[{"content":"","date":"21 января 2026","externalUrl":null,"permalink":"/ru/posts/","section":"Статьи","summary":"","title":"Статьи","type":"posts"},{"content":" В технических статьях мы уже много рассказали об органах управления яркостью цифрового изображения. Давайте соберём всё в одно место, чтобы было понятнее, как этим пользоваться.\nВыдержка # Время выдержки линейно влияет на яркость. Подержали затвор открытым в \\(N\\) раз дольше — \u0026ldquo;поймали\u0026rdquo; в \\(N\\) раз больше света.\nВ целом здесь нет особой сложности. Если хотите собрать много света, то просто ставьте выдержку побольше. Однако чаще всего Вы можете это делать ограниченно. Есть предел сверху, дальше которого увеличивать нельзя, так как не позволяют условия.\nСмазывание # Предел этот связан с движением. Если объект в кадре сдвигается за время выдержки, то он получается смазанным. Так как какое-то время побывал в разных частях кадра. Такое явление называют смазом, motion blur (размытие движением).\nЧем быстрее движение в сцене, тем короче, или быстрее, приходится ставить выдержку. Кроме того, влияет угловое поле. Телеобъектив увеличивает изображение, поэтому одно и то же движение отобразит на большее количество пикселей матрицы. Аналогично влияет и расстояние до объекта. Если он близко, то он выглядит большим, и одно и то же его движение отобразится на большей площади сенсора.\nДвижение бывает не столь очевидным. Например Вы хотите сфотографировать человека, сидящего на диване; как бы он ни старался, он немного двигается, дёргается от сердцебиения, дышит, и при долгом затворе обязательно немного \u0026ldquo;размоется\u0026rdquo;. Или снимаете звёздное небо; Земля крутится вокруг своей оси, поэтому звёзды непрерывно \u0026ldquo;уезжают\u0026rdquo;, причём их скорость тем выше, чем ближе они к экватору. Или при долгой съёмке ландшафта облака могут ощутимо \u0026ldquo;уплыть\u0026rdquo;, заодно добавив перетекающих теней.\nШевелёнка # Одним из наиболее неприятных движений является гуляние рук фотографа. У нас у всех есть тремор рук, это неизбежный эффект. По правде говоря, даже у промышленных робо-рук есть тремор, это сложноустранимая проблема в системе из малых подвижных суставов с большими рычагами. Из-за него даже неподвижную сцену получается снимать лишь ограниченное время без смаза. Ведь относительно камеры вся сцена будет шевелиться. Такой смаз называют шевелёнкой.\nКак выбрать выдержку, чтобы шевелёнка не испортила кадр? Старое эмпирическое правило гласит: для полнокадрового фотоаппарата можно взять не более \\(1 / f_\\ell\\) секунд, где \\(f_\\ell\\) — длина фокуса в миллиметрах (на самом деле следует брать заднее фокусное расстояние, но обычно Вы его не знаете, а \\(f_\\ell\\) очень хорошо его приближает в большинстве жанров). Если у Вас кропнутый фотоматериал, то это число нужно разделить на кроп-фактор.\nЭто правило опирается на типовой размер фотографии, которую потом предстоит рассматривать. В целом необязательно достигать того, чтобы ни один пиксель не \u0026ldquo;поехал\u0026rdquo;, достаточно, чтобы общая картинка выглядела достаточно чётко в условиях, в которых зритель будет на неё смотреть. Если предполагается обрезка, то следует выдержку сократить. Если планируется печать большого формата, которую будут видеть вблизи (баннер на башне не считается, он далеко), то тоже сократить. Если цель снимка — отправка в социальные сети, которые просматривают с маленького экрана телефона, то можно немного увеличить.\nЕсть и другие правила и формулы, рассчитанные на конкретные условия. Но это очень простое для запоминания и вычислений, поэтому имеет наибольшую популярность \u0026ldquo;в полях\u0026rdquo;. Более точные и хитрые можно найти в Интернете или приложениях, например PhotoPills.\nКак можно снизить шевелёнку, чтобы можно было немного увеличить выдержку?\nНужно научиться правильно держать фотоаппарат. При рядовой съёмке стоя локти упираются в тело, обе руки держат камеру, видоискатель прижат к области вокруг глаза. Руки образуют конструкцию из треугольников, благодаря чему сами они, будучи огромными рычагами, меньше болтаются. Если съёмка ведётся из положения сидя, то нужно добиться устойчивого положения ног, в идеале \u0026ldquo;стрельба с колена\u0026rdquo;, локти упереть на колени. Просто поищите видео с техниками, станет понятнее. Задерживайте дыхание и дожидайтесь стабилизации грудной клетки перед нажатием на кнопку. Если можно, не испортив композицию, прижать кисти с камерой к неподвижному объекту, например перилам или столбу, то пользуйтесь. Может здорово помочь, так как большая часть оставшегося тремора приходится на кисти, у них амплитуда движения меньше. Можно носить с собой искусственный такой объект — монопод. Если у объектива или камеры есть оптический стабилизатор, то используйте его. Он действительно хорошо помогает. Хороший штатив почти полностью убирает шевелёнку. Если только его не качает ветер или пинают дети. Чем штатив тяжелее, тем он устойчивее к таким воздействиям, но тем он тяжелее (🐺). Не забывайте, что при нажатии на кнопку Вы немного двигаете установку, поэтому рекомендуется использовать либо таймер на 2 секунды (есть в большинстве фотоаппаратов), либо удалённый спуск затвора (есть много вариантов, от механического тросика до приложения на телефоне). Не забывайте, что это методы борьбы только с шевелёнкой. Если в сцене есть движение, то ни один из них не предотвратит смазывание.\nХудожественная составляющая выдержки # В большинстве случаев мы хотим получать чёткие фотографии. Для этого мы ограничиваемся той выдержкой, которая не даёт смазов.\nФотография капли воды при выдержке 1/100, 1/1000 и 1/2000 секунды Однако можно использовать длинную выдержку как художественный приём. Типовые сценарии включают:\n\u0026ldquo;гладкую\u0026rdquo; воду; \u0026ldquo;молочные\u0026rdquo; водопады; растянутые облака; полосы от фар автомобилей в ночном городе; траектории звёзд (star trails); намеренный \u0026ldquo;смаз\u0026rdquo; в динамичной сцене, чтобы показать движение; \u0026ldquo;растворение\u0026rdquo; людей; и многое другое. Часто водопады выглядят более впечатляющими, если снять их на длинной выдержке Волны на воде можно сгладить при помощи длинной выдержки Длинные следы от звёзд могут придать динамику статичной сцене Бывает, что света настолько много, что длинную выдержку выставить невозможно, изображения получаются пересвеченными. В этом случае можно воспользоваться \u0026ldquo;подручными средствами\u0026rdquo;, уменьшающими поток света, чаще всего это уменьшение апертуры. Например фотография водопада выше сделана с поляризационным фильтром (уменьшает экспозицию примерно на 2 стопа, то есть вчетверо) и на диафрагме \\(f / 22\\), из-за чего затвор получилось продержать открытым хотя бы полсекунды. Но лучше использовать ND-фильтры (neutral density filters, фильтры нейтральной плотности). Они представляют из себя затемнённое стекло и попросту уменьшают поток света.\nЕсли коротко, то выдержку фотограф выбирает, опираясь на художественный замысел и возможности при заданных условиях. А также подбирает инструменты. Много света, нужны чёткие фотографии — ставим короткую. Мало света, но сцена статичная — ставим на штатив, снимаем на длинной. Нужно \u0026ldquo;сгладить\u0026rdquo; морской пейзаж при ярком солнце — ставим на штатив, устанавливаем ND-фильтр, длинную выдержку. Подвижная сцена при тусклом свете — тут приходится искать компромисс, баланс между чёткостью и шумом, а также извлекать максимум из своей техники съёмки.\nСверхдлинные выдержки # При очень длинных выдержках на цифровых фотоаппаратах появляется ещё одна проблема: нагрев сенсора. Тепловой шум увеличивается, появляются горячие пиксели.\nКак правило, при выдержке в десятки секунд шум увеличивается незначительно, горячих пикселей мало, и они легко исправляются программно. При нескольких минутах всё становится гораздо хуже, перегретых ячеек становится совсем много, шум хорошо заметен даже при минимальном усилении.\nФрагмент фотографии, снятой с ISO 100 и выдержкой в 10 минут при комнатной температуре. Из-за нагрева сенсора получилось довольно много шума и горячих пикселей Поэтому иногда вместо многоминутной выдержки на камеру без системы охлаждения лучше поднять ISO и подавить шум при обработке. Можно также сделать стэкинг: снять несколько фотографий с более короткой выдержкой и усреднить.\nДиафрагма # Влияние диафрагмы на изображение мы подробно описывали ранее. Если коротко, то с её помощью мы регулируем\nсветосилу; глубину резкости изображаемого пространства (ГРИП); влияние несовершенств оптики. Делая апертуру шире, мы уменьшаем f-число, тот самый знаменатель в настройках камеры, например с \\(f / 8\\) на \\(f / 4\\). При этом:\nв единицу времени фотоматериал получит больше света, пропорционально квадрату f-числа; ГРИП станет тоньше, то есть размытия будет больше; аберрации и виньетирование станут влиять больше. И наоборот.\nКак видим, все три пункта меняются одновременно. Если света в сцене достаточно, то обычно решают, насколько нужно убрать проблемы оптики (определяют диапазон f-чисел, которые дадут достаточное качество для конкретного объектива), какую ГРИП хочется получить, затем нивелируют экспозицию выдержкой. Поэтому во многих жанрах очень популярен режим приоритета диафрагмы: выбираете апертуру, электроника рассчитывает выдержку за Вас.\nЕсли света мало, то часто приходится ставить самую широкую диафрагму и жить с компромиссными ГРИП и качеством. Хотя всегда можно немного поиграться.\nОбратите внимание, что светосила определяется соотношением длины фокуса и диаметра апертуры. Если Вы упёрлись в возможности диафрагмы на зум-объективе, а света всё равно мало, то попробуйте уменьшить длину фокуса, скажем, в 2 раза. Это даст в 4 раза больше света. Но фотографию придётся кропнуть, из-за чего возможности удаления шума усреднением ухудшатся в 2 раза. Либо подойти ближе, хотя при этом изменится перспектива и связанные с ней эффекты. Также не забывайте, что ГРИП зависит от апертуры, длины фокуса и фокусного расстояния, следовательно художественная составляющая может измениться.\nISO # При использовании цифрового фотоаппарата с усилением его можно свободно менять с помощью настройки, называемой ISO. С плёночным фотоаппаратом для этого придётся взять плёнку с нужной светочувствительностью, в последние десятилетия также называемой ISO.\nИ в том, и в другом случае яркость зависит линейно от выставленного значения. Например ISO 200 даст вдвое большую яркость, чем ISO 100.\nФотоплёнки достигают большей светочувствительности с помощью более крупного зерна при нанесении эмульсии. Это чревато более крупными точками со случайным разбросом от действительного значения, и выглядит это как больший шум. Здесь автору больше нечего добавить, так как он не работал с плёнками.\nУ цифровых фотоматриц под изменением ISO спрятано усиление, как мы уже подробно описывали. Мы не будем рассматривать цифровое, так как у современных фотоаппаратов оно уже малопригодно. Аналоговое же усиление увеличивает и полезный сигнал, и шум ещё до оцифровки.\nЭто значит, что отношение сигнал/шум в аналоговой области не меняется, однако можно более эффективно использовать разрядную сетку АЦП и получить меньше шума дискретизации. В то же время увеличение усиления уменьшает динамический диапазон, по сути наилучшее отношение сигнал/шум, которое можно получить. В результате Вы всегда получаете шумное изображение при высоких ISO.\nЗачем эта настройка нужна? В отличие от предыдущих инструментов, она не меняет художественную составляющую. ГРИП остаётся тем же, размытие движением не меняется. Следовательно нужно сначала выставить диафрагму и выдержку. Если света ощутимо не хватает, и сделать с этим ничего не получается, то приходится прибегать к последней миле: увеличить усиление, чтобы получить хотя бы поменьше шума дискретизации.\nКроме того, ISO влияет на яркость JPEG, поэтому не обязательно будет редактировать RAW-файл, и это экономит кучу времени после длинных фотосессий. В этом случае полезно даже цифровое усиление на старых камерах, хотя оно не влияет на шум дискретизации.\nСвет # Не забывайте, что Вы не всегда невольный наблюдатель, который может лишь крутить колёсики и нажимать кнопки на фотоаппарате. Иногда можно добавить света в сцену.\nЭто может быть вспышка фотоаппарата (пользование вспышкой — отдельное искусство), включенный свет в комнате, открытое окно/дверь, ожидание более подходящих условий (в летний облачный день иногда достаточно подождать, когда тучка приоткроет солнце), перемещение объекта съёмки из тени в более светлое место и т.д.\nЕстественно, это нужно делать аккуратно, так как:\nизменение света меняет и тени, иногда в лучшую сторону, иногда в худшую; несколько разных источников затрудняют цветокоррекцию. Автоматы # Типовая последовательность действий при ручном выборе настроек примерно следующая.\nУстанавливаем минимально возможный ISO (при использовании цифрового фотоаппарата). Решаем, какой ГРИП хотим получить. Устанавливаем диафрагму. Решаем, какая выдержка нам потребуется. В большинстве случаев мы хотим получить резкий снимок, поэтому выставляем максимум, который не даст смазов, с небольшим запасом. Если света много, и есть пересветы, то уменьшаем выдержку до тех пор, пока не получим нужную яркость. Если света недостаточно, то увеличиваем ISO, пока не получим требуемую яркость. Если результаты неудовлетворительные, то решаем, что с этим можно сделать. Например света мало, и приходится чрезмерно задирать ISO; тогда можно расширить диафрагму или поставить камеру на штатив. Или хотели получить \u0026ldquo;молочный\u0026rdquo; водопад днём, но без пересвета можно выставить выдержку лишь в доли секунд, тогда нужно использовать ND-фильтр. Этот неувлекательный процесс часто хорошо автоматизируется. В разных жанрах могут быть немного разные требования, поэтому в любительских фотоаппаратах и телефонах обычно бывают пресеты, например \u0026ldquo;спортивная съёмка\u0026rdquo; (короткая выдержка, автовыбор диафрагмы, автоматический ISO), \u0026ldquo;портрет\u0026rdquo; (умеренная выдержка, самая широкая диафрагма для красивого боке, авто-ISO), \u0026ldquo;ландшафтная съёмка\u0026rdquo; (диафрагма около \\(f / 8\\), умеренная выдержка, авто-ISO). Они не обязательно хорошо угадывают, что Вы пытаетесь снять, однако в среднем дают хороший результат, если фотограф совсем начинающий. К тому же режимы могут делать дополнительную обработку, например склейку нескольких снимков в \u0026ldquo;ночном режиме\u0026rdquo; или изменения контрастов в \u0026ldquo;портретной\u0026rdquo;.\nКто серьёзно занимается фотографией, гораздо чаще используют полуавтоматические режимы. У подавляющего большинства фотоаппаратов есть\nприоритет диафрагмы, когда выставляете апертуру, автомат подбирает выдержку; приоритет выдержки, когда устанавливаете выдержку, автомат подбирает диафрагму. Кроме того, во всех режимах можно поставить авто-ISO. В ряде случаев это сильно выручает.\nВ режиме приоритета диафрагмы выдержка будет увеличиваться до \u0026ldquo;безопасной\u0026rdquo;, при которой не должно возникать шевелёнки. Разумеется, если камеру держат более-менее ровно. Если этого не хватает, то дальше в ход идёт увеличение ISO. В режиме приоритета выдержки, если диафрагма упёрлась в свой предел, а яркости не хватает, то добавляется усиление. В ручном режиме можно выставить желаемые выдержку и диафрагму, дальше автомат подберёт ISO. Естественно, ни один из режимов не является \u0026ldquo;единственно верным\u0026rdquo; и универсальным. Автомат не всегда понимает все условия и не обязательно даст хороший результат. Например при съёмке статичной сцены со штатива, если выставлены приоритет диафрагмы и авто-ISO, то камера попытается подавить шевелёнку, которой нет, и выкрутит усиление; чтобы этого не происходило, ISO лучше выставить на минимум. Поэтому всегда нужно понимать, какие параметры мы хотим ограничить, какие нам не важны, и в каком режиме это будет проще всего обеспечить.\nВыбор экспозиции # Как автомат выбирает, какая яркость \u0026ldquo;хорошая\u0026rdquo;? Он вычисляет среднюю яркость по некоторой зоне и приводит её к некоторому значению. Само значение связано с кучей мифов и недопониманий вокруг загадочного числа 18%, но по большому счёту оно не очень важно.\nВ этом процессе можно управлять двумя вещами.\nОбласть вычислений. Выбирается в настройках с названием навроде metering mode. Могут быть немного разными и отличаться названием между производителями камер, можно подробнее посмотреть в Интернете. Например есть точечный замер (яркость вычисляется по маленькой области), средневзвешенное (по большой области, но больший вес имеет её центр) и другие, более сложные. Корректировка экспозиции. Так как не всегда автомат делает свою работу правильно, результат его работы можно изменить, он добавит/убавит яркость. Как для корректировки экспозиции, так и для её индикации (даже в полностью ручном режиме многие камеры показывают оценку) чаще всего используют величины EV, exposure value. Это относительная логарифмическая величина. За ноль принимается то, что автомат посчитал \u0026ldquo;правильной\u0026rdquo; экспозицией. От неё отсчитываются так называемые стопы, каждый стоп — изменение яркости в два раза. Например EV+1 вдвое ярче, чем EV0, EV-1 вдвое темнее, EV+2 вчетверо ярче, EV+3 в восемь раз ярче и т.д.\nВ студийных условиях, когда освещение не меняется слишком часто и хорошо контролируется, иногда используют серую карту. Это карточка нейтрально серого цвета, отражающая те самые 18% света. В идеале хорошо калиброванная. Её помещают в сцену, ставят по ней экспозицию, часто фотографируют для последующего использования в пост-обработке, затем убирают и проводят съёмки с этой экспозицией. Как дополнительный плюс, её нейтральность позволяет сделать и баланс белого. Недостатки подхода примерно такие же, как мы описывали для похожего эталонного объекта, colorchecker.\nОдной из проблем является то, что \u0026ldquo;единственно правильной\u0026rdquo; экспозиции не бывает. Да, в среднем можно рассчитывать на отражение сценой 18% или 12% света, но как только появляется глянцевый фарфоровый чайник, кошка с тёмным окрасом или хотя бы снег, которые хочется запечатлеть с деталями, эти эмпирики перестают работать. Поэтому в среднем такие правила дают неплохой результат, но нельзя полагаться на них на 100%.\nГистограмма # Многие камеры умеют показывать гистограмму значений. Это столбчатая диаграмма, в которой по оси X находятся значения из АЦП, по оси Y — сколько раз они встретились. Это очень удобный инструмент, так как:\nдаёт более объективную оценку; в отличие от субъективного восприятия, не зависит от яркости экрана и освещения вокруг (например если Вы ночью забудете понизить яркость экрана и будете ориентироваться на глаз, то будете занижать экспозицию, так как в темноте тусклая картинка будет казаться нормальной); чётко показывает, когда произошёл клипинг (справа возникает характерная \u0026ldquo;палка\u0026rdquo;). Гистограмма нормально экспонированного кадра. Она не упирается ни в один из краёв, значит не было потеряно информации. Однако средние тона равномерно разлиты между тенями и светлыми, поэтому невозможно сказать, как экспонирован объект съёмки Гистограмма с пересветом одного канала. Красная гистограмма упёрлась в правый край, и там выросла \"палка\" клипинга В целом Вы хотите выбрать такую экспозицию, чтобы объект съёмки занимал середину гистограммы, и при этом не было пересветов. Но обычно камеры не позволяют анализировать часть изображения, показывая статистику по всему месиву, поэтому понять, какая часть куда ложится, не всегда просто. Но какое-то представление это даёт.\nЕсли фотоаппарат позволяет выбирать между монохромной и RGB гистограммой, то лучше использовать вторую. Первая показывает некую яркость на основе трёх каналов; если один канал ушёл в насыщение, а остальные остаются в тени, то по ней этого может быть не видно.\nПо гистограмме в режиме RGB видно клипинг красного канала На гистограмме того же изображения в режиме Luminance клипинга не видно, так как вместе каналы дают малую яркость. Однако дальнейшее увеличение экспозиции будет ухудшать сдвиг цвета Exposure to the right # Зачем нам выбирать экспозицию при съёмке, если можно её править на пост-обработке дома, в спокойной обстановке, на большом экране, возможно даже калиброванном? Во-первых, потому что есть шанс сразу сделать хороший снимок на JPEG и не тратить время на обработку вручную. Во-вторых, даже если мы снимаем только Raw, остаются проблемы клипинга и шума. Мы хотим, чтобы не было пересветов, но при этом фотография не \u0026ldquo;утонула\u0026rdquo; в шуме.\nПопулярной техникой для обеспечения этих свойств является exposure to the right (\u0026ldquo;экспозицию направо\u0026rdquo;), или ETTR. При съёмке корректируем экспозицию так, чтобы правый край гистограммы лишь немного не доходил до пересветов. То есть прижимаем её вправо, но не доводя до клипинга. К сожалению, не так много камер умеют делать это сами, поэтому обычно приходится крутить вручную.\nЭтот простой трюк гарантирует, что мы получили максимум света без потери деталей, то есть наилучшее отношение сигнал/шум. Если был снят Raw-файл, то в дальнейшем его можно править как угодно.\nКогда этот подход уместен?\nМы снимаем в Raw. Сложные условия, из-за которых мы хотим обрабатывать сами. Например большой динамический диапазон, когда приходится снимать здание в тени в полдень, оно получается совсем тёмным, а небо рискует уйти в пересвет. Можно снять с наилучшим отношением сигнал/шум одним кадром, потом использовать tone equalizer / curve для уравнивания яркостей. Однако следует понимать, что в среднем он не даёт хорошую экспозицию. Поэтому в простых условиях он может вынудить Вас тратить время на пост-обработку тогда, когда это не нужно, исключительно чтобы вернуть яркость на место. Также, если Вы снимаете только JPEG, то может не получиться хорошо его обработать, потому что в нём tone mapping проведён не так, как задумано, и потеря информации могла сильно сказаться на важных частях кадра.\nИтоги # Выдержка и диафрагма — эффективные инструменты, чтобы управлять экспозицией. Однако они влияют и на художественную составляющую, поэтому часто есть пределы, в которых их можно варьировать. Усиление не влияет на результат с художественной точки зрения. Но необходимость в его увеличении свидетельствует о недостаточном свете и плохом отношении сигнал/шум. Поэтому его следует использовать, только если нет возможности добавить фотонов. Иногда можно изменить условия освещения, чтобы улучшить качество снимка. Автоматы прекрасно помогают фотографу в большинстве жанров. ","date":"24 декабря 2025","externalUrl":null,"permalink":"/ru/posts/techniques/exposure/","section":"Статьи","summary":"Тонкости управления экспозицией, то есть яркостью изображения","title":"Экспозиция","type":"posts"},{"content":" Что представляет из себя сенсор? # Сенсор изображения, он же фотоматрица или светочувствительная матрица — это сетка из светочувствительных ячеек, способных улавливать свет, преобразовывать его в электрический сигнал, накапливать этот сигнал и отдавать наружу. Каждая такая ячейка называется пикселем, от английского pixel, что есть сокращение от picture cell, \u0026ldquo;ячейка картинки\u0026rdquo;.\nПроцесс получения цифрового изображения с помощью фотоматрицы выглядит примерно следующим образом.\nМатрица сбрасывается, все ячейки обнуляются. Ячейки собирают свет в течение заданного времени. Это время называют выдержкой. Накопленный свет каждой ячейки, преобразованный ей в электричество, подаётся на усилитель, затем на аналого-цифровой преобразователь. Собираем все полученные цифровые значения в вид, с которым дальнейшие узлы способны работать. Это и есть полученное изображение. Тут в пору указать, что существуют технологии CCD и CMOS, что в CCD построчное чтение значений, а в CMOS у каждого пикселя свой усилитель и АЦП, их преимущества и недостатки. Но автор не силён в этом, не уверен в справедливости данных утверждений, и потому не будет дублировать информацию. Если кому интересно — поищите подробности в Интернете.\nRolling shutter # Если использовать описанную выше процедуру как есть, то может возникнуть временной параллакс, он же rolling shutter. Проблема в том, что считывание занимает некоторое время, при этом ячейки могут считываться одна за другой, особенно в сенсорах CCD. Пока мы читаем последние в очереди пиксели, изображение может существенно измениться по сравнению с первыми. Если выдержка сравнима со временем считывания, а изображение за этот период менялось, то в результате получим нечто комбинированное из состояний на начало чтения и на конец чтения.\nЧтобы снизить эффект, в любительских фотоаппаратах до сих пор используют механическую шторку. Суть в том, что по истечению времени выдержки сначала закрывается затвор, блокируя свет, затем начинается считывание. Естественно, что механика тоже имеет какую-то скорость, поэтому полностью эффект не исключается. Он значительно уменьшается, оставаясь незаметным в большинстве жанров съёмки.\nТак как шторка механическая, то у неё есть свой ресурс и износ. Она является одной из частых причин поломки фотоаппарата. Поэтому при съёмке видео такое устройство не используют, там проще смириться с rolling shutter.\nВ качестве альтернативы механической шторке можно использовать синхронизацию со вспышкой, если она является доминирующим источником света. Выключили вспышку — в кадре стало достаточно темно, можно считывать значения. Но, очевидно, такое решение может выручить только в очень специфических случаях, например в специальном оборудовании. Также может быть важно, что вспышка гаснет не мгновенно, а имеет небольшой период затухания.\nИ, наконец, не так давно в потребительских камерах начали использовать \u0026ldquo;электронный глобальный затвор\u0026rdquo;, который позволяет избавиться от rolling shutter без дополнительных устройств. Надо полагать, камеры с его использованием будут доступны широким массам нескоро.\nРазмер сенсора # Большинство фотоматриц прямоугольные. Для простоты будем говорить о прямоугольных сенсорах, хотя для любой формы можно придумать термины аналогичные тому, о чём сейчас расскажем.\nОдна из важнейших характеристик сенсора — его размер, то есть физические длина и ширина, например в миллиметрах. Мы уже упоминали популярные размеры, как их называют, и что такое кроп-фактор, не будем повторяться.\nТакже мы упоминали, что длина и ширина фотоматериала влияют на угловое поле. К этому добавим, что объективы всегда рассчитывают на работу с определённым размером материала, так как достаточно отобразить в хорошем качестве пятно, покрывающее целевую плёнку или сенсор. Отсюда следует, что объектив для полнокадровой камеры можно использовать с кропом. Обратное не очень верно: если надеть кроповый объектив на полнокадровую камеру, то на углах кадра получится сильное виньетирование и другие эффекты, так как оптика даёт пятно меньшего размера, чем фотоматериал.\nВспоминая подобное утверждение про зеркальную и беззеркальную камеры, приходим к выводу, что объектив для полнокадровой беззеркальной камеры можно использовать для любой другой камеры этого же производителя (кроме редких устройств с фотоматериалом ещё больше, чем full frame).\nРазрешение # Ещё один важный, но в последнее время всё менее решающий параметр — разрешение сенсора. Чаще всего его задают как количество пикселей по ширине и высоте, например 6000x4000. Реже используют размер пикселя, например в микронах. Зная размеры сенсора и одну из этих характеристик разрешения, несложно посчитать вторую.\nМногие путают размер и разрешение. Особенно когда рассматривают картинки на компьютере, ведь, например прямоугольник 6000x4000 пикселей вдвое больше, чем 3000x2000. Но между ними значительная разница. Физический размер — это буквально размер в реальной жизни, который можно померить хоть линейкой. Он определяет угловое поле, то есть какая часть сцены уместится в кадре. Разрешение — это сколькими точками мы закодировали изображение сцены при оцифровке. Ниже это проиллюстрировано на матрице вымышленного размера и разрешения. Сетка схематично показывает пиксели на фоне изображения, в действительности каждая ячейка закрашена сплошным цветом.