значение, при котором вы получаете все в фокусе и детали не теряются. Я частенько не дохожу до него и фотографирую пейзажи со значением f/7-f/9, на широком угле, даже при этих значениях, у вас почти всегда все будет в фокусе.

То же самое с другими линзами, к примеру на портретном фиксе 50mm f/1.4 самыми резкими получаются снимки отснятые со значением f/5.6, для меня они даже чересчур резкие, поэтому я открываю диафрагму до значения f/3.2. На f/16 (предельном значении) у вас будут потери в резкости – дифракция.

Эффект дифракции примерно равен эффекту фотографирования через стекло. Наверняка вы уже пытались что-то сфотографировать в окно и видели как заметно теряется резкость.

Не балуйтесь с предельными значениями диафрагменного числа и да прибудет с вами диафрагма!

Дифракция света и ее влияние на качество фотографии

Дифракция света известна с 19 века и связана с волновой природой электромагнитного излучения, к которому относится и свет. Суть этого явления такова, что полностью избежать его влияния на качество фотографии невозможно, во всяком случае, на современном этапе развития физики, поэтому часто говорят о дифракционном пределе резкости снимка. Но учесть специфику дифракционных эффектов и попытаться уменьшить их вредное воздействие вполне реально.

Дифракция света проявляется в том, что при встрече с любым препятствием, световая волна отклоняется от прямолинейного движения и начинает это препятствие огибать. Это очень легко заметить, если понаблюдать за волнами на воде. После успокаивающего созерцания водяных волн станет очевидным и другой немаловажный факт: чем меньше отверстие, через которое проходит волна, тем больше она рассеивается.

Применительно к фотографии это означает, что дифракция света сильнее всего портит изображение при сильно закрытых диафрагмах, то есть именно тогда, когда увеличивается глубина резкости. Возникает такой парадокс, что наше желание получить в кадре как можно больше резких деталей приводит к обратному результату – резкость наоборот падает.

Именно здесь и возникает задача найти оптимальный баланс между глубиной резкости и ухудшением качества изображения из-за дифракции света. Иными словами, надо определить ту диафрагму, которая обеспечит нужную глубину резкости и при этом сохранится общая резкость кадра, в противном случае, глубину то мы получим, но резкость пропадет. Эту задачу мы и будем сейчас решать.

Дифракция света и критерий Рэлея

Проходя через объектив, свет фокусируется на матрице и возникает изображение, которое затем преобразуется в фотографию. Если мы фотографируем точку, то в идеальном случае мы хотели бы получить и точку на матрице. Тут-то все и портит дифракция света. Как бы хорошо не были скомпенсированы оптические аберрации объектива, мы увидим не точку, а размытый кружок рассеяния с максимумом в центре и расположенными вокруг него интерференционными кольцами, возникающими из-за наложения световых волн.

Если фотографировать две рядом расположенные точки, то из-за дифракции на матрице получатся два кружка рассеяния, и при уменьшении расстоянии между точками, в какой-то момент кружки сольются, и мы вообще не сможем понять, сфотографировали мы две точки или одну. Это и есть дифракционный предел резкости, который определяется так называемым критерием Рэлея.

Согласно критерию Рэлея считается, что два дифракционных кружка рассеяния воспринимаются зрением как два в том случае, если между их максимумами расположен минимум с интенсивностью на 20% меньше. В противном случае они не разрешаются, т. е. глаз будет видеть их как один.

Дифракция света и диафрагма фотоаппарата

Таким образом, дифракция света приводит к тому, что изображение точки, которое строит объектив, становится размытым, даже если объектив не имеет аберраций и точно на нее сфокусирован. Поскольку объектив и диафрагма имеют круглую форму, то точка приобретает вид нерезкого круга, который называется диском Эйри, в честь английского астронома, открывшего это явление. Нас интересует размер диска Эйри, поскольку именно он будет ограничивать резкость фотографии.

Но как определить размер диска, который имеет размытые края? Для этого наиболее разумно исходить из того, чтобы две точки на матрице воспринимались именно как две, т. е. удовлетворяли критерию Рэлея. Рассчитанный по критерию Рэлея диаметр диска Эйри D можно определить по формуле

где λ – длина волны прошедшего через объектив света (обычно берется зеленый свет 500 нм (= 0,0005 мм)), K – диафрагменное число.

