Обеспечивают ли меньшие апертуры большую глубину резкости за пределами дифракционного предела, даже если страдает максимальная резкость?

В книге «Понимание воздействия» (3-е издание, на стр. 48 ) Брайан Петерсон имеет то, что можно назвать разглагольствованием современной общепринятой онлайновой мысли о дифракционных пределах. Ответы на этом веб-сайте в значительной степени соответствуют этой общепринятой точке зрения; см. Что такое «дифракционный предел»? и в чем выгода крошечной апертуры?

Но Петерсон особенно пренебрежительно относится к «веб-сайтам фотографического форума» и говорит, что «хочет установить рекорд». Есть ли доля правды в том, что он говорит, или он совершенно не основан?

В частности, он говорит, что f / 22 - это «самое маленькое отверстие объектива, которое, в свою очередь, создает наибольшую глубину резкости» с широкоугольным объективом, и поэтому f / 22 - единственный способ записать резкость спереди назад , Будет ли остановка за пределами дифракционного предела давать более постоянную резкость по всему полю, даже если она не настолько резкая, возможно? Или дифракционный предел означает, что в определенный момент, задолго до f / 22 на зеркальных фотокамерах APS-C, все настолько резко, насколько это возможно, и, кроме того, все становится хуже?

Петерсон также говорит: «Вопрос использования f / 22 никогда не был проблемой в те дни, когда мы все снимали фильм, и сегодня это не должно быть проблемой». В этом ответе на этом сайте Джриста (убедительно, как мне показалось) утверждает, что предел является функцией носителя записи. Неужели Петерсон, несмотря на то, что он является автором бестселлеров, не достаточно доверяет разнице между кино и цифровым?

Прежде всего, это был вопрос о фильме. Если Брайан Петерсон не знал об этом в то время, это просто показывает, что он не знал, а не то , что это на самом деле не было проблемой.

Были различия, хотя. Во-первых, у нас не было данных EXIF, и большинство людей не держали достаточно внимательных записей, чтобы действительно знать, почему снимок X получился немного острее, чем снимок Y. Даже для тех, кто делал заметки, проводя реальные испытания, такие как взятие 100 выстрелов из того же предмета при изменении настроек камеры , чтобы увидеть , что работает хорошо , а что не было достаточно работы , что очень мало людей , каждый действительно пытались.

Во-вторых, для большинства людей стандарты были намного ниже. В частности, просмотр изображений на мониторе компьютера значительно упрощает масштабирование до такой степени, что вы видите действительно незначительные дефекты, которые вы никогда не увидите при печати в разумных размерах или при проецировании слайда, даже очень большого ,

В-третьих, в этом есть что-то психологическое. Когда вы снимаете в f / 22, все становится немного размытым, поэтому вы склонны (например) просто не смотреть на это так же внимательно. Большинство людей никогда не заметят этого по-настоящему, потому что у них есть тенденция перестать смотреть более внимательно, когда они (обычно подсознательно) понимают, что там больше нет деталей, чтобы увидеть их. Напротив, если вы снимаете, скажем, на f / 5.6 части изображения, которые имеют точно такой же размер CoF, как и на f / 22, выглядят не сфокусированными, потому что вы можете (по крайней мере обычно) видеть части, которые по существу острее.

В-четвертых, многое зависит от качества объектива. Если вы посмотрите / поиграете с линзами, скажем, 50 или 60 лет назад, вы можете в значительной степени зависеть от того факта, что по нынешним стандартам они довольно ужасны, когда они широко открыты. Объектив f / 2, возможно, легко нужно будет уменьшить до f / 8 или около того, прежде чем он станет достаточно хорошим по современным стандартам. Аберрации, когда он был широко открыт, были достаточно плохими, чтобы качество все еще улучшалось до f / 11 или даже f / 16 во многих случаях. Великолепный объектив и действительно плохой объектив примерно равны при f / 22, но при f / 8 великий объектив будет намного лучше.

Чтобы приблизиться к вашему прямому вопросу: да, размер сенсора оказывает значительное влияние. С большим датчиком вам нужно быть ближе к объекту, чтобы получить такое же кадрирование с одинаковым фокусным расстоянием объектива. Это означает, что датчик большего размера, как правило, уменьшает видимую степень резкости, поэтому вы получаете больше, останавливаясь. Во-вторых, когда вы используете датчик большего размера, вы меньше увеличиваете, чтобы получить отпечаток того же размера. Это удерживает потерю резкости от маленькой апертуры от почти такой же очевидной.