\n20x30\u0026nbsp;мм, разрешение 4x6, пиксель 5\u0026nbsp;мм 20x30\u0026nbsp;мм, разрешение 8x12, пиксель 2,5\u0026nbsp;мм 10x15\u0026nbsp;мм, разрешение 4x6, пиксель 2,5\u0026nbsp;мм 10x15\u0026nbsp;мм, разрешение 8x12, пиксель 1,75\u0026nbsp;мм В фотографии чаще всего встречаются пиксели примерно квадратной формы, то есть вдоль длины и ширины они занимают одинаковый размер. Но это необязательно, где-то можно встретить и прямоугольные.\nВысокое разрешение — хорошо или плохо? # Любой, кто застал мониторы 90-х или телефоны с фотоаппаратом 00-х, знает, зачем нужно высокое разрешение. Чем большим количеством пикселей мы закодируем изображение, тем больше деталей сможем потом увидеть.\nПример фотографии с разрешением 400x600 Та же фотография с разрешением 100x150 В современных матрицах разрешение позволяет регистрировать тысячи пикселей вдоль каждой стороны, даже на телефонах. Но нужно ли это, если мониторы не способны отобразить столько точек, а для печати даже на рекламный баннер это перебор? Давайте разберёмся.\nБольшое разрешение даёт следующие преимущества.\nПри фотографировании или съёмке видео можно дать себе большее поле для ошибок. Не понравилась композиция? Поиграйся с кропом. Не смог снять объект крупным планом? Кропни. Качество не упадёт, пока не выйдешь за допустимые рамки разрешения итогового изображения. В специфических областях, например высокоточных оптических измерительных приборах, большее разрешение означает большую точность. Конечно, если разрешающая способность оптики, возможности освещения и алгоритмы позволяют её вытащить. Но оно приносит и проблемы.\nВ среднем более высокая стоимость. Много точек занимают много места на носителе, их дольше обрабатывать. Так как в маленькую ячейку попадёт меньше света за время выдержки, а шум чтения кадра усугубляется из-за большей плотности, то один маленький пиксель будет более шумным, чем один большой. Если допустимо продецимировать изображение, комбинируя несколько соседних пикселей в один, то шум можно уменьшить. Однако объединение \\(N\\) пикселей в один уменьшит шум всего в \\(\\sqrt N\\) раз. Тогда как физическое увеличение пикселя в \\(\\sqrt N \\times \\sqrt N\\) раз улучшит отношение сигнал/шум в \\(N\\) раз. Вокруг каждого пикселя есть немного пространства, которое поглощает свет хуже или совсем никак. Чем пикселей больше, тем площадь такого пространства может быть больше. Если первую проблему можно решить деньгами, вторую либо деньгами, либо программным масштабированием картинки, то последние две просто так не решить. Поэтому много пикселей — это хорошо, но до разумного предела. В конце концов, у любого объектива есть оптическая разрешающая способность. Нет смысла делать сверхвысокую детализацию на уровне сенсора, если целевая оптика не способна выдавать изображение такого качества.\nВ последнее время даже появились адепты большого пикселя, которые специально покупают камеры с низким разрешением, чтобы шума было поменьше. Иногда старые, где с электроникой было похуже, и шума там больше, но это не важно.\nПромежутки между пикселями # У каждой светочувствительной ячейки есть небольшая рамка вокруг неё. Отсюда вытекают следствия:\nне всё световое пятно, проецируемое объективом, будет эффективно использовано, часть энергии уйдёт на нагрев рамок; полученное изображение будет с пробелами между пикселями; на самих картинках этого не будет видно, потому что почти любой софт отображает пиксели как квадратики без прогалов, но в действительности между ними будут крошечные слепые зоны, которые возможно заметить только на очень тонких линиях и точках. Свет попадает не только на ячейки (синие), но и на стенки. Кроме того, есть тени на крайних пикселях Первая проблема снижает эффективность сенсора. Вторая обычно незаметна, хотя в узкоспециализированных приложениях, где требуется высокая точность, может быть уместным учитывать такой эффект. Очевидно, что чем толще рамки, тем хуже.\nМикролинзы # Чтобы улучшить ситуацию, каждый пиксель накрывают микролинзой. Они ставятся довольно плотно друг к другу и сконструированы так, чтобы направлять любой свет, попавший на их поверхность, в их светочувствительную ячейку.\nС микролинзами (фиолетовые) работает почти вся поверхность Такой подход не решает проблему полностью, так как часть света всё равно попадает не туда, а сама крошечная оптика имеет свои недостатки. Но может заметно улучшить ситуацию. То есть пучок из объектива эффективнее распределяется по пикселям, оставляя заметно меньше света вне ячеек.\nПробелы между пикселями тоже не устраняются полностью. Свет, попавший на край микролинзы, будет виньетирован, а также частично отражён, поэтому попадёт в ячейку с потерями.\nНаклон лучей на краях сенсора # Если интерпретировать объектив как пинхол с более насыщенным потоком света, то нетрудно видеть, что пропускаемый свет попадает на сенсор под прямым углом возле оптической оси. Но чем ближе к краю сенсора, тем острее угол между лучом и его плоскостью. Такая геометрия вызывает некоторые проблемы.\nПо краям кадра из-за этого могут возникнуть дополнительное виньетирование, сдвиг цветов, ухудшение резкости изображения. Причины примерно следующие.\nХотя микролинза и должна собирать весь свет в точку фокуса, в действительности она это делает откровенно плохо. Попробуйте спроектировать линзу в пару микрон в диаметре из максимально дешёвого материала (плохой показатель преломления), да так, чтобы её можно было производить сверхмассово и крепить к крошечным пикселям. У каждой ячейки сам светочувствительный элемент (фотодиод) утоплен в свой маленький колодец. По бокам те самые стенки, о которых говорили в прошлом параграфе. Сверху микролинза. Между ней и элементом ещё стопка микрофильтров. Так как лучи не могут быть направлены в фокус идеально, то часть попадает в стенки колодца, а то и на соседние пиксели (стенка не обязательно сплошная; особенно плохи дела у маленьких FSI сенсоров). Чем больше луч отклоняется от нормали, тем больше рассеяние и отражение. Микролинза и куча слоёв из разного материала в колодце хуже пропускают такой луч, потери больше. Из-за неидеальности микролинз лучи под углом могут направляться не туда, куда планировалось Чтобы бороться с указанными отрицательными эффектами, в идеале разрабатывать оптику так, чтобы она направляла все лучи вдоль оптической оси. Или, как говорят, объектив должен быть \u0026ldquo;близким к телецентричному\u0026rdquo;. Естественно, что это непросто и не всегда возможно, особенно если в целях стоят компактность и ограниченная цена прибора. Наибольшую сложность представляют широкоугольные объективы, потому как у них разброс углов падения наибольший.\nМогут применяться различные трюки на самом сенсоре, например микролинзы различной формы, на каждом пикселе своей. Фактически у каждой линзы есть небольшой диапазон углов, при падении под которыми она работает хоть немного близко к идеальной. Можно менять её форму, чтобы смещать этот диапазон, учитывая наиболее вероятные падения лучей. При этом сверхмассовость производства всё равно не гарантирует, что каждая линза будет работать хорошо, но хоть какое-то улучшение. Из минусов, что оптика объектива должна принимать во внимание такие решения.\nВ большинстве случаев пользователям камер не приходится думать об этих эффектах. Просто имейте в виду следующее.\nНа краях кадра качество обычно хуже, чем в центре. Хотя это справедливо и при идеальном сенсоре, ведь объективы обладают таким же свойством. Если использовать объектив от \u0026ldquo;чужого\u0026rdquo; байонета через адаптер, то можно нарваться на несостыковку того, на что спроектирована оптика, и того, что ожидает фотоэлектроника. Особенно это касается объективов для плёночных фотоаппаратов. На плёнке таких проблем не было, и свет параллельно оптической оси направлять было незачем. Встроенные в камеру фильтры # В рядовой цифровой фотоаппарат встраивают дополнительные фильтры. Они улучшают работу устройства и нужны практически всегда, поэтому они несъёмные. Разберём несколько основных.\nАнтильясинговый фильтр # Предназначение антильясингового фильтра довольно интересное: ухудшать качество изображения небольшим размытием. Делается это для того, чтобы убрать муар в некоторых условиях. Грубо говоря, из-за дискретизации резкие детали могут выглядеть неестественно ступенчато, часто порождая неприятные глазу психоделичные паттерны. Чтобы этого не было, оптический фильтр чуть \u0026ldquo;подмыливает\u0026rdquo; картинку ещё до дискретизации. Устанавливается он сплошной пластинкой перед сенсором.\nЕсть мнение, что в современных камерах эффект не так просто воспроизвести из-за огромных разрешений матриц, его можно устранить программно при желании, поэтому производители потихоньку отказываются от такого решения. Также есть любители удалять фильтр. Особенно кто используют фотоаппарат только для астрофотографии, где муар маловероятен, а высокой чёткости хочется. Ну и понятно, что специализированные камеры могут его не иметь, например те же астрокамеры. Его наличие — скорее забота о рядовом пользователе, который не хочет видеть некрасивую картинку на своём новом фотоаппарате.\nИнфракрасный фильтр # Ячейки чувствительны к инфракрасному спектру. Поэтому иногда устанавливают инфракрасные фильтры, чтобы лишнее излучение не портило изображение. Как и антиальясинговый, он ставится перед сенсором, единой пластинкой.\nЕсть любители съёмки в инфракрасном спектре, они удаляют этот фильтр и модифицируют камеру.\nМикрофильтры для мозаики Байера # Фильтр Байера нужен для формирования цвета. О нём поговорим в отдельной статье.\nУльтрафиолетовый фильтр? # Считается, что цифровые сенсоры плохо восприимчивы к ультрафиолету. Также инфракрасный фильтр может комбинироваться с ультрафиолетовым, чтобы подавить его ещё больше. Фильтр Байера также отсеивает, особенно красные и зелёные ячейки. Многие виды стекла, используемые в оптике, тоже его поглощают.\nКак следствие, покупать внешний ультрафиолетовый фильтр, который устанавливается на объектив, для цифровой камеры незачем. Ультрафиолет и без того эффективно удаляется. Некоторые фотографы их используют как дешёвое защитное стекло, хотя есть противники такого приёма. Если Вы являетесь его сторонником, то можно взять и защитное стекло, без напыления, эффект будет тем же.\nЕсли сомневаетесь, то приобретите ультрафиолетовый фильтр и попробуйте, сравните изображения с ним и без. Стоит он недорого.\nЕсть энтузиасты, которые, наоборот, модифицируют камеру для возможности \u0026ldquo;видеть\u0026rdquo; в ультрафиолетовом спектре. Так как зарегистрировать такие магнитные волны гораздо сложнее, чем инфракрасные, то это очень нишевый жанр.\nЗащита сенсора # Если у Вас обычная потребительская камера со сменным объективом, и она не подвергалась модификациям, то с большой вероятностью там стоит антиальясинговый фильтр и, возможно, инфракрасный. Они дают дополнительную защиту: снимая объектив, Вы не можете добраться до самих светочувствительных ячеек. Более того, перед Вами сплошная пластинка, а не набор микронных колодцев, и её можно чистить.\nОчевидно, что не стоит трогать эту конструкцию грязными руками, пачкать или царапать. Но по крайней мере не бойтесь аккуратно почистить сенсор специальной микрофибровой палочкой (продаются на том же Ali Express) с небольшим количеством спирта. Это нормальная часть обслуживания устройства, рано или поздно матрица притягивает пыль, а иногда забрызгивается маслом из внутренних механизмов прибора.\nИтоги # Матрица состоит из кучи маленьких светочувствительных ячеек, у каждой есть микролинза и фильтр, есть общие большие фильтры перед сенсором, всё это обвязано мельчайшей электроникой. Можно столкнуться с rolling shutter, но у фотоаппаратов этот эффект снижается механической шторкой. Не следует путать размер и разрешение сенсора. Они довольно слабо связаны. Чем дальше от центра, тем изображение хуже, там сенсору работать сложнее из-за наклона лучей. ","date":"17 ноября 2025","externalUrl":null,"permalink":"/ru/posts/sensors/physical-parameters/","section":"Статьи","summary":"Перед тем, как изучать свойства сенсора, нужно узнать, что он из себя представляет","title":"Физические параметры сенсора","type":"posts"},{"content":"Одной из важнейших частей любого фотоаппарата является объектив. Без понимания простых основ его работы сложно как заниматься обычной фотографией, так и разрабатывать ПО для их обработки или заниматься прочей связанной инженерией. И всё это является частью большого раздела науки, оптики.\nСначала в данном топике представлены несколько физико-математических моделей объектива, чтобы можно было говорить на одном языке. От простой к сложной. У каждой модели есть физическая реализация, некоторые можно сделать своими руками с помощью нехитрых приспособлений.\nЗачем это нужно? Во-первых, без этого сложнее представить, чем мы управляем, когда берём в руки фотоаппарат. Все параметры, которые мы встретим, имеют чёткое влияние на снимки. Во-вторых, это даёт понимание, с какими проблемами человечество сталкивается столетиями, и как решает. В-третьих, это просто интересно.\nКроме общих моделей также рассматриваются такие важные аспекты, как фокусировка, управление диафрагмой и светосила.\n","date":"14 октября 2025","externalUrl":null,"permalink":"/ru/posts/optics/","section":"Статьи","summary":"Основа устройства фотографии — оптика и абстрактные модели камеры","title":"Оптика","type":"posts"},{"content":" Перед тем, как рассматривать сложный современный объектив, начнём с гораздо более простой модели. Она имеет некоторые важные характеристики, а также даёт представление, какие проблемы человечество пыталось решить с помощью оптики.\nВозьмём коробку с непрозрачными тонкими стенами. Поместим материал (плёнку/сенсор) на одну из стенок. На обратной стенке проделаем тонкое отверстие с центром \\(O\\). Для простоты разместим его на прямой, проходящей перпендикулярно через центр \\(M\\) материала. Если отверстие имеет достаточно малый диаметр, то приближённо считаем его точкой, через которую могут проходить лучи. Как показано на рисунке ниже, внешняя сцена отображается на плёнку/сенсор повёрнутой на 180° вокруг прямой \\(OM\\).\nМодель пинхол-камеры Сам эффект получения изображения через малое отверстие называют \u0026ldquo;камера-обскура\u0026rdquo;. Камеру, построенную на его принципе, называют пинхолом (от англ. pinhole — дырка от булавки), стенопом или даже лох-камерой (от нем. loch — отверстие). Такие камеры действительно существуют, и их можно изготовить самостоятельно. Но пока рассмотрим основные характеристики модели.\nДлина фокуса пинхола # Кроме поворота, изменится и размер изображения. При фиксированных сцене и расстоянии от камеры до объектов размер образа этой сцены зависит от расстояния между отверстием и материалом: $$ L = |OM|. $$ Чтобы внести как можно больше путаницы, эту величину в модели пинхола называют \u0026ldquo;длиной фокуса\u0026rdquo;. Несмотря на то, что никакого фокуса или дефокуса у пинхола нет (всё всегда в фокусе), а у линз есть другая величина, называющаяся ровно так же. А чтобы было совсем хорошо, есть ещё третья величина, называющаяся фокусным расстоянием. Поэтому давайте договоримся называть \\(L\\) \u0026ldquo;длиной фокуса пинхола\u0026rdquo;.\nПри прочих равных увеличение \\(L\\) увеличивает образ сцены. Если мы хотим увидеть далёкий объект как будто он вблизи, то нам нужно выбирать большую \\(L\\), и мы получим телеобъектив. Если нам нужно уместить как можно большую часть сцены в кадре, то следует уменьшать \\(L\\), и мы получим широкоугольный объектив. Однако всему своё место, и под каждую задачу могут лучше или хуже подходить разные длины фокуса пинхола.\nОтносительный размер # Допустим, нас интересует не абсолютный размер образа сцены, полученного на стенке камеры-обскуры, а то, какую часть кадра он занял. При фиксированной сцене относительно камеры это зависит от:\nдлины фокуса пинхола \\(L\\); размера материала \\(d\\). Проиллюстрируем на примерах: Изменение части сцены, попавшей в кадр, при изменении параметров На рисунке A наблюдаем сцену с длинным фокусом пинхола, изображение получается больше, чем в действительности. Лишь часть сцены попадает на материал. На рисунке B уменьшили \\(L\\), из-за чего образ сцены уменьшился и почти полностью уместился в кадре. На рисунке C уменьшили размер материала так, чтобы отношение \\(L / d\\) осталось как на рисунке A. В результате абсолютный размер образа остался маленьким, как на B, но в кадр попала та же часть сцены, что на A. То есть \\(L\\) регулирует абсолютный размер изображения камеры-обскуры, а \\(d\\) влияет на то, какая его часть попадёт в кадр.\nЧтобы обозначить, насколько много или мало сцены умещается в кадр, и при этом не привязываться к \\(d\\), иногда говорят об угловом поле объектива \\(\\omega\\). По-английски оно называется angle of view, дословно \u0026ldquo;угол зрения\u0026rdquo;, часто обозначается аббревиатурой AoV. Это буквально угол между лучом, пущенным через отверстие в край кадра, и осью \\(OM\\).\nУгловое поле Из школьной геометрии видим, что его можно найти по формуле $$ \\tg \\omega = \\frac{d/2}{L}. $$\nОбратите внимание, что чаще всего используются плёнки и сенсоры прямоугольной формы. В этом случае угловое поле разное вдоль длины и ширины, и его обозначают двумя числами.\nКакие бывают размеры материала # Как правило размер материала зависит от камеры, которую Вы используете. Например большинство плёночных фотоаппаратов совместимы с плёнкой типа 135 (в разговорной речи 35 мм, полный кадр, full frame), это прямоугольник 24x36 мм. У обычных цифровых камер это может быть сенсор более-менее любого размера, хотя как правило это прямоугольники с размерами не больше тех же 24x36 мм. В компактных камерах и телефонах обычно используются очень небольшие сенсоры, так как они позволяют значительно уменьшить оптику.\nПлёнка типа 135 появилась почти сто лет назад и до сих пор является неким стандартом в мире плёнок и сенсоров. Материалы меньших размеров называют кропами (от англ. crop — обрезка). Для них часто говорят о таком параметре, как кроп-фактор — это во сколько раз размеры меньше, чем у полного кадра. При этом есть класс сенсоров APS-C, которые сохраняют соотношение сторон 2:3, и у них фактор легко определяется как отношение 36 мм к длине. Есть и форматы с другим соотношением сторон, например довольно популярный Micro 4/3. По определению кроп-фактор должен вычисляться как отношение диагоналей, но для Micro 4/3 его обычно указывают как 2, его длина вдвое меньше длины полного кадра.\nНесмотря на разделение форматов как \u0026ldquo;великий full frame\u0026rdquo; и \u0026ldquo;жалкие кропы\u0026rdquo;, у каждого есть свои достоинства и недостатки. Главным образом, чем больше материал, тем больше света на него попадает (из соображения \u0026ldquo;больше площадь — больше попало\u0026rdquo;, оно верно при схожей оптике), соответственно меньше шума, но требуется гораздо более громоздкая, тяжёлая и зачастую дорогая оптика. Размер сенсора также очень нелинейно влияет на его стоимость, например увеличение устройства в два раза может сделать его во много раз более дорогим. Есть форматы большие, чем full frame, но среди фотолюбителей они не очень распространены.\nЭквивалентное фокусное расстояние # Для камер с кропом часто упоминают \u0026ldquo;эквивалентную длину фокуса\u0026rdquo;. Это длина фокуса, которая давала бы такое же поле зрения при полнокадровом сенсоре.\nНапример сенсоры APS-C от Canon в 1.6 раз меньше полного кадра. При \\(L = 35 \\text{~мм}\\) мы получим угловое поле такое же, какое было бы у full frame при \\(L = 35 * 1.6 = 56 \\text{~мм}\\). Значит эквивалентная длина фокуса будет 56 мм, при этом \u0026ldquo;настоящая\u0026rdquo; по-прежнему 35 мм. Грубо говоря, для получения эквивалента нужно умножить длину фокуса на кроп-фактор, и наоборот.\nЦель указания этой величины — чтобы дать представление фотографам, как будут выглядеть их снимки с предлагаемым объективом, если они хорошо понимают, как они выглядят с другим кропом. Потому что указание углового поля \\(\\omega\\) не прижилось у широкой массы фотографов. Разве что у астрофотографов, которым приходится иметь дело с зоопарком камер, телескопов и других устройств.\nНужно быть немного осторожным с этой величиной, объективы не будут полностью эквивалентными. Например глубина резкости (расскажем о ней в других статьях) определяется оригинальной длиной фокуса.\nПинхол-камера своими руками # Как мы видим, устройство пинхол-камеры довольно простое. Её можно сделать из подручных средств, она предельно дешёвая. Можно легко найти разные рецепты для её изготовления, от алюминиевых банок и коробков спичек до картонного макета классической камеры с объективом. Мы не будем подробно описывать процесс, лишь скажем несколько слов.\nДа, достаточно коробки с дыркой и материала, фиксирующего свет. В качестве этого материала можно использовать и цифровой сенсор, например вставив самодельный пинхол-объектив в зеркальную камеру; однако такой метод не рекомендуется, потому как слишком легко повредить дорогой сенсор или хотя бы засыпать его пылью. Лучше использовать плёнку или фото-бумагу, хотя это потребует небольшого умения обращения с негативами и проявки. Кроме того, с фото-бумагой можно отступить от классической модели и сделать, например, цилиндрическую форму материала, тем самым изменив геометрию образа сцены.\nДа, Вы можете сделать почти любую длину фокуса пинхола, нужна лишь коробка нужной длины. Угловое поле можно прикинуть по формуле.\nВ целом, сделать пинхол своими руками — достаточно увлекательное занятие, которое поможет за недорого прикоснуться к старине. А при некоторой креативности получить интересные снимки.\nНедостатки пинхол-камеры # На этой ноте у читателя может возникнуть мысль, что вот оно счастье. Толстый капиталист из коммунистических плакатов повержен, ведь вместо дорогого тяжёлого объектива с кучей стекла достаточно картонной коробки с дыркой. Можно сделать пятиметровый телескоп и снимать далёкие планеты прямо из дома. В отпуск на море достаточно взять спичечный коробок и моток плёнки, по приезду его проявить.\nНо, как Вы понимаете, схема имеет существенные недостатки, которые не позволяют её использовать в повседневных условиях.\nНизкая светосила # Грубо говоря, светосила — это сколько света объектив пропускает в единицу времени. Главным образом она зависит от диаметра входного отверстия \\(D\\) и от длины фокуса пинхола \\(L\\). Причём от каждого параметра она зависит квадратично: увеличение \\(D\\) в \\(n\\) раз увеличит \u0026ldquo;подачу света\u0026rdquo; в \\(n^2\\) раз; увеличение \\(L\\) в \\(m\\) раз уменьшит поток в \\(m^2\\) раз.\nТак как мы выбираем очень малое отверстие, то поток света в камере очень слабый. На практике это вырождается в минуты экспозиции (времени с открытым затвором) в яркий солнечный день. Десятки минут или часы при среднем освещении. В помещениях уйдут часы. Есть также интересный жанр соларография, в котором на непрерывной выдержке движение солнца наблюдается в течение нескольких месяцев или года. Если сделать телеобъектив, то ситуация становится ещё хуже.\nЕсли же мы пытаемся увеличить диаметр отверстия, то перестаёт работать лучевая геометрия, на которой построена модель. В одну и ту же точку на материале попадают лучи из разных точек сцены, из-за чего изображение размывается. Чем шире отверстие, тем хуже размытие, вплоть до полностью равномерного пятна света.\nДифракция # Допустим, на столь длинной выдержке сложно сделать портрет и уж точно невозможно сфотографировать любимого кота. Но как насчёт статических сцен, например ландшафтов? Ведь можно взять штатив и лёгкую бумажную камеру в горы, чтобы не таскать тяжёлое оборудование?\nК сожалению, картинка на пинхол не будет чёткой даже при идеальных условиях. Из-за размера отверстия становится заметным явление дифракции: значительная часть света проходит вблизи границ дырки, и их огибание создаёт нечёткое изображение.\nВ итоге размер отверстия приходится подбирать как компромисс. Слишком широкое размоет проекцию из-за несоблюдения модели. Слишком мелкое размоет из-за дифракции. При этом не забываем, что диаметр квадратичным образом влияет на светосилу. Следовательно, нужно выбирать наибольшую дырку, обеспечивающую приемлемое качество изображения.\nИтоги # В пинхол-камере повёрнутое на 180° изображение проецируется на фоточувствительный материал. Важнейшими параметрами являются длина фокуса пинхола \\(L\\), размеры материала \\(d\\), а также диаметр отверстия \\(D\\). \\(L\\) и \\(d\\) регулируют угловое поле объектива, то есть насколько узкая часть сцены попадёт в кадр. \\(L\\) и \\(D\\) влияют на светосилу, то есть сколько света будет попадать на материал в единицу времени. Несмотря на простоту и дешевизну, область применения пинхола достаточно узкая. ","date":"6 октября 2025","externalUrl":null,"permalink":"/ru/posts/optics/pinhole/","section":"Статьи","summary":"Самый простой вид объективов и его модель дают базовое представление о работе оптики","title":"Пинхол-камера","type":"posts"},{"content":" Disclaimer: в этой статье будет много нелестного про фотоаппарат Canon M50 mark II. Не поймите меня неправильно, это хорошая камера с рядом плюсов, за небольшую цену, к тому же я не вхожу в её заявленную целевую аудиторию. Более того, у автора нет обильного опыта работы с другими устройствами, не с чем сравнить. Но \u0026ldquo;из коробки\u0026rdquo; для съёмки длинной серии у неё нет ничего. А \u0026ldquo;костыли\u0026rdquo; доводят до полёта инженерной мысли, оставляя при этом кучу проблем.\nЗато благодаря этому в статье описано много способов получить желаемое, от \u0026ldquo;нормальных\u0026rdquo; до самых \u0026ldquo;упоротых\u0026rdquo;.\nВведение # Бывают сценарии, когда вместо одного снимка нужно сделать длинную серию. Типовые области применения — захват многих снимков для последующего стэкинга и уменьшения шума, например в астрофотографии, и таймлапсы при сложном освещении, например ночные. В целом это дело несложное, однако есть некоторые неочевидные аспекты. Кроме того, не все камеры могут с лёгкостью поддержать такой сценарий.\nУсловно разделим серии на две группы.\nПоследовательность, когда нужно просто собрать как можно больше кадров с одинаковыми настройками, и время между ними не имеет большого значения. Интервальная съёмка, когда выдержка каждого кадра начинается строго через установленный интервал после начала выдержки предыдущего. Первый случай используется для стэкинга, где нашей целью является получить как можно больше снимков за сессию. А также для таймлапсов, где небольшие флуктуации по времени не страшны, и при этом хочется максимально заполнить интервал между кадрами.\nВторой случай используется для таймлапсов, у которых нужно чётко контролировать интервал. Например смена дня и ночи, где за сессию выдержка может меняться в несколько раз, но требуется сохранить скорость съёмки.\nЕсли планируется съёмка с интервалом в доли секунды, то лучше снимать видео. Или хотя бы использовать режим без затвора, если такой предусмотрен. Иначе будет излишний износ механической шторки фотоаппарата и, возможно, диафрагмы объектива. Быстрая съёмка последовательности # Зачем мы рассматриваем \u0026ldquo;последовательность\u0026rdquo; отдельно? Ведь можно оценить интервал между кадрами и считать его частным случаем интервальной съёмки.\nТак делать можно, но тут есть проблема: интервал немного \u0026ldquo;плавает\u0026rdquo;. После закрытия затвора происходит считывание с сенсора, обработка результата, формирование и запись файлов, другие \u0026ldquo;накладные расходы\u0026rdquo;. Как ни странно, этот процесс может занимать разное время. Например на моём ненаглядном Canon M50 mark II он зависит от выдержки, и каждые несколько кадров может занимать на секунду больше времени, чем после остальных.\nВ результате приходится:\nперед запуском съёмки оценивать этот интервал эмпирически; делать небольшой запас, чтобы триггер (спуск затвора) не попал на обработку и не привёл к пропущенному кадру. Первые два триггера попали на период ожидания, поэтому успешно сработали. Но из-за флуктуации паузы третий триггер сработал в момент, когда камера не была готова его обработать. В результате интервал пропущен. При стэкинге пропущенный кадр — это просто потерянное время. При таймлапсе это может стать некрасивым \u0026ldquo;разрывом\u0026rdquo; посреди ленты, да ещё возникающим регулярно. Поэтому запас нужен.