Обратите внимание на такую особенность. Выше мы говорили, что дифракция света сильнее проявляется при малых размерах отверстия, через которое проходит световая волна. В формуле же [1] присутствует только K – диафрагменное число, а не абсолютный размер диафрагмы. В этом нет никакого противоречия, поскольку уменьшение размера диска Эйри при увеличении физического размера диафрагмы компенсируется пропорциональным его увеличением за счет фокусного расстояния, т. е. зависит только от относительного отверстия объектива, обратная величина которого и есть диафрагменное число, или просто значение диафрагмы.

Полученный результат в виде формулы [1] уже можно использовать на практике, поскольку он точно показывает, как зависит размер кружка рассеяния от диафрагмы объектива. И теперь на первое место выходит матрица.

Дифракция света и размер пикселя

Именно характеристики матрицы, а конкретно размер пикселя, определяет ту предельную диафрагму, при которой дифракция света еще не оказывает влияния на резкость. Если диаметр диска Эйри меньше размера пикселя, то разрешение системы объектив – матрица определяется матрицей (характеристики которой мы изменить не можем). А вот если больше, то диафрагмой (которую мы можем менять), что хорошо видно из соотношения [1]. Когда диаметр диска Эйри становится больше размера пикселя,  дальнейшее закрытие диафрагмы приводит только к ухудшению резкости изображения.

Рассмотрим пример. Как было показано в статье про резкость в фотографии, размер пикселя матрицы формата DX (кроп фактор 1,52, 12 МПикс) фотоаппарата Nikon составляет 0,0055 мм. Определим по формуле [1] предельную диафрагму, которая еще не ухудшает резкость снимка:

Таким образом, для такой матрицы использование диафрагм больше f/9 нецелесообразно, поскольку вместо улучшения качества за счет увеличения глубины резкости, мы получим размытие из-за дифракции. Можно легко рассчитать, что для небольших компактных камер с маленькими матрицами дифракционные эффекты начинают проявляться уже на диафрагмах 4 – 5,6.

Мы получили удивительный результат! Такое объективное физическое явление как дифракция света проявляет себя в фотографии в полной зависимости от искусственно спроектированной матрицы. Говорит ли это о том, что мы можем победить дифракцию, создавая все более совершенные матрицы? Ни в коем случае. Как только размер пикселя станет равным диску Эйри на полностью открытой диафрагме идеального (т. е. без аберраций) объектива, дальнейшее наращивание «мегапиксельности» матрицы станет теоретически бессмысленным.

Дифракция света и современный фотоаппарат

Чтобы проиллюстрировать сказанное, приведу снимки испытательной миры, сделанные фотоаппаратом Nikon с матрицей, характеристики которой мы рассматривали выше. Съемка производилась на диафрагмах f/9 (которую мы получили в примере),  f/16 и  f/25.

Хорошо видно, что диафрагма f/9 действительно дает наиболее резкое изображение. При f/16 резкость все еще удовлетворительная, хотя если посмотреть внимательнее, то на самых мелких штрихах заметно слабое размытие. А вот f/25 никуда не годится. Мелкие штрихи разрешаются уже на пределе, а общая контрастность снимка заметно падает.

Несмотря на результаты теста, во многих случаях имеет смысл пожертвовать общей резкостью снимка, но получить одинаково резкими и передний и задний планы, например, на той же диафрагме 22. Исходя из практики, можно сказать, что для зеркальных камер предельные диафрагмы находятся в интервале 8 – 11, а для компактов 4 – 8 и этого вполне достаточно, чтобы достичь приемлемой глубины резкости без дифракционного ухудшения качества изображения. Кроме того, большинство объективов в указанных интервалах диафрагм дают наилучшее качество изображения, поскольку влияние аберраций на таких диафрагмах уже незначительно, а дифракционное размытие еще пренебрежимо мало.

Мы рассмотрели идеальный случай с точки зрения теории, в предположении, что у объектива отсутствуют аберрации. На самом деле при съемке приходится учитывать множество самых разнообразных факторов. Это и наличие штатива, и освещенность объекта и скорость его перемещения, и художественный замысел автора, и многое, многое другое. Такое знание приобретается только с опытом, поэтому точно сказать, что при предельной диафрагме 9 нельзя использовать 22, будет неправильным, но что касается максимальной резкости, то здесь дифракция света влияет однозначно, и учитывать ее надо обязательно.

