Цифровое оборудование

Глубина резкости, глубина резко изображаемого пространства (ГРИП)

Прежде чем описывать это понятие, следует определиться с терминологией. Строго говоря, глубина резкости и глубина резко изображаемого пространства – разные понятия. Глубина резкости это диапазон расстояний в пространстве изображений, в пределах которого размер кружка нерезкости не превышает заданного значения. Другими словами, это величина максимально допустимых сдвигов светочувствительного элемента относительно объектива. Обычно, эта величина не превышает долей миллиметра. В цифровых аппаратах, имеющих жестко закрепленный объектив и идеально плоскую матрицу это понятие вообще неактуально. Тогда как глубина резко изображаемого пространства это диапазон расстояний в пространстве объектов, в пределах которого размер кружка нерезкости на светочувствительном элементе не превышает заданного значения.  На практике, понятие глубины резкости если и применяется, то в основном при использовании средне и полноформатной аппаратуры.

Понятие же глубины резко изображаемого пространства (ГРИП) используется гораздо чаще, и обычно, когда говорят «глубина резкости», имеют в виду именно глубину резко изображаемого пространства.

Когда объектив сфокусирован на определенное расстояние до объекта, на поверхности светочувствительного элемента создается резкое изображение тех предметов, которые удалены от объектива на это расстояние. Предметы, находящиеся на другом расстоянии от объектива должны быть изображены не резко. Однако на практике это не совсем так.

Предметы, расстояние до которых незначительно отличаются от расстояния фокусировки объектива, на снимке выглядят также резко, как и предметы, на которые сфокусирован объектив. Величина диапазона расстояний до предметов, которые будут резко изображены на снимке, называется глубиной резко изображаемого пространства.

Известно, что когда человек рассматривает фотоснимок с расстояния 25 см, его глаз вообще не различает деталей, размер которых меньше чем 0,08 мм и плохо различает детали, размер которых меньше, чем 0.25 мм. Конечно, при рассматривании снимка с меньших расстояний, а тем более, вооружившись увеличительным стеклом, можно различить и более мелкие детали изображения, но во-первых, фотоснимок обычно для этого не предназначен, а во-вторых, их размер все равно будет ограничен структурой фотобумаги и светочувствительного элемента фотоаппарата.

Для того, чтобы получить на снимке резкое изображение точки, ее размер должен быть меньше минимально различимого размера. Соответственно, на светочувствительном элементе, размер этой точки должен быть меньше минимально различимого размера уменьшенного во столько раз, во сколько светочувствительный элемент меньше формата отпечатка.

Изображения точек, находящихся в фокусе объектива, формируются на светочувствительном элементе в виде микроскопических кружков нерезкости, размер которых определяется оптическими искажениями в объективе. Изображения точек, находящихся немного ближе или дальше от объектива, чем те, на которые он сфокусирован, также изображаются в виде кружков нерезкости. Если размер этих кружков нерезкости не превышает минимально различимого человеком размера, даже при увеличении до формата отпечатка, изображение получится резким.

Размер кружка нерезкости, формируемого объективом, напрямую зависит от размера отверстия диафрагмы (напомним, что значение диафрагмы это совсем не то же самое, что размер отверстия диафрагмы). Кроме того, размер кружка нерезкости зависит от того, ближе или дальше к объективу относительно расстояния фокусировка находится изображаемая точка. Для точек находящихся ближе к объективу, чем расстояние фокусировки, размер кружка нерезкости больше, чем для точек, находящихся на такое же расстояние дальше.

