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

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.

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.

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.

NIKON D3400 / 18.0-35.0 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 100, F5.6, 1 с, 27.0 мм экв.

NIKON D3400 / 18-35 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 100, F8, 2 с, 27.0 мм экв.

NIKON D3400 / 18.0-35.0 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 100, F11, 4 с, 27.0 мм экв.

NIKON D3400 / 18-35 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 100, F14, 6 с, 27.0 мм экв.

NIKON D3400 / 18.0-35.0 mm f/3.5-4.5 УСТАНОВКИ: ISO 100, F16, 8 с, 27.0 мм экв.

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

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.

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.

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…

…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.

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.

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.

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.

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