программа

"Экологическая видеосъёмка"

 

 

                                                             2. Оптика.

 

        Хочу сразу оговориться, что многие понятия я буду упрощать, поскольку для наших занятий важны основные принципы. В некоторых случаях будут приведены ссылки на более подробные статьи, для тех, кто хочет точных знаний. Можно поискать более подробную информацию самостоятельно, но должен предупредить что в интернете пишут не всегда компетентные люди. Готовясь к занятиям, я просмотрел многое и был неприятно удивлён: очень много пишут не только неверного, но и откровенных глупостей. В особенности этим отличаются видеоуроки. Вот ссылка на грамотный сайт по фотографии:

                                                                  https://vasili-photo.com/articles.html

подробнее об объективах можно посмотреть здесь. На отдельные статьи этого сайта я буду ссылаться и в дальнейшем.

 

 

Устройство объектива.

            Линзы, из которых состоит объектив, бывают двух типов: собирающие и рассеивающие. Собирающие фокусируют параллельные лучи света в точку, рассеивающие рассеивают в разные стороны.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                            Рис.1

 

            Любой, даже самый сложный, объектив в принципе работает как собирающая линза, но одна простая линза не даёт качественного изображения. Например, резкое изображение, фокусируемое одной линзой, получается не на плоскости, а на сферической поверхности, что неприемлемо для плоской матрицы или плёнки. Приходится компенсировать кривизну добавлением других, иногда рассеивающих линз.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                            Рис.2

 

Кроме того, существуют и другие искажения (аберрации), для компенсации которых приходится делать сложные многолинзовые объективы. Подробно об аберрациях я рассказывать не буду, кому интересно, можно посмотреть здесь:   https://vasili-photo.com/articles/aberrations.html

 

 

Фокусное расстояние и угол зрения.

Главной характеристикой объектива является фокусное расстояние. Фокусное расстояние – это расстояние от оптического центра до плоскости, на которой получается изображение объекта, расположенного в «бесконечности».

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                            Рис.3

 

Оптический центр является условной точкой и на схемах изображается в центре объектива. В реальности, в зависимости от конструкции, он может быть расположен не только не по центру, но даже спереди или сзади от объектива.

От фокусного расстояния зависит угол зрения объектива: чем меньше фокусное расстояние, тем угол зрения больше, при увеличении фокусного расстояния угол зрения уменьшается. Ниже приведены фотографии, снятые с одной точки объективами с разным фокусным расстоянием:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                             28 мм                                                                                     50 мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                             80 мм                                                                                    135 мм

 

Чем больше фокусное расстояние, тем сильнее приближен объект съёмки. Чем фокусное расстояние меньше, тем мельче будет выглядеть объект съёмки.

Фокусное расстояние измеряется в миллиметрах. По фокусному расстоянию объективы подразделяются на короткофокусные, нормальные и длиннофокусные, соответственно по углу зрения на широкоугольные, нормальные и телеобъективы.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                         Иллюстрация с сайта «Блог Дмитрия Евтифеева»: http://evtifeev.com/50591-kardannyie-kameryi-i-vvedenie-v-bolshoy-format.html/comment-page-1

 

Нормальным считается объектив, угол зрения которого соответствует углу зрения человеческого глаза. Вообще поле зрения нашего глаза довольно большое, но в расчёт берётся только зона чёткого бинокулярного зрения, без учёта периферического, что составляет примерно 40-50 градусов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                     Иллюстрация с сайта «Инфоурок»:  https://infourok.ru/prezentaciya-po-biologii-analizatori-zritelniy-analizator-1981975.html

 

Конкретное значение фокусного расстояния для нормального объектива зависит от размера кадра (размера матрицы). Оно приблизительно равно диагонали кадра. Для полноразмерной матрицы, соответствующей кадру 35мм плёнки оно составляет 50 мм. Для кадра (матрицы) меньшего размера оно будет меньше.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                            Рис.4

Из рисунка видно, что при одном и том же фокусном расстоянии F изображение на большой матрице (закрашенной красным цветом) охватывает больший угол, чем на маленькой. Чтобы получить такой же угол изображения для меньшей (фиолетовой) матрицы фокусное расстояние придётся уменьшить.

Таким образом для совсем маленькой матрицы пятидесятимиллиметровый объектив может оказаться телеобъективом. Для сравнения камер с разными размерами матриц используется понятие эквивалентного фокусного расстояния. Эквивалентное фокусное расстояние показывает, каким бы оно было для стандартной матрицы при таком же угле зрения объектива. (Стандартной считается матрица, соответствующая размеру кадра на 35 мм плёнке).

Есть ещё одна характеристика - оптическая сила, о ней знают те, кто имел дело с очками, в кино и фотографии она почти не используется. Оптическая сила измеряется в диоптриях и является величиной, обратной фокусному расстоянию.

 

Фокусировка и глубина резкости.