Чтобы привести крайний пример, многие из самых известных «классических» фотографов, таких как Адамс и Уэстон, принадлежали к тому, что они называли клубом f / 64. При съемке камеры 8x10 (или даже больше) им требовалась крошечная диафрагма, чтобы вообще получить какую-либо степень резкости, и (что очевидно из названия) считали f / 64 идеальной апертурой. Потеря резкости не имела большого значения по той простой причине, что они редко сильно увеличивались. Начиная с негатива 8x10, даже отпечаток 24x30 имел только увеличение 3: 1 - чуть меньшее увеличение, чем при печати 3x5 с полнокадровой цифровой камеры.

Изменить: Прежде всего, f / 22 редко требуется с точки зрения DoF. Рассмотрим гиперфокальные расстояния для объектива 50 мм при различных значениях диафрагмы:

f/8:  41 feet
f/11: 29 feet
f/16: 21 feet
f/22: 15 feet

Ближайшая точка, которая находится в фокусе, равна половине этого числа в каждом случае, поэтому переход от f / 16 к f / 22 дает вам около 3 футов переднего плана, который находится в фокусе. Есть, несомненно, времена, когда 3 фута стоят почти всего . Давайте будем честными: это не очень распространено - и, вероятно, в 95% случаев вы можете использовать f / 22 для выполнения работы, вы можете использовать фокусировку (для одного примера), чтобы добиться того же и получить гораздо более высокую резкость в целом.

Для типичного пейзажа это редко нужно вообще. Рассмотрим, например, камеру FF с 50-миллиметровым объективом, удерживаемым на уровне глаз (скажем, 60 "над землей) с близлежащим грунтом, примерно плоским и ровным. Для простоты мы предположим, что они держат камеру примерно на одном уровне. ,

В этом случае ближайший передний план на самом краю изображения находится на расстоянии около 250 дюймов (чуть менее 21 фута). Это означает, что f / 8 достаточно мала, чтобы вся картинка попала в DoF. Кто-то, кто действительно пристально смотрит на самый край изображения, может заметить, что он немного мягче центра - но то, что они видят, все еще несколько острее на краю и намного острее в центре, чем если бы вы сделал снимок в F / 22.

Однако я чувствую себя обязанным добавить, что DoF - не единственная причина использовать маленькую апертуру. Иногда я использую крошечную диафрагму специально, чтобы получить довольно мягкую, низкоконтрастную картинку. Установка f / 22 (или f / 32, если доступно) может быть действительно дешевой альтернативой объективу с мягким фокусом, и когда вам нужен мягкий, мечтательный вид, который можно ожидать от камеры-обскуры, f / 32 может быть простым замена.

Итог: вполне возможно сделать несколько действительно хороших снимков, снимая с f / 22 или f / 32 - но когда / если вы используете его, вы должны делать это, основываясь, по крайней мере, на некотором представлении о том, чего ожидать и зная, что вы хочу такую ​​картину, которую вы собираетесь получить. Вы не делать это , потому что Брайан Петерсон (или кто - либо другой) заверил, что это правильная вещь , чтобы сделать, Вы не должны это делать , ожидая картину на F / 22 , чтобы выйти даже близко к столь резким , как один на F / 11.

Позвольте мне закончить с короткой серией фотографий. Все они были взяты со штатива с включенным зеркалом, все в течение нескольких секунд друг от друга, поэтому свет очень мало изменился и т. Д. Сначала общий снимок:

Затем 100% зерновых культур при f / 11, f / 16, f / 22 и / f32:

Да, это правда, что мы просматриваем пиксели, по крайней мере, до некоторой степени здесь, но также верно, что потеря качества при f / 22 и (особенно) f / 32 довольно очевидна. Честно говоря, хотя большинство тестов показывают некоторую потерю при f / 16 при стрельбе по плоским высококонтрастным целям, здесь на реальной картинке f / 16 не проявляется так сильно, как f / 11.

OTOH, на f / 22 потеря качества довольно заметна, а на f / 32 результат откровенно довольно ужасный.

Ох, и все они взяты на 200 мм. Если вы считаете, что длинная линза спасет вас от эффектов дифракции, приготовьтесь к разочарованию ...

На цифровых камерах дифракционная диафрагма (DLA) определяется размером пикселей датчика. С пленкой это был размер зерен в эмульсии, таким образом, DLA одной и той же комбинации камера / объектив будет варьироваться в зависимости от используемой пленки. Это потому, что это связано с размером круга путаницы для данной апертуры. С цифровым датчиком DLA - это апертура, при которой размер круга путаницы становится больше пикселей датчика и начинает заметно влиять на резкость изображения на уровне пикселей. Дифракция на DLA едва заметна при просмотре на дисплее при 100% (1 пиксель = 1 пиксель). При увеличении плотности пикселей сенсора каждый пиксель уменьшается, а DLA расширяется.

