Размер кружка рассеяния

Пятно (кружок) рассеяния – это искажённое изображение точки, проецируемое фотографическим объективом на матрицу или плёнку фотоаппарата. Искажения эти обусловлены, во-первых, структурными причинами, т.е. естественным несовершенством оптики и светочувствительного материала, а во-вторых, причинами функциональными, и прежде всего – избирательностью фокусировки. Изображение бесконечно малой точки может представлять собой точку лишь тогда, когда оно лежит строго в плоскости матрицы или плёнки. Если изображение точки оказывается не в фокусе, то точка превращается в размытое пятно округлой формы, размер которого возрастает по мере удаления от плоскости идеального фокуса (см. также «Боке»).

К счастью, человеческий глаз также не является идеальной оптической системой и при просмотре фотографий не способен отличить крошечный кружок рассеяния от бесконечно малой точки, коль скоро размер кружка не превышает определённого порогового значения. Когда фотографы говорят о кружке нерезкости, они в большинстве случаев имеют в виду не что иное, как максимальный допустимый размер пятна рассеяния, воспринимаемый на фотографии как точка. Эта величина используется, прежде всего, для вычисления гиперфокального расстояния и при расчётах глубины резкости.

Термины «пятно рассеяния», «кружок рассеяния» и «кружок нерезкости» взаимозаменяемы и обычно употребляются как синонимы. В англоязычной литературе используется словосочетание «circle of confusion».

Как же определить допустимый размер кружка рассеяния? На этот вопрос можно ответить по-разному. Например, согласно стандарту Цейса, за основу вычислений берётся диагональ кадра. Формула выглядит следующим образом:

z = d / 1500, где

z – диаметр кружка рассеяния;

d – диагональ кадра.

Так, для кадра 35-мм плёнки либо для полнокадровой цифровой матрицы, диагональ которых равна 43,3 мм, допустимый размер пятна рассеяния оказывается равен 43,3 / 1500 ≈ 0,029 мм или 29 мкм. Именно эта величина обычно используется для расчёта шкал глубины резкости фотографических объективов, а также большинства стандартных таблиц ГРИП.

Беда в том, что практическое применение устаревших величин допустимого кружка нерезкости лишено всякого смысла, если качество изображения имеет для вас хоть какое-то значение. В том же случае же, если бы качество для вас значения не имело, вы вряд ли бы вообще стали интересоваться кружками рассеяния и прочими подобными вещами.

Чем же плохи классические стандарты? А тем, что учитывая размер матрицы, они совершенно не учитывают её разрешающую способность.

Максимальный допустимый размер пятна рассеяния в 29 мкм предполагает, что пятна меньшего размера будут неотличимы от пятна размером 29 мкм. Однако если размер единичного пикселя фотоматрицы равен, к примеру, 10 мкм, то кружок диаметром 29 мкм захватит свыше десятка пикселей, а значит, при просмотре фотографии на 100% увеличении такой кружок уже никак не сможет прикинуться точкой. Чтобы выглядеть точкой, пятно рассеяния должно иметь размер близкий к размеру пикселя, иначе о попиксельной резкости не может быть и речи.

Таким образом, если вы планируете эксплуатировать матрицу вашего фотоаппарата в полную силу, то при вычислении допустимого пятна рассеяния вам следует отталкиваться не столько от размера матрицы, сколько от размера единичного её пикселя.

По моему скромному мнению, диаметр пятна рассеяния не должен превышать длину диагонали пикселя матрицы, при том условии, конечно, что пиксель имеет близкую к квадрату форму. Такой кружок полностью покрывает лишь один пиксель, а соседние с ним пиксели хоть и захватывает, но не настолько, чтобы это помешало воспринимать кружок нерезкости как точку.

Как найти диагональ пикселя? Очень просто, если вам известна длина его стороны. Диагональ любого квадрата при известной стороне вычисляется путём умножения его стороны на квадратный корень из двух, т.е. на 1,414. Получаем формулу:

z = n · 1,414, где

z – диаметр кружка рассеяния;

n – размер пикселя.

Размер пикселя n для конкретной фотокамеры можно рассчитать по одной из формул, приведённых в статье «Как узнать размер пикселя матрицы?» или взять готовое значение из таблицы, размещённой там же.

Например, размер пикселя Canon EOS 7D Mark II составляет 4,1 мкм. Диаметр кружка рассеяния будет равен:

4,1 · 1,414 ≈ 5,8 мкм

Дабы немного облегчить читателю жизнь, я взял на себя смелость лично рассчитать размеры кружков нерезкости для наиболее популярных цифровых форматов. Результаты вычислений представлены в следующей таблице.

Допустимый размер пятна рассеяния в зависимости от разрешения камеры и её кроп-фактора, мкм.

Хочется подчеркнуть, что предложенный в настоящей статье способ вычисления диаметра кружков нерезкости подразумевает использование максимального доступного разрешения вашей камеры, а также последующий просмотр изображения при 100% увеличении либо печать без уменьшения разрешения (без децимации). Если же планируемое разрешение конечного снимка меньше номинального разрешения камеры, то для расчётов уместно использовать больший размер пикселя, т.е. соответствующий конечному разрешению. Например, если ваша камера обладает разрешением 24 Мп, но окончательное изображение вы планируете уменьшить до 12 Мп, то и кружок рассеяния можно вычислять как для камеры с 12 Мп.

Также замечу, что описанные формулы не вполне совершенны, поскольку полностью игнорируют разрешающую способность оптики. На практике же далеко не все объективы обеспечивают резкость, адекватную многомегапиксельным матрицам современных фотоаппаратов, что может приводить к заметному снижению истинного разрешения системы в целом, по сравнению с потенциальным разрешением фотоматрицы, а значит и излишняя строгость при расчётах кружка рассеяния не всегда может быть оправдана.

Благодарю за внимание.

Василий А.

Post scriptum

Если статья оказалась для вас полезной и познавательной, вы можете любезно поддержать проект, внеся вклад в его развитие. Если же статья вам не понравилась, но у вас есть мысли о том, как сделать её лучше, ваша критика будет принята с не меньшей благодарностью (хотя и с меньшим удовольствием).

Не забывайте о том, что данная статья является объектом авторского права. Перепечатка и цитирование допустимы в некоммерческих целях при наличии действующей ссылки на первоисточник, причём используемый текст не должен ни коим образом искажаться или модифицироваться.

Вернуться к разделу "Матчасть"