Пока объект находится в бесконечности, всё достаточно просто, изображение получается уменьшенным и расположено на фокусном расстоянии от оптического центра.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                            Рис. 5

 

При приближении объекта изображение начинает увеличиваться и отодвигаться дальше от объектива.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                            Рис. 6

 

 Получается, что при приближении объекта, для того, чтобы получить резкую картинку – надо отодвигать матрицу дальше от объектива. На практике двигать матрицу или плёнку неудобно и поступают наоборот: двигают объектив относительно матрицы. Так осуществляется фокусировка. В большинстве современных объективов есть автоматическая фокусировка и возможность её отключения. При съёмке профессионального кино используется только ручная фокусировка. Конструкция объектива не всегда позволяет фокусировать до максимального приближения, поэтому существует понятие минимальной дистанции фокусировки, минимального расстояния, на котором можно навести резкость в конкретном объективе. Существуют специальные объективы для макросъёмки, фокусирующиеся на минимальные расстояния, у обычных объективов минимальная дистанция от 0,5 до 1,5 метров. (Съёмке с близких расстояний и макросъёмке будет посвящено отдельное занятие).

 

Если вытянуть вперёд руку и посмотреть на свои пальцы, можно заметить, что задний фон становится нерезким. То же самое свойственно и объективу: при фокусировке на определённую точку в пространстве резкое изображение получается в некотором диапазоне расстояний, ближе и дальше точки фокусировки. Этот диапазон называется глубиной резкости. Глубина резкости зависит от фокусного расстояния и дистанции фокусировки. Чем больше фокусное расстояние объектива, тем меньше глубина резкости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                           28 мм                                                                                          50 мм

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                          135 мм                                                                                       200 мм

 

Чем ближе точка фокусировки к бесконечности, тем глубина резкости больше и наоборот, чем ближе к объективу расположена точка фокусировки, тем глубина резкости меньше.

 

                                дистанция 2м                                                                     дистанция 0.5м

 

Существует понятие гиперфокального расстояния, это дистанция фокусировки, при которой задняя граница глубины резкости находится в бесконечности. Когда не было автофокуса, простые камеры делались с объективами, жёстко установленными на гиперфокальное расстояние, и фокусировка не требовалась. Установку на гиперфокальное расстояние можно использовать при съёмке быстрых и непредсказуемых событий, когда можно не успеть сфокусироваться, однако современные системы автофокуса чаще с такими задачами справляются.

 

Светосила.

Светосила – величина, характеризующая отношение яркости объекта к яркости получаемого изображения. Уменьшение яркости изображения происходит за счёт неизбежного рассеивания и поглощения части светового потока объективом. Светосила характеризуется относительным отверстием объектива: упрощённо – отношением диаметра передней линзы к фокусному расстоянию. Численно это выражается в виде дроби: ½, ¼,1/8 и т. д. Числитель обычно не пишется и получается, что если объектив имеет светосилу 2, то его фокусное расстояние в 2 раза больше диаметра передней линзы. Объектив со светосилой 4 слабее объектива со светосилой 2, потому что эти цифры соответствуют не абсолютной величине, а отношению.

 

Объективы с переменным фокусом.

До сих пор речь шла об объективах с постоянным фокусным расстоянием, в настоящее время, особенно для кино- и видеосъёмки, чаще используются объективы, способные плавно изменять фокусное расстояние. Современные любительские видеокамеры делаются только с такими объективами. Вы можете встретить следующие названия: зум, вариообъектив, панкреатический объектив, трансфокатор. Эти названия используются как синонимы, но на самом деле существуют две разные конструкции: вариообъектив и трансфокатор.

 У вариообъектива изменение фокусного расстояния происходит за счёт перемещения отдельных компонентов. При этом изменяется не только фокусное расстояние, но и расстояние до плоскости фокусировки (матрицы). Получается сложная конструкция с нелинейным перемещением линз не только для изменения фокусного расстояния, но и компенсации изменения расстояния до фокусированной плоскости.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                             Рис.7                          Иллюстрация с сайта https://shtapov.ru/canon-ef-lenses/176

 

Кроме того, с увеличением фокусного расстояния (диаметр передней линзы не меняется) уменьшается светосила.

 

Трансфокатор представляет собой конструкцию из объектива с постоянным фокусным расстоянием и афокальной насадки с переменным коэффициентом увеличения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                             Рис.8      

В среднем положении насадка не влияет на фокусное расстояние, при перемещении средней отрицательной линзы от объектива фокусное расстояние уменьшается, при приближении к объективу, увеличивается. Это, разумеется, упрощённая схема, реальные конструкции гораздо сложнее. Расстояние до фокусировочной плоскости в такой конструкции с изменением фокусного расстояния не меняется.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                            Рис. 9-1                                                                        Рис. 9-2

 

Из следующего рисунка видно, что при максимальном фокусном расстоянии пучок лучей, проходящих через насадку, соответствует диаметру передней линзы объектива. При минимальном – крайняя часть пучка срезается оправой и в результате светосила при изменении фокусного расстояния остаётся постоянной.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                          Рис. 10-1                                                                              Рис. 10-2

 

Трансфокаторы имеют большие габариты по сравнению с вариообъективами, поэтому в любительских камерах в основном используются именно вариообъективы.

 

На оправе объектива указывается фокусное расстояние и светосила, для объективов с переменным фокусом – минимальное и максимальное фокусное расстояние и светосила при минимальном и максимальном фокусном расстоянии.