\nЗапас, в свою очередь, означает, что будет потеряно чуть больше времени, чем в идеале. Если выдержка составляет десятки секунд или минуты, а запас — секунду или две, то это не страшно, в процентном отношении потери не велики. Если же выдержка короткая, то он начинает составлять ощутимую долю всего времени.\nИногда это не страшно. Но если Вы когда-нибудь пробовали приехать на велосипеде весенней ночью на край леса, чтобы при небольшом минусе на штативе снимать Млечный путь, попутно отпугивая диких зверей свистом и щелчками, и регулярно проверяя росу на объективе и иней на одежде, то Вам эти 10–20% от проведённого времени покажутся золотом. Либо когда хотите снять как можно больше кадров ограниченного по времени события, например восхода солнца.\nТак вот, для сценария последовательности есть интересный трюк. Сам я его видел в одном из видео Нико Карвера. В настройках ставится режим непрерывной съёмки. Он заключается в том, что камера делает снимки, пока нажата кнопка съёмки; в отличие от обычного режима, где делается один снимок, затем ожидается повторное нажатие. Он может по-разному называться у разных производителей, например у Canon это Continuous Drive Mode. Также у многих фотоаппаратов есть быстрая (несколько кадров копятся в оперативной памяти, потом обрабатываются и сбрасываются на карту, благодаря чему можно сделать небольшую очередь очень быстро) и медленная (сняли, записали, сняли, записали, \u0026hellip;) непрерывная съёмка, нас интересует медленная. Дальше остаётся \u0026ldquo;зажать\u0026rdquo; триггер кнопки, остальное фотоаппарат сделает сам. Способы \u0026ldquo;зажатия\u0026rdquo; обсудим позже.\nТакой трюк обеспечивает максимально возможную скорость съёмки длинной последовательности. При этом интервал остаётся нестабильным, так как процесс обработки и записи файла не изменился. И сама эта пауза никуда не девается, от неё ничем не избавиться.\nУ метода есть большой недостаток: приходится довольствоваться тем выбором настроек, который предоставляет фотоаппарат. У многих выдержка заканчивается на 30 секундах, дальше идёт bulb mode, с которым такой простой подход, естественно, не сработает. Но это не так больно: как говорилось выше, запас паузы уже составляет не столь большую долю от полезного интервала. К тому же, может быть полезным лишние пару секунд \u0026ldquo;проветрить\u0026rdquo; сенсор после длинной выдержки, чтобы уменьшить нагрев.\nЕщё одна тонкость: некоторые камеры меняют режим работы с сенсором. Например Canon M50 mark II переводит АЦП в быстрый 12-битный режим вместо обычного 14-битного, о чём даже не поленились написать в инструкции. Из-за этого будет вчетверо больший шум дискретизации. Зачем быстрый режим в медленной непрерывной съёмке — лично для меня загадка, но сделать с этим уже ничего нельзя.\nИнтервальная съёмка # Тут всё проще: ставим интервал между кадрами, следим, чтобы выдержка была меньше его. Как описывалось в предыдущем параграфе, приходится обеспечивать безопасную паузу между закрытием затвора и его открытием для следующего кадра. Иначе будут пропуски.\nКстати, устройство, которое само отмеряет интервал и спускает затвор, называют интервалометром.\nЕщё ускорения # Чтобы уменьшить время обработки и записи файла, следует отключить как можно больше этих самых обработок и записей. Если Вы знаете, что будете править изображения из Raw-файлов, то нужно отключить запись JPEG. Также лучше убрать всевозможные шумоподавления, улучшения, анализы картинок, ведь их потом можно будет применить дома на мощном компьютере.\nУ фотоаппаратов Canon есть хорошая вещь, названная Long Exposure Noise Reduction (подавление шума при длинной экспозиции). У других производителей бывают такие же технологии под другими именами. Заключается она в том, что сразу после снимка затвор закрывается, делается кадр с теми же настройками в полной темноте. Он называется dark frame и полезен для нивелирования эффектов от dark current. Но, как Вы понимаете, совершено не обязательно удваивать время съёмки для этого, и эту опцию лучше отключить на время серии. Если Вы понимаете, как и зачем его использовать, а параметры между кадрами не меняются, то лучше снять dark frames отдельно после сессии. Если не понимаете, то не парьтесь, обычно это не так важно.\nСредства в камере # В некоторых камерах реализован программный интервалометр и/или съёмка нескольких кадров подряд. Если в Вашей камере это есть, то Вам несказанно повезло! Настраиваем интервал, количество и поехали. Никакого дополнительного оборудования и дополнительных проблем. Даже не исключена обратная связь, когда невозможность сделать кадр либо детектируется и запрещается заранее, либо ведёт к его переносу. К сожалению, реализован такой функционал далеко не у всех.\nЧто есть у Canon M50 mark II? Для последовательности есть Drive Mode Self-timer: Continuous. Нажимаем на кнопку, отсчитывается 10 секунд, делается установленное число снимков. Только установить можно не более 10. Можно после каждой \u0026ldquo;очереди\u0026rdquo; нажимать ещё раз, однако из-за ожидания в 10 секунд это довольно непродуктивное занятие. Что касается интервальной съёмки, то её нет. Есть возможность снимать таймлапсы, но только на видео с уменьшенным разрешением. При этом почему-то выдержку можно ставить как при обычной съёмке, не дольше 1/8 секунды. И длительность съёмки — до 29 минут реального времени. Это уже неплохо, но не всегда достаточно.\nИнтервалометр # Многие любительские и профессиональные фотоаппараты имеют разъём для подключения внешнего интервалометра. Суть разъёма нехитрая: поданный на него ток замыкает цепь, имитируя нажатие на кнопку, плюс он имеет защиту от статического заряда и других неприятностей. При этом он может быть разный для разных камер и тем более производителей. Перед покупкой интервалометра нужно убедиться в его совместимости с Вашей моделью.\nИнтервалометр — несложное устройство. Задаёте настройки, например интервал и количество кадров, запускаете. Он подаёт ток через заданный интервал, останавливается после заданного количества. При этом, скорее всего, у него не будет обратной связи с камерой. Если триггер попал на момент занятого устройства, то кадр будет просто пропущен.\nМногие имеют дополнительные опции, например bulb mode. Ставите требуемую выдержку, и он будет держать ток в течение этого времени. Как будто кнопка была нажата весь этот период. В комбинации с bulb на камере это даёт возможность ставить выдержку больше, чем есть в настройках самого аппарата (обычно максимум 30 секунд).\nТакже могут быть беспроводные устройства, которые вместо замыкания цепи посылают сигнал по инфракрасному порту, например.\nУ моей камеры, как можно догадаться, ничего из этого нет. Можно купить пульт дистанционного управления по Bluetooth, но на нём лишь кнопка спуска затвора и управление не то фокусом, не то ещё чем.\nПоследовательность с интервалометром # Если у интервалометра есть режим hold, то можно использовать тот самый трюк, подсмотренный у Ника Карвера в одном из видео. Просто ставите непрерывный режим на фотоаппарате и просите устройство подавать сигнал без пауз. Это имитирует \u0026ldquo;зажатую\u0026rdquo; кнопку, и камера снимает с максимально возможной скоростью.\nЕщё раз оговорим, что в непрерывном режиме сенсор может работать по-другому, например перевести АЦП в пониженную разрядность.\nПриложения # Многие производители фотоаппаратов делают приложения на компьютер или смартфон для управления. В них гораздо проще реализовать узкоспецифичную функциональность, чем в прошивке и на мощностях самого устройства, поэтому интервалометр там найдётся с большей вероятностью.\nСвязь с устройством может выполняться по USB, Wi-Fi, Bluetooth или другими способами. Обратите внимание, что они потребляют очень разное количество энергии, что сказывается на времени работы от батареи. Наверное, лучший вариант — управление через Bluetooth Low Energy (BLE), его потребление совсем низкое по сравнению с работой камеры.\nИспользовать компьютер, очевидно, не всегда удобно. При ночных поездках на велосипеде совсем не хочется тащить с собой старый ноутбук, располагать его в поле, защищать от росы и переставлять вместе со штативом. С телефоном дело обстоит лучше, он почти всегда с собой. Но малый радиус действия и невысокая надёжность беспроводной связи тоже наносит свой отпечаток. Неоднократно бывало, что связь обрывалась, и съёмка останавливалась. Особенно обидно это при таймлапсах, в которых важна непрерывность. У меня однажды оборвалось соединение после двадцати минут съёмки, в результате вместо одного видео на час получились кусок на 20 минут и кусок на 40, что после ускорения превратилось в секунды, и стыковка фрагментов была невозможна.\nЧасто протоколы общения с камерой закрыты, тогда приходится довольствоваться теми программами, которые предоставляет производитель. В целом они должны быть неплохими, но, например, у того же Canon пользователи настолько довольны отсутствием некоторых фич, что занимаются реверс-инжинирингом протоколов и делают свои приложения. К счастью, не видно новостей об уголовном преследовании народных умельцев, и на том спасибо.\nЧто же есть для Canon M50 mark II? Для компьютера есть Canon EOS Utility. У неё неплохой функционал, даже есть интервалометр (ура, хоть где-то). Программа есть только для Windows и MacOS, а сайт для скачивания заблокирован в/для России. Для телефона есть приложение Camera Connect. У него много полезных и интересных фич, но интервальная съёмка в них не входит (в последний раз проверялось в первой половине 2025 года). Даже можно зажать удалённый спуск затвора, и он ведёт себя точно так же, как физическая кнопка, и до съёмки последовательности уже рукой подать\u0026hellip; но только пока держишь его рукой. Коме того, компания пошла в сторону никому не нужных аккаунтов, без которых приложение отказывается работать. Поэтому с недавних пор можно приехать в свой единственный за лето безоблачный выходной ночью в глухое поле, развернуть оборудование, открыть это чудо и увидеть, что оно давно не логинилось и не заработает, пока не найдёшь ему незаблокированный Интернет. Просто потому. Ну а чего нет-то. В общем, не стоит на него полагаться.\nЧто делать, если для фотоаппарата не предусмотрено средств серийной съёмки # Не все камеры имеют вышеуказанные средства, либо не во всех случаях их удобно использовать. Что делать в этом случае? Выход есть всегда.\nАльтернативные программы # Если камера умеет общаться с внешними устройствами, но официальных приложений нет, либо они чем-то не устраивают, то могут быть альтернативные, от сторонних производителей.\nНапример многие фотоаппараты Canon имеют блок управления через Bluetooth Low Energy. Он используется в официальных приложениях и пульте дистанционного управления, но протокол общения с устройством закрыт. Многие занимались его реверс-инжинирингом, до готового продукта, кажется, дошёл только Intervalometer for Canon, авторы которого за это берут деньги. К счастью это разовая покупка. Можно встретить и другие попытки, увенчавшиеся успехом, но не дошедшие до конечного продукта, их можно бесплатно изучать и компилировать, пробовать запустить. Например с этим проектом можно сделать интервалометр на M5StickC-Plus, а здесь реализован только удалённый спуск, но на более доступном \u0026ldquo;голом\u0026rdquo; ESP32.\nУ меня есть опыт использования Intervalometer for Canon. Из положительных эмоций, что оно есть и в целом работает. С его помощью снято много и астрофотографий, и таймлапсов. Из минусов, что оно глючное, и за неимением конкуренции разработчики вряд ли заинтересованы в починке. \u0026ldquo;Зажим\u0026rdquo; кнопки на неопределённое время не реализован, только интервалы. Время для bulb ставится через раз. Обратного отклика нет, что на самом деле не новость для интервалометров, нужно просто научиться ставить интервалы с запасом. Переподключения не реализованы, отошёл с телефоном посидеть на лавку — завалил фотосессию. Тем не менее, покупка приложения полностью окупилась.\nАльтернативные прошивки # Есть умельцы, которые мастерят целые прошивки для камер. Однако это всегда риск \u0026ldquo;закирпичить\u0026rdquo; устройство, внимательно читайте инструкции перед тем, как что-то пробовать.\nНаверное, самый известный такой проект — Magic Lantern для Canon. Его не совсем корректно называть прошивкой, так как им не нужно изменять внутреннюю память устройства. Грубо говоря, кладёте файл на SD-карту, и он загружается в память. Выключаете камеру, удаляете файл, и можно работать с заводским ПО.\nЗабавно, что в ней сторонние люди бесплатно реализовали кучу всего: и интервалометр, и ETTR, и удобные способы отображения клиппинга, и ещё не весть чего. Так что если Ваш фотоаппарат поддерживается, то непременно попробуйте.\nОднако проект выглядит скорее мёртвым, чем живым. Новые камеры не добавляются. Даже старый Canon M50 не имеет полноценной поддержки.\nМеханическое нажатие кнопки # Когда дела совсем плохи, хочется уже сделать механического робота, который просто будет нажимать и отпускать кнопку на фотоаппарате. В этой задаче возникает много сложностей: обеспечить автономное питание, ресурс механики, рассчитать силу нажатия, чтобы не сломать кнопку и т.д.\nНо для последовательности есть гораздо более дубовый способ: наш уже любимый трюк! Ставим непрерывный режим съёмки, зажимаем кнопку, дальше оно само.\nОсталось придумать, как зажать кнопку. В сети встречаются такие предложения.\nЗатягивающаяся резинка поверх кнопки. Сам о таком думал, но как это сделать удобно — не придумал. Хочется, чтобы затяжка была простой и при этом не ограничивала доступ к элементам управления. Кто-то спроектировал именно для M50 и его друзей вот такую штуку для печати на 3D-принтере. В башмак вставляется вынос, в выносе торчит болт. Затягиваем болт, он давит на кнопку, voila. Честно, не пробовал, так как издалека показалось неудобным. Большая штука сверху, снова затяжка, снова ограниченный доступ к органам управления. Но обладатели достаточно хорошего 3D-принтера для печати крупной резьбы могут попробовать, может быть понравится. Если предыдущие варианты не подошли, то придётся изобретать. Хочется иметь что-то небольшое, с удобным управлением, при этом надёжно нажимающее кнопку.\nКак нажимали кнопку в стародавние времена? У плёночных фотоаппаратов за неимением таймера или неудобством его таскания с собой использовался тросик для спуска затвора (shutter release cable). Он был нужен для минимизации тряски на штативе или чтобы снимать себя любимого. Они были столь популярны и просты, что в каждой уважающей себя камере конца XX века на кнопке была резьба под него. Кончик накручивался на резьбу, и готово. Сама резьба у большинства стандартная, сделанная по ISO 6053:1979. Такие тросики до сих пор в большом количестве выпускаются для любителей плёнки и не только, можно за недорого заказать на AliExpress. Так как нам интересно зажимать кнопку надолго, то перед заказом убедитесь, что у него есть режим блокировки, когда он не разжимается до снятия упора с пружины.\nТак вот, есть старый проверенный метод, но осталась одна проблема. У цифровых фотоаппаратов необходимость в таком аксессуаре отпала, и резьбу на кнопке уже никто не делает. Значит нужно придумать, как приставить к ней тросик.\nУ меня удачно получилась первая же попытка это сделать с помощью оконного уголка. Обычная Г-образная стальная планка из строительного магазина. На одном плече сверлим дырку под штативный винт так, чтобы второе плечо оказалось в одной плоскости с кнопкой. Фиксируем штативным винтом. С помощью пассатижей загибаем второе плечо, чтобы кончик оказался на расстоянии в сантиметр–полтора от кнопки. У меня размеры настолько хорошо подошли, что имеющаяся в уголке дырке подходила для вставки в неё тросика. Осталось закрепить в ней тросик.\nНеприятность кроется в том, что по указанному ISO резьба коническая. За скромные 43 швейцарских франка можно купить стандарт, посмотреть на размеры и нарезать коническую гайку на каком-то станке. Но можно просто вклеить на эпоксидный клей. Главное — не залепить рабочую часть, где \u0026ldquo;палец\u0026rdquo; тросика ходит через наконечник, поэтому перед клейкой эта часть заматывается скотчем.\nИ всё. Крепится изготовленная рамка ко дну камеры штативным винтом. Может потребоваться винт на пару миллиметров подлиннее, так как пластина добавляет толщину. Можно эту же конструкцию использовать и для обычной съёмки, чтобы уменьшить тряску при нажатии на кнопку без таймера.\nОбщий вид рамки для зажатия кнопки затвора Для съёмки последовательности это лучшее решение, каким приходилось пользоваться. Не требует электроники, батареек, прочная конструкция (хотя в багаже самолёта что угодно могут погнуть), лёгкая, простое изготовление. Метод универсален для почти любого фотоаппарата, нужно лишь правильно выгнуть железку и приклеить тросик. Органы управления доступны, разве что передняя часть немного закрыта, и колёсико вокруг кнопки приходится крутить сбоку.\nНедостатки те же, что и всегда для этого трюка: интервальная съёмка недоступна, выдержка не больше максимума камеры, потенциально особый режим сенсора. Кроме того, плечо, которе крепится ко дну камеры, у моего фотоаппарата закрывает батарейный отсек, поэтому питать от розетки без дополнительного сверления не получится.\nУправление через USB # Многие камеры управляются через USB с помощью протокола PTP или его продолжения, MTP. Это стандартные форматы общения, они позволяют устанавливать настройки, начинать и останавливать съёмку, делать предпросмотр, скачивать результаты.\nЕсть инструменты для работы с ним, например при подключении фотоаппарата к компьютеру он наверняка порекомендует скачать файлы с него или использовать как web-камеру. Многие программы для фотографов предлагают съёмку прямо через их интерфейс с помощью этого протокола, такая функция называется tithering. Есть отличный open-source инструмент для ручного управления под Linux, gphoto2. С его помощью интервалометр можно сделать одной строкой в терминале, например\ngphoto2 --capture-image --interval=10 Чтобы не носить тяжёлый ноутбук со всеми моими личными данными, я даже наладил старый Orange Pi Zero, чтобы его можно было использовать как интервалометр с помощью gphoto2. Его можно питать от хорошего power bank\u0026rsquo;а, и вместе это уже не такая тяжёлая ноша. Можно всё это повесить прямо на штатив для лучшей портативности.\nИ всё бы хорошо, если бы оно хорошо работало. На практике же у каждой камеры свои заморочки, неполная поддержка протокола, ошибки в работе. Например за месяц работы с Canon M50 mark II обнаружено следующее.\nНельзя просто сделать снимок. Его нужно обязательно скачать, иначе он останется висеть в оперативной памяти фотоаппарата. Вместо --capture-image нужно использовать --capture-image-and-download и обеспечить на компьютере много свободного места. Стандартный bulb не поддержан. Вместо этого нужно вызвать кастомную команду нажатия на кнопку, подождать требуемое время, потом послать команду отпускания кнопки. Разработчик gphoto2 приводит пример, как это сделать, и это не прям сложно, но такие нюансы очень неудобны. Самое главное: если в какой-то момент что-то пошло не так, то с большой вероятностью камера зависнет, пока не выключишь её и не выдернешь USB. Даже простое завершение gphoto2 по Ctrl+C легко приводит к такому поведению. Несколько раз камера настолько глубоко \u0026ldquo;уходила в себя\u0026rdquo;, что приходилось вытаскивать из неё батарею. В итоге удалось сделать несколько многочасовых фотосессий. Но это должно быть сделано в ключе \u0026ldquo;выключили камеру, вытащили USB, всё настроили, после этого втыкаем USB и запускаем gphoto2\u0026rdquo;. Если перед этим была какая-то коммуникация между устройствами, то лучше не рисковать: могут несколько снимков пройти нормально, потом повиснет.\nСкорее всего это проблема модели, семейства или производителя. Не исключено, что у каких-то камер всё то же самое заработает нормально, поэтому всегда можно попробовать. Но конкретно для моего фотоаппарата метод следует использовать только как крайняя мера. Если есть возможность сидеть рядом с камерой, то тот же Intervalometer for Canon оказался удобнее.\nИтоги # Серийная съёмка в целом несложная, но в ней есть нюансы. Съёмку последовательности можно ускорить с помощью зажатия кнопки затвора, виртуально или механически. Это может привести к ограничениям и снижению качества, поэтому пригодно не всегда. У ряда фотоаппаратов в том или ином виде есть поддержка серийной съёмки. Это делается внутри камеры, с помощью сигналов внешнего интервалометра или программой. Если производитель не обеспечил никаких средств серийной съёмки, то есть способы добиться своего. Как правило не идеальные, но лучше, чем никак. ","date":"21 января 2026","externalUrl":null,"permalink":"/ru/posts/techniques/serial-capture/","section":"Статьи","summary":"Способы сделать длинную серию снимков","title":"Инструменты серийной съёмки","type":"posts"},{"content":" В предыдущей статье мы выясняли, как камера получает изображение, спроецированное на сенсор. Если коротко, то у каждого пикселя есть светочувствительный элемент, который улавливает свет, преобразует в электричество, копит его. После окончания съёмки заряд из ячейки усиливается и преобразуется в цифровое значение. Возможности этого процесса не безграничны, и следует знать некоторые особенности.\nДля фотографов большая часть информации в этой статье не понадобится, но всегда же интересно знать, как оно работает. Кроме того, в жанрах, связанных с очень малым количеством захваченного света (астрофото, спортивная съёмка, съёмка дикой природы) может быть важно понимать, что приносит шум и лишние эффекты. Если Вам интересно, как эту информацию использовать, но Вы не хотите углубляться в работу разработчиков матриц, то смело переходите к итогам.\nОграничения оцифровки # Начнём немного с конца, с оцифровки сигнала. Потому что её проще понять, и она довольна общая для оцифровки любого сигнала, здесь мало фотографической специфики.\nНакопленный электрический заряд оцифровывается с помощью аналогово-цифрового преобразователя (АЦП). Он получает ток на входе и выдаёт двоичное число на выходе. Чем выше напряжение, тем больше число. Единицы этой величины называются analog-to-digit unit (единица из аналога в цифру), обозначаются ADU.\nРазрядность этого числа ограничена, в современных сенсорах чаще всего используются 12 или 14 бит.\nОднородность АЦП # В общем случае, АЦП может выдавать значения, зависящие от входного напряжения любым строго монотонным образом. Чаще всего желательна однородная зависимость, то есть зависимость вида \\(D_{out} = \\alpha V_{in}\\), \\(D_{out}\\) — цифровое значение, \\(V_{in}\\) — аналоговое напряжение, \\(\\alpha \u0026gt; 0\\) — некоторая константа. Иначе работать со значениями будет сложнее и менее эффективно, хотя всегда можно подобрать линеаризацию.\nБольшинство современных сенсоров выдают числа с линейным откликом. Он однородный после компенсации уровня чёрного (поговорим о нём позже).\nРядовой пользователь фотоаппарата вообще не знает о существовании такой зависимости, информация в этом параграфе интересна только инженерам, работающим с сенсором напрямую.\nДискретизация # Ограниченная разрядность АЦП даёт шум дискретизации, он же шум квантования. Если мы плавно увеличиваем напряжение на его входе, выходные значения будут увеличиваться ступеньками.\nДикретизация превращает плавное увеличение входа в ступенчатый выход Насколько это страшно? В большинстве случаев ни насколько. 12-битный сенсор даёт \\(2^{12} = 4096\\) возможных значений одного пикселя. После преобразования в RGB и того больше, но с помощью трюков. Это очень много вариаций, глазу они совершенно незаметны. Более того, большинство экранов до сих пор работают в sRGB, где пиксель кодируется тремя каналами по 8 бит, и человек переходы между уровнями всё равно не видит.\nОднако это справедливо только если все разряды заняты. Если Вы чрезмерно недоэкспонируете кадр, то есть соберёте слишком мало света, то вся информация останется в младших нескольких битах. При попытке \u0026ldquo;вытянуть\u0026rdquo; до различимой яркости в теории Вы столкнётесь с постеризацией, она же изогелия, которая ощутимо уберёт детали из снимка и будет выглядеть совершенно ненатурально.\nОднако на практике младшие разряды шумные, дают эффект дизеринга, и постеризация глазу незаметна. Просто к аналоговым шумам ещё будет примешан цифровой, снижая качество ещё больше. К тому же Вы наверняка будете уменьшать разрешение изображения, и сложение соседних пикселей даст больше вариаций, искусственно повышая разрядность.\nНормально экспонированный сырой кадр. Вся обработка, кроме демозаики, убрана То же изображение с искусственно пониженной разрядностью до 4 бит, чтобы представлять эффект постеризации Та же сцена, но с настоящей крайне низкой экспозицией. Из обработки только демозаика и растягивание яркости. Изображение не выглядит плохо детализированным, потому что шум сенсора сыграл роль дизеринга Если говорить коротко, то из-за дискретизации Вы хотите уместить всё важное в большом количестве разрядов.\nПересвет # АЦП имеет фиксированный набор уровней. Если мы накопили больше света, чем может уместиться в максимальный такой уровень, то АЦП насыщается и выдаёт своё максимальное значение. В таких случаях говорят, что произошло перенасыщение, клипинг, обрезка сигнала или пересвет, а по-английски saturation, clipping, clamping, overlight, overexposure, в контексте фотографии blown up highlights.\nГлавный недостаток клипинга в том, что уровни выше максимума неразличимы. Если на постобработке мы понизим яркость, то детали в пересвеченной области не вернутся, будет монотонно закрашенная область.\nНормально экспонированный кадр Та же сцена с сильным пересветом Пересвеченную фотографию затемнили, но детали потерялись из-за клипинга. Остались только тени, которые изначально не ушли в насыщение. Верхняя часть, где было наиболее яркое пятно, осталась почти монотонной Кроме того, возможен сдвиг цветов. Происходит это, когда один или два канала RGB ушли в насыщение, а остальные ещё нет, и из-за этого поменялось соотношение цветов. Пример:\nмы сфотографировали объект на 12-битную камеру (значения от 0 до 4095 ADU), получили в каком-то пикселе \\(RGB = (1000, 3000, 2000)\\) ; решили увеличить экспозицию в два раза, сделали повторный снимок; на новом кадре зелёный канал пикселя должен приобрести значение 6000, это выше максимума, значит оно клипится до 4095; красный и синий каналы приобрели значения 2000 и 4000; в результате соотношения каналов поменялись, изменился и цвет . В большинстве случаев Вы хотите избежать пересветов. Однако бывают ситуации, когда сложно или невозможно снять целевой объект с необходимой яркостью, не пересветив какие-то объекты вокруг. Например при съёмке портретов в контровом освещении, работе в тёмном помещении с маленькими лампочками или при фотографировании ландшафта против солнца на восходе. Бывает лучше пойти на компромисс и подобрать такую экспозицию, чтобы и целевой объект был светлым, и пересвеченный фон не выглядел страшно. Чёрно-белая или любая другая монохромная фотография при этом прощает больше ошибок, так как нет сдвига цвета.\nОбширная область вокруг солнца пересвечена, но это не кажется преступлением Аналоговые пределы # Full well capacity # У каждой светочувствительной ячейки есть максимальный заряд, который в неё помещается. Его называют full well capacity (FWC), что переводится как \u0026ldquo;ёмкость полного колодца\u0026rdquo;. Он измеряется в электронах, например \\(50000~\\mathrm{e^-}\\).\nЕсли упрощать и не вдаваться в детали, то мы не можем из-за этого собирать сколько угодно света. После некоторого порога появятся отрицательные эффекты, затем начнётся отсечка.\nПри прочих равных, чем больше FWC, тем лучше, в разумных пределах. Ведь мы можем собрать больше света и получить лучшее отношение сигнал/шум. Разумеется, если условия съёмки и оптика позволяют получить столько фотонов.\nОдин из главных факторов ёмкости ячейки — её площадь. При одинаковом разрешении у большого сенсора будет гораздо больший FWC, чем у маленького. Это одна из причин, почему full frame до сих пор столь желанный среди профессиональных фотографов и любителей. А крошечная матрица телефона имеет очень скромные возможности при съёмке одного кадра.\nАЦП настраиваются так, чтобы максимальное ADU соответствовало количеству электронов, чуть меньшему FWC. Должен быть небольшой запас, чтобы гарантированно не столкнуться с эффектами, возникающими незадолго до переполнения.