Дифракция?!! Дифракция? А, дифракция… — Красноярский фотограф Артур Миханев
Что такое дифракция в фотографии?
Говоря упрощенно, это нежелательное явление, которое проявляется при чрезмерном закрытии диафрагмы.
Все мы знаем, что когда диафрагма прикрыта (например, до f/11) то возрастает глубина резкости (ГРИП). В итоге, мы можем снимать пейзаж, уверенные, что все будет четко (ну, про гиперфокальное расстояние пока промолчим).
В итоге, молодые фотографы с энтузиазмом ужимают диафрагму вообще до предела — а у некоторых объективов он может достигать и f/45! Но, вглядываясь затем в снимки, они понимают, что где-то их обманули…

Действительно — у каждой фотокамеры есть порог закрытия диафрагмы, переходя который мы теряем в резкости. То есть, глубина резко изображаемого пространтства действительно увеличивается при закрытии диафрагмы. Но вот детализация предметов в зоне ГРИП оставляет желать лучшего — в том случае, если мы чрезмерно прикрыли диафрагму…
Это в теории (которая детально разрабатывается в блоге фотографа В. Медведева). А мы пока на практике проверим — насколько избыточное прикрытие диафрагмы влияет на потерю детализации?

Но, во-первых, запомним следующее — дифракция проявляет себя тем раньше, чем больше плотность пикселей на матрице. А это, увы, в первую очередь почувствуют на себе владельцы кропнутых камеры с большим количеством пикселей. Например, обладатели Canon EOS 7D. На матрицу этой камеры производитель умудрился запихнуть 18 Мп! Для сравнения — у полнокадровой камеры Canon EOS 5D Mark II разрешение составляет 21 Мп. Чувствуете разницу? Матрица Canon EOS 7D в полтора с лишним раза раза меньше матрицы своего полнокадрового собрата! А вот количество мегапикселей у нее уменьшилось отнюдь не в таких пропорциях…
В итоге, у Canon EOS 5D Mark II мы можем при необходимости смело ужимать диафрагму до значения f/11. А вот при работе с Canon EOS 7D желательно не идти дальше значения f/7.1

Но это, повторюсь, в теории. Давайте же сейчас проверим эти положения на практике.
Для теста мы берем полнокадровую фотокамеру Canon EOS 6D с объективом Tokina AT-X M100 AF PRO D. Мы будем фотографировать фрагмент купюры, поставив камеру на штатив и постепенно закрывая диафрагму. Функция «Блокировка зеркала» включена, автоспуск включен. Фотографируемая купюра жестко прикреплена к предметному столу. Точка фокусировки — на центре колеса. Съемка в RAW с последующей конвертацией через  Digital Photo Professional 4. Затем мы сравним полученные снимки и поймем, на каком значении нам действительно следует остановиться, чтобы не терять резкость.

Стартовое значение диафрагмы равняется f/11. Здесь мы гарантированно должны получить идеальную резкость. Так оно и оказалось — я сравнивал снимки, сделанные и на этом значении диафрагмы, и на более низком (например, f/9.0). В обоих случаях — идеальная резкость.
А вот затем я начал прикрывать диафрагму… И с удивлением обнаружил, что на значении f/13, f/14, f/16 и даже f/18 существенных изменений в резкости не произошло! Лишь на f/20 стало заметно НЕКОТОРОЕ падение резкости, которое последовательно увеличивалось на f/22, f/25, f29 и достигло максимального значения на f/32.

Увиденное стало для меня открытием.
До этого, снимая ювелирку или блюда для меню, я свято придерживался рекомендованной нормы — не ужимать на Canon EOS 6D диафрагму больше f/11! Но вот практические результаты доказали, что если обстоятельства вынуждают, можно смело перешагивать рекомендованный порог и не бояться существенного падения резкости.
А теперь, как и обещал, даю ссылку на блог Владимира Медведева. Смотрите рекомендованное значение максимальной диафрагмы для вашей камеры — и не бойтесь его переступать!
В разумных пределах, конечно…

Как понять дифракцию линзы (и как это исправить!)

Фотографы используют маленькие апертуры, чтобы получить большую глубину резкости. Но меньшая диафрагма вызывает некоторые проблемы, такие как дифракция линзы.

