Кіріспе

Суреттегі ең жақын және ең алыс нысандар арасындағы фокус аралығы.

Фокус тереңдігі (DOF) – камерамен түсірілген суреттегі қабылданатын қалыптылықтағы ең жақын және ең алыс нысандар арасындағы қашықтық.

Линзаның диафрагмасының әсері

Берілген кадр және камера орналасуы үшін DOF (тереңдік) линзаның апертура диаметрімен реттеледі, ол әдетте f саны ретінде беріледі (линзаның фокустық қашықтығының апертура диаметріне қатынасы). Апертура диаметрін кішірету (f санын арттыру) DOF (тереңдікті) арттырады, себебі апертура арқылы тек көлбеу бұрыштардағы жарық өтеді, сондықтан бейне жазықтығына тек көлбеу бұрыштардағы сәулелер жетеді. Басқаша айтқанда, шатасу шеңберлері кішірейеді, осылайша DOF (тереңдік) артады. Бейне жазықтығындағы нысанның берілген мөлшері үшін, кез келген фокустық қашықтықтағы линзадағы бірдей f саны бірдей тереңдік береді. Бұл жоғарыдағы DOF (тереңдік) теңдеуінен көрінеді, себебі тұрақты бейне мөлшері үшін u/f қатынасы тұрақты болады. Мысалы, егер фокустық қашықтық екі еселенсе, нысанның мөлшерін өзгеріссіз ұстау үшін нысанға дейінгі қашықтық та екі еселенуі керек. Бұл байқау, "фокустық қашықтық f/stop-тан екі есе маңызды" деген жиі кездесетін пікірге қайшы келеді, ол нысанға дейінгі қашықтықты тұрақты ұстағанда ғана дұрыс, ал бейне мөлшері тұрақты болғанда емес. Кино түсірілімдерде апертураны бақылау жиі қолданылмайды; кадрдан кадрға сапаны тұрақты ұстау үшін операторлар әдетте интерьерлер үшін (ғимарат ішіндегі көріністер, мысалы) және экстерьерлер үшін (ғимарат сыртындағы көріністер, мысалы) бір апертура параметрін таңдайды және камералық фильтрлер немесе жарық деңгейін реттеу арқылы экспозицияны өзгертеді. Апертура параметрлері көбінесе фотосуретте өзгертіледі, онда әртүрлі арнайы эффекттерді жасау үшін тереңдіктің өзгеруі пайдаланылады.

Қауіптілік шеңберінің әсері

Дәл фокус линзадан нақты қашықтықта ғана мүмкін; сол қашықтықта нүктелік нысан кішкентай нүктелі бейне шығарады. Әйтпесе, нүктелік нысан әдетте және шамамен шеңбер пішіндес үлкен немесе бұлыңғыр нүктелі бейне шығарады. Бұл шеңберлік нүкте жеткілікті кішкентай болғанда, оны нүктеден көзбен ажырату мүмкін емес, және ол фокуста болғандай көрінеді. Нүктеден ажыратылмайтын ең үлкен шеңбердің диаметрі қабылданатын шатасу шеңбері деп аталады, немесе бейресми түрде, жай ғана шатасу шеңбері деп аталады. Қабылданатын шатасу шеңберінің мөлшері соңғы бейненің қалай қолданылатынына байланысты. 25 см қашықтықтан қаралатын бейне үшін 0,25 мм шатасу шеңбері қалыпты түрде қабылданады. 35 мм кинофильмдер үшін фильмдегі бейне ауданы шамамен 22 мм х 16 мм. Рұқсат етілетін қателік шегі дәстүрлі түрде диаметріне тең етілді, ал 16 мм пленка үшін, оның көлемі шамамен екі есе кішкентай болғандықтан, толеранттылық қатаңырақ. 35 мм өндірісі үшін қазіргі заманғы тәжірибе шатасу шеңберінің лимитін .