Зная, что фокусное расстояние определяется как , а увеличение определяется , где - расстояние до изображения и - расстояние фокусировки,

можно произвести необходимые построения и воспользовавшись подобием треугольников можно получить следующие соотношения:

Для точек, находящихся дальше расстояния фокусировки от объектива и имеющих  заданный размер кружка нерезкости , расстояние  до этих точек будет составлять

где - диаметр отверстия диафрагмы, - фокусное расстояние, - увеличение. Соответственно, для точек, находящихся ближе, расстояние будет составлять

Используя эти два соотношения можно получить величину глубины резко изображаемого пространства

Полученная формула достаточно сложна и неудобна для практического применения. Поэтому существует множество более простых формул, позволяющих вычислять приближенную величину глубины резко изображаемого пространства для каких-то конкретных, ограниченных условий. Помимо этого, существуют таблицы для вычисления ГРИП, однако они относятся к фотоаппаратуре, имеющей  сменную стандартизованную оптику. На большинстве сменных объективов также имеется специальная шкала, позволяющая оценивать величину ГРИП в зависимости от установленной диафрагмы.

Однако для правильного понимания механизма формирования изображения достаточно знать несколько весьма простых правил:

1. При увеличении значения диафрагмы (уменьшении отверстия) глубина резкости увеличивается.
2. При увеличении расстояния до объекта съемки глубина резкости увеличивается, а при уменьшении – уменьшается.
3. При увеличении фокусного расстояния объектива глубина резкости увеличивается.
4. При увеличении масштаба изображения (величины обратной увеличению) глубина резкости увеличивается.

Конструкция цифровых фотоаппаратов, имеющих несменную оптику, определяет их существенное отличие по значениям ГРИП от любой пленочной фототехники. Размеры светочувствительного элемента в таких цифровых аппаратах в несколько раз меньше размеров кадра на стандартной пленке. Соответственно, конструкция объективов такова, что формируемое ими изображение, также в несколько раз меньше. Аналогично уменьшены и фокусные расстояния, а для удобства оценки угла изображения часто приводят к 35-милиметровому эквиваленту. Уменьшение фокусного расстояния определяет и соответствующее уменьшение линейных размеров отверстия диафрагмы для сохранения шкалы относительных диафрагмы объектива. При достаточном разрешении матрицы, соответственно изменению ее размеров меняется и максимально допустимая величина кружка нерезкости. Естественно, меняется и масштаб изображения. В результате, при одинаковых условиях съемки величина ГРИП у цифровых аппаратов со сменной оптикой всегда сильно больше, чем у пленочной фотоаппаратуры.

Большая глубина резкости у цифровых аппаратов создает как дополнительные преимущества, так и дополнительные недостатки. При макросъемке, когда глубины резкости не хватает, ее дополнительное увеличение сильно расширяет возможности. При портретной съемке, когда возникает необходимость уменьшения глубины резкости, создаются определенные неудобства.

Несколько иначе обстоит дело на цифровых аппаратах, имеющих сменную оптику, но уменьшенный размер светочувствительного элемента. Полноразмерные светочувствительные матрицы устанавливаются лишь на самых дорогих и профессиональных моделях цифровых фотоаппаратов. На аппаратах более низкого класса, хоть и используется оптика, совместимая с пленочными стандартами, размер матрицы обычно меньше стандартного размера кадра. При этом для получения цифрового снимка используется не все изображение, формируемое объективом, а только его центральная часть. Соотношение линейных размеров стандартного пленочного кадра и размеров уменьшенной светочувствительной матрицы обычно называют кроп-фактором или коэффициентом увеличения фокусного расстояния. Чаще всего, значение этого параметра составляет примерно 1,5.  Следует особо отметить, что хоть этот коэффициент и используют для пересчета фокусного расстояния, делается это лишь для удобства оценки угла изображения. Само же фокусное расстояние объектива никак не может зависеть от размеров светочувствительной матрицы, поскольку определяется исключительно конструкцией самого объектива – кривизной и сочетанием линз. Поэтому с формальной точки зрения, глубина резкости на таких аппаратах в точности такая же, как и на аналогичной пленочной фототехнике. Однако на практике это не совсем так. Угол изображения на таких аппаратах отличается, поскольку не все изображение, формируемое объективом, попадает на светочувствительный элемент, поэтому для того, чтобы получить компоновку кадра, аналогичную той, что можно получить на пленочном аппарате, придется либо использовать объектив с другим фокусным расстоянием, либо отодвинуться от объекта съемки. И в том и в другом случае глубина резкости измениться в сторону увеличения.