\nНа тёмной стороне # Итак, у нас есть предельное количество фотонов, которые мы можем зарегистрировать в ячейке. Что насчёт ограничений снизу?\nВ идеальном мире съёмка в кромешной тьме должна была бы дать \\(0~\\mathrm{e^-}\\), и кадр должен был бы быть полностью чёрным, а все пиксели иметь значение 0 ADU. Но в действительности это не так.\nЕсть очень много эффектов, которые не позволяют нулю быть нулём, некоторые тесно переплетаются друг с другом, объяснять это довольно утомительно, а 99% населения планеты эта информация не нужна. Поэтому расскажем лишь о нескольких из них. В конце концов, автор не имеет достаточно знаний в этой области, чтобы кого-то учить, так что будьте осторожны с выводами далее.\nШум чтения # Закроем объектив крышкой, поместим фотоаппарат в темноту, на случай утечек света. Чтобы нагрев сенсора, усиление и работа механики минимально влияли на изображение, выставим самую быструю доступную выдержку, самую широкую апертуру (тогда не будет щелчка диафрагмой) и минимальный ISO. Сделаем снимок.\nКороткий снимок в темноте как есть Вроде всё чёрное, всё отлично. Но давайте сделаем эквализацию, то есть растянем значения ADU по всему диапазону значений изображения.\nТот же снимок после эквализации Очевиден шум. Также видно, что у него есть структура (pattern noise, паттерновый шум), но мы обещали не вываливаться слишком далеко, поэтому сейчас нам интересно лишь одно. Даже в идеальных условиях мы получим шум на изображении.\nТакой шум называют шумом чтения, или read noise. Он вызван работой тракта, передающего накопленный сигнал на дальнейшую обработку. Он указывается как среднеквадратическое отклонение (СКО) в электронах, например \\(2~\\mathrm{e^-}\\). Он не зависит от условий съёмки (температуры, свойств света и т.д.), а зависит лишь от самого тракта. То есть он есть всегда и имеет одинаковое распределение, пока мы не поменяем цепь (такое возможно даже в рамках одного устройства, например при переходе из rolling shutter в global shutter или от LCG к HCG, что обсудим позже).\nУровень чёрного # Проанализируем исходное изображение, которое мы только что сняли. Построим гистограмму значений в ADU.\nГистограмма значений изображения Помимо самого шума видим, что он разбросан вокруг довольно большого значения, примерно 512. Что это такое?\nЭто black level (уровень чёрного), или baseline. Это аналоговый сдвиг тока перед оцифровкой, который вносится специально для обеспечения некоторых свойств. Обычно для того, чтобы значения в ADU не переходили за ноль ни при каком ожидаемом шуме. Потому что такие значения будут клипиться, на гистограмме появится \u0026ldquo;палка\u0026rdquo; в нуле, и считать корректную статистику по такой выборке будет сложнее; а также считать калибровочные кадры. Кроме того, в тёмных областях получится, что какие-то значения представляют собой шум, а какие-то — плоский ноль.\nBlack level может регулироваться. У потребительских фотоаппаратов обычно он фиксирован, либо есть несколько для разных режимов работы сенсора.\nТёмный ток # А что будет, если мы сделаем выдержку подольше? Попробуем 1 секунду и 180 секунд.\nТёмный кадр с выдержкой 1 секунда Тёмный кадр с выдержкой 180 секунд Гистограмма расширилась, то есть шума стало больше. Кроме того, хоть на гистограмме этого и не видно, появились отдельные пиксели с очень большим ADU по сравнению с ячейками вокруг. В чём причина?\nПример одиночного выброса У сенсора есть такой эффект, как dark current (тёмный ток, темновой ток). Это паразитный заряд, который возникает в самой светочувствительной ячейке вследствие некоторых несовершенств. У современных сенсоров он совсем небольшой, но его величина линейно растёт со временем выдержки, так как паразитные заряды копятся интегрально. Кроме того, он зависит от температуры сенсора. Это значит, что в жару он больше, и что очень длинная выдержка, нагревая сенсор, даст его рост даже больше, чем линейный.\nОднако сказанное в предыдущем абзаце означает всего лишь сдвиг. Современные камеры умеют его оценивать и компенсировать, поэтому центры гистограмм выше примерно одинаковы. Но кроме сдвига у тёмного тока есть свои собственные флуктуации, что и даёт наблюдаемое увеличение шума. Они называются dark noise (тёмный шум, темновой шум), dark current noise или термошум. При постоянной температуре его СКО увеличивается пропорционально квадратному корню из выдержки.\nТакже при длинных выдержках возникают hot pixels (горячие пиксели). Они появляются вследствие нарушения работы отдельных ячеек, в результате чего паразитный заряд в них растёт гораздо быстрее. Часто они видны как отдельные пиксели в насыщении. Иногда горячие пиксели, ещё не ушедшие в насыщение, называют warm pixels (тёплые пиксели).\nЕсли Вы перегрели сенсор длинной выдержкой, то горячие пиксели будут видны в одних и тех же местах на разных кадрах. Не стоит этого бояться, они не вышли из строя. Достаточно дать матрице остыть, и они восстановятся. Возможно перегреть ячейки настолько, что они умрут навсегда, но это редкость.\nНе следует путать горячие и битые пиксели. Битые не подлежат восстановлению и неизбежно возникают при механическом воздействии, сбоях электроники и, самое частое, вследствие радиации. Так как радиация есть в каких-то количествах в любом месте, то с возрастом у любого сенсора растёт число битых ячеек. Причём в местностях с высокой радиацией, например на экваторе, это происходит быстрее. Многие сенсоры самостоятельно определяют их и \u0026ldquo;исправляют\u0026rdquo; с помощью интерполяции соседних пикселей.\nТак как dark current сильно зависит от температуры, то его влияние почти исключается у камер с охлаждением матрицы, например у специальных астро-камер. Хотя могут оставаться горячие пиксели, вызванные дефектами транзистора.\nШум # В общем смысле шум — это нежелательный сигнал по сравнению с тем, что мы хотим получить. Сюда можно отнести и флуктуации тока на сенсоре, и аберрации оптики, и даже мусор, лежавший на лужайке, пока мы её фотографировали. Однако чаще всего в контексте фотоизображения говорят об эффектах, меняющих значения пикселей случайным или плохо контролируемым образом. Говоря проще, это шумы сенсора, АЦП и потока фотонов.\nБольшинство из них случайны в рамках одного пикселя, то есть при съёмке одной и той же сцены они меняют значение одного пикселя случайным образом. Некоторые структурированы в рамках кадра, то есть математические ожидания этих величин имеют рисунок, не меняющийся при неизменных условиях съёмки.\nМы уже перечислили и описали некоторые. Давайте составим список и добавим ещё пару. Заодно опишем, от чего они зависят.\nRead noise. Зависит только от режима работы сенсора. Он включает в себя смесь флуктуаций из нескольких электронных источников, например шум усилителя, шум АЦП и другие. Сюда же включают и шум квантования; он имеет совсем другую, не электронную природу, но сами измерения шума проводятся с помощью АЦП в единицах ADU, потом пересчитываются в \\(\\mathrm{e^-}\\), поэтому он неявно присутствует. Dark current noise. Увеличивается с ростом выдержки пропорционально её корню. Увеличивается с ростом температуры сенсора нелинейно. Shot noise (дробовой или пуассоновский шум). Связан со случайностью попадания фотонов на ячейку за время выдержки. То есть мы направляем пучок света на пиксель, но пучок может доставить чуть больше или чуть меньше фотонов за одно и то же время, пока затвор открыт. Сюда же можно добавить шумы от обработки, например демозаики. Структурированные и статичные шумы можно калибровать (bias frames, dark frames), затем корректировать их влияние. Но это делают только там, где это действительно нужно, например в астрофотографии, где сигнал очень слабый, и структура шума видна на фоне полезного изображения. При этом приходится делать калибровку под конкретные условия. В рядовой фотографии, когда полученный свет многозначительно превосходит шум, это не нужно.\nКогда говорят о шуме, обычно учитывают не абсолютную его величину, а отношение сигнал/шум $$ SNR = S / \\mathcal{N}, $$ где \\(S\\) — уровень сигнала, \\(\\mathcal{N}\\) — уровень шума (СКО), всё в одинаковых единицах. В научных статьях его любят мерить в децибелах: $$ SNR_{dB} = 20 \\log_{10}(S / \\mathcal{N}). $$ Почему именно отношение? Потому что абсолютные значения мы потом всё равно переводим в другие величины, чтобы отобразить на экран или напечатать на принтере. А интерес представляет лишь то, насколько шум заметен по сравнению с изображением.\nДинамический диапазон # Динамический диапазон определяют как отношение максимального к минимальному различимому сигналу. Его указывают либо как есть, либо в децибелах, либо в стопах: $$ \\begin{array}{ll} DR \u0026amp;= S_{max} / S_{min}, \\\\ DR_{dB} \u0026amp;= 20 \\log_{10}(S_{max} / S_{min}), \\\\ DR_{EV} \u0026amp;= \\log_2(S_{max} / S_{min}). \\end{array} $$\nСамо определение довольно обтекаемо. Например можно разделить максимальное значение АЦП (\\(2^{b} - 1\\) при \\(b\\) разрядах) на минимальное ненулевое (1), но такой подход не учитывает шум.\nДругой способ, лабораторный, — повесить табличку с квадратиками разной яркости, сфотографировать так, чтобы самый яркий квадратик немного недотягивал до пересвета. Затем посчитать, насколько тёмные квадратики становятся неразличимы между собой. Самый яркий такой квадратик представляет минимальный различимый сигнал, самый яркий во всей табличке — максимальный различимый. Если таблица хорошо калибрована, то мы знаем соотношение этих квадратиков и можем оценить динамический диапазон.\nТретий способ говорит, что динамический диапазон — это отношение full well capacity к read noise. По сути это наилучшее отношение сигнал/шум, которое может получить сенсор. Из него исключаются термошум и флуктуации фотонов. Такое определение удобно для дальнейших рассуждений, будем его использовать с небольшими модификациями.\nТак как FWC зависит от площади пикселя, то у полнокадрового фотоаппарата будет заметно больший динамический диапазон, чем у кропа с тем же разрешением. Конечно если оба сенсора изготовлены примерно по одной технологии и имеют схожий read noise.\nРазрядность # Не стоит путать динамический диапазон с возможностями разрядной сетки АЦП (\\(2^b\\) значений для \\(b\\)-битного АЦП).\nПервый показывает, какой разброс яркости мы можем различить. Сами абсолютные значения минимального и максимального сигнала не очень важны, мы можем \u0026ldquo;растягивать\u0026rdquo; яркость наблюдаемой сцены на допустимый диапазон в электронах с помощью выдержки и диафрагмы. Важно именно соотношение.\nВторой показывает, на сколько уровней мы можем разбить этот диапазон. То есть насколько высокие \u0026ldquo;ступеньки\u0026rdquo; будут после оцифровки плавного перехода. Эти величины связаны примерно как размер сенсора и его разрешение. Размер — физическая величина проецируемого изображения, а разрешение показывает, насколько мелко мы можем его \u0026ldquo;нарезать\u0026rdquo;, чтобы получить различимые точки.\nУсиление # ISO # Очень долгое время люди фотографировали на плёнку. У каждой марки была своя светочувствительность, то есть количество света, воспринимаемое эмульсией в единицу времени. Когда пробуешь незнакомую плёнку, не знаешь, какую выдержку в каких условиях следует использовать.\nВ течение XX века было разработано несколько способов измерения и стандартов обозначения светочувствительности. Включая, например, советские ГОСТы и немецкие DIN\u0026rsquo;ы. С ними можно было сравнивать параметры двух марок, полагаясь лишь на указание на упаковке, что удобнее, чем потратить всю катушку и узнать, что нужно было снимать по-другому. Однако их разнообразие создавало сложности, если фотографу в руки попадал экземпляр от незнакомого стандарта.\nВ первой половине же XX века в Швейцарии начала работу контора под названием \u0026ldquo;Международная организация по стандартизации\u0026rdquo;, она же \u0026ldquo;Internation Standardization Organization\u0026rdquo;, или ISO. Во второй половине века она выпустила стандарт ISO-6, который в итоге приняли все заинтересованные стороны и используют и по сей день. В 90-е его дополнили способами измерения светочувствительности цифровых матриц.\nТак вот, то, что фотографы до сих пор называют ISO — это эквивалент светочувствительности, взятый как раз по этому стандарту. При этом обычно используют его линейную форму; есть ещё логарифмическая, её мало, кто вспоминает. Например у Вас было выставлено ISO 100, Вы поменяли в настройках на ISO 400. Число увеличилось в 4 раза, значит яркость изображения тоже увеличивается в 4 раза. Конечно если не произошло клипинга.\nНа ранних этапах развития цифровой фотографии изменение ISO обычно производилось программным умножением уже оцифрованных значений на коэффициент. Главным недостатком такого подхода является умножения шума квантования. Например, если АЦП выдаёт 8-битные величины, то их умножение на 4 (\\(= 2^2\\)) приводит к вчетверо большим ступенькам, а итоговая разрядность становится \\(8 - 2 = 6\\) бит. Также в те времена были не очень развиты техники шумоподавления. В итоге в нулевых ISO для цифровых фотоаппаратов получило репутацию бесполезной характеристики, оно слишком увеличивало шум. Особенно если камера снимает в RAW-формате, ведь умножить картинку можно и дома после съёмки.\nОднако время шло, технологии быстро развивались, и стали доступны в любительских устройствах аналоговое усиление, менее шумные схемы и шумоподавление, в том числе современное через генеративные нейросети. В этой главе нас из всего этого замечательного исторического экскурса интересует только введение аналогового усиления.\nИтак, в современных камерах регулировка ISO делится на две ступени. До какого-то значения используется аналоговое усиление. Это управление характеристиками того самого усилителя, который стоит перед АЦП и увеличивает мощность накопленного ячейкой заряда. У любого усилителя есть предел, после которого он становится нелинейным, затем вовсе насыщается. Чтобы этого не происходило, его ограничивают, и после порогового значения ISO часто делают цифровое усиление, то есть программное умножение картинки. Это довольно бесполезный режим при съёмке в RAW, но теоретически полезный при съёмке в JPEG. Правда, у многих сенсоров это происходит на таком ISO, что из-за шума пользоваться им уже не хочется.\nНас интересует первая ступень, где усиление чисто аналоговое.\nУсиление и шум # Аналоговое усиление \u0026ldquo;умножает\u0026rdquo; весь аналоговый ток: и полезный сигнал, и шум (только аналоговый, шум квантования остаётся постоянным). Это значит, что оно не меняет отношение сигнал/шум в аналоговом домене. Общее же наоборот выигрывает, так как шум дискретизации накладывается на более сильный сигнал. Разумеется, при условии, что ничего не ушло в пересвет.\nПример. Вы снимаете тусклую галактику Андромеды ночью со штатива. Из-за движения звёзд выдержка ограничена, значит много света собрать не получится. Как ни крути, будет много шума, однако его можно уменьшить стэккингом, сняв много фотографий. На выбор использовать минимальное ISO и вытягивать яркость на постобработке, либо задрать до ISO 3200, потом всё равно вытягивать. Что лучше? В обоих случаях отношение сигнал/шум одного кадра низкое, но с малым ISO Вы \u0026ldquo;утопите\u0026rdquo; всё, что собрали, в шуме дискретизации. Так как он не очень случайный, то вытащить из него уже ничего не получится. Будет постеризация. Если же увеличить усиление, то сетка дискретизации ляжет на большее разнообразие уровней, и это создаст меньшую проблему. Только нужно следить, чтобы звёзды не слишком уходили в пересвет, оставляя некрасивый fringe по краям.\nСиней линией показано распределение зарядов, считанных с картинки с плохим освещением при малом ISO. Ступеньчатые прямоугольники показывают гистограмму по уровням ADU, полученным после оцифровки. Всё умещается в младшие несколько бит, старшие биты не используются, что приводит к большой ошибке дискретизации. Другими словами, \u0026ldquo;холмик\u0026rdquo; из прямоугольников цифрового мира плохо приближает плавную линию аналогового Те же значения электронов усилены в 5 раз. Благодаря этому тот же сигнал оцифрован большим количеством уровней, и \u0026ldquo;прямоугольники оцифровки\u0026rdquo; лучше приближают синюю линию. Обратите внимание, что ширина прямоугольников на обоих графиках одинакова Можно ли менять ISO # Если Вы учились по старым материалам, то наверняка видели тезис, что снимать нужно только на минимальном ISO, остальное — только лишний шум. Он давно утратил силу, хотя в нём есть некоторый здравый смысл.\nВо-первых, схемы нынешних матриц имеют довольно небольшой шум. Его умножение на более-менее приличные величины ухудшает изображение, но часто они остаются вполне пригодными. Особенно если просмотр изображений предполагается на небольшом экране телефона. Если изображение кажется шумноватым, то можно попробовать \u0026ldquo;починить\u0026rdquo; его современными алгоритмами шумоподавления, вплоть до нейросетевых.\nВо-вторых, само усиление не меняет отношение сигнал/шум. Вы умножаете и шум, и сигнал, причём шум дискретизации не меняется. Конечно если это не повлечёт клипинг, ведь после насыщения АЦП детали восстановить не получится.\nОднако эти доводы оправдывают использование усилителя только в случаях, когда Вы не можете улучшить отношение сигнал/шум. Необходимость завысить ISO указывает на недостаточный свет. Если это возможно без потери качества и художественной задумки, то лучше добавить фотонов следующими способами:\nувеличить выдержку; раскрыть диафрагму; подсветить объект съёмки вспышкой, студийной лампой, фонариком или просто включить свет в комнате; либо дождаться лучших световых условий. Если же выдержка упирается в размытие движением, диафрагма — в желаемый ГРИП, а светить прожектором в мотоциклиста на соревнованиях не позволяют, то смело поднимайте ISO. Умеренный шум выглядит лучше, чем смазанная фотография или дефокус. Если они не входят в художественный замысел, что тоже бывает.\nУсиление и динамический диапазон # Итак, мы расхвалили высокий ISO как могли, пора налить и бочку дёгтя. В предыдущих параграфах всё сказанное справедливо, если не начинаются пересветы. Чем больше усиление, тем раньше они начинаются.\nДопустим, Вы являетесь счастливым обладателем фотоаппарата, у матрицы которого FWC составляет \\(50000~\\mathrm{e^-}\\), шум чтения — \\(4\\mathrm{e^-}\\), минимальное ISO-число 100. Динамический диапазон равен 12500.\nВы повышаете ISO до 200. АЦП остаётся настроен на преобразование \\(50000~\\mathrm{e^-}\\) в своё максимальное значение. Если мы усиливаем сигнал вдвое, то такой заряд будет достигнут при вдвое меньшем сигнале в ячейке. То есть всё, что больше \\(25000~\\mathrm{e^-}\\), начнёт клипиться. Мы больше не можем использовать весь FWC, половины колодца достаточно, чтобы уйти в насыщение.\nПонятно, что чем дальше, тем хуже. Увеличение ISO в \\(N\\) раз даёт уменьшение эффективного динамического диапазона в \\(N\\) раз, так как снижается потолок. При этом динамический диапазон самой ячейки никак не меняется, она по-прежнему может копить полный колодец; просто мы больше не можем его использовать.\nТак что же, ISO всё-таки нельзя менять, всегда нужно держать на минимуме? Если это возможно, то да, но ведь его и не поднимают в случаях, когда света достаточно. ISO — это \u0026ldquo;последняя миля\u0026rdquo; в экспозиции. Если никакими способами Вы не можете собрать полный колодец и обречены работать со слабым сигналом, то хотя бы \u0026ldquo;растяните\u0026rdquo; его так, чтобы имеющийся сигнал был разбит на как можно больше уровней АЦП. Если же есть возможность хорошо заполнить ячейку, то поднимать усиление ни к чему.\nРежимы усилителя # Многие современные фотоматрицы имеют два режима усиления: low conversation gain (LCG) и high conversation gain (HCG). Первый обеспечивает больший full well capacity, но и больший шум чтения. Второй даёт меньший шум чтения, но и меньший FWC. Динамический диапазон в нём в итоге меньше. Их меняют в зависимости от применяемого усиления, чтобы максимизировать динамический диапазон, сейчас расскажем, как. Такая технология называется dual conversation gain.\nСначала давайте назовём тот заряд на светочувствительной ячейке, который при данном усилении отобразится в максимальное значение АЦП, эффективным полным колодцем (effective full well) для выбранного ISO. И обозначим \\(EFW(ISO)\\), чтобы не сойти с ума. Также введём \\(FWC_{LCG}\\) и \\(FWC_{HCG}\\) — ёмкости полного колодца в режимах LCG и HCG соответственно.\nДля малых значений ISO используется LCG, так как он даёт больший динамический диапазон. Увеличивая ISO, мы пропорционально уменьшаем \\(EFW(ISO)\\). При каком-то значении \\(ISO_t\\) окажется, что \\(EFW(ISO_t) \\leq FWC_{HCG}\\). Это значит, что преимущества большого колодца LCG мы уже не можем использовать, достаточно колодца HCG. Поэтому без потери эффективного \u0026ldquo;потолка\u0026rdquo; переходим в режим HCG и получаем меньший шум чтения. В результате эффективный динамический диапазон увеличивается ступенькой!\nТо есть при увеличении усиления динамический диапазон до \\(ISO_t\\) линейно падает, в значении \\(ISO_t\\) он немного приподнимается, затем снова линейно падает, возможно с другим наклоном.\nРазумеется, если Вы работаете с готовой камерой, то она определяет точку переключения за Вас. Для большинства людей это не очень полезная информация, но, кажется, занимательная.\nЕщё одна интересная особенность — при переключении режимов могут меняться другие параметры. Например на моём фотоаппарате увеличивается black level, так как ожидаются большие шумы, и нужно дальше отступать от нуля.\nИтоги # Если Вы смогли прочитать это от начала до конца, то, возможно, думаете, как жить дальше. Оказывается, есть так много тонких моментов, которые влияют на качество изображения, да ещё нужно думать о фотонах, да электронах! Но не волнуйтесь, на самом деле не нужно. Здесь столько информации приведено для справки, что из этого использовать на практике — сейчас вкратце расскажем.\nНапример автор этой статьи узнал больше половины описанного во время написания самой статьи. Потому что при, казалось бы, простейших экспериментах с фотографией темноты неожиданно увидел:\nblack level как большой сдвиг, казавшийся чрезмерно раздутым; величина сдвига после порогового ISO увеличивается вчетверо (это как раз переход от LCG к HCG и смена black level в ожидании больших шумов); в однокадровом режиме съёмки (одно нажатие кнопки — один кадр) используются все 14 бит, но если перевести в непрерывную съёмку (пока держим кнопку, камера снимает серию), то АЦП переводится в ускоренный 12-битный режим; это даже написано в инструкции, но раньше не обращал внимания. По большому счёту мелочи, и их знание не помогает фотографу, даже в астрофотографии можно обойтись упрощённой информацией. Но ведь интересно.\nЛадно, меньше слов, больше практических заметок.\nПредпочтительно выбирать экспозицию так, чтобы сигнал с сенсора заполнял всю сетку АЦП. Однако для рядовой съёмки здесь нет смысла выжимать максимум: разрядность АЦП избыточна с хорошим запасом, чтобы человек не замечал переходов. Плюс для вывода на экран обычно всё в итоге отображается в 8 бит. Если собрать слишком много света, то получится пересвет, и детали из него достать уже не получится. Также он может менять цвета в областях, где клипинг частичный. Длинная выдержка даёт немного больше шума, пропорционально квадратному корню из неё. Чем горячее сенсор, тем больше шума, зависимость нелинейная и довольно резкая. При длинных выдержках появляются горячие пиксели, которые можно закрашивать программно с помощью соседей, но это небольшая порча качества. Даже в идеальных условиях есть шум. Значение имеет не наличие или величина шума, а отношение сигнал/шум. Чем сигнал \u0026ldquo;сильнее\u0026rdquo; шума, тем чище выглядит изображение. Динамический диапазон определяет максимально возможное отношение сигнал/шум. По сути это как много фотонов мы теоретически можем поймать по сравнению с тем, как нам их испортит шум чтения. Разрядность АЦП не совсем определяет динамический диапазон. Скорее это аналог разрешения: на сколько различимых уровней мы можем разбить смесь сигнала и шума. ISO как таковое не увеличивает шум. Оно оставляет аналоговое отношение сигнал/шум постоянным, зато может уменьшить ошибки дискретизации. Оно ассоциируется с шумом из-за того, что обычно используется при пониженном отношении сигнал/шум. Если возможно, следует собирать как можно больше света, не уходя в пересветы, и выставлять минимальное ISO. Так будут использованы все возможности сенсора, и шум будет минимальным. Если же условия не позволяют собрать много света, то поднимайте ISO, чтобы хотя бы заполнить побольше разрядов АЦП. При этом также нельзя допускать пересветов. Полностью контролировать все копеечные процессы в большинстве камер невозможно. Автоматика молча делает кучу работы по замыслу конструкторов. Однако можно изучать работу в конкретных режимах, снимая тестовые кадры. Можно калибровать некоторые эффекты, например через съёмку bias frames и dark frames. Но это отдельная тема, и нужно это, в основном, астрофотографам, которые снимают очень тусклые объекты. Даже более-менее яркие Млечный путь, Орион или Плеяды вполне снимаются без них. ","date":"24 ноября 2025","externalUrl":null,"permalink":"/ru/posts/sensors/electronics-results/","section":"Статьи","summary":"Особенности работы электроники и оцифровки изображения","title":"Результаты работы электроники","type":"posts"},{"content":"В цифровой фотографии, машинном зрении и других областях важно понимать, как работает сенсор. У него есть много тонкостей, от динамического диапазона до возможностей передачи цвета, которые влияют на качество изображения, а иногда устанавливают, в каких условиях вообще можно использовать камеру. Поэтому важно знать, как он устроен.\n","date":"17 ноября 2025","externalUrl":null,"permalink":"/ru/posts/sensors/","section":"Статьи","summary":"Одна из важнейших технических частей цифровой камеры — сенсор, или фотоматрица. Необходимо уметь им управлять и знать пределы его возможностей","title":"Сенсоры","type":"posts"},{"content":" В прошлой статье мы рассмотрели пинхол-камеру, а также отметили её существенные недостатки. Главным образом они связаны с малым отверстием, через которое свет пробивается слабо и с отклонениями от прямого луча. Для решения этой проблемы нужно расширять дырку, но без вспомогательных средств здесь не обойтись.\nК счастью, человечество изобрело способ расширить отверстие, сохраняющий свойства камеры-обскуры. И ключевым компонентом здесь является сферическая линза.\nВ этой статье нас интересуют только собирающие линзы. Если Вы замечаете, что некоторые утверждения не верны для рассеивающей, то, возможно, так и есть, но их не учитываем. Для простоты рассмотрим симметричные двояковыпуклые линзы, так как с ними проще описывать основные точки.\nТакже отметим, что физический размер линзы не имеет значения. Модель называется \u0026ldquo;тонкой\u0026rdquo;, потому что она не учитывает процессы, происходящие внутри стекла и на границе сред. В следующей статье мы расскажем, какие эффекты это даёт. Сразу подчеркнём, что основные свойства у настоящих объективов будут теми же, с достаточной точностью для многих применений.\nМодель тонкой линзы # Забудем на время про объективы и вспомним модель тонкой линзы из школьного курса физики. Имеем сферическую линзу. Она представляет из себя объём из прозрачного материала, обладающий особыми свойствами, о которых и расскажем в этом параграфе.\nОсновные точки тонкой линзы Важнейшими геометрическими объектами линзы являются одна прямая, две точки на ней и одна плоскость.\nОптическая ось — прямая, проходящая через вершины выпуклых частей. Оптический центр \\(O\\) — точка на оптической оси, равноудалённая от вершин выпуклых частей. То есть буквально центр линзы. Точка фокуса \\(F\\) — точка, в которой сходятся все лучи, выпущенные из противоположной стороны линзы строго параллельно оптической оси. Одним из базовых свойств рассматриваемой модели является существование такой точки. У симметричной двояковыпуклой линзы есть две таких точки — по одной с каждой стороны, на одинаковом удалении от \\(O\\). Фокальная плоскость — плоскость, проходящая через \\(F\\) и ортогональная оптической оси. Также, раз мы пренебрегаем толщиной линзы, то на схемах удобно изображать вместо неё плоскость, проходящую через раздел двух половинок.