Дифракция линзы приводит к тому, что фотография теряет резкость при малых значениях диафрагмы. Итак, что мы можем сделать с дифракцией линзы? Читайте дальше, чтобы узнать и получить максимальную четкость ваших изображений!

a close up of a camera aperture

[ Примечание: ExpertPhotography поддерживается читателями.Ссылки на продукты на ExpertPhotography являются реферальными ссылками. Если вы используете один из них и покупаете что-то, мы зарабатываем немного денег. Нужна дополнительная информация? Посмотрите, как все это работает здесь. ред. ]

a close up of a camera aperture a close up of a camera aperture

Что такое дифракция?

Дифракция — это физическое явление, влияющее на все типы волн. Вы можете наблюдать это в жидкостях, звуковых волнах и свете. Вы сталкиваетесь с этим все время, даже если это не привлекает вашего внимания.

Когда волны встречают барьер на своем пути, их поведение меняется. Барьер может быть щелью или отдельным объектом.

Здесь мы наблюдаем пример разреза. (Вы примените его позже к отверстию диафрагмы в вашей камере.)

A diagram showing waves passing through a large opening and small opening in lens diffraction

Начало изгибам волн. В зависимости от размера щели по сравнению с длиной волны этот изгиб может варьироваться по размеру. Если щель широкая, там не так много.

Если отверстие сравнимо с длиной волны, дифракция будет происходить в гораздо большем относительном масштабе.

Мы моделируем это изменение в поведении, как будто новые волны были созданы в линии разреза. По всей этой линии новые волны начинают распространяться в разных направлениях. Степень этого варьируется в зависимости от размера щели.

Идея круговых волн и их физическое объяснение называется принципом Гюйгенса.

Волны тогда вмешиваются, что приводит к различиям в силе волн. Они отменяют друг друга в некоторых местах, добавляя в другие.diagram showing the interference of waves in lens diffraction

Если мы наблюдаем эти добавления и отмены вдоль линии, параллельной щели, мы получаем образец. Посередине очень сильное скопление волн.

Затем, есть повторные добавления и отмены, decasin

.

дифракция в фотографии

Резюме

Значение f / #, выше которого дифракция начинает вызывать видимое смягчение изображений цифровой камеры, равно расстоянию между пикселями в микрометры раз 1,4

Подробнее

Дифракция возникает, когда свет сталкивается с каким-либо изменением оптических свойств. Эта заметка рассматривает это в фотографии, особенно то, что происходит, когда свет проходит через круглую апертуру, радужную оболочку, которая определяет объектив f / #.

Влияние на свет такой апертуры дается уравнением (1) справа. График этого уравнения показан под ним.

Астрономы, которые имеют дело с точечными точечными объектами, занимаются детальной черной кривой и определяют разрешение с помощью первый минимум на этой кривой при х = 3,83.

Фотографы, смотрящие на обычные сцены с вытянутыми объектами, интересуются только красной огибающей кривой. Наш самый Полезное определение дифракционно-ограниченного разрешения — это точка, в которой контраст на изображении превышает 8 ступеней, максимум обрабатывается большинством фотографических носителей.Это происходит при х = 8,8; значения больше этого не повлияют на укус наших изображений. Обратите внимание, что прикус, как определено здесь, отличается от разрешения, которое просто определяет, является ли деталь видна. Потеря разрешения может быть заменена резкой обработкой; Укус не

Разрешение цифровой камеры ограничено расстоянием между пикселями сенсора, 8,45 мкм для Nikon D700. И здесь возникает сложность: датчики могут выводить только одно значение интенсивности. Таким образом, они должны иметь фильтры для разрешения разные цвета.Большинство цветных камер сегодня используют макет Байера, показанный справа. Эффективное расстояние между зелеными пикселями Датчики в 1,4 раза больше декартового расстояния между пикселями, красного и синего датчиков, в два раза больше декартового расстояния. эффективное расстояние D700 пикселей, таким образом, составляет в лучшем случае 12 мкм. На практике алгоритмы интерполяции немного отстают от это, как будет показано ниже.