Камера қозғалыстары

"Камера қозғалыстары" термині линза ұстағышы мен пленка ұстағышының айналдыру (қазіргі терминологияда айналма және көлбеу) және жылжуын реттеуді білдіреді. Бұл мүмкіндіктер 1800 жылдардан бері қолданылып келеді және бүгінге дейін қарау камераларында, техникалық камераларда, көлбеу/жылжу немесе перспективалық бақылау линзалары бар камераларда және т.б. қолданылады. Линзаны немесе сенсорды айналдыру фокус жазықтығының (POF) айналуына және POF (фокус жазықтығы) бойынша қабылданатын фокус өрісінің айналуына әкеледі; сондай-ақ, DOF (тереңдік) критерийлеріне байланысты қабылданатын фокус өрісінің пішінін де өзгертеді. DOF (тереңдік) камераларының айналуы нөлге тең болған кездегі есептеулері 1940 жылдарға дейін талқыланып, қалыптастырылып, құжатталған, ал айналуы нөлден өзгеше камералар үшін есептеулерді құжаттау 1990 жылы басталған сияқты. Айналуы нөлдік камераға қарағанда, айналу нөлден өзгеше болғанда DOF (тереңдік) үшін критерийлерді қалыптастыру және есептеулерді орнату үшін әртүрлі әдістер бар. Объектілер POF (фокус жазықтығынан) алыстаған сайын айқындығы біртіндеп төмендейді, ал кейбір жазық немесе қисық беттерде айқындықтың төмендеуі қабылдауға келмейтін болады. Кейбір фотографтар есептеулер жасайды немесе кестелерді пайдаланады, ал кейбіреулері өз жабдықтарындағы белгілерді қолданады, ал кейбіреулері суретті алдын ала қарап бағалайды. POF (фокус жазықтығы) айналған кезде DOF (тереңдік) жақын және алыс шектері клин тәрізді болуы мүмкін, клиннің ұшы камераға жақын; немесе олар POF (фокус жазықтығына параллель) деп есептелуі мүмкін.

Нысан өрісін есептеу әдістері

Дәстүрлі тереңдік формулаларын тәжірибеде қолдану қиын болуы мүмкін. Балама ретінде, дәл осындай тиімді есептеуді фокустық қашықтық пен f санын ескермей жасауға болады. Мориц фон Рор және кейіннен Мерклингер тиімді абсолютті диафрагма диаметрін белгілі бір жағдайларда ұқсас формула үшін пайдалануға болатынын атап өткен. Сонымен қатар, дәстүрлі тереңдік формулалары жақын және алыс объектілер үшін бірдей қабылданатын шатасу шеңберлерін қарастырады. Мерклингер алыс объектілерді анық тану үшін көбінесе жақсырақ кескіндік қажет екенін, ал жақын объектілер, пленкада үлкенірек көрінетіндіктен, соншалықты кескіндікке мұқтаж емес екенін ұсынды. Алыстағы объектілердегі егжей-тегжейлі жоғалу, әсіресе үлкен форматта басылғанда, айқын байқалуы мүмкін. Алыстағы объектілердің қосымша кескіндігіне қол жеткізу үшін әдетте гиперфокалды қашықтықтан асып, кейде тіпті шексіздікке дейін фокус қою қажет. Мысалы, көше көрінісін түсіргенде, алдыңғы планға трафик қосқышы орнатылса, Мерклингердің объектілер өрісі әдісі деп аталатын бұл тәсіл шексіздікке жақын фокус қоюды және қосқышты жеткілікті кескінді ету үшін диафрагманы жабуды ұсынады. Бұл тәсілмен алдыңғы пландағы объектілерді әрқашан толық кескінді ету мүмкін болмайды, бірақ алыс объектілерді тану маңыздырақ болса, жақын объектілердегі кескіндік жоғалуы қабылданатын болуы мүмкін. Ансел Адамс сияқты басқа авторлар кері ұстанымды ұстанады, алдыңғы пландағы объектілердің сәл нашарлауы көріністің алыс бөліктеріндегі сәл нашарлаудан гөрі көбінесе мазалайды деп санайды.