\nКак показано на схеме выше, лучи, проходящие через линзу, преломляются. Исключение составляют только те, что проходят через оптический центр, они продолжают двигаться прямо.\nУравнение тонкой линзы # У рассматриваемой модели есть интересное свойство. Испустим лучи из произвольной точки \\(P\\) в пространстве. После прохождения через линзу они все пересекаются в одной точке \\(P\u0026rsquo;\\) по обратную её сторону. Назовём её образом точки \\(P\\).\nЕсли выпустить лучи из одной точки в линзу, то они все пересекутся в одной точке Это справедливо для любой точки, находящейся дальше фокальной плоскости или на ней. Разумеется, образ за линзой не случаен и поддаётся некоторым закономерностям. Отложим плоскость \\(p\\), проходящую через \\(P\\) и ортогональную оптической оси \\(OF\\). В математической нотации можем записать \\(p: P \\in p, \\space p \\perp OF\\). Возьмём на ней произвольную точку \\(Q \\in p\\) и выпустим из неё лучи в линзу. Все лучи пересекаются в одной точке \\(Q\u0026rsquo;\\), и она лежит на плоскости \\(p\u0026rsquo;: P\u0026rsquo; \\in p\u0026rsquo;, \\space p\u0026rsquo; \\perp OF\\).\nВсе точки на плоскости, перпендикулярной оптической оси, имеют образы на одной плоскости Другими словами, образы всех точек на такой плоскости лежат на некоей плоскости по обратную сторону линзы. Но как они расположены в пространстве, ведь на \\(p\u0026rsquo;\\) они могли бы располагаться как угодно? Проходя через оптический центр, лучи не преломляются, следовательно мы можем найти образ как пересечение прямой \\(OQ\\) и плоскости \\(p\u0026rsquo;\\). Отбросив лишнее, мы видим, что получили ровно ту же геометрию, что в пинхол-камере! Сцена на \\(p\\) отобразится на \\(p\u0026rsquo;\\) повёрнутой на 180° вокруг оптической оси и с изменением размера.\nКак, зная \\(p\\), найти положение плоскости образов \\(p\u0026rsquo;\\)? Введём несколько величин.\nДлина фокуса \\(f_\\ell = |OF|\\). Как и обещалось в статье про пинхол, для путаницы вводим совершенно другой термин с тем же названием. Обратите внимание, что длина фокуса здесь — свойство исключительно линзы. Расстояние между объектом и линзой \\(f_d = \\Delta(p, O)\\). Расстояние между образом и линзой \\(L = \\Delta(p\u0026rsquo;, O)\\). Компоненты уравнения тонкой линзы Выбор обозначений будет понятен позже. Может быть. Эти величины связаны уравнением тонкой линзы: $$ \\frac{1}{f_d} + \\frac{1}{L} = \\frac{1}{f_\\ell}. $$\nОно верно даже при \\(f_d = f_\\ell\\) или \\(L = f_\\ell\\), если принять \\(1 / \\infty = 0\\). Это особый случай. Например если \\(L = f_\\ell\\), то из уравнения получим \\(f_d = \\infty\\), то есть объект сцены находится в бесконечности. При таком положении все лучи, испускаемые из плоскости объекта, параллельны оптической оси и после преломления в линзе сходятся в \\(F\\), что является определением точки фокуса. Следовательно, уравнение остаётся корректным. Аналогично и для \\(f_d = f_\\ell\\).\nКак построить образ точки # Допустим, у нас имеется тонкая линза и точка \\(P\\), расположенная дальше её точки фокуса. Как нарисовать её образ \\(P\u0026rsquo;\\) или пучок лучей, выходящих из неё через линзу?\nПри отрисовке двумерного профиля сбоку это просто.\nСначала нужно нарисовать \\(P\\), саму линзу, её оптическую ось, оптический центр \\(O\\) и точку фокуса \\(F\\) со стороны, противоположной \\(P\\). Далее рисуем луч \\(PO\\). Проходя через оптический центр, он не преломляется, значит рисуем его просто по прямой. Затем выпускаем луч, параллельный оптической оси, и доводим до линзы. Как он преломится? Из определения точки фокуса он пройдёт через точку \\(F\\). рисуем соответствующий луч. Все лучи, прошедшие через линзу, преломляются так, что пересекаются в одной и той же точке, это и есть искомый образ. Значит пересечение только что выпущенных двух лучей и есть \\(P\u0026rsquo;\\). Если нужно нарисовать ещё лучи, то выпускаем их из \\(P\\), доводим до линзы и преломляем так, чтобы пересечь \\(P\u0026rsquo;\\). Пример построения лучей из точки через линзу Объектив с тонкой линзой # Только что мы узнали, что если смотреть на плоский объект через линзу ортогонально её оптической оси, то мы получим чёткое изображение этого объекта на некоторой плоскости перед линзой, и её положение можно определить по формуле. При этом изображение формируется ровно так же, как у пинхол-камеры. Зато решается главный её недостаток: в каждую точку образа приходит не один луч, а большой скоп лучей из точки объекта, распределённый по всей линзе и затем собранный ей. Осталось лишь понять, как это работает в трёхмерном мире, ведь мы редко фотографируем абсолютно плоский предмет ровно под 90° с возможностью идеально выставить расстояние до него.\nСначала соберём объектив и камеру. Допустим, мы собираемся снимать плоскость на расстоянии \\(f_d\\) от линзы. В контексте фотоаппаратов эту величину называют фокусным расстоянием. Почувствуйте разницу с длиной фокуса, у них совершенно разный физический смысл! Пусть у нас имеется тонкая линза с длиной фокуса \\(f_\\ell\\) и плоский светочувствительный материал (плёнка или сенсор). Берём непрозрачную абсолютно чёрную (чтобы не учитывать отражения лучей внутри объектива) коробку длины \\(L = [1/f_\\ell - 1/f_d]^{-1}\\). На один конец крепим материал, в другом делаем большое отверстие и вставляем в него линзу. Для простоты делаем это так, чтобы оптическая ось проходила через центр материала.\nМодель камеры с тонкой линзой Величину \\(L\\) продолжим называть нелепой \u0026ldquo;длиной фокуса пинхола\u0026rdquo;, физический смысл ровно тот же. Большинство фотографов никак её не называют и, кажется, не представляют её существования. Что не мешает им жить нормальной здоровой жизнью. Также её можно называть задним фокусным расстоянием, а \\(f_d\\) в этом контексте можно называть передним фокусным расстоянием. То есть линза разделяет мир на \u0026ldquo;передний\u0026rdquo;, на который мы смотрим через камеру, и \u0026ldquo;задний\u0026rdquo;, в котором расположен материал.\nДля такой модели остаётся справедливым всё, что было сказано про \\(L\\) у пинхол-камеры. Угловое поле означает ровно то же самое, оно так же зависит от \\(L\\) и размера материала и т.д.\nДефокус # Что будет, если снимаемый объект находится не на фокусном расстоянии? Возьмём плоскость, ортогональную оптической оси, на расстоянии \\(f_d + \\delta_A\\), \\(\\delta_A \u0026gt; 0\\) от оптического центра. Выберем произвольную точку \\(A\\) на ней и выпустим из неё лучи во все стороны через линзу. Согласно уравнению тонкой линзы, лучи соберутся в образ \\(A\u0026rsquo;\\) на расстоянии от \\(O\\) меньшем, чем \\(L\\). Долетят же они до материала не в одну точку, а в пятно. Теперь возьмём плоскость на расстоянии \\(f_d - \\delta_B \u0026gt; f_\\ell\\), \\(\\delta_B \u0026gt; 0\\) и точку \\(B\\) на ней, выпустим лучи во все стороны через линзу. Из уравнения тонкой линзы они должны собраться в образ \\(B\u0026rsquo;\\) дальше, чем стоит материал, поэтому также попадут на него пятном.\nОбъяснение дефокуса Более того, сферическая линза устроена так, что пятна имеют градиент. Центр пятна находится в пересечении луча, проходящего через оптический центр, там интенсивность света будет наибольшей. По краям пятна — наименьшей. Конечно если мы равномерно распределили свет, испускаемый из точек сцены, по линзе.\nЧто это даёт? Точки, находящиеся вне плоскости фокусировки, \u0026ldquo;размазываются\u0026rdquo; по целой области на фотоматериале. Выглядит это как размытие частей сцены, находящихся вне фокуса, и называется дефокусом.\nНа данных изображениях лишь часть сцены видна чётко, остальное размыто дефокусом Чем объект дальше от плоскости фокусировки, тем больше размытие. Также оно зависит от размера линзы: чем больше линза, тем шире и интенсивнее пятно дефокуса на материале. И, наконец, размытие зависит от расстояний относительно \\(f_\\ell\\), но это мы объясним в статье про фокусировку.\nНасколько страшен дефокус? # В этот момент может показаться, что линза даёт нам возможность наблюдать только плоские объекты на фиксированном расстоянии, всё остальное будет полностью размазано. На самом деле всё не так плохо.\nВо-первых, если снимаемая сцена достаточно далека, то размер пятна дефокуса оказывается настолько незначительным, что не превышает одного пикселя на сенсоре. Такая ситуация чаще всего встречается в ландшафтной фотографии (малая \\(f_\\ell\\), дальние расстояния, чётко видны километры) и астрофотографии глубокого неба (при любом телескопе нет разницы в фокусировке на 100000 световых лет или всего на 1000 световых лет, можно считать всё удалённым в бесконечность). В портретной съёмке (расстояние до объекта в несколько метров) можно столкнуться с умеренным размытием. В макрофотографии (объект размещается \u0026ldquo;в упор\u0026rdquo;) дефокус действительно является очень большой сложностью.\nВо-вторых, у фотообъективов есть регулируемая диафрагма, которая позволяет варьировать свойства объектива между большой линзой и пинхолом.\nВ-третьих, для многих жанров \u0026ldquo;правильное\u0026rdquo; размытие фона вокруг объекта и вовсе является желанным. Например в портретной съёмке самый типовой сценарий — человек в фокусе, фон размыт.\nПутаница с длиной фокуса # У нас есть \u0026ldquo;длина фокуса пинхола\u0026rdquo; \\(L\\). Это характеристика системы из отверстия и фоточувствительного материала, буквально расстояние между ними. Также есть \u0026ldquo;длина фокуса\u0026rdquo; \\(f_\\ell\\). Это самостоятельная характеристика линзы. Ни материала, ни отверстия для неё не нужно.\nЕсли эти две величины пришли к нам из разных систем, есть ли между ними связь? Почему они названы одинаково? Сейчас увидим, что связь есть. Однако зачем было давать такое название для \\(L\\) — сказать сложно.\nВсё дело в том, что когда мы фокусируемся на достаточно далёкий объект, мы размещаем материал очень близко к точке заднего фокуса. Настолько близко, что с какого-то момента увеличение фокусного расстояния на километры требует уменьшения \\(L\\) на микроны.\nВ качестве примера возьмём популярный в портретном жанре объектив с \\(f_\\ell = 50 \\text{ мм}\\). Допустим, мы по очереди фокусируемся на объекты, находящиеся в 5 м, 10 м, 15 м, 20 м, 50 м, 100 м. Как будет меняться \u0026ldquo;длина фокуса пинхола\u0026rdquo;? Рассчитаем таблицу по уравнению тонкой линзы, то есть по формуле \\(L = [1 / f_\\ell - 1 / f_d]^{-1}\\).\n\\(f_d\\), мм \\(L\\), мм 5000 50.50505051 10000 50.25125628 15000 50.16722408 20000 50.12531328 50000 50.05005005 100000 50.02501251 Также обратите внимание, что перефокусировка со 100 м на куда угодно дальше, например на 100000 световых лет, потребует не более 25 мкм сдвига материала, дальше мы упираемся в \\(f_\\ell = 50 \\text{ мм}\\). Однако всё это работает только при достаточно далёкой фокусировке. Если мы занимаемся макро-съёмкой или смотрим в микроскоп, размещая объект близко к объективу, то всё становится сложнее. Для примера рассчитаем \\(L\\) с малыми \\(f_d\\) для того же 50 мм объектива.\n\\(f_d\\), мм \\(L\\), мм 1000 52.63157895 500 55.55555556 250 62.5 125 83.33333333 60 300.0 Итак, в большинстве жанров \\(L\\) и \\(f_\\ell\\) очень близки, поэтому многие их вообще не различают. Если же Вы работаете в условиях, когда эти величины сильно различаются, то помните следующее.\nУгловое поле, а значит и увеличение, определяется только \\(L\\). Мы привыкли думать, что увеличительное стекло увеличивает, это не совсем так, но и не совсем неправда. Собирающая линза лишь собирает свет. Объект какого размера мы через неё увидим — зависит от того, как мы смотрим. На фотообъективах всегда указывается \\(f_\\ell\\) в качестве длины фокуса. Вместо \\(L\\) указывают диапазон фокусных расстояний \\(f_d\\), для которых объектив способен подвинуть выходной зрачок в нужную точку. Потому что фотографу важно, что происходит в пространстве сцены, а не внутри объектива. Итоги # Чтобы собирать больше света, можно расширить отверстие пинхол-камеры и вставить в него собирающую линзу. При этом появляются эффекты дефокуса, о которых подробнее поговорим в статье о фокусировке. В большинстве жанров фотографии угловое поле определяется длиной фокуса линзы, хотя в некоторых случаях это не так. Полезные материалы # Довольно исчерпывающая статья на Хабре (никак не связана с данным сайтом, серия статей написана другим человеком): https://habr.com/en/articles/757078/ Интерактивная среда для моделирования простой геометрической оптики прямо в браузере: https://phydemo.app/ray-optics/simulator/?ru Интерактивное упрощённое моделирование тонкой линзы: https://phet.colorado.edu/sims/html/geometric-optics/latest/geometric-optics_en.html ","date":"14 октября 2025","externalUrl":null,"permalink":"/ru/posts/optics/thin-lens/","section":"Статьи","summary":"Данная модель, несмотря на простоту, описывает лучевую геометрию почти любого объектива","title":"Модель тонкой линзы","type":"posts"},{"content":"Изображения и иллюстрации, если не указано иного, доступны под лицензией Creative Commons BY-NC-SA.\nТекст защищён авторским правом. Его запрещено копировать, модифицировать и распространять без согласия автора. Разрешается цитировать со ссылкой на источник.\n","date":"17 мая 2026","externalUrl":null,"permalink":"/ru/license/","section":"","summary":"Лицензионные соглашения при использовании материала","title":"Лицензионные соглашения","type":"page"},{"content":"Кроме того, что нужно знать принципы работы камеры и электроники, также необходимо понимать, как ей пользоваться. В Интернете есть немало информации на этот счёт, поэтому постараемся повторяться поменьше. Опишем то, по чему информация либо разнится, либо отсутствует (во всяком случае в русскоязычном Интернете, не утопленном SEO-оптимизаторами и копирайтерами).\n","date":"24 декабря 2025","externalUrl":null,"permalink":"/ru/posts/techniques/","section":"Статьи","summary":"Техники, применяемые при управлении камерой, будь то фотография или более техничная съёмка","title":"Техника съёмки","type":"posts"},{"content":" Кремниевые фотоэлементы, используемые в светочувствительных ячейках матрицы, восприимчивы к широкому диапазону длин волн. Их можно \u0026ldquo;заряжать\u0026rdquo; светом во всём видимом спектре и даже ультрафиолете, причём электроны будут одинаковы. Более простым языком, ячейка сама по себе не может различать цвета.\nВ этой статье расскажем, как современные фотоаппараты обходят эту проблему, позволяя нам получать цветное изображение.\nЧередование светофильтров # В прошлые века человечество решало точно такую же проблему для аналоговой фотографии. Было предложено несколько решений, но они были дорогими и технически сложными, поэтому не получили широкого применения. В итоге всё закончилось разработкой эмульсии, которая воспринимала бы цвета по-разному и могла их фиксировать.\nДо этого одним из ранних изобретений была смена светофильтров. Человек — не спектрометр, и почти любой воспринимаемый им цвет можно воспроизвести с помощью комбинирования трёх базовых цветов. Например, красного, зелёного и синего, ведь в наших глазах имеются колбочки именно этих цветов. Можно по очереди снять фотографии неподвижной сцены с разными светофильтрами, затем результаты просветить через те же светофильтры, и их комбинация даст приближение к исходному изображению. Первое такое изображение было получено в конце XIX века.\nОдна из сложностей и по сей день состоит в том, что нужно получить три снимка без \u0026ldquo;смаза\u0026rdquo;. Если сцена неподвижна, то метод вполне годится. Если снимается хоть немного подвижный объект, то дело плохо. Кроме того, нужно как-то менять светофильтры, это лишняя механика, вес, габариты, большая вероятность поломки. Либо их придётся менять вручную.\nКак Вы, наверное, догадываетесь, в большинстве цифровых фотоаппаратов регистрация цветов производится другим способом. Тем не менее, этот метод до сих пор применяется в специфичных областях. Например в астрофотографии иногда используют монохромную камеру и снимают звёздный объект в три захода с разными светофильтрами. Фильтры накручиваются на объектив или телескоп вручную. При этом получаются следующие преимущества.\nНет падения разрешения как в демозаике, которую обсудим позже. Не обязательно использовать фильтры R, G, B. Сейчас в фотографии глубокого космоса часто применяют узкополосные фильтры трёх типов, так как считается, что большинство объектов космоса излучает в одной из этих полос. Всё остальное даёт больше шума, чем пользы, и значительно скрывает детали. Затем полученные каналы раскидывают по каналам RGB в изображении в некоторых пропорциях. Получаются не совсем настоящие цвета, зато их контрасты позволяют нам увидеть больше. Можно фокусироваться с каждым светофильтром отдельно, благодаря чему уменьшается влияние хроматических аберраций. За это приходится платить временем смены фильтров и обработки результатов, необходимостью покупать и носить с собой больше оборудования. Сюда хочется приписать и время выдержки, ведь в астрофотографии могут быть многочасовые сессии с открытым затвором, а снимать приходится три раза. Но тут всё не так плохо: света Вы соберёте столько же, сколько с Байеровской маской за такое же время. Даже лучше, Вы вольны выбирать, какую длину волны нужно собирать подольше, от какой света и так много, и можно сократить время, а какой в снимаемом объекте всё равно нет, и её можно пропустить.\n3CCD # Раз мы не можем сверхбыстро менять светофильтры, чтобы гарантировать одновременный снимок в трёх спектрах, то почему бы не разделить весь свет призмой на красный, зелёный и синий и не раздать трём сенсорам? Такая идея была предложена и воплощена в технологии 3CCD.\nВ целом она демонстрировала успехи, но вносила и массу сложностей. В конце концов, она просто дорогая. Даже если решить остальные проблемы, то придётся покупать целых три сенсора, дихроическую призму, всё это очень точно позиционировать. Поэтому в потребительской технике её не используют.\nМаска Байера # В наш век технологии настолько развиты, что можно не только создать матрицу из миллионов кремниевых ячеек диаметром в пару микрон, но и накрыть их индивидуальной оптикой, пусть и не очень качественной. В 1976 году сотрудник Kodak, Брайс Байер, предложил добавить к каждой ячейке индивидуальный светофильтр одного из 3 цветов. Да не случайным образом, а чтобы они формировали паттерн, с которым можно легко работать и получать неплохое приближение любого цвета в пикселе, полагаясь на цвета соседей. Такой массив цветных фильтров называют фильтром Байера, или маской Байера, иногда мозаикой.\nМаска Байера накладывает свой цвет на каждый пиксель Изначально было предложено использовать повторяющиеся квадраты 2×2 пикселя, где 2 ячейки зелёные, 1 красная, 1 синяя. Приоритет в пользу зелёных выбран из соображения, что человек наиболее чувствителен именно к этому цвету, поэтому для него хочется иметь наилучшее отношение сигнал/шум. До сих пор в очень многих фотоматрицах используются именно такие маски, расположение цветов может отличаться от сенсора к сенсору, но обычно зелёные ячейки расположены по диагонали.\nRGGB BGGR GRBG GBRG Счастливым пользователям OpenCV на заметку: в функции cvtColor OpenCV поддерживаются все \u0026ldquo;стандартные\u0026rdquo; методы демозаики. У них есть двухбуквенные и четырёхбуквенные обозначения. Если Вы думаете, что первые — это сокращения вторых, полученные из первых букв, то ошибаетесь. Логика их наименования, скажем так, досягаема не для всех. Если Вы заботитесь о психическом здоровье коллег, пожалуйста, используйте стандартные четырёхбуквенные обозначения. Есть и другие паттерны, в том числе составленные из цветов CMY (бирюзовый, фиолетовый, жёлтый), комбинации CMY + RGB, белого (без фильтра). И, конечно, других форм.\nДебайеризация # Допустим, у нас есть фотоаппарат с маской Байера, мы сделали снимок. Сенсор выдаёт нам монохромное изображение, он даже не знает, над каким пикселем какой светофильтр стоит. Что происходит дальше? Рассмотрим на примере \u0026ldquo;стандартного\u0026rdquo; паттерна 2×2.\nФрагмент изображения, полученного с маской Байера. Оно монохромное. Так как разные каналы получили разную интенсивность света, то легко видна повторяющаяся сетка Мы могли бы считать, что получили 4 фотографии разных цветов: 2 зелёные, 1 красную, 1 синюю. Каждая имеет разрешение в 2×2 раза меньше, чем весь сенсор. Затем просто сложить их с разными весами, как это делается с накладываемыми светофильтрами. Но так как все 4 типа фильтров имеют разный сдвиг, то это немного испортит качество итогового изображения, ведь на всех пикселях мы видим разные точки сцены.\nПоэтому делают немного по-другому. Вместо уменьшения разрешения всей фотографии добавляют недостающие цвета, с помощью интерполяции. Например в \u0026ldquo;синий\u0026rdquo; пиксель мы хотим добавить зелёный канал; для этого можно взять среднее ближайших \u0026ldquo;зелёных\u0026rdquo; пикселей. Аналогично добавляется и красный. Оценив все каналы во всех точках, мы получим цветное изображение исходного разрешения; но часть информации в ней \u0026ldquo;не настоящая\u0026rdquo;, для неё приходится вычислять приближение. Такой процесс называют \u0026ldquo;дебайеризацией\u0026rdquo; или \u0026ldquo;демозаикой\u0026rdquo;.\nСами алгоритмы интерполяции обычно более сложные и могут даже включать данные из \u0026ldquo;чужих\u0026rdquo; цветов. Но суть примерно такая. Во многих программах, работающих с RAW-файлами, можно выбрать один из нескольких методов. Хотя об этом редко задумываются.\nВ результате дебайеризации качество немного падает по сравнению с идеальным трёхцветным снимком. Во-первых, часть точек интерполирована. Во-вторых, из-за неё может возникать цветной муар, который убирается антиальясинговым фильтром, а это ещё одна порча качества. Тем не менее, сейчас это наиболее популярный способ получения цветных изображений. Технологии производства сенсоров позволяют массово устанавливать такие фильтры, для устройства не требуется сложной механики или высокоточной оптики, а недостатки более-менее убираются современными алгоритмами.\nОднородный отклик сенсора # Для корректной работы с цветами требуется привести отклик сенсора к однородному. То есть увеличение потока света в \\(N\\) раз должно давать в \\(N\\) раз большие значения.\nДля очень многих современных сенсоров это означает вычитание уровня чёрного с опциональным масштабированием. Для каких-то может потребоваться более сложная линеаризация.\nЕсли однородности нет, то с изменением яркости соотношения каналов будут меняться, цвета будут \u0026ldquo;плыть\u0026rdquo;. В качестве примера допустим, что уровень чёрного \\(K \u0026gt; 0\\) для матрицы с линейным откликом не компенсирован, и мы получили значения пикселя \\(R + K, G + K, B + K.\\) Как нетрудно видеть, $$ \\dfrac{R + K}{G + K} \\neq \\dfrac{R}{G}. $$ Соотношения каналов поменялись, цвета будут искажаться. Причём относительное влияние \\(K\\) будет разным в зависимости от яркости, в тёмных пикселях сдвиг больше, чем в светлых.\nПриведение к однородному отклику — одна из первых вещей, которые нужно сделать при работе с изображением. Если у матрицы есть маска Байера, то её следует производить до демозаики.\nКалибровка цвета # Если Вы когда-нибудь занимались обработкой сырых изображений самостоятельно или просто выключали модули по калибровке/балансу цветов в программах для обработки фотографий, то наверняка заметили, что цвета выглядят откровенно плохо.\nПосле демозаики цвета по умолчанию выглядят совершенно неестественно Причины здесь две.\nРазная восприимчивость камеры к разным длинам волн. Это и передача оптикой, и искажения фильтрами, и, самое главное, маска Байера. У каждого сенсора светофильтры настроены по-своему. Разные источники света. Человек не замечает, как его мозг пытается привести увиденное к схожему виду. Однако если не балансировать цвета в камере, то будет несложно видеть, что на полуденном солнце одна и та же сцена имеет одни оттенки, на закате совершенно другие, а под уличными фонарями после захода — третьи. Если Вы работаете с одной и той же камерой и одним и тем же источником света, то Вам повезло: можно посчитать способ компенсации обоих эффектов один раз и однообразно применять его ко всем снимкам. При этом, правда, могут появляться скрытые источники света в виде просочившегося через окно солнца, включившегося фонарика на телефоне или просто отражений от цветных объектов.\nЕсли же что-то из этого меняется, то, вообще говоря, приходится подбирать цвета на каждый снимок. Но не всё так плохо, давайте рассмотрим некоторые методики.\nПроцесс приведения изображения к \u0026ldquo;хорошим\u0026rdquo; цветам назовём калибровкой цвета. Как правило она сводится к пересчёту каждого канала, исходя из всех каналов картинки, по какому-нибудь правилу.\nЗдесь мы в качестве примера будем предполагать, что работаем с RGB. Если используются другие светофильтры для получения цвета, то всё остаётся аналогичным. Кстати, здесь нет зависимости от самого способа: что с маской Байера, что со сменным фильтрами проблемы и решения будут схожими.\nБаланс белого # Если в сцене есть предмет нейтрального цвета (серый, белый), то это большая удача. Можно посчитать такие веса \\(w_R, w_G, w_B\\), что $$ w_R R = w_G G = w_B B, $$ где \\(R, G, B\\) — значения каналов (red, green, blue, то есть красный, зелёный, синий) на этом предмете в исходном изображении. Здесь два уравнения и три неизвестные, поэтому можно принять один из весов равным единице. Например \\(w_G\\), если зелёный — самый интенсивный.\nИногда в качестве \u0026ldquo;нейтрального предмета\u0026rdquo; используют специальную серую карту. Её цвет более-менее нейтральный (в идеале это как-то калибруется, но на практике не всегда), она фотографируется отдельно в тех же условиях, в каких снимается сама сцена, затем убирается.\nКалибровка цвета произведена с помощью баланса белого по серой карте Однако при сравнении фотографии и снятого объекта часто оказывается, что цвета всё равно переданы неточно. Например на моём фотоаппарате обычно зелёный оказывается жёлто-зелёным. Одна из проблем состоит в том, что пиксели всё равно передают не те же цвета, что наша сетчатка. Гораздо большая проблема заключается в природе цвета, который мы воспринимаем, но об этом позже.\nСмеситель каналов # Итак, мы хотим передать красивые цвета, но наши \u0026ldquo;красный\u0026rdquo;, \u0026ldquo;зелёный\u0026rdquo; и \u0026ldquo;синий\u0026rdquo; каналы оказались не совсем красным, зелёным и синим. Что можно сделать?\nМожно нивелировать расхождение цветов с помощью их линейных комбинаций. Мы ведь помним, что условно любой цвет, воспринимаемый человеком, можно разложить в комбинацию базовых. Допустим, у нас есть пиксель со значениями \\(R, G, B\\). Посчитаем из него значения \\(R_o, G_o, B_o\\) по формулам $$ \\begin{array}{ll} R_o = c_{11} R + c_{12} G + c_{13} B, \\\\ G_o = c_{21} R + c_{22} G + c_{23} B, \\\\ B_o = c_{31} R + c_{32} G + c_{33} B, \\end{array} $$ где \\(c_{ij}\\), \\(i, j = 1, 2, 3\\) — некоторые веса. Удобно представлять эту систему в матричном виде: $$ [R_o, G_o, B_o]^T = C [R, G, B]^T, $$ \\(C\\) — матрица, составленная из коэффициентов \\(c_{ij}\\), \\(\\cdot^T\\) — операция транспонирования.\nТакое преобразование называют смесителем каналов (channel mixer), он присутствует во многих программах для обработки фотографий, иногда под немного другими именами. Мы сами задаём матрицу \\(C\\), тем самым управляя цветами. Однако это требует понимания, как это работает, и опыта.\nВ рамках этой статьи не будем приводить методики работы с этим инструментом, иначе она излишне затянется. Есть очень хорошие видео с объяснениями от моего любимого Boris Hajdukovic, но они на английском. Сейчас приведём только несколько базовых свойств.\nВо-первых, если \\(C\\) — единичная матрица, то смеситель ничего не меняет. Если это единичная, умноженная на число, то будет лишь умножение всех каналов на это число, то есть цифровое усиление.\nВо-вторых, если мы хотим оставить нейтральные цвета нейтральными и не менять им яркость, то сумма коэффициентов в каждой строке должна быть равна единице. Это нетрудно видеть, если представить нейтральный цвет как \\(b [1, 1, 1]^T\\), где \\(b\\) — его яркость.