Определение угла от оси в (1) в виде одного пикселя приводит к важному результату, показанному в уравнении (2): дифракция при этом изображение не зависит от фокусного расстояния объектива, оно зависит исключительно от f / #, эффективного расстояния между пикселями и длина волны света.Это может показаться нелогичным, за исключением другого физика, так что здесь четыре изображения резкого белый край, каждый в f / 22, взят с четырьмя линзами в диапазоне от фокусного расстояния 14 мм до 180 мм:

При длине волны света 550 нм (средняя длина волны зеленого света) уравнение (2) показывает, что дифракция равна пиксель, с идеальной линзой и интерполятором Байера, когда f / # равно декартовому расстоянию между пикселями в микрометрах, — f / 8 для D700. Мягкость будет пропорциональна f / #, то есть f / 16 даст 2 пикселя мягкости, f / 32, 4 пикселя.Это также означает, что камера DX (23,7×15,7 мм), такая как D300, имеет в 1,6 раза больше дифракции FX (36×23,9 мм) камеры, когда она делает одно и то же изображение с тем же f / # и разрешением, потому что пиксели должны быть В 1,6 раза меньше, чтобы поместиться в меньшую рамку DX.

Реальные линзы имеют пределы разрешения в дополнение к дифракции и диафрагмы, которые не являются идеальными краями или кругами. И, необходимо выяснить, насколько эффективен алгоритм интерполяции Nikon. Итак, я провел тесты на одном из моих самых острых линзы, Nikon 70-180 мм макро, при фокусном расстоянии 180 мм и расстоянии до объекта 2 м.Цель была подготовлена ​​с чистым белым краем, установлен на дверном проеме и освещен так, чтобы контраст между белым фоном и краем был около 15 ступеней. фокусирование были увеличены в реальном времени, фотографии в формате TIFF и NEF, сделанные при ISO 400 без шумоподавления, а затем увеличены настолько индивидуально пиксели камеры видны.

Результаты справа. Как видите, разрешение 8 ступеней с широко открытым объективом составляет около 3 пикселей. Это не из-за дефектов объектива, его источником является интерполяция Байера в камере.Вот необработанный необработанный датчик изображение в f / 5.6 с отмеченными цветами пикселей. Это показывает, что сам объектив настолько резок, насколько может записать массив пикселей. Это также снимает опасения, что фильтр сглаживания D700 ухудшает разрешение камеры, это, очевидно, не делает.

Изображение справа для f / 32, обработанное так, как камера обрабатывает наши изображения, показывает ширину около 5 пикселей при 8 остановок. 3 пикселя (мягкость по Байеру), свернутая с 4 пикселями (ожидаемая дифракционная мягкость), 5 пикселей, именно то, что наблюдается.Итак, приведенная выше теория хорошо согласуется с экспериментом.

Итак, основываясь на этих экспериментах, мое руководство для f / #, выше которого дифракция начинает вызывать видимое смягчение Изображения с цифровых камер Nikon:

f / # равно расстоянию между пикселями в мкм, умноженному на 1,4

То есть выше f / 11 для D3 / 700, выше f / 8 для D3x / 300/800.

Конечно, это не значит, что это единственная диафрагма для использования! Близкая работа макроса может потребовать увеличения его до увеличение глубины резкости, предметная изоляция, в частности портреты, часто выигрывают от ее уменьшения.Но для Максимальный прикус, установите камеру там и меняйте ее только тогда, когда есть фотографическая причина.

Глубина резкости одинакова для идентичных изображений, взятых из одного места, независимо от размера изображения является. Дифракция и глубина резкости FX-камеры при 50 мм f / 11 такие же, как дифракция и глубина поле эквивалентного изображения, сделанного DX-камерой при 35 мм f / 8. Кроме того, поскольку пиксели FX в два раза больше площади пикселей DX фотоны / пиксель (шум) также будут одинаковыми.

Если вы уменьшите размер фотографии в 2 раза, что обычно делается при публикации в Интернете, эффективный пиксель размер удваивается, поэтому дифракция не будет видна до F / 22 для D700.

Эффективное f / # в макросъемке

Хорошим приближением к фактическому f # в макрофотографии является обозначенное f #, умноженное на (1 + M / p), где M — это увеличение и увеличение зрачка. p = 1 для простых линз в диапазоне 50-150 мм, но должен быть измерен для другие.Для ретрофокусных широкоугольных объективов p> 1; для настоящих телеобъективов p <1. Увеличение зрачка может быть оценивается путем просмотра передней и задней части объектива и измерения диаметров видимых отверстий: p равно диаметр входного зрачка делится на диаметр выходного зрачка. Когда объектив перевернут, зрачки тоже, р = 0,45 для моего Объектив 20 мм при обращении. Если вы используете два объектива с двойным фокусным расстоянием, задний объектив с длинным фокусным расстоянием должен быть широко открыт избегать виньетирования и диафрагмы, контролируемой передней короткой; данная формула относится к передней линзе f #.