DLA не означает, что более узкие отверстия не должны использоваться. Это где резкость изображения начинает ухудшаться для увеличения степени свободы. Датчики с более высоким разрешением, как правило, продолжают передавать больше деталей за пределы DLA, чем датчики с более низким разрешением, пока не будет достигнута «частота среза дифракции» (гораздо более узкая апертура). Переход от резкого к мягкому не является резким.

DLA может сильно отличаться от одной камеры к другой. Среди текущей линейки Canon самый высокий DLA - f / 11 для 1D X с 18,1MP на сенсоре с полнокадровым (36X24 мм). Каждый пиксель имеет ширину 6,9 микрометра. Мятежники 7D, 60D и T2i - T4i используют один и тот же базовый датчик, который сжимает 18.0MP в формат APS-C (22.3X14.9mm), который использует 4,3 микрометровых пикселей. Это приводит к DLA f / 6,9. Исходный 5D распространился на 12,8MP (шириной 8,2 микрометра) на датчик FF для DLA с f / 13,2. 1D mark II использовал 8.2MP при том же размере пикселя на датчике APS-H для того же самого DLA f / 13.2.

Так что же происходит, когда вы выбираете апертуру за пределами DLA? Дифракция начинает негативно влиять на резкость в абсолютной точке фокуса. В свою очередь, более узкая апертура увеличивает глубину резкости, которая находится в номинальном фокусе. Существуют методы, позволяющие максимизировать глубину резкости, используя максимально возможную диафрагму. Изучение порядка вычисления гиперфокального расстояния (или переноса карты для каждого используемого вами фокусного расстояния) позволяет вам расположить точку фокусировки как можно ближе к камере, в то же время оставляя приемлемо все, что находится за этой точкой, вплоть до бесконечности. в фокусе. На близких расстояниях и в широкой диафрагме глубина резкости примерно одинакова впереди и позади точки фокусировки. Когда расстояние до объекта увеличивается и / или диафрагма сужается,Вот ссылка на калькулятор DOF, который вы можете использовать, чтобы проиллюстрировать это.

Так прав Петерсон или нет, когда он говорит, что использование f / 22 не является проблемой? Это зависит. На камере с большими пикселями это будет меньшей проблемой, чем на камере с большим количеством пикселей, втиснутой в меньший датчик. Если полученное изображение будет иметь размеры для просмотра в Интернете при относительно низком dpi и высокой степени сжатия, это не будет большим, если вообще будет фактором. Если изображение напечатано в относительно небольших размерах, это не будет большой проблемой. С другой стороны, если изображение будет использоваться для печати большого размера с высоким разрешением или сильно обрезано при отображении на мониторе, это станет гораздо более серьезной проблемой.

Я знаю, что это неправильный ответ на ваш вопрос, но я хотел бы избежать удлинения цепочки комментариев к первому (и хорошему) ответу.

Я просто взял тестовый образец Siemens (из http://fotofreaks.de/fototechnik/siemensstern/Siemensstern_v1.1.pdf ) и проверил разрешение моей цифровой зеркальной фотокамеры (Pentax K-20D с 18-135 мм WR Pentax zoom). Мои тесты показали, что при различных фокусных расстояниях я всегда получаю значительно более четкие снимки при f / 11, чем при f / 32. Это наводит меня на мысль, что действительно маленькие отверстия выше f / 16 имеют тенденцию вызывать отрицательную дифракцию вместо увеличения резкости. Это также объясняет, что вы не можете получить большую глубину фокуса, поскольку дифракция снова работает с этой целью, верно?

Конечно, это не объяснение, а только пример, сделанный кем-то, кто не слишком глубоко знает физику. Но я призываю вас сделать аналогичные тесты.

Не совсем ответ на комментарий ОП о Петерсоне, но полезный для некоторых:

Дифракционное размытие очень хорошо определено. Зная диафрагму и фокусное расстояние, размытие можно устранить с помощью очень небольшого количества артефактов. SmartSharpen в PS, In-focus от Topaz и Piccure + от Piccureplus - все это можно сделать. Деконволюция требует больших вычислительных ресурсов. В P + есть способ настроить пакетную обработку, чтобы вы могли позволить ей запускаться на множестве пикселей в одночасье. Работы лучше всего применять в качестве первого шага в рабочем процессе обработки изображений.