DOF шектеулерін жеңу

Кейбір әдістер мен жабдықтар көрінетін DOF (терім тереңдігі) өзгертуге мүмкіндік береді, ал кейбіреулері тіпті DOF (терім тереңдігі) сурет түсірілгеннен кейін анықталуға мүмкіндік береді. Бұл есептеулік бейнелеу процестеріне негізделген немесе қолдау тапқан. Мысалы, фокус жинақтау әртүрлі жазықтықтағы бірнеше суреттерді біріктіреді, нәтижесінде сурет жекелеген бастапқы суреттерге қарағанда үлкен (немесе қажет болса, аз) көрінетін терім тереңдігіне ие болады. Сол сияқты, нысанның үш өлшемді пішінін қалпына келтіру үшін әртүрлі терім тереңдігіндегі бірнеше суреттен тереңдік картасын жасауға болады. Сюонг пен Шафер «фокус пен дефокус арақашықтығының дәлдігін жақсарту нысанды тиімді қалпына келтіру әдістеріне әкелуі мүмкін» деген қорытындыға келді. Тағы бір тәсіл – фокустық сканилеу. Бір рет түсіру кезінде фокустық жазықтық барлық қажетті диапазон бойынша жылжиды. Бұл бұлыңғыр суретті тудырады, бірақ объектінің тереңдігіне дерлік тәуелсіз болатын конволюциялық ядромен, сондықтан бұлыңғырлық есептеулік деконволюциядан кейін толығымен жойылады. Бұл қозғалыс бұлыңғырлығын күрт азайтады. Басқа технологиялар линза дизайны мен кейін өңдеудің комбинациясын қолданады: толқын фронты кодтау – бұл процесте фокус пен терім тереңдігін кейінірек жақсарту үшін оптикалық жүйеге бақыланатын аберрациялар қосылатын әдіс. Линза дизайнын одан да көп өзгертуге болады: түс аподизациясында линза әр түрлі түс арнасының әр түрлі диафрагмалық саңылауға ие болуы үшін өзгертіледі. Мысалы, қызыл арнасы , жасыл арнасы , ал көк арнасы болуы мүмкін. Сондықтан көк арнаның терім тереңдігі басқа түстерге қарағанда үлкен болады. Сурет өңдеу қызыл және жасыл арналардағы бұлыңғыр аймақтарды анықтайды және осы аймақтарда көк арнадан өткір жиектік деректерді көшіреді. Нәтижесінде әртүрлі f сандарының ең жақсы ерекшеліктерін біріктіретін сурет пайда болады. Соңында, пленоптикалық камера сахна туралы 4D жарық өрісі туралы ақпаратты жинақтайды, сондықтан фотосурет түсірілгеннен кейін фокус пен терім тереңдігін өзгертуге болады.