Джон Санки
другие заметки по физике

Как дифракция влияет на резкость в фотографии

Кто не любит четкие изображения? Одним из факторов, влияющих на резкость, является значение диафрагмы, используемое для съемки. Более широкие отверстия имеют меньшую площадь в фокусе. По мере сужения диафрагмы резкость постепенно увеличивается, и после определенного момента изображение снова начинает смягчаться. Это связано с явлением света, называемым дифракцией. Фотограф Тони Нортруп подробно объясняет, что такое дифракция и как она влияет на резкость ваших изображений:

Пейзажные и макро-фотографы обычно используют более высокие значения диафрагмы.Это позволяет камере записывать четкое изображение на переднем и заднем плане.

«Мы думаем, что более высокие числа f-стопов добавляют больше резкости. Но на самом деле в том месте, где вы сосредотачиваетесь, все наоборот.

Объектив обычно лучше всего останавливается на один или два шага выше своего самого низкого значения диафрагмы. Когда вы продолжаете увеличивать значение диафрагмы до значений, таких как f / 16 или f / 22, дифракция вступает в игру и разрушает вашу резкость. Посмотрите на следующие сравнительные изображения:

diffraction affects sharpness

how diffraction affects sharpness

Однако это не обязательно означает, что вы должны прекратить съемку при более высоких значениях диафрагмы.Просто избегайте использования слишком узких диафрагм. А если вы хотите быть в этом уверенным, просто установите камеру в режим приоритета диафрагмы и сделайте серию фотографий с разной апертурой. Вы можете выбрать лучшее из группы позже. Для максимальной резкости, фокусировка всегда доступна.

Наука за дифракцией

Когда свет проходит через отверстие между лепестками диафрагмы, частицы света ведут себя нормально и проходят прямо. Однако легкие частицы, которые проходят близко к апертурным лезвиям, слегка отклоняются от своего действительного пути.Дисперсия может составлять всего несколько пикселей, но этого достаточно, чтобы снизить резкость изображения.

diffraction

«Кажется, что фотон взаимодействует с электронами атомов апертурного лезвия».

Если апертура широко открыта, большее количество фотонов будет проходить без помех. Но при малых значениях диафрагмы большинство фотонов должны будут проходить близко к апертурным лепесткам, что приводит к увеличению отклонений от фактического пути. Увеличенные отклонения создают менее резкие изображения.

«Если притяжение от края апертуры воздействует на каждый фотон одинаково, мы не увидим снижения резкости».

сладкое пятно объектива

Почти у каждого объектива есть приятное место, где он дает самые резкие результаты. Это почему? Это связано с оптическим качеством и эффектами дифракции.

Более дешевые линзы хорошо работают в центре, но имеют большие аберрации на краях. Тем не менее, это не совсем так, когда речь идет о высококачественных объективах.Таким образом, когда вы сужаете диафрагму, объектив будет использовать больше центральной части, поэтому изображения будут выглядеть более четкими. Но наряду с этим, эффекты дифракции будут постепенно расползаться, что сделает изображения более мягкими. Где-то посередине будет значение диафрагмы, в котором объектив будет иметь баланс между двумя, и изображение будет самым резким, а следовательно, и сладким пятном.

Чтобы найти наилучшее место, установите камеру и объектив на штатив и сделайте несколько снимков с различными диафрагмами с включенной задержкой затвора.Затем внимательно изучите ваши изображения, чтобы определить значение диафрагмы, при котором объектив дает наилучшие результаты.

Вы определили лучшие диафрагмы для линз, которые вы используете?

,

Дифракция: что это такое и как ее избежать

Дифракция, то есть изгиб света, является проблемой, с которой сталкиваются многие фотографы. Но они часто даже не осознают этого. Между тем, дифракция может сделать ваши фотографии потерять резкость. И это то, что большинство фотографов хотят избежать. Поэтому полезно знать, что вызывает дифракцию и как ее избежать, а также как ее использовать.