\nСнова фотография с балансом белого, посчитанным по серой карте Если поменять каналы местами, то, ожидаемо, получатся совершенно неестественные цвета. Но так как сумма коэффициентов на каждой строке равна единице, то нейтральные цвета (серый, белый) остались таковыми В-третьих, давайте поймём физический смысл смешивания. Например коэффициенты \\(c_{1j}\\) регулируют красный канал. Увеличивая \\(c_{11}\\), мы лишь усиливаем влияние исходного \u0026ldquo;красного\u0026rdquo;. Увеличивая \\(c_{12}\\), мы добавляем к красному ещё часть, зависящую от \u0026ldquo;зелёного\u0026rdquo;. Если он содержит более-менее зелёный цвет, то это значит, что, например, зелёные оттенки на изображении получат добавку к красному каналу, и они станут более жёлтыми. Если же \\(c_{12}\\) меньше нуля, то мы подавляем красный цвет там, где присутствует \u0026ldquo;зелёный\u0026rdquo; канал. Тогда, например, жёлтый станет более зелёным.\nНа этих трёх принципах можно довольно неплохо поиграть с цветами. Конечно же, само регулирование опирается на вкус и опыт, что не очень радует. Слово \u0026ldquo;опыт\u0026rdquo; здесь означает, что Вам нужно учиться пользоваться этим инструментом. В целом оно того стоит.\nИ вновь фотография с балансом белого, посчитанным по серой карте Вручную отрегулирован смеситель каналов. Изображение кажется и более красочным, и цвета более похожими на реальный объект Colorchecker # А что, если придумать способ посчитать матрицу \\(C\\) автоматически? Он давно придуман. Продаются стандартные специальные карточки с хорошо калиброванными цветами в ячейках, они называются colorchecker (дословно \u0026ldquo;проверщик цветов\u0026rdquo;, хотя тут прослеживается игра слов с \u0026ldquo;checker\u0026rdquo;, \u0026ldquo;шашечки\u0026rdquo;). Помещаете такую в кадр, фотографируете, убираете, фотографируете сцену. Потом по изображению карточки считаете \\(C\\), применяете её к финальной фотографии.\nПример colorchecker\u0026rsquo;а Матрицу \\(C\\), посчитанную таким образом, называют матрицей цветокоррекции (color correction matrix, CCM). Она рассчитывается так, чтобы её применение давало наиболее точный цвет, в некотором смысле.\nТа же фотография со смешиванием вручную По colorchecker'у посчитана и применена матрица цветокоррекции Получается, найдена серебряная пуля, которая полностью решает все проблемы цветов и делает их абсолютно точными? Конечно нет. У подхода есть масса недостатков.\nНевозможность точно воспроизвести цвета. Светофильтры на нашем RGB сенсоре имеют три спектральные полосы, которые они пропускают. Они широкие, так как ими нужно покрыть весь спектр видимого света. Они пересекаются. Они не сплошные, например часто можно видеть дополнительный \u0026ldquo;холмик\u0026rdquo; ближе к инфракрасному. Другими словами, камера не запоминает спектрально точно свет, который в неё попал. Поэтому по colorchecker\u0026rsquo;у не получается подстроить коэффициенты, чтобы все патчи совпали по цвету (у нас 9 неизвестных и, в наиболее популярных карточках, 24 уравнения). Есть разные алгоритмы, например дающие наилучший результат в среднем, наилучший результат на оттенках кожи, наилучший по какому-либо восприятию и т.д. Есть куча разного ПО для вычисления CCM, от бесплатных до очень дорогих (обычно это лишь часть их функционала, например ImaTest), и результаты действительно сильно отличаются. Сильная зависимость от условий. Colorchecker получается успешно применять только в студийных условиях, когда Вы полностью контролируете свет. Или хотя бы при только искусственном свете. На улице карточка почти бесполезна, так как условия непрерывно меняются. Солнышко поднялось повыше — оранжеватый свет стал блекло-жёлтым; зашло за облачко — добавилась синева. Даже в студии бывает сложно не поймать отражения от цветных объектов вокруг, которые изменят результат до неузнаваемости. В художественной фотографии далеко не всегда цвета нужно воспроизводить точно. Зачастую можно лучше передать настроение, выделить объект, добавить или убрать контрасты с помощью манипуляций цветом. Тем не менее, CCM используется и в студийной съёмке, и для более точного представления цветов в технических целях. Она не совсем бесполезна, но и не является лекарством от всех болезней.\nСтандартные источники света # В технических целях для референса часто используют \u0026ldquo;стандартные\u0026rdquo; источники света. Самый известный — D65, который оценивается как свет при летнем полуденном солнце с цветовой температурой 6504 К. Можно найти лабораторные лампы, которые его испускают, но они редкие и дорогие. В быту вместо этого используют буквально свет от солнца в зените в безоблачную погоду.\nПочему нужен референс? Можно посчитать CCM для перехода от никудышных цветов камеры в более-менее точные цвета в референсном освещении. Как раз с помощью colorchecker\u0026rsquo;а. После этого достаточно будет использовать переходы от референса к другим источникам света, если такой переход известен.\nПочему D65? Потому что это источник, обладающий примерно одинаковыми свойствами летом во всей умеренной широте планеты. Его не нужно воспроизводить и зависеть от сложного лабораторного оборудования.\nПресеты # В камерах, да и в программах для обработки изображений, можно увидеть стандартные пресеты баланса белого/калибровки. Чаще всего это дневной свет, облачный день, лампа накаливания, флуоресцентная лампа и т.д. Как их вычисляют, и можно ли им доверять?\nВычисляют их как раз по стандартному источнику. Для Вашей камеры должна быть известна CCM перехода в некий стандартный источник, ПО знает, как из этого источника перейти в пресет. Доверять этому стоит, если Вы уверены в CCM. Если стороннее ПО даёт не очень хорошие результаты, то всё равно это хорошая отправная точка, можно немного поправить проблемные места.\nСнова изображение по colorchecker Применена CCM для перехода в D65, затем пресет светодиодной лампы с температурой 2840 К Цветовая температура # Ещё один способ удобно работать с цветом — цветовая температура. Не вдаваясь в детали, это теоретическая величина, задающая цвет источника света. Вы меняете температуру, и картинка становится более красной или более синей.\nЭто тоже не абсолютный подход. Например сцена снята при лампочке, стоящей за оранжевым абажуром. В этом случае свет прошёл через светофильтр, и его спектральный состав сильно изменился. Для нивелирования таких эффектов можно тоньше подстраивать баланс белого смещением оттенка (tint), оно двигает ближе к зелёному или фиолетовому. Управление двумя параметрами уже не всегда просто и интуитивно.\nТакже бывают адаптации температуры под разные условия. Например теоретическое планковское чёрное тело, дневной свет (учитывается прохождение через атмосферу).\nСнова изображение по colorchecker Применена CCM для перехода в D65, затем планковское чёрное тело температурой 2600 К Применена CCM для перехода в D65, затем дневной свет температурой 2550 К Невозможно пройти мимо и не упомянуть небольшой курьёз. Большинство людей, в том числе и фотографов, думают, что большая температура значит более \u0026ldquo;тёплый\u0026rdquo; красный цвет, а меньшая — более \u0026ldquo;холодный\u0026rdquo; синий. Для простоты запоминания удобно так и думать, но это не совсем корректно.\nЧем выше эффективная температура излучающего тела, тем более синий цвет оно даёт. Например наше Солнце является красным карликом, оно сравнительно холодное, потому и красное. Синие же звёзды, например Сириус, самые горячие. Но калибровка цвета заключается в компенсации источника. Поэтому \u0026ldquo;горячий\u0026rdquo; источник мы подавляем красным оттенком, и наоборот. Физический смысл противоположный, мнемоника правильная.\nАвто-баланс белого # Внимательный читатель может спросить: почему человек не видит разницы в источниках света, в разумных пределах? В течение большей части дня мы видим примерно одинаковые цвета, причём что в безоблачную погоду, что в пасмурную. Мы замечаем разницу между лампой накаливания и \u0026ldquo;синюшной\u0026rdquo; светодиодной, но только когда обращаем внимание.\nОчень похоже, что наш мозг сам подбирает баланс белого. Это помогает видеть ему вещи примерно одинаково в разных условиях. Может ли цифровая камера делать что-то подобное? Конечно может.\nУ любого уважающего себя фотоаппарата с цветной фотоматрицей есть режим автобаланса белого, по-английски auto white balance, AWB. В простейшем случае он считает \u0026ldquo;средний цвет\u0026rdquo; по кадру и нейтрализует его. Также может детектироваться нейтральная часть сцены, калибровка проводиться по ней. При этом может быть полезно знать CCM для перехода к референсному источнику, например D65.\nСнова изображение по colorchecker Применена CCM для перехода в D65, затем цвет калиброван по белой области вокруг глаз совёнка Некоторые камеры предлагают не только авто-баланс для нейтрализации цветов, но также с последующим \u0026ldquo;утеплением\u0026rdquo;, чтобы получить более приятные оттенки. Например у Canon это называется ambience priority AWB.\nРежим AWB является наиболее популярным во многих жанрах фотографии. Потому что он даёт результат, близкий к тому, как мы видим мир, в широком наборе условий. При этом не нужно знать свойства доминирующего источника света. Но нужно понимать и недостатки.\nНе во всех условиях авто-баланс отрабатывает хорошо. Не всегда нужно передать цвета нейтрально. В художественной съёмке вместо этого можно \u0026ldquo;утеплить\u0026rdquo; или \u0026ldquo;охладить\u0026rdquo; тона, разделить цвета для большего контраста, свести всё в монохром для \u0026ldquo;спокойного\u0026rdquo; вида и т.д. Когда снимаете серию снимков для совместной обработки, например склейки в панораму, focus stacking и т.д., можете получить ощутимо разные цвета, так как каждый кадр балансировался по-своему. В ряде случаев это можно будет исправить на постобработке, как минимум если снимаете в Raw. Многие камеры умеют рассчитывать баланс по одному кадру и применять к новым при съёмке. Другие проблемы передачи цвета # Сложность передачи цветов # Мы уже упоминали, что камера не способна воспроизводить цвета точно. Это лишь часть проблемы, ведь воспроизвести его тоже не удалось бы.\nВо-первых, из-за того, что просматривать изображение мы будем на экране или принтерной печати. В большинстве случаев устройства не калиброваны, и все передают по-разному. Сильно по-разному. Даже если откалибровать все экраны в мире, остаётся та проблема, что они не отображают снятую сцену в исходной яркости. А она может ощутимо влиять на восприятие цветов. Тем более, что все мы ставим разную яркость экрана и смотрим на него при разном освещении.\nВо-вторых, цвет — вообще сложная штука и связана с тем, как наш мозг интерпретирует увиденное. Его можно обмануть, у него есть неоднозначности (например мы видим фиолетовым и чисто фиолетовый свет, и смесь красного с синим, хотя спектр в этих двух случаях разный), каждый человек видит его по-своему. По сути мы пытаемся фотографией вызвать в мозге ощущения, похожие на те, которые чувствовали в момент съёмки. Это не безразмерно сложно, потому что мы используем не случайный шум, а неплохое приближение к изображению. Однако в этом процессе есть масса сложностей, которые человечество активно изучает с прошлого века, может и раньше.\nНесколько источников света # Калибровка — это компенсация цвета, полученного от источника света. Если доминирующих источников несколько, то дело усложняется. Даже если комбинировать компенсации, чтобы нейтрализовать \u0026ldquo;средний арифметический\u0026rdquo;, то можно столкнуться с их локальностью. Когда часть сцены больше подсвечена одним, а часть — другим.\nДовольно противным источником света может быть отражение от цветных предметов. Во-первых, его бывает сложно заметить при съёмке. Во-вторых, оно даёт нестандартный цвет, и без нейтрального объекта в сцене может быть сложно его компенсировать.\nКак наш мозг справляется с ситуацией, когда разные части сцены подсвечены разным цветом? Мы можем поводить глазами, при этом нейтрально будет выглядеть то, что в центре взгляда. С фотографией так плохо получается: нейтрализуем мы глобально всю сцену, а из-за малого масштаба мозг не всегда адаптируется к различиям в разных частях кадра. Однако иногда можно делать локальные калибровки: часть отбалансировать одним образом, часть — другим.\nИтоги # На текущий момент наиболее популярные две технологии для передачи цвета фотоматрицей — маска Байера и ручная смена светофильтров. Первая применяется в потребительских камерах, вторая — в сравнительно узких случаях. Для корректной работы с цветами требуется привести отклик сенсора к однородному. Получить хорошие цвета не всегда просто, но есть множество техник, помогающих в этом. Получить идеальные цвета в общем случае невозможно. ","date":"18 декабря 2025","externalUrl":null,"permalink":"/ru/posts/sensors/colors/","section":"Статьи","summary":"Механизмы передачи цвета с помощью сенсора","title":"Передача цвета","type":"posts"},{"content":"В предыдущих статьях мы рассмотрели модели пинхола и камеры с тонкой линзой. Про пинхол мы рассказали, что его применение ограничено. Но что насчёт тонкой линзы? Можно ли вставить в коробку увеличительное стекло вместо того, чтобы отдавать немалые деньги тем самым неопрятным капиталистам в цилиндрах, которых нам рисовали в начале прошлого века?\nВсегда можно попробовать, как минимум это должно быть интересно, но хорошего качества изображения мы наверняка не получим. Причина в том, что модель тонкой линзы не очень точно описывает наш мир. Она не учитывает, собственно, толщину линзы и эффекты, происходящие в ней, волновую природу света и некоторые тонкие моменты, касающиеся самой камеры.\nАберрации # Disclaimer: я об этом знаю мало и плохо, но вам обязательно расскажу.\nАберрации — это, грубо говоря, недостатки оптической системы, которые отклоняют её от целевой модели. В нашем случае от тонкой линзы, где мы могли бы обходиться простой лучевой геометрией и формулами.\nКоротко пробежимся по некоторым из них, чтобы иметь представление о проблеме. Тема сложная и объёмная, для погружения лучше изучать каждый вид отдельно, как минимум начиная со статьи на Википедии.\nСферическая аберрация # Сферические аберрации возникают из-за того, что толщина стекла возле центра больше, чем по краям линзы. После входа в среду лучи преломляются, проходят среду и только после этого преломляются ещё раз, получая целевой угол.\nСферическая аберрация На рисунке A изображена модель тонкой линзы. Вместо неё самой нарисовали линию, чтобы подчеркнуть, что преломление лучей происходит в центральной плоскости. На рисунке B показана толстая двояковыпуклая линза. Лучи проходят внутри стекла под \u0026ldquo;неправильным\u0026rdquo; углом, причём в разных частях линзы будет и разный угол, и разное расстояние, которое луч прошёл. На C передняя поверхность линзы плоская, поэтому лучи, параллельные оптической оси, на ней не преломились, но на задней поверхности они выходят на разном расстоянии от центра.\nВ результате сферической аберрации фокус \u0026ldquo;плавает\u0026rdquo; в зависимости от части линзы, через которую прошли лучи.\nЧтобы уменьшить эффект, можно подбирать форму линзы, обеспечивающую наименьший такой эффект при соблюдении остальных требуемых качеств, выбирать материал с малым показателем преломления, диафрагмировать линзу (закрывать части, далёкие от центра; естественно, что при этом уменьшится пропускаемый поток света).\nДисторсия # Общим словом \u0026ldquo;дисторсия\u0026rdquo; называют искажения, которые меняют гномоническую проекцию сцены, то есть превращают прямоугольник во что-то непрямоугольное. Наиболее популярны для рассмотрения два вида дисторсии: радиальная и тангенсальная.\nРадиальная дисторсия — это сжатие/расширение изображения, зависящее от радиуса, то есть от удаления от оптического центра. На фотографии она делает прямые линии искривлёнными, причём чем дальше от центра, тем хуже (если оптическая ось проходит через центр фотоматериала). Самыми распространёнными подтипами бывают, как их называют в англоязычной литературе, \u0026ldquo;бочка\u0026rdquo; и \u0026ldquo;подушечка для булавок\u0026rdquo;. Первая заключается в искривлении от центра наружу, вторая — от краёв внутрь.\nИсходное изображение, оно же с искажением \u0026ldquo;бочка\u0026rdquo;, оно же с искажением \u0026ldquo;подушечка для булавок\u0026rdquo; Тангенсальная дисторсия имеет гораздо более сложную форму и связана с наклоном фотоматериала относительно оптической оси. Считается, что при более-менее нормальном производстве объективов она должна быть очень небольшой и незаметной глазу. Утрированно же она выглядит как загибы уголков сетки и другие сложные, несимметричные искажения.\nИ радиальная, и тангенсальная дисторсии могут исправляться программно. Для этого чаще всего используется модель Брауна-Конради, которая есть, например, в библиотеке OpenCV. Есть также более совершенная модель, но она не так популярна, потому что первая достаточна для большинства случаев. Какой бы алгоритм ни был выбран, сначала нужно оценить параметры модели, а затем применять её. Если Вам нужно визуально немного улучшить дисторсию, то софт навроде Adobe Lightroom, Darktable и т.д. может уже иметь какую-то базу данных с параметрами для популярных моделей объективов. Также, камера обычно создаёт JPEG с уже исправленной дисторсией, что наводит на мысль, что параметры могут быть извлечены из самого объектива.\nЕсли же Вам требуется очень точно исправлять искажения, например при работе с оптическими метрологическими устройствами, то её придётся оценивать индивидуально для конкретного объектива. Это может быть проделано лабораторно, когда через объектив рассматривается объект с известной геометрией, подбираются такие параметры, чтобы на изображении показалась проекция этой геометрии. В каких-то случаях можно вместо оценки оптимизировать эти параметры в какой-нибудь многовидовой системе уравнений.\nОчевидно, что программное исправление дисторсии всё равно снижает качество по сравнению с её отсутствием. Потому что это в любом случае интерполяция/экстраполяция неувиденных точек изображения через увиденные. Поэтому желательно исправлять её оптикой.\nХроматическая аберрация # Хроматическая аберрация вызвана тем же эффектом, что изображён на обложке Pink Floyd: The Dark Side of The Moon, а именно дисперсией. Лучи разной длины волны преломляются линзой немного по-разному, поэтому у каждого цвета будет своя точка фокуса.\nЕсть хроматизм положения и хроматизм увеличения, разница между которыми довольно тонкая, не будем про неё рассказывать. \u0026ldquo;В быту\u0026rdquo; суть аберрации заключается в появлении синих и красных контуров возле границ объектов. Особенно если есть сильный перепад яркости, например очень часто аберрации видны при фотографировании тонких ветвей на фоне яркого неба.\nСправа и снизу красные контуры, слева и сверху — бирюзовые Хроматические аберрации могут быть частично исправлены программно, либо может быть уменьшен их визуальный эффект. Есть техники для их уменьшения в оптике.\nВиньетирование # Данный эффект не считается аберрацией, но также нежелателен в большинстве случаев. Виньетирование — это радиальное затемнение изображения. \u0026ldquo;Радиальное\u0026rdquo; здесь значит, что в центре его можно считать нулевым, а по краям светового пятна, производимого линзой, оно максимально. Часто сравнивают яркость по краям и в центре, чтобы оценить величину виньетирования.\nЕсли убрать почти всю обработку, которую производит фотоаппарат, то при фотографировании равномерно освещённой плоскости становится видно виньетирование. В данном случае углы темнее центра примерно на 25% После программной коррекции изображение выглядит более равномерным Причин такого эффекта может быть много, от простой блокировки света (около оптической оси свет проходит почти под любыми углами, по краям часть не попадает из-за корпуса объектива) до угла падения лучей по краям пятна (цифровые сенсоры эффективнее собирают свет, если он падает под прямым углом).\nОбе точки находятся на плоскости фокусировки, но свет от нижней частично прикрыт корпусом объектива, а лучи приходят под большими углами к нормали, чем у точки на оптической оси Проблема решается программно, достаточно оценить закон, по которому яркость падает в зависимости от удаления от центра изображения и компенсировать яркость. Но это может порождать шум, так как края получили меньше света, и отношение сигнал/шум там будет меньше. Если эффект не слишком суровый, то падение качества будет незначительным.\nТакже виньетирование часто применяется как художественный приём. С помощью затемнения лишнего можно лучше выделить основной объект съёмки, а сам градиент может придать загадочную атмосферу. Однако проще добавить его искусственно на пост-обработке: и больше контроля над формой, и затемнение не ухудшает отношение сигнал/шум.\nЭлементы объектива # Если Вы хоть раз выбирали объектив или камеру со встроенным объективом, то наверняка замечали в характеристиках что-то из разряда \u0026ldquo;6 элементов в 5 группах\u0026rdquo;. Что это значит, и важно ли это?\nЭлементы — это оптические объекты, которые нужны для работы объектива. Это передняя линза, затем какие-нибудь элементы для исправления дисторсии, затем для исправления хроматических аберраций, затем для того, чтобы направить пучок вдоль оптической оси (многие цифровые сенсоры работают эффективнее, если лучи попадают в них перпендикулярно) и так далее, и тому подобное. Как мы узнали выше, там всегда есть, чего исправить.\nПри этом не следует думать, что много оптических элементов — это всегда хорошо. Каждый добавляет свои недостатки, которые иногда приходится исправлять ещё большим числом элементов.\nТо есть \u0026ldquo;много элементов\u0026rdquo; значит, что попытались скорректировать много недостатков. \u0026ldquo;Мало элементов\u0026rdquo; — что корректировали мало недостатков. Это могло быть как по причине, что их и было мало, так и для удешевления объектива. Разработка оптических систем — это всегда компромисс.\nЗнаете ли Вы? Многие производители объективов предоставляют схемы своих творений, в том числе в открытом доступе. Например у Canon есть Canon Camera Museum. У Sigma диаграмму можно найти на странице устройства на официальном сайте. На них не подписано предназначение, покрытия и особенности установки, но по крайней мере можно увидеть, что из себя представляет настоящий современный объектив. Эквивалентная система # Внимательный читатель может спросить: если мы добавили столько линз, то каковы же будут свойства полученной системы? Какая связь между ней и моделью тонкой линзы?\nВся эта сложная система из оптических элементов спроектирована так, чтобы приближённо работать как какая-то целевая модель. Для обычных фотообъективов это модель тонкой линзы, ведь мы хотим фокусировать точки на плоском материале по предсказуемым законам. По пути от входного зрачка к материалу система может неоднократно менять длину фокуса, направление лучей и прочие параметры, но в конце она работает как модельная тонкая линза требуемых характеристик.\nПо пути всё может меняться настолько, что по внешнему виду объектива не скажешь, для чего он предназначен. Например Sigma Contemporary 16 mm f/1.4 имеет длину около 90 мм, хотя он представляет линзу с длиной фокуса 16 мм.\nУ типового объектива есть входной и выходной зрачки. Через первый заходит свет, который мы хотим отобразить на материал. Через второй он выходит в таком виде, который мы ожидаем от целевой модели. Конечно же приближённо, сделать идеально никогда не получится. Таким образом, мы можем заменить сложную реальную систему на модельный эквивалент, \u0026ldquo;схлопнув\u0026rdquo; всё, что между зрачками.\nЭти две системы эквивалентны Асферические линзы # Мы увидели, что сферические линзы имеют множество проблем, начиная со сферических аберраций. Можно ли использовать какие-либо другие? Можно, но иногда сложно. Такие линзы называют асферическими.\nВо-первых, есть другие достаточно простые разновидности линз. Например параболическая, которая имеет ряд преимуществ, если свет приходит параллельно оптической оси. Такое условие выполняется при наблюдении далёких планет, звёзд и туманностей, поэтому линза часто используется в телескопах. У неё также есть недостатки, например необходимость очень точно выставлять оптическую ось.\nВо-вторых, можно разработать линзу любой формы. Однако здесь есть две сложности.\nМожет быть непросто рассчитать форму, которая обладала бы нужными свойствами. Как правило у них сложное производство, особенно если возникают высокие требования к точности исполнения. Вообще, сферические лизы — наверное самые простые в производстве. Поэтому они стоят гораздо дешевле, а хорошего качества (близости к целевой форме) достичь гораздо проще.\nДополнительные опции # Дополнительно объектив может иметь мотор для автофокуса, оптическую стабилизацию изображения (специальная механика двигает одну или несколько линз, чтобы компенсировать тряску), отсек для встраиваемых фильтров и многие другие опции.\nТакже объективы делятся на фиксы и зумы (по-английски prime и zoom). Фиксы имеют неизменную длину фокуса, а у зумов её можно менять в установленном диапазоне, не снимая объектив. Эта возможность очень удобна, однако, как правило, ухудшает передачу, ограничивает диафрагму и увеличивает цену. Сделать зум, который работал бы хорошо во всех конфигурациях, да ещё оставался бы доступным по цене, невероятно сложно.\nПочему объективы такие дорогие? # Итак, мы уже поняли, что толстяка в цилиндре не проведёшь, и объективы — это не так просто. Но если это всегда сложно, то почему некоторые стоят пару сотен долларов, а другие — несколько тысяч?\nДопустим, Вы решили сделать объектив.\nЧтобы \u0026ldquo;доставить\u0026rdquo; свет до фотоматериала нужным образом, необходимо вставить несколько элементов. Каждый стоит денег, от производства до установки. Среди элементов потребовались асферические? Это может дорого обойтись. Есть элементы, которые могут хорошо работать только при определённых свойствах материала? Скорее всего подойдёт синтетическое флюоритное стекло. Оно производится из толчённых хорошо очищенных минералов флюорита, процесс довольно сложный и требующий чёткого соблюдения условий, поэтому такой элемент обойдётся очень дорого. Не нравятся блики, в том числе возникающие из-за отражения лучей внутри объектива? Просто нанесите на нужные элементы специальное покрытие. Не забудьте заплатить. Раз мы живём в XXI веке, то нужно обеспечить автоматический фокус с переключением на ручной. Это требует специальных механизмов, которые нужно произвести и вставить. Двигатели тоже бывают разные, от обычных шаговых до ультразвуковых. Как насчёт встроенной стабилизации изображения? Не забываем про управляемую диафрагму. Кстати, придадим ей округлую форму с большим количеством лепестков или обойдёмся \u0026ldquo;топорным\u0026rdquo; многоугольником? Если объектив напичкан электроникой, то он должен как-то общаться с камерой, чтобы она могла им управлять. Для этого нужны контакты, контроллер и, конечно, спецификация протоколов общения (продаётся отдельно). Обязательно нужна лицензия на производство под выбранный байонет и его спецификация. Всё это делал отнюдь не один человек, нужно всем выплатить зарплаты. В первую очередь оптикам, редким специалистам, которые изобретали схему, тестировали её, проводили исследования и т.д. Может требоваться высокотехнологичное производство. Куча элементов, электроники, сложный корпус, элементы управления — всё это ставится и роботами, и людьми, с промежуточным контролем на нескольких этапах. Вот, например, пара видео с завода Sigma: 1, 2. Какие-то этапы можно пропустить, тем самым снизив цену. Можно сэкономить на материалах или на контроле качества. И так далее, и тому подобное, в итоге у нас есть большое разнообразие между недорогими объективами с кучей компромиссов и топовыми, в которые напичкали всё передовое.\nМожет ли недорогой объектив быть хорошим? # Может. Нет, серьёзно. Если это не совсем кусок пластмассы, конечно. Качество будет не \u0026ldquo;супер\u0026rdquo;, а просто достаточным для фотографии.\nВо-первых, у любого уважающего себя производителя любительских камер со сменным объективом найдётся недорогой \u0026ldquo;полтинник\u0026rdquo;, по-английски его называют \u0026ldquo;nifty fifty\u0026rdquo;. Это объектив 50 мм для полнокадровой зеркальной камеры, поэтому через адаптеры его можно надеть на почти любую камеру этого же производителя. Как правило у него широкая диафрагма, например f/1.8, простая схема, нет стабилизатора и других наворотов, зато отличное качество изображения. Стоят они обычно в районе 150–200$.\nВо-вторых, есть китайские компании, которые вместо собственного дизайна оптики используют схемы с истекшим патентом. Это устаревшая оптика, ей несколько десятков лет, скорее всего она проектировалась для плёнки, а не матрицы, но в свои годы она могла быть очень даже неплохой. При этом пользователь не платит за разработку схемы, она досталась производителю бесплатно. Качество китайских объективов Вы можете представить сами: там либо повезёт, либо нет, но больших надежд лучше не питать.\nВ-третьих, можно здорово сэкономить, если лишить объектив электроники, включая автофокус. Однако примерно всегда Вы найдёте такие объективы у тех же китайских производителей, либо это старые б/у устройства с адаптерами на новые байонеты. Не говоря о том, что пользоваться только ручным фокусом приемлемо не во всех жанрах.\nВ-четвёртых, с большой вероятностью Вам не нужно настолько высокое качество, которое можно обеспечить только самыми дорогими объективами. Да, можно получить чуть более мыльную картинку, пониженный контраст, сдвинутые цвета, хроматические аберрации и даже неслабую дисторсию. Но часть этих проблем более-менее убирается программной обработкой, а остальное не так заметно глазу. Есть аспекты фотографии, которые гораздо больше влияют на снимок, а стоят меньше, например композиция, выбор условий и света, выбор настроек, выбор момента, обработка. Переходить к топовым объективам имеет смысл только если с остальным Вы уже успешно справляетесь, а это занимает несколько лет интенсивного обучения.\nПример. Когда мне нужно съездить на отдых, где придётся много ходить и некуда сбросить вещи (под описание попадает примерно 100% всех поездок в незнакомые места), я беру свой любимый китовый объектив Canon EF-M 18-150 mm f/3.5-6.3. Если только не планирую снять что-то особенное или поэкспериментировать с объективами. У него преступно большой диапазон длин фокуса, узкая диафрагма, подчас огромные хроматические аберрации и не очень чёткая картинка. Однако одним сравнительно небольшим и лёгким устройством я могу делать почти что угодно.\nВсе ли дорогие объективы хорошие? # Нет, не обязательно. Если производитель потратил много времени на исследования, материалов на замудрённые оптические элементы и т.д., то, к сожалению, всё равно можно получить не очень хорошее устройство. Или хотя бы не лучшее, в том смысле, что могут быть более дешёвые варианты с лучшими характеристиками. Тем не менее, дорогая оптика гораздо чаще окажется удачной, чем дешёвая.\nПеред тем, как покупать объектив, имеет смысл найти лабораторные тесты на него или хотя бы просто отзывы. Одним из популярных, хотя и не единственным, сайтов с лабораторными тестами является DxO Mark. Там представлено довольно много приборов, но всегда стоит поискать и по другим ресурсам.\nОбычно в лабораторных тестах оцениваются характеристики (дисторсия, хроматические аберрации, общая чёткость и т.д.) при различных длинах фокуса и диафрагмах, иногда на разных расстояниях до снимаемого образца. Оптика может проектироваться под конкретные цели и чаще всего не будет одинаково хорошо работать на всех допустимых конфигурациях. В большинстве случаев на самой широкой диафрагме качество заметно хуже, чем после прикрытия на один–два стопа. При совсем узкой диафрагме у всех объективов также падает качество, так как он превращается в пинхол, и дифракция всё портит.\nПосле покупки объектива Вы можете поснимать объект с чёткой текстурой, например хорошо напечатанную газету или книгу, на разных конфигурациях. Даже сравнивая результаты на глаз, Вы сможете определить, на каких конфигурациях устройство работает хорошо, а каких следует избегать.\nИтоги # Настоящий объектив никогда не работает в точности так, как представляемая им модель. Чтобы приблизить к целевой модели, оптики разрабатывают сложные схемы с кучей элементов. Всё это стоит денег и не обязательно окупается. Можно оценивать качество объектива по разным параметрам и в разных условиях. Полезные материалы # Статья про аберрации на Хабре (не связана с данной примерно никак; почитайте, наверняка найдёте что-то новое): https://habr.com/en/articles/758558/ ","date":"18 октября 2025","externalUrl":null,"permalink":"/ru/posts/optics/real-lens/","section":"Статьи","summary":"Современный объектив несколько отличается от рассмотренных моделей, так как они имеют существенные недостатки","title":"Настоящий объектив","type":"posts"},{"content":" У любого объектива есть диафрагма, по-английски её называют aperture, в разговорной речи иногда апертурой. Это непрозрачная перегородка с отверстием, через которое проходит свет. Цель такой конструкции — отграничить \u0026ldquo;нежелательный\u0026rdquo; свет. Зачем это нужно, и как этим пользоваться — расскажем в этой статье.\nДиафрагма отграничивает часть света, обычно с краёв линзы Даже если у объектива нет явной диафрагмы как отдельного устройства, то таковой можно считать, например, оправу линзы. Как правило линза имеет конечный размер и не замыкается в полную сферу, поэтому какой-то ограничитель всё равно есть.\nПо своей сути диафрагма позволяет нам пропорционально выбирать модель объектива между пинхолом и тонкой линзой. Какие-то объективы позволяют варьировать диаметр отверстия, какие-то — нет. Например почти любой современный объектив для фотоаппаратов имеет ирисовую диафрагму, что позволяет менять апертуру в любой момент. У телефонов диафрагма не меняется, за исключением некоторых экспериментальных моделей; настолько компактная камера и без того получает слишком мало света, чтобы уметь его ограничивать ещё больше, а вставлять ещё один механизм просто некуда.\nПоложение диафрагмы в объективе # Как мы знаем, в объективе содержится довольно много линз и другой оптики. Куда же вставляется диафрагма?\nВопреки ожиданию, это не обязательно передняя линза. На самом деле редко она находится возле передней линзы, обычно это где-то посередине объектива. Оптик должен рассчитать, в какой точке будет эффективнее ограничивать пучок лучей. Кроме того, тонкую механику следует прятать подальше, чтобы у пользователя было меньше возможностей её повредить.\nЕсли говорить об эквивалентной схеме, то тут тоже не всё так просто. Во-первых, физический размер апертуры, вставленной в середину объектива, может отличаться от эффективной апертуры, так как может \u0026ldquo;резаться\u0026rdquo; более широкий или узкий пучок света, чем вошёл бы в эквивалентную систему. Во-вторых, бывает непросто рассчитать положение в пространстве, куда разместится модельная система после \u0026ldquo;схлопывания\u0026rdquo; зрачков. Откровенно говоря, это может быть сложностью и без диафрагмы.\nОбъектив с диафрагмой и его эквивалентная модель Где требуется сравнение модельной системы с диафрагмой и без, будем условно обозначать апертуру чёрными линиями поверх тонкой линзы. Если сравнение не требуется, то вместо этого можно нарисовать тонкую линзу нужного размера, это будет одно и то же.\nДля простоты обычно говорят об эффективном размере диафрагмы. Например \u0026ldquo;апертура объектива имеет диаметр 5 мм\u0026rdquo; значит, что модельный эквивалент имеет такую диафрагму, а не физический размер перегородки внутри. Естественно, если это соответствует контексту, и мы не обсуждаем схему устройства.\nСветосила # В статье про пинхол мы вскользь упоминали светосилу. Рассмотрим её чуть подробнее, так как это один из важнейших параметров, которым управляет диафрагма.\nИтак, светосила объектива — это отношение яркости изображения объекта к яркости самого объекта. Различают геометрическую и эффективную.\nГеометрическая светосила # Геометрическая светосила не учитывает потери света внутри объектива. Она зависит от диаметра апертуры \\(D\\) и нашей любимой \u0026ldquo;длины фокуса пинхола\u0026rdquo; \\(L\\), которую теперь не стыдно назвать задним фокусным расстоянием. Яркость пропущенного через входной зрачок света линейно зависит от площади апертуры \\(\\pi D^2 / 4\\), то есть квадратично зависит от \\(D\\). Так как зрачок является единственным источником света в объективе, то яркость света, попавшего на фотоматериал, падает пропорционально квадрату \\(L\\). Примерно так же, как падает яркость точечного источника света: при увеличении \\(L\\) Вы распределяете ту же энергию по большей площади камеры-обскуры.\nЧтобы не заморачиваться с константами, вводят f-число, оно же диафрагменное число: $$ N_f = L / D $$ и говорят, что геометрическая светосила обратно пропорциональна квадрату f-числа.\nВ фотографии принято указывать f-число в формате \u0026ldquo;\\(f / N_f\\)\u0026rdquo;, например \\(f / 3.5\\) при \\(N_f = 3.5\\). На фотообъективе можно найти подобное обозначение, оно говорит об f-числе при максимально раскрытой диафрагме. Если она управляется, то её можно сужать и получать большие знаменатели. Например у светосильного объектива с обозначением \\(f / 1.8\\) можно получить \\(f / 1.8\\), \\(f / 2\\), \\(f / 2.8\\) и т.д.\nЭффективная светосила # Эффективная светосила учитывает потери в элементах объектива. В основном это поглощение света материалом линз, отражение от их поверхностей, поглощение на границах сред. Чтобы минимизировать потери, используют просветлённые стёкла и специальные покрытия против отражений. Эффективная светосила обратно пропорциональна квадрату T-числа \\(N_T\\), $$ N_T = N_f / \\sqrt{\\tau}, $$ где \\(0 \\leq \\tau \\leq 1\\) — коэффициент пропускания системы.\nТам, где важна \u0026ldquo;настоящая\u0026rdquo; светосила, принято указывать T-число вместо f-числа. Например на кинематографических объективах Вы увидите именно его, также применительно к максимально раскрытой диафрагме.\nКак оценить влияние диафрагмы на экспозицию # Давайте подчеркнём, что светосила зависит именно от квадрата f- или T- числа.\nДопустим, у нас есть фотообъектив со светосилой \\(f / 1.4\\). Мы получили снимок, посмотрели на него и решили зажать диафрагму, получив \\(f / 2.8\\). Остальных настроек не меняли. Как изменится экспозиция, то есть яркость фотографии? Так как мы увеличили f-число вдвое, то яркость уменьшится в \\(2^2 = 4\\) раза. Если зажмём до \\(f / 8\\) и не изменим других настроек, то яркость упадёт примерно в 32.65 раз по сравнению с \\(f / 1.4\\).\nВ обиходе изменение f- или T- числа на единицу называют стопом. Например у Вас стоит \\(f / 3.5\\), и Вам предлагают зажать диафрагму на два стопа. Это значит выставить \\(f / 5.5\\).\nМы любим неоднозначность на ровном месте, поэтому не путайте стоп диафрагмы со стопом экспозиции! Это совершенно другая величина, не имеющая почти никакого отношения к апертуре, и связанная с логарифмическим (даже не квадратичным) изменением яркости любым способом.\nСветосила зум-объективов # Зум-объектив — это объектив, у которого можно поменять длину фокуса \\(f_\\ell\\). Мы знаем, что если мы фокусируемся на достаточно далёкий объект, то \\(L \\approx f_\\ell\\). Что будет со светосилой при изменении заднего фокусного расстояния?\nБольшинство зум-объективов спроектированы так, что абсолютный размер диафрагмы не зависит от длины фокуса, либо меняется слабо. Это значит, что диафрагменное число будет увеличиваться, если мы увеличим \\(f_\\ell\\), а за ним и \\(L\\), не меняя диаметра апертуры. Светосила будет падать пропорционально квадрату длины фокуса.\nТакже есть объективы с постоянным диафрагменным числом. Они спроектированы особым образом, чтобы на всём диапазоне \\(f_\\ell\\) обеспечивать одинаковое минимальное (при самой широкой апертуре) f-число.\nТак как минимально возможное диафрагменное число может меняться, то на зум-объективах указывают их диапазон. Малое доступно на малой длине фокуса, большое — на большой. Например Canon 18-150 mm f/3.5-6.5 IS подсказывает, что на 18 мм мы получим \\(f / 3.5\\), на 150 мм — \\(f / 6.5\\).\nГлубина резкости # Как мы знаем, собирающая линза даёт нам эффект дефокуса, то есть размытия всего, что находится вне плоскости фокусировки. Чем дальше от неё, тем сильнее выглядит размытие. В то же время мы знаем, что у пинхола никакого дефокуса нет. Стало быть, управляя диафрагмой, мы можем выбирать, сколько дефокуса мы испытаем.\nРасстояние вдоль оптической оси, которое изображается достаточно сфокусированным, называют глубиной резкости, или глубиной резко изображаемого пространства, ГРИП, depth of field, DoF. Обычно это расстояние оценивают на глаз, потому что оно зависит от того, что такое \u0026ldquo;достаточно сфокусированное изображение\u0026rdquo;. В идеале это могло бы быть \u0026ldquo;пятно размытия на сенсоре не превышает один пиксель\u0026rdquo;, но обычно требуется гораздо более слабый критерий. Тем более, что у современных матриц пиксель очень мелкий, а в большинстве случаев нас интересует чёткость общей картинки, то есть после downsampling\u0026rsquo;а.\nХоть в абсолютных величинах ГРИП мерить обычно бесполезно, всё равно можно сравнивать глубину резкости на двух изображениях. Так вот, сужение диафрагмы при прочих равных всегда увеличивает ГРИП. Можно воспринимать это как \u0026ldquo;увеличение пинхольности\u0026rdquo;, но этому есть и более простое объяснение: узкая апертура уменьшает пятно размытия.\nОтсекая лучи, проходящие далеко от оптического центра, мы уменьшаем пятно размытия от точки вне фокуса Как же выбрать оптимальное f-число? В художественной фотографии обычно не используют каких-либо формул для этого, всё опирается на опыт и/или тщательный осмотр кадра сразу после съёмки. Есть некоторые общепринятые эмпирики, например в ландшафтной фотографии чаще всего используют \\(f / 8\\), потому что в этом жанре любят умещать в фокусе всю многокилометровую сцену, расстояния большие, объективы широкоугольные, а ещё один поход в хороших условиях может больше не состояться, поэтому прийти с размазанными фотографиями обидно. Однако правило \u0026ldquo;используй \\(f / 8\\), и всё будет в фокусе\u0026rdquo; верно не всегда.\nГлубина резкости зависит от нескольких факторов.\nДиафрагма. Переднее фокусное расстояние. Чем объект ближе, тем тоньше ГРИП. И наоборот, у любого объектива при достаточно далёком расстоянии всё умещается в фокусе. Длина фокуса. При прочих равных у широкоугольного объектива глубина резкости больше, чем у телевика. Эту тему мы рассмотрим подробнее в статье про фокусировку. Пока же хватит и этого. И напоминаю, что малая глубина резкости — это не всегда проблема. Её можно использовать как прекрасный художественный приём, особенно в таких жанрах, как портрет.\nВлияние диафрагмы на качество изображения # В предыдущей статье мы говорили о всевозможных проблемах, которые встречаются в объективах. По большей части они тем сильнее, чем дальше от оптического центра проходят лучи. Чем большая часть линзы работает, тем хуже качество изображения.\nМеняя апертуру, мы выбираем, какую часть линзы (или набора элементов в объективе) мы отсекаем. Центральная часть остаётся работать, через оптический центр лучи проходят вплоть до бесконечно малого отверстия, как у пинхола. Следовательно, чем уже диафрагма, тем меньше несовершенств мы собираем с краёв линзы.\nЧасто объективы проектируют так, что на самой широкой диафрагме качество изображения является удовлетворительным, а не хорошим. Очень сложно спроектировать оптику, чтобы все элементы могли работать полной площадью без проблем. Сжатие диафрагмы на стоп–другой может заметно улучшить качество, особенно это видно по виньетированию.\nЗнаете ли Вы? Так как края линзы обычно работают хуже, чем центр, то наилучшее качество изображения Вы получаете вблизи пересечения фотоматериала с оптической осью. То есть в центре кадра. Есть даже объективы для художественной съёмки, в которых оптика нарочно усиливает негативные эффекты по краям. Однако если Вы хотите получить максимальное качество для какого-то объекта, и его положение в кадре не влияет на художественную значимость, то лучше помещать его в центре.\nПример. В астрофотографии часто хочется сэкономить время холодной тёмной ночью. Если мы смогли навести фотоаппарат так, что снимаемый объект оказался где-то в углу, но виден полностью, и мы всё равно планируем обрезать кадр, то появляется соблазн именно так и снимать. Но в углу качество изображения может быть существенно ниже, чем в центре, тем более, что в астрофото обычно снимают на широкой диафрагме. Если есть возможность, то лучше потратить ещё немного времени и поместить объект в середину. В том числе следует регулярно центровать объект, если Вы снимаете без треккера, потому что он улетает со временем.\nОднако есть и обратная сторона медали: дифракция. Мы её упоминали, когда говорили о пинхоле, и рассказывали, что она существенно портит качество, если отверстие мало. С диафрагмой происходит то же самое. Начиная с какого-то f-числа, качество изображения начинает падать, пока картинка не станет совсем мыльной.\nТочка наилучшего качества # Возникает закономерный вопрос: на какой диафрагме можно получить наилучшее качество? Ответ не такой простой, как хотелось бы: у каждого объектива это своё диафрагменное число или диапазон чисел. Потому что все они спроектированы по-разному, проблемы \u0026ldquo;разбросаны\u0026rdquo; по площади линзы слабопредсказуемым образом. Разве что можно найти зависимость диафрагменного числа, где начинается серьёзная дифракция, от длины фокуса, потому что размер отверстия \\(D \\approx f_\\ell / N_f\\).\nЧтобы оценить диапазон, где качество будет хорошим, а также точку наилучшей чёткости (по-английски иногда называют sweet spot), можно посмотреть результаты лабораторных тестов. Мы уже упоминали DxO Mark, где собрано много объективов, но есть и другие. Можно выбрать любое устройство и убедиться, что на широкой диафрагме качество изображения будет не лучшим, потом с сужением оно будет увеличиваться, но в какой-то момент дифракция возьмёт своё, и всё резко пойдёт ко дну.\nТак как у каждого объектива будет свой диапазон, то придётся его запоминать для всех приборов, которые у Вас имеются. Стоит ли такая игра свеч? В большинстве случаев художественной съёмки заморачиваться незачем, изображение будет вполне нормальным. Однако бывают ситуации, когда нужно показать объект действительно чётко, например при съёмке замшелого дерева хочется, чтобы ворсинки мха были хорошо различимы. Чтобы это обеспечить, нужно хотя бы примерно представлять, в каком диапазоне это возможно сделать.\nКак выполнить тесты самостоятельно # Если под Вашу модель не нашлось тестов, либо Вы хотите их перепроверить (иногда имеет смысл, потому что от партии к партии могут быть небольшие конструктивные изменения), то можете провести свои. Не обязательно лабораторные: если объектив требуется для художественной съёмки, то просто поснимайте газету или книгу в разных конфигурациях со штатива, осмотрите фотографии с максимальным увеличением, посравнивайте качество на глаз и выпишите где-нибудь, в каких конфигурациях чёткость показалась Вам достаточной. При этом не забывайте сравнить как в центре изображения, так и по углам, ведь там будут наиболее сильные аберрации.\nВ качестве примера возьмём зум-объектив, установим его на камеру, камеру на штатив. Выставим длину фокуса 100 мм. Повесим в нескольких метрах журнал, сфокусируемся на него и переведём режим фокусировки в ручной, чтобы автофокус не оказывал влияние между кадрами. При этом важно не стронуть кольцо фокусировки. Далее снимаем кадры с разными диафрагмами.\nПри съёмке используем штатив правильно для такого формата фотосессии. Чтобы убрать дрожание во время нажатия на кнопку, ставим таймер на 2 секунды или используем удалённый спуск затвора. На всякий случай выключаем стабилизацию изображения.\nСвет лучше использовать искусственный, так как он не меняется между кадрами. Усиление (aka \u0026ldquo;ISO\u0026rdquo;) ставим минимальное. Режим можно выставить \u0026ldquo;приоритет диафрагмы\u0026rdquo;, чтобы электроника сама выбирала выдержку для поддержания одинаковой яркости. Либо \u0026ldquo;ручной\u0026rdquo; режим, тогда придётся на калькуляторе считать, как компенсировать потерю светосилы (зажали в \\(N\\) раз — увеличили выдержку в \\(N^2\\) раз).\nПосле фотосессии выгружаем картинки и рассматриваем их. Сперва общим планом.\nf/6.3 f/8 f/14 f/22 Здесь количество конфигураций уменьшено, чтобы не загромождать страницу. Видим, что наилучшее качество получилось на \\(f / 8\\), остальные картинки \u0026ldquo;подмылены\u0026rdquo;. Сравним поближе, сперва около центра.\nf/6.3 f/8 f/14 f/22 Видим, что широкая апертура почти такая же чёткая, как \\(f / 8\\), значит аберрации на середину повлияли слабо. На узких диафрагмах дифракция повлияла на центр. Теперь рассмотрим угол.\nf/6.3 f/8 f/14 f/22 На широкой апертуре видим потерю контраста и утоньшение линий. Сперва это кажется похожим на дефокус, но моё предположение, что это хроматические аберрации, исправленные программно. Чтобы это проверить, нужно было бы сохранить RAW-файлы, но это не было сделано, а повторять эксперимент лень. На средних апертурах чёткость неплохая, причём довольно одинаковая; видимо здесь аберрации сопоставимы с дифракцией. На самой узкой диафрагме дифракция \u0026ldquo;мылит\u0026rdquo;, как и ожидалось.\nНепременно записываем наблюдаемые результаты и пытаемся их запомнить. Затем выставляем другую длину фокуса, переставляем штатив, чтобы в кадре умещалась вся цель, заодно уменьшив возможный дефокус.\nФорма апертуры # Чаще всего в современных объективах ставится ирисная диафрагма со многими скруглёнными лезвиями, и в любом положении она даёт более-менее круглое отверстие. Однако можно встретить и некруглые, особенно на старых объективах. Например мало лезвий с прямой кромкой, тогда апертура будет в форме многоугольника.\nКак это влияет на снимки? Так как диафрагма отграничивает всё, что не попало в отверстие, то из любой точки на фотоматериал приходит пучок лучей той же формы, что имеет это отверстие. Если точка оказалась в фокусе, то все лучи так и соберутся в точку, тут никаких отличий нет. Однако если точка расфокусирована, то пятно рассеяния приобретёт форму апертуры.\nЭто хорошо видно, когда в кадр попадает точечный источник света вне фокуса, например светодиод или маленькая лампочка гирлянды. Если диафрагма круглая, то он превращается в размазанный круг. Если многоугольная, то в такой же размазанный многоугольник. Точечный источник так хорошо видно потому, что он маленький, резко отличается от фрагментов сцены вокруг (гораздо большая светимость), и, несмотря на \u0026ldquo;размазню\u0026rdquo;, его пучок различим посреди всего остального.\nПодобные условия, в которых форма пятна рассеяния заметно влияет на изображение, бывают чаще, чем кажется на первый взгляд. Например Вы снимаете объект на фоне дерева с листвой. Часть света от неба прикрыта листьями, часть открыта, между листьями образуются небольшие островки яркого прямого света. Эти островки тоже приобретают очертания диафрагмы, так как резко контрастируют с тёмными листьями вокруг.\nФорма диафрагмы иногда используется как художественный приём. Например продаются накладные апертуры произвольной формы, которые ставятся перед линзой; их же можно сделать самостоятельно хоть из картона. Есть ценители старых объективов с многоугольной диафрагмой, которая может придавать особый шарм в хорошо подобранных условиях. В остальном же вряд ли форму апертуры можно назвать решающим фактором при выборе объектива. Просто полезно знать, что она немного влияет на результат.\nСцена с резкими переходами яркости в выраженном дефокусе Та же сцена, перед линзой поставлена картонка с вырезанным ромбом, в результате круглые пятна превратились в ромбовидные Итоги # Мы перечислили несколько параметров, которыми можно управлять с помощью диафрагмы. Одним из недостатков является то, что они меняются одновременно. Ей нельзя, например, увеличить светосилу без влияния на глубину резкости. Составим таблицу эффектов, которых мы достигнем изменением диаметра апертуры.\nИзменение диаметра \\(N_f\\) или \\(N_T\\) Экспозиция Глубина резкости Отрицательные эффекты от краёв линзы Влияние дифракции Увеличение Уменьшается Увеличивается пропорционально \\(1 / N_f^2\\) Сужается Становятся значительнее Уменьшается Уменьшение Увеличивается Уменьшается пропорционально \\(1 / N_f^2\\) Расширяется Устраняются Увеличивается Выглядит сложно, но с опытом всё быстро встанет на свои места. В конце концов, можно сделать всего два действия: увеличить и уменьшить.\nКроме этого мы обсудили, как модельно представлять систему с диафрагмой, как влияет форма апертуры на изображение, и что глубина резкости зависит не только от диафрагмы, но и от других параметров.\nПолезные материалы # Уже в третий раз подряд интересная статья на Хабре из того же цикла, тоже не связанная с данной: https://habr.com/en/articles/962202/ ","date":"20 октября 2025","externalUrl":null,"permalink":"/ru/posts/optics/aperture/","section":"Статьи","summary":"Диафрагма позволяет отсеивать нежелательные лучи света","title":"Диафрагма","type":"posts"},{"content":" В предыдущих статьях мы уже немало рассказали о фокусировке, но осталось незатронутым ещё больше. Как она осуществляется в фотообъективе? Как глубина резкости распределена по пространству? Что делать, если механика не позволяет сфокусироваться слишком близко? Как уместить всю сцену в фокусе? Ответы на все эти вопросы Вы можете прочитать в данной статье.\nКак осуществляется фокусировка # В статье про тонкую линзу мы рассматривали уравнение тонкой линзы: $$ \\frac{1}{f_d} + \\frac{1}{L} = \\frac{1}{f_\\ell}, $$ где \\(f_d\\) — переднее фокусное расстояние, \\(L\\) — заднее фокусное расстояние, \\(f_\\ell\\) — длина фокуса линзы. Мы также указали, что с некоторой точностью объектив эквивалентен тонкой линзе.\nПусть у нас в руках есть фотоаппарат, на нём установлен объектив с фиксированной длиной фокуса, и мы пытаемся сфотографировать объект на некотором расстоянии. Мы обнаруживаем, что объект находится в дефокусе и крутим кольцо фокусировки, пока не добьёмся достаточной резкости, либо это делает автофокус. Что эффективно при этом происходит?\nФокусировка на объект съёмки У нас фиксированное расстояние от фотоматериала до объекта съёмки \\(f_d + L\\). Кольцо фокусировки механически двигает линзу вдоль оптической оси. Благодаря этому соотношение \\(f_d\\) и \\(L\\) меняется до тех пор, пока не будет удовлетворено уравнение тонкой линзы.\nДругой способ добиться фокусировки — двигаться вместе с камерой, пока расстояние от линзы до объекта не будет равно \\(f_d\\). Он используется в случаях, когда фокусировочное кольцо отсутствует или упёрлось в предел, например при макросъёмке. Однако при съёмке на больших расстояниях он неэффективен: если от объекта до плоскости фокусировки 10 метров, то придётся пройти 10 метров, часто существенно изменив сцену, попавшую в кадр; если же двигать линзу, то достаточно нескольких микрон сдвига.\nИзменение углового поля # Мы знаем, что угловое поле, то есть то, насколько объектив \u0026ldquo;приближает\u0026rdquo;, зависит от \\(L\\). Если мы используем фокусировку сдвигом линзы вдоль оптической оси (т.е. фокусировочным кольцом), то эта величина меняется. Соответственно, меняется и угловое поле. Очевидно, что при рядовой фотографии, когда линза двигается на микроны, изменение будет незначительным. Если же нужен существенный сдвиг, то и изменение будет заметным.\nЭтот эффект можно видеть на фотообъективах, позволяющих фокусироваться на достаточно близкое расстояние. Просто переведите в ручной режим и подвигайте кольцо фокусировки от ближнего предела к дальнему и наоборот, разница в поле зрения будет видна невооружённым глазом.\nГлубина резкости # Мы уже затрагивали глубину резкости изображаемого пространства (ГРИП). Это диапазон расстояний, в которых сцена выглядит \u0026ldquo;достаточно чёткой\u0026rdquo;, то есть имеет приемлемый по какому-то критерию дефокус. Рассмотрим некоторые аспекты, связанные с ней.\nЗависимость от диафрагмы # В предыдущей статье мы рассказали, что чем шире апертура, тем толще приходящий пучок света, и тем тоньше ГРИП. Больше здесь добавить почти нечего, не будем повторяться.\nГлубина резкости при f/8 Та же сцена, тот же сетап, но апертура f/13 Расскажем только, что чем тоньше ГРИП, тем быстрее и точнее можно сфокусироваться. В том числе это касается автофокуса, выполняемого камерой. Поэтому большинство современных цифровых фотоаппаратов осуществляют фокусировку на полностью раскрытой диафрагме. Тем более, что она даёт максимальную светосилу, из-за чего при подстройке будет меньше шума.\nЕсли Вы используете экстендеры для увеличения длины фокуса, то имейте в виду, что они эффективно уменьшают f-число, так как апертура остаётся той же. Например связка из объектива 200 mm f/4 и телеконвертера на 2 даст объектив 400 mm f/8. Это всегда затрудняет фокусировку, в каких-то случаях делает её полностью неработоспособной.\nНе удивляйтесь, если на live view камеры Вы не видите разницы в глубине резкости при изменении f-числа, скорее всего предпросмотр использует максимальное, но при спуске затвора всё встанет как надо. Это может делаться как для непрерывной фокусировки, так и для менее шумной эмуляции экспозиции. Многие камеры предоставляют возможность временно посмотреть изображение с выставленной апертурой.\nРазмазывание вблизь и вдаль # Представьте, что Вам нужно сфотографировать фрагмент штакетного забора (торчащие вертикальные доски в ряд), расположенного вдоль оптической оси. То есть первая доска ближе всех к Вам, вторая подальше, третья ещё дальше, и так далее. Вы видите, что глубины резкости едва хватает, чтобы они все уместились в фокус, и чёткое изображение их всех является Вашей целью. Куда следует разместить плоскость фокусировки?\nИнтуиция подсказывает, что нужно фокусироваться на среднюю дощечку. Однако это не так.\nФокусировка на среднюю дощечку приводит к совершенно разным пятнам рассеивания для ближней и дальней дощечек На рисунке выше изображена ситуация с забором из трёх досок.\nСредняя размещена на фокусном расстоянии \\(f_d\\), и её верхушка отображается в одну точку на фотоматериале. Дальняя находится дальше вдоль оптической оси, на расстоянии \\(f_d + \\delta\\). Образ её верхушки, то есть точка, куда сойдутся все выпущенные из неё лучи, находится между задней плоскостью фокусировки и плоскостью фокуса линзы. В результате на фотоматериал попадает пучок с небольшим пятном рассеивания. Ближняя доска находится на расстоянии \\(f_d - \\delta\\). То есть она ближе всех, а средняя находится ровно посередине между ней и дальней. Образ верхушки находится за плоскостью фотоматериала. Мы видим, что пятно рассеивания в этот раз оказалось значительно больше. То есть ГРИП асимметрична относительно фокусного расстояния: вблизь дефокус \u0026ldquo;размазывает\u0026rdquo; гораздо сильнее, чем вдаль. Почему так происходит, и будет ли это выполняться при любых конфигурациях? Если коротко, то будет. Из геометрии и уравнения тонкой линзы можно вывести формулу диаметра пятна рассеивания, согласно которой дефокус \u0026ldquo;вдаль\u0026rdquo; влияет меньше, чем дефокус \u0026ldquo;вблизь\u0026rdquo;.\nТак куда же фокусироваться, чтобы уместить весь забор в фокусе? Асимметрия настолько велика, что чаще всего проще сфокусироваться на ближнюю доску. Или куда-то недалеко от неё. В общем, значительно ближе к началу, чем к концу, и уж точно не в середину.\nЗависимость от фокусного расстояния # Как мы знаем из уравнения тонкой линзы, фокусировка на близкие расстояния требует большого сдвига задней плоскости фокусировки, а на дальние — совсем мизерные. Из этого следует ещё одно правило: при фокусировке на близкие расстояния ГРИП тоньше, чем на дальние. Просто потому, что геометрия пучка меняется слабее.\nСверху: три точки на одинаковом расстоянии друг от друга размещены вдали от линзы. Образы дальней и ближней попадают близко к задней плоскости фокусировки средней точки, и пятно рассеивания оказывается малым. Внизу: размещаем те же точки ближе, образы ближней и дальней сильнее отстают от задней плоскости фокусировки для средней точки. В результате получаем большие пятна рассеивания В целом это правило тесно взаимосвязано с предыдущим.\nТочка гиперфокуса # Если мы фокусируемся на далёкое расстояние, то задняя плоскость фокусировки оказывается очень близко к фокальной плоскости. Все более далёкие объекты размещают свои плоскости задней фокусировки между ней и фокальной, геометрия пучка почти перестаёт меняться, и в итоге все эти объекты оказываются в неплохом фокусе. Вплоть до пятна размытия меньше пикселя на цифровом сенсоре.\nДругими словами, всегда существует такое фокусное расстояние \\(\\tilde f_d\\), что если выбрать его или более далёкое, то ГРИП покрывает всё пространство от \\(\\tilde f_d\\) до \\(\\infty\\). Фотографы называют такое \\(\\tilde f_d\\) точкой гиперфокуса или гиперфокальным расстоянием.\nБлагодаря гиперфокусу можно уместить в фокусе и деревья в нескольких метрах, и город в нескольких километрах, и звёзды в тысячах световых лет Оно зависит от допустимого пятна рассеяния (та самая \u0026ldquo;достаточная чёткость\u0026rdquo;, которую мы хотим при выборе ГРИП) и того, что это пятно формирует. То есть от диаметра диафрагмы и длины фокуса, раз фокусное расстояние мы выбираем сами. Для его вычисления есть:\nформулы и эмпирические правила; таблицы, например в приложении PhotoPills; они основаны на первом пункте, просто для удобства посчитаны заранее; натурный эксперимент, то есть съёмки в контролируемых условиях с замерами рулеткой, записями в тетрадь и т.д.; горький опыт. Знание гиперфокального расстояния может быть полезно, например, если Вы хотите добавить в пейзаж или городскую фотографию немного переднего плана, но при этом уместить в фокусе всю сцену. Также может использоваться в уличной фотографии, когда использование даже автофокуса может быть затруднено, поэтому Вы хотите настроить объектив один раз и быть уверенным, что при соблюдении нехитрых условий сцена будет в фокусе.\nЗависимость от длины фокуса # Если Вы меняете длину фокуса \\(f_\\ell\\), не меняя фокусного расстояния \\(f_d\\) и f-числа, то длинный фокус будет иметь меньшую глубину резкости, чем короткий. Не забываем, что одинаковое f-число не означает одинакового диаметра апертуры.\n150 мм, f/13, фокусировка примерно на 100 см 18 мм, f/13, фокусировка примерно туда же. Из-за низкого качества изображения и мелкости деталей сложно сказать, где начинается зона резкости, но от 50 см до конца всё хорошо различимо Чтобы понять, почему это так, представим, что у нас есть объектив с диаметром апертуры \\(d\\), длиной фокуса \\(f_\\ell\\), сфокусированный на расстояние \\(f_d \u0026gt; f_\\ell\\), что обеспечивается задним фокусным расстоянием \\(L\\) согласно уравнению тонкой линзы. Допустим мы хотим его увеличить в \\(\\alpha \u0026gt; 1\\) раз. То есть получить объектив с апертурой \\(\\alpha d\\), длиной фокуса \\(\\alpha f_\\ell\\), задним фокусным \\(\\alpha L\\). Из уравнения тонкой линзы он будет сфокусирован на расстояние \\(\\alpha f_d\\). Диафрагменное число осталось тем же.\nЕсли мы масштабируем объектив, то вся лучевая геометрия попросту пропорционально масштабируется Вся лучевая геометрия в этом случае просто масштабируется в \\(\\alpha\\) раз. Если в оригинальный объектив мы наблюдаем точку на расстоянии \\(s\\) и видим пятно рассеивания диаметром \\(b\\), то в увеличенный объектив на расстоянии \\(\\alpha s\\) мы увидим пятно диаметром \\(\\alpha b\\). Мы увеличили только объектив, поэтому на сенсоре такое рассеяние будет выглядеть большим. Если мы выбрали пятно рассеивания, с которым можем смириться, и для оригинального объектива ГРИП будет в некотором диапазоне \\([f_d - r_1, f_d + r2]\\), \\(r_1 \u0026gt; 0\\), \\(r_2 \u0026gt; 0\\), то для увеличенного мы обеспечим тот же предел пятен в диапазоне \\([\\alpha f_d - r_1, \\alpha f_d + r2]\\). Здесь снова использована формула, согласно которой пятно размытия пропорционально отступу от фокусного расстояния.\nОстаётся последний шаг. Для большего фокусного расстояния \\(\\alpha f_d\\) мы получили такую же глубину резкости \\(r_2 - r_1\\), что и для оригинального объектива. Но нас-то интересовало оригинальное \\(f_d\\). Так как оно меньше, то из предыдущих параграфов и ГРИП будет меньше.\nПримечания # Итак, мы установили правила, которые помогают понять, как меняется глубина резкости при изменении различных параметров. В художественной фотографии они пригождаются регулярно, хотя чаще всего вырождаются в набор правил для типовых случаев. Например для ландшафтов чаще всего используют широкоугольный объектив, узкую диафрагму и исключают слишком близкий передний план, благодаря чему всё умещается в гиперфокусе. Для портретов, напротив, любят размывать фон за моделью, при этом размещая её в кадре не полностью, поэтому используют \u0026ldquo;нормальный\u0026rdquo; или теле- объектив с большой диафрагмой.\nЧтобы прикинуть, \u0026ldquo;что будет, если\u0026rdquo;, можно порисовать лучевую геометрию на примерах, воспользоваться формулой пятна размытия или же просто поэкспериментировать.\nМы вскользь затронули тему масштабирования объектива. Как видно, сама модель масштабируется очень просто, мы пропорционально увеличиваем или уменьшаем все геометрические фигуры. При создании же настоящего могут возникнуть проблемы, так как и элементы меняются, выражая аберрации по-новому. Также нельзя забывать, что увеличивается только сам объектив, а фотоматериал за линзами, окружающий мир перед ними остаются того же размера.\nОсобенности макросъёмки # Мы неоднократно упоминали, что как только мы хотим снять что-то совсем вблизи, у нас начинаются проблемы с фокусировкой. Глубина резкости становится очень маленькой, а ход линзы — огромным. Давайте разберёмся, что с этим можно сделать.\nМалая глубина резкости # Чтобы посмотреть на что-то маленькое, мы берём объектив с длиной фокуса побольше и ставим объект съёмки очень близко к нему. В результате глубина резкости становится совсем мизерной, от пары миллиметров до пары микрон, а то и меньше. Как в таких условиях снять объект?\nПлоское размещение объекта # Раз в фокусе будет только плоскость, перпендикулярная оптической оси, то при возможности следует разместить объект съёмки в этой плоскости. Если же мы чуть наклоним объект, то всё пропало.\nТакой метод редко применим в художественной съёмке, так как все интересные ракурсы какого-нибудь жука вполне диагональные. Да и сам он вовсе не плоский. Зато подход широко используется в микроскопах. Вы наверняка видели, как срез тканей или жидкость с культурой размещают между двух плоских стёкол, кладут на столик и фокусируют. Причина этому, в том числе, в размещении наблюдаемого объекта в плоскости фокусировки.\nУзкая диафрагма # Раз сужение апертуры увеличивает ГРИП, то мы хотим зажать её как можно больше. Но тут нас поджидают две сложности:\nс какого-то f-числа дифракция начинает существенно портить картинку; узкая диафрагма пропускает мало света. С первой проблемой мы не можем ничего сделать, следовательно мы не в состоянии уместить сколько угодно пространства в ГРИП без потери качества.\nВторая проблема частично решается искусственными источниками света и штативом. Если объект неподвижен, то на штативе можно использовать длинную выдержку и нивелировать низкую светосилу.\nFocus stacking # Как видим, иногда проблему малой глубины резкости не получается решить полностью при помощи оптики. В этом случае на помощь приходит программная обработка, а именно focus stacking. Переводится это примерно как \u0026ldquo;складывание фокусов стопкой\u0026rdquo;, но обычно у нас так и говорят \u0026ldquo;фокус стэкинг\u0026rdquo;.\nСуть методики в том, что делается несколько снимков объекта с фокусом в разные его части. ГРИПы между соседними снимками при этом должны пересекаться. Далее составляется сборная картинка, где в разных фрагментах используется наиболее сфокусированная в этом фрагменте фотография.\nОдин из кадров для стэкинга. Видно, что глубина резкости небольшая Изображение, собранное из серии таких снимков с фокусом в разных точках Звучит просто, но есть сложности. Во-первых, сложно вручную обеспечить хорошее перекрытие ГРИПов. Во-вторых, двигаете Вы саму камеру или используете фокусировочное кольцо для смещения фокуса, вы неизбежно меняете сцену, умещённую в кадре. И ещё много проблем. Они решаются как приспособлениями, так и специальными программами, но в любом случае требуют некоторого обучения. За деталями рекомендуем поискать больше информации в Интернете, её полно, а эта статья и так огромная.\nХод линзы при фокусировке # Мы рассказывали, что при фокусировке вдаль мы ставим фотоматериал совсем рядом с точкой фокуса линзы, но при фокусировке вблизь приходится двигать линзу очень далеко, вплоть до бесконечности. При использовании большинства объективов хода линзы не хватает, чтобы снять объект ближе полуметра. Что делать в этом случае?\nМакро-объектив # Существуют специальные объективы для макросъёмки. Обычно в их названии Вы можете видеть слово macro. Они отличаются от обычных:\nувеличенным ходом линзы; тем, что оптика специально спроектирована для объектов вблизи. С первым пунктом, думаю, всё понятно. Насчёт второго — да, под разные задачи может требоваться проектирование разной оптики. Например объекты вблизи создают очень большие углы между лучом и оптической осью, что неэффективно при падении на цифровой сенсор. Желательно их направить вдоль оси. И какие-то другие проблемы ¯\\_(ツ)_/¯\nМногие макро-объективы универсальны, позволяют сфокусироваться и вдаль, что позволяет их использовать для съёмки в других жанрах. Однако \u0026ldquo;заточенность\u0026rdquo; под съёмку \u0026ldquo;в упор\u0026rdquo; может сказаться на качестве в таких условиях. Считается, что у них не такое хорошее боке. А автофокус может регулярно скатываться в долгие странствия по шахте объектива. Но в целом жить можно.\nВ общем, если Вы активно занимаетесь макросъёмкой и хотите получать максимальное качество изображения, то специальные объективы для этого — Ваш выбор. В остальных случаях есть способ добиться неплохих результатов гораздо дешевле.\nМакро-кольца # По сути всё, что нам нужно — отодвинуть линзу подальше. Для этого есть специальные макро-кольца. Они представляют из себя простое кольцо указанной в характеристиках продукта толщины, часто из пластика, у которого на одном конце крепление для объектива, на другом — крепление для байонета. То есть оно вставляется между объективом и камерой. Никаких стёкол в нём нет. Никаких \u0026ldquo;мозгов\u0026rdquo; тоже, обычно контакты для управления пробрасываются из одного конца в другой.\nЧтобы расположить фотоматериал на столь далёкой задней плоскости фокусировки, приходится использовать проставку Недостатки этого метода довольно очевидны.\nХод линзы в объективе при фокусировке так и остался маленьким. По большей части приходится фокусироваться с помощью перемещения камеры относительно объекта, лишь в конце докручивая фокус до наилучшей чёткости. Так как объектив не рассчитан на такое использование, то качество может быть хуже. Однако эти недостатки с лихвой перекрываются дешевизной метода. Вам не нужно покупать специальных объективов, можно использовать имеющиеся. Можно насадить любой объектив на одно и то же кольцо. Часто продаются целые комплекты колец разной толщины, их можно не только менять для разного увеличения, но и наращивать вместе. Вы можете за небольшую сумму накопить хоть метровую пачку колец, и оно будет работать (если контакты пропустят ток, а пластик выдержит массу).\nЩепотка сахара, снятая на 50 мм объектив. Дальше придвинуться нельзя, линза упёрлась в ближний предел С длинной стопкой макро-колец можно приблизиться очень близко и рассмотреть гораздо более мелкие детали Можно встретить фирменные макро-кольца от производителей фотоаппаратов. Они высокого качества, но настолько дорогие, что их мало, кто использует. Обычно покупают китайские. И дешевле, и выбор больше. Тут стоит обратить внимание на следующее.\nКольцо соединяет дорогую камеру с ещё более дорогим объективом. Выбирайте такой продукт, с которым будет не страшно всё это брать в руки. Лучше, если внутри кольцо чёрное, желательно матовое. Иначе от стенок начинает отражаться лишний свет и ухудшать изображение. Некоторые приклеивают ко внутренним стенкам чёрную бархатную бумагу, но тут встаёт вопрос пыли, которая может попасть на сенсор. Обязательно убедитесь, что кольцо рассчитано под Ваш байонет и имеет контакты. Адаптеры # Допустим, у Вас есть объектив, спроектированный для зеркального фотоаппарата, и беззеркальный фотоаппарат. Вы хотите совместить их вместе, но у них разный байонет. Почему?\nДо точки фокуса не дотянуться Вообще, есть несколько причин, почему байонеты для разных систем даже у одного и того же производителя камер не совместимы. Но даже если Вы сможете натянуть объектив, он не будет правильно работать. Потому что объектив зеркальной камеры размещает точку фокуса с учётом толщины зеркального обтюратора, в итоге сенсор беззеркального аппарата окажется между оптическим центром и фокальной плоскостью, а это почти преступление.\nКак же быть в этом случае? Так же, как и с макро-кольцом: вставить проставку ровно на разницу в толщине фотоаппарата. Производители камер делают специальные такие кольца, с переходниками с одного байонета на другой, хорошего качества. Называются они адаптерами. Стоят немало, но так как одного хватит на всю жизнь, то лучше брать фирменный.\nАдаптер смещает сенсор относительно выходного зрачка объектива ровно в ту же позицию, в какой он стоит в зеркальной камере Как и с макро-кольцом, здесь нет оптических элементов, только пустотелая проставка. Может быть какой-то микропроцессор для совмещения интерфейсов управления с одного байонета на другой. Вы получаете ровно такое качество объектива, какое получили бы при посадке на целевое устройство.\nАдаптеры значительно расширяют выбор объективов для беззеркальной камеры, так как зеркальные гораздо старее, и для них разработано множество оптических приборов. Если Вы хотите поменять зеркальную камеру на беззеркалку того же производителя, то Вам не придётся менять весь парк объективов. Единственный существенный недостаток — это ещё одно устройство, которое регулярно приходится снимать или переставлять. Особенная прелесть — взять в поездку несколько увесистых объективов и оставить адаптер дома.\nЧто делать, если нужно сделать наоборот, установить объектив для беззеркалки на зеркальный фотоаппарат? К сожалению, в обратную сторону трюк не работает. Фирменных адаптеров под такое не выпускают. Если и получится поставить объектив, то из-за проставки в виде обтюратора он будет работать только как с макро-кольцом соответствующей толщины. То есть можно будет фокусироваться только на очень близкие расстояния, на которые устройство и не рассчитано.\nВ теории возможны переходники на любой байонет, где расстояние от входного зрачка до сенсора меньше. Но в случае с электроникой возникает сложность управления: не всегда есть возможность транслировать интерфейс для взаимодействия с камерой. Также разница в толщине может быть настолько мала, что физически сложно изготовить надёжный крепёж такой толщины.\nДефокус как инструмент, эффект боке # Когда я начинал фотографировать, я воспринимал дефокус как зло, которое нужно старательно побеждать. Все снимки должны были быть абсолютно чёткими, как документация, а не какое-то там искусство. Ведь после отпуска нужно показать знакомым, как он прошёл, в мельчайших деталях. А вдруг археологи будущего откопают мои фотографии, увидят где-то сбоку бабочку и скажут: \u0026ldquo;Невероятно, это именно то насекомое, которое мы считали мифом, оно на самом деле существовало!\u0026rdquo;? Поэтому диафрагма у меня была всегда была выставлена на f/8, кроме съёмок в помещении с рук.\nЧерез какое-то время пришло осознание, что единственный человек на планете, которому нужны все несколько сотен одинаковых фотографий с прогулки — это я сам. А позже стало понятно, что иногда лишние детали — это что-то лишнее, и иногда нужно их упростить, благодаря чему кадр станет только лучше.\nТак вот, когда дефокус даёт положительные результаты, его гордо называют эффектом боке. Часто под ним понимают размытие фона, хотя плавный дефокус также отлично используется для придания глубины и передачи объёма.\nСамо слово \u0026ldquo;боке\u0026rdquo; — не фамилия какого-нибудь выдающегося французского учёного, а японское слово, означающее \u0026ldquo;размытие\u0026rdquo;. И читается оно с ударением на первый слог. Но большинство фотографов не знают об этом и ударяют на второй.\nВсё, что мы рассказывали о дефокусе, естественным образом справедливо и для боке. Например большая апертура делает фон более размазанным, форма диафрагмы влияет на форму маленьких контрастных пятен (например света через листву), если фокусироваться на объекты вблизи, то размытие увеличивается.\nИмейте в виду, что необязательно боке — это что-то хорошее. То есть нет такого, что размывай всё всегда, и будет хорошо. Дефокус нужно уметь использовать для конкретных задач, и сейчас мы расскажем про наиболее типовые из них.\nВыделение объектов # Чаще всего размытие используется для выделения объекта съёмки. Особенно если не получается разместить его так, чтобы в фоне не было отвлекающих предметов. Такой фон по-английски называют cluttered или busy, то есть захламлённый или \u0026ldquo;занятый\u0026rdquo;, перегруженный.\nЧто здесь хотел показать автор? О, черепашка В целом, размытый фон помогает выделить объект съёмки, упростив сцену и убрав лишнее. Потому что детали, которые не играют роли, только отвлекают. При этом необязательно это должна быть полная размазня, иногда различимые предметы в дефокусе добавляют контекст сцене и делают её более интересной.\nПри размытии фона бывает важно не сделать слишком тонкую глубину резкости, в которую не поместится сам объект. Небольшой дефокус в малозначимых местах вполне приемлем, но в каких-то — нет. Например в портретной съёмке или съёмке дикой природы всегда фокусируются на глаза; наш мозг так устроен, что небольшое размытие ушей и даже носа тонким ГРИП не так плохо воспринимается, как нерезкие глаза.\nПередача глубины # Одной из больших сложностей фотографии является передача объёма. Когда мы смотрим неподвижно двумя глазами, стереозрение помогает нам различать, что находится дальше, а что ближе. При живом изучении сцены мы можем походить вокруг предметов и воспринять их размеры и положение. С видео тоже не так сложно: немного смещаем камеру, и вместо стереопары работает многовидовое наблюдение.\nВ обычной фотографии же Вы создаёте одну статичную картинку. Нет стереопары или наблюдения с нескольких точек, чтобы придать объём. Всё совершенно плоское. Как же тогда быть?\nЕсть несколько приёмов, чтобы улучшить восприятие. Например использовать предметы известного размера, с которыми можно сравнивать расстояния, фотографировать на восходе/закате, чтобы длинные тени разделяли объекты, найти guiding lines (ведущие линии), по которым глазу легче отследить взаиморасположение предметов. И одним из хороших инструментов является использование дефокуса.\nКак мы знаем, чем дальше от фокусного расстояния, тем больше размытие. Человеческий мозг довольно неплохо воспринимает это, значит можно использовать. Если в сцене есть несколько предметов, стоящих на разном расстоянии (вдоль оптической оси) от камеры, то просто используйте умеренный дефокус. Не зажимайте апертуру на полную, а дайте объективу показать размытием, как объекты расположены друг относительно друга.\nПравильно применённый дефокус подчёркивает глубину Влияние размера сенсора # Среди фотографов бытует мнение, что лучшее боке достигается на полнокадровой камере. А на компактных, например Micro 4/3, его не сделаешь, либо оно будет не таким впечатляющим. Верно ли это?\nИ да, и нет. С одной стороны, дефокус — свойство объектива. Фотоматериал в нём не участвует. Более того, один и тот же пучок рассеивания относительно полного кадра будет меньше, чем относительно кропа с кроп-фактором \\(P\\), ровно в \\(P\\) раз. Однако если мы уменьшаем фотоматериал, то сужаем угловое поле. Для того, чтобы уместить один и тот же объект в кадре, придётся отойти на расстояние в \\(P\\) раз большее. Нелинейная зависимость размытия от расстояния такова, что относительное пятно рассеивание обычно оказывается меньше, чем исходно было у фулл фрейма.\nТак что справедливы следующие утверждения.\nЕсли ничего не менять, кроме размера фотоматериала, то относительно кадра размытие будет даже большим. Это почти то же самое, что сделать программный кроп, то есть обрезку кадра: всё увеличится. Если мы хотим уместить в кадре один и тот же объект, используя один и тот же объектив, то мы отходим, и обычно боке становится менее выраженным. Можно также взять объектив с длиной фокуса в \\(P\\) раз меньше. Тогда мы просто получим уменьшенную камеру, отходить не нужно, пучок рассеивания относительно кадра будет таким же. Разумеется при условии, что f-число нового объектива такое же. Итоги # Это была очень большая статья, но, думаю, полезная. Что мы выясняли?\nФокусировка с помощью кольца на объективе двигает линзу, пока не выровняет фокусные расстояния в уравнении тонкой линзы. Если её хода не хватает, то приходится двигать камеру для удовлетворения того же соотношения. Шире диафрагма — больше пучок рассеивания, меньше глубина резкости. Глубина резкости асимметрична, вблизь \u0026ldquo;мажет\u0026rdquo; несравнимо больше, чем вдаль. Наводим фокус близко — малая глубина резкости, далеко — большая. С какого-то расстояния начинается гиперфокус, то есть всё чёткое до самой геометрической бесконечности. Длиннофокусный объектив — малая глубина резкости. Макросъёмка, от любительской макрофотографии до микроскопов, имеет свои особенности. Можно ставить объективы для зеркалки на камеру для беззеркалки, если раздобыть адаптер. Дефокус можно ласково обозвать \u0026ldquo;боке\u0026rdquo; и использовать как художественный приём. ","date":"26 октября 2025","externalUrl":null,"permalink":"/ru/posts/optics/focusing/","section":"Статьи","summary":"Управление фокусом и глубиной резкости является неотъемлемой частью съёмки","title":"Фокусировка","type":"posts"},{"content":"На данном сайте представлена информация о технической стороне камер, включая потребительские фотокамеры. Она не является обязательной для фотографов, ведь с опытом они могут заполнить многие пробелы. Однако она может облегчить понимание того, как использовать камеру, выбрать объектив, производить съёмку в сложных условиях и т.д.\nКроме того, специалисты в более узких областях, например разработчики оптических устройств, могут найти простое изложение того, с чем им предстоит работать. Разумеется, одного лишь этого сайта недостаточно, чтобы стать профессионалом, изложены лишь основы. Тем не менее, если Вы не знаете, с чего начать изучение, то, возможно, Вы нашли, что искали.\nЧего же мы ждём? Давайте перейдём к статьям!\n","date":"17 мая 2026","externalUrl":null,"permalink":"/ru/","section":"","summary":"\u003cp\u003eНа данном сайте представлена информация о технической стороне камер, включая потребительские фотокамеры. Она не является обязательной для фотографов, ведь с опытом они могут заполнить многие пробелы. Однако она может облегчить понимание того, как использовать камеру, выбрать объектив, производить съёмку в сложных условиях и т.д.\u003c/p\u003e\n\u003cp\u003eКроме того, специалисты в более узких областях, например разработчики оптических устройств, могут найти простое изложение того, с чем им предстоит работать. Разумеется, одного лишь этого сайта недостаточно, чтобы стать профессионалом, изложены лишь основы. Тем не менее, если Вы не знаете, с чего начать изучение, то, возможно, Вы нашли, что искали.\u003c/p\u003e","title":"","type":"page"},{"content":"","date":"21 января 2026","externalUrl":null,"permalink":"/ru/tags/","section":"Tags","summary":"","title":"Tags","type":"tags"},{"content":"","date":"21 января 2026","externalUrl":null,"permalink":"/ru/tags/%D1%82%D0%B5%D1%85%D0%BD%D0%B8%D0%BA%D0%B8/","section":"Tags","summary":"","title":"Техники","type":"tags"},{"content":"","date":"18 декабря 2025","externalUrl":null,"permalink":"/ru/tags/%D1%81%D0%B5%D0%BD%D1%81%D0%BE%D1%80%D1%8B/","section":"Tags","summary":"","title":"Сенсоры","type":"tags"},{"content":"","date":"26 октября 2025","externalUrl":null,"permalink":"/ru/tags/%D0%BE%D0%BF%D1%82%D0%B8%D0%BA%D0%B0/","section":"Tags","summary":"","title":"Оптика","type":"tags"},{"content":"","externalUrl":null,"permalink":"/ru/authors/","section":"Authors","summary":"","title":"Authors","type":"authors"},{"content":"","externalUrl":null,"permalink":"/ru/categories/","section":"Categories","summary":"","title":"Categories","type":"categories"},{"content":"","externalUrl":null,"permalink":"/ru/series/","section":"Series","summary":"","title":"Series","type":"series"}]