Дифракция және DOF

Дифракция жоғары f сандары кезінде суреттердің қалыптылығын жоғалтуға себеп болады (яғни, кішкентай диафрагма ашылу мөлшерлері), соның салдарынан бейне тереңдігінің мүмкіндіктерін шектейді. (Бұл эффект жоғарыдағы DOF (бейне тереңдігі) шамамен мәндерін беретін формулаға ескерілмейді.) Көбінесе жалпы фотосуретте бұл мәселе туындамайды; себебі үлкен f сандары қабылданатын сурет жарықтығын алу үшін ұзақ экспозиция уақытын талап етеді, ал қозғалыс бұлыңғырлығы дифракциядан туындаған қалыптылық жоғалтуынан гөрі үлкен болуы мүмкін. Дегенмен, дифракция макрофотографияда маңызды мәселе болып табылады, және жалпы суреттің қалыптылығы фотографтар өте кішкентай диафрагмалармен бейне тереңдігін барынша арттыруға тырысқанда төмендеуі мүмкін. Хансма мен Питерсон шағылысқан дақтардың квадрат түбірлік комбинациясын қолдана отырып, дифокус пен дифракцияның біріктірілген әсерін анықтауды талқылады. Хансманың әдісі ең жоғары мүмкін қалыптылықты қамтамасыз ететін f санын анықтайды; Питерсонның әдісі соңғы суретте қажетті қалыптылықты қамтамасыз ететін ең төменгі f санын анықтайды және қажетті қалыптылыққа қол жеткізуге болатын ең үлкен бейне тереңдігін береді. Екі әдіс бірлесіп, нақты жағдай үшін ең жоғары және ең төменгі f санын анықтайтын құрал ретінде қарастырылады, ал фотограф жағдайларға (мысалы, қозғалыс бұлыңғырлығының ықтималдығы) байланысты, осы диапазон ішіндегі кез келген мәнді таңдай алады. Гибсон осыған ұқсас талқылау ұсынады, сонымен қатар камера линзасының аберрацияларының бұлыңғырлық әсерін, үлкейту линзасының дифракциясын және аберрацияларын, негативті эмульсияны және басып шығару қағазын да қарастырады. Кузин Хансманың оптималды f саны үшін берген формуласына ұқсас формула ұсынды, бірақ оның шығарылуын талқыламады. Хопкинс, Стоксет, Уильямс және Беклунд модуляциялық трансфер функциясын қолдана отырып, біріктірілген әсерлерді талқылады.

DOF шкалалары

Көптеген линзалар белгілі бір фокус қашықтығы мен f саны үшін тереңдік шкаласын (DOF) көрсететін шкалаларды қамтиды; суреттегі 35 мм линза осыған ұқсас. Бұл линзаға метр мен фут бірліктерінде қашықтық шкалалары кіреді; үлкен ақ индекс белгісіне қарсы орнатылған қашықтыққа фокус белгіленеді. Қашықтық шкалаларының астындағы тереңдік шкаласы (DOF) индекс белгісінің екі жағында f сандарына сәйкес келетін белгілерді қамтиды. Линза белгілі бір f санына орнатылғанда, тереңдік (DOF) f санының белгілерімен сәйкес келетін қашықтықтар арасында болады. Фотографтар линза шкалаларын қажетті тереңдіктен қажетті фокус қашықтығы мен диафрагманы анықтау үшін кері есептеуге пайдалана алады. Мысалы, көрсетілген 35 мм линзада, егер тереңдік (DOF) 1 м-ден 2 м-ге дейін болуы керек болса, индекс белгісі осы қашықтықтардың белгілері арасында ортаға қойылады, ал диафрагма тиісті f санына орнатылады. Көрсетілімдік камерада фокус пен f санын тереңдікті өлшеу және қарапайым есептеулер арқылы анықтауға болады. Кейбір көрсетілімдік камералар фотографтың есептеулерін қажет етпейтін, фокус пен f санын көрсететін тереңдік калькуляторларын (DOF) қамтиды.

Жақын: алыс таралу

Субъектінің артындағы тереңдік (DOF) әрқашан субъектінің алдындағы тереңдіктен (DOF) үлкен болады. Егер субъект гиперфокальдық қашықтықта немесе одан да алыс болса, алыс тереңдік (DOF) шексіз болады, сондықтан қатынас 1:∞; субъект қашықтығы қысқарған сайын, жақын:алыс тереңдік (DOF) қатынасы артады және үлкейту жоғары болғанда бірлікке жақындайды. Көлемді диафрагмалармен әдеттегі портреттік қашықтықтарда бұл қатынас әлі де 1:1-ге жуық болады.

DOF формулалары

Бұл бөлімде нысан тереңдігін есептеуге арналған қосымша формулалар қарастырылады; алайда, олардың барлығы маңызды жеңілдетулерге негізделген: мысалы, олар Гаусс оптикасының параксиалды жуықтауын қолданады. Олар күнделікті фотосуретке қолайлы, бірақ линза жасаушылар одан әлдеқайда күрделі формулаларды пайдаланады.