Diffraction: What It Is and How to Avoid It Diffraction: What It Is and How to Avoid It

Когда вы начинаете фотографировать, легко представить, что повышение диафрагмы до f / 22 даст вам максимальную резкость.Но это ошибка — и это из-за дифракции.

Причина в том, что при таких высоких значениях лепестки диафрагмы закрыты слишком плотно. Затем свет огибает их края и рассеивается за ними в их геометрическую тень. Хотя картинка в целом более четкая, ее детали более мягкие и не видны.

На этом рисунке показан свет, проходящий через закрытое отверстие. Когда свет проходит через апертуру, установленную, например, на f / 16, он сильнее изгибается апертурными ножами, вызывая заметную дифракцию.Затем свет также попадает в так называемую «геометрическую тень» лезвий и рассеивается, когда попадает на чип камеры. Источник: wikipedia.cz

Между тем дифракцию легко предотвратить. Все, что вам нужно сделать, это использовать нижние диафрагмы, например, в диапазоне f / 4–16.

Но дифракционная граница каждой линзы различна, и хорошо знать, где эта граница. К счастью, вы можете найти идеальную диафрагму для вашего объектива с помощью простого теста, в котором вы фотографируете какой-то объект с мелкими деталями.

Какие F-остановки безопасны?

Возьмите объектив, диапазон дифракции которого вы хотите найти, и установите его на камеру. Прикрепите камеру к штативу, установите для нее приоритет диафрагмы (режим A или Av ) и сфокусируйтесь на объекте с мелкими деталями, например на этикетке бутылки.

Затем сделайте серию снимков с одинаковой фокусировкой, но с разной диафрагмой — от минимальной до максимальной. Например, для Sigma ART 18-35 / 1.8 это будет означать изображения в f / 1.Диапазон 8–16.

Откройте эти фотографии в Zoner Photo Studio, увеличьте изображение до 1: 1 (100%) и изучите их. Вы увидите, что они не все одинаково острые.

В этом простом тесте вы узнаете две вещи об объективе:

  1. Диафрагма, дающая самые резкие снимки.
  2. F-стоп, где ваши фотографии начинают терять резкость.
What is diffraction and how to avoid it: diffraction shown on labels. What is diffraction and how to avoid it: diffraction shown on labels.

Дифракционный тест для SIGMA 18–35 мм f / 1,8 DC HSM Art. Резкость текста на этикетке бутылки постепенно немного меняется.Наибольшая разница видна между f / 1.8 и f / 16, как вы можете видеть в сравнении ниже.


При диафрагме f / 1.8 текст четкий и контрастный. Между тем в отверстии f / 16, где лопасти затвора почти закрыты, наблюдается видимая дифракция. Появляются мягкий эффект свечения и размытие текста.

Использование преимуществ дифракции

Поскольку дифракция уменьшает детализацию изображения, вам, как правило, следует избегать его. Но есть некоторые ситуации, когда вы можете воспользоваться этим как интересным творческим элементом.

Например, чтобы сделать ночные снимки с огнями, вокруг которых есть звезды, используйте дифракцию. Просто поднимите апертуру, пока она не появится.

Вы также можете использовать этот подход, когда фотографируете Солнце, чтобы дать ему видимые лучи. Благодаря таким фотографиям Солнце начинает выглядеть как светящаяся звезда.

Чтобы сделать подобное изображение на четком переднем плане без дифракции, сделайте два снимка. Один с более высокой диафрагмой, чтобы получить эффект звезды, и один с диафрагмой, где у вас больше всего деталей.Затем объедините эти снимки в одно изображение в Zoner Photo Studio, используя слои.

What is diffraction and how to avoid it: using diffraction while photographing the sun. What is diffraction and how to avoid it: using diffraction while photographing the sun.

Вид на горы. Nikon D7100, Sigma ART 18-35 / 1.8, 1/40 с, f / 16, ISO 100.

Дифракция — это слово, которое вы встречаете в мире фотографии чаще, чем вы думаете. Всякий раз, когда вы слышите это, подумайте о картинке выше. Это, вероятно, лучшее и наиболее понятное объяснение этому сложному физическому феномену.

Последнее обновление 2.Октябрь 2018

Автор: Josef Gabrhel

,

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *