Что делать если фотографии получились не резкие?

Вы забрали фотографии из лаборатории (или подключили свою цифровую камеру к компьютеру) и обнаружили, что некоторые снимки получились «нерезкими». Можно ли это исправить, каким образом, и (вот вопрос!) всегда ли нужно это делать?

Фотография является способом получения изображения пространственной сцены на плоскости. Это изображение формируется на светочувствительном материале посредством оптической системы фотоаппарата, или, иначе говоря, с помощью объектива. Нас пока не должно интересовать, где именно формируется изображение, — на фотопленке, на светочувствительной полупроводниковой матрице или на ином устройстве, обеспечивающем его сохранение. Именно от свойств объектива во многом зависит, как именно тот или иной объект будет изображен, и, в частности, будет ли изображение «резким». Что следует понимать под этим термином?

Согласно определению, данному в Большой Российской энциклопедии, резкость фотографического изображения — это степень отчетливости границы между двумя участками фотоизображения, получившими разные экспозиции. Фрагмент фотографии называют резким, если объекты, изображенные на нем, имеют четкие контуры. Это означает, что тонкие линии изображаются именно тонкими линиями, несколько близко расположенных мелких объектов остаются отдельными объектами, а контрастные границы между областями разного цвета не выглядят «смазанными» или «размытыми».

Напротив, говорят, что некоторая часть сцены находится в нерезкости, если края предметов кажутся нечеткими, мелкие детали сливаются, а тонкие линии и вовсе отсутствуют. Нерезкие области могут появляться на снимке в результате промахов фокусировки (фото 1), смещения камеры или объектов сцены во время экспозиции (фото 2) или в соответствии с художественным замыслом фотографа.

КРИТЕРИИ РЕЗКОСТИ. ГЛУБИНА РЕЗКОСТИ

Изображение сцены формируется объективом на плоскости, тогда как сама сцена обычно представляет собой множество предметов, размещенных в пространстве, на разных расстояниях от фотоаппарата. В то же время любая оптическая система теоретически способна сформировать на плоскости сенсора резкое изображение только объекта, находящегося на заданном расстоянии от камеры. Процесс выбора этого расстояния называется фокусировкой, или наводкой на резкость.

Может показаться, что на фотографии резкими изображаются только те фрагменты сцены, которые находятся на строго определенном расстоянии от фотоаппарата, а все остальные будут размытыми. Вообще говоря, это действительно так. Однако резкость изображения с изменением дистанции до объекта изменяется непрерывно, и до некоторого момента нерезкость остается незаметной. Точечный элемент сцены, не попавший в фокус, изображается не точкой, а некоторым пятном. Это пятно принято называть кружком нерезкости. В качестве параметра, позволяющего дать количественную оценку размытия, обычно используют диаметр кружка нерезкости. Этот диаметр постепенно увеличивается по мере удаления от плоскости фокусировки.

Если кружок нерезкости меньше некоторого размера, мы не в состоянии его рассмотреть, и изображение, формируемое подобными кружками, кажется нам отчетливым. Область пространства, в которой сцена изображается четкой, ограничивается двумя плоскостями, параллельными плоскости фокусировки и расположенными «впереди» и «позади» нее. Расстояние между этими двумя условными границами называется глубиной резко изображаемого пространства (ГРИП), или глубиной резкости.

РАСЧЕТ ГЛУБИНЫ РЕЗКОСТИ. ГИПЕРФОКАЛЬНОЕ РАССТОЯНИЕ. ДИАФРАГМИРОВАНИЕ

Формулы, по которым можно рассчитать ГРИП, довольно просты и широко известны. Тем не менее мы приведем их здесь для того, чтобы понять, каким образом можно управлять глубиной резко изображаемого пространства.

Читатель, не желающий утруждать себя математическими упражнениями, может смело пропустить выкладки, — следующие из них выводы позволяют дать практические рекомендации и без уравнений.

Для начала рассмотрим еще одно фотографическое понятие — гиперфокальное расстояние. Так называется расстояние от объектива, «наведенного» на бесконечность, до ближайшей границы резко изображаемого пространства. Гиперфокальное расстояние можно вычислить следующим образом:

H=f*f/K*z

где f — (главное) фокусное расстояние объектива, K — знаменатель относительного отверстия («диафрагма»), z — максимально допустимый диаметр кружка нерезкости.

Заметим, что при фокусировке объектива на гиперфокальное расстояние глубина резкости становится максимальной.

Если объектив сфокусирован на предмете, расстояние до которого равно R, то передняя и задняя границы резко изображаемого пространства находятся как:

R1=H*R/H+R и R1=H*R/H-R

Для определения требуемой дистанции фокусировки при заданных границах области резко изображаемого пространства пользуются формулой:

R=2*R1*R2/R1+R2

Фото 1. Матрица 8,8х6,6 мм, f/4, 1/400 с, F=32.3 (экв. 130) мм, ISO 100 Промах фокусировки. Объектив сфокусирован намного ближе, чем следует. Изображение сцены нерезкое, мелкие детали отсутствуют. Мы постараемся исправить этот дефект.

Таким образом, казалось бы, ГРИП зависит только от действительного фокусного расстояния, диафрагменного числа и диаметра кружка нерезкости. Это следует из приведенных формул и закреплено в сознании многих фотографов поговоркой о том, что «у телеобъектива глубина резкости меньше, чем у широкоугольного». Однако все значительно сложнее. Правы и те, кто утверждает, что глубина резкости не является функцией фокусного расстояния, иными словами, вообще не зависит от f. В чем здесь дело?

Не следует забывать о том, что при изменении фокусного расстояния объектива меняется также и его угол зрения. Поэтому для получения того же изображения сцены при изменении фокусного расстояния объектива следует изменить также и дистанцию до объекта съемки, а значит, и наводку объектива на резкость. Вообще говоря, изменение фокусного расстояния объектива всегда сопровождается изменением перспективы, однако здесь мы не будем рассматривать этот эффект и признаем сцены, снятые разными объективами, эквивалентными, если изображение основного объекта съемки (расположенного в плоскости фокусировки) имеет одинаковый размер. В этих условиях неверно говорить только о фокусном расстоянии, однако почему-то обычно именно так и происходит, и о дистанции до объекта съемки попросту забывают.

В ряде случаев более удобно использовать другую величину — масштаб. Он определяется как отношение размера объекта к размеру его изображения, получаемого заданным объективом. Масштаб зависит от двух величин: фокусного расстояния объектива и дистанции до объекта съемки. Все взаимные влияния величин складываются таким образом, что в итоге получается следующее: ГРИП зависит только от масштаба, диафрагменного числа и диаметра кружка нерезкости. Именно такую формулировку следует признать окончательной.

Фото 2. Матрица 8,8х6,6 мм, f/5.6, 1/13 с, F=10 (экв. 40) мм, ISO 100 Смаз изображения. Съемка с длинной выдержкой привела к значительному смещению камеры за время экспозиции. Исправление подобных дефектов настолько трудоемко, что не представляет практического интереса.

Объектив, наведенный на гиперфокальное расстояние, позволяет получать резкое изображение предметов, находящихся от него дальше половины этого расстояния. Это свойство широко используется при съемке пейзажей, когда необходимо получить максимально возможную глубину резкости (фото 4). Также существует целый класс объективов с фиксированным фокусом (они обозначаются обычно надписью «focus free» или «fixed focus»), которые не имеют механизма фокусировки и при изготовлении настраиваются на гиперфокальное расстояние для максимально открытой диафрагмы. Такая оптика существенно проще и дешевле «полноценной» и часто применяется в недорогих компактных фотоаппаратах. Обычно ближняя граница резко изображаемого пространства расположена на расстоянии около одного-двух метров для пленочных камер, и значительно ближе — для «цифровиков» с маленькими матрицами.

Основным инструментом, влияющим на ГРИП, является диафрагма. Чем шире она открыта (меньше значение диафрагменного числа), тем меньше глубина резкости. Если последней по каким-либо причинам недостаточно, приходится прикрывать диафрагму. Для сохранения правильной экспозиции в этом случае фотограф вынужден или увеличивать выдержку (что не всегда возможно при съемке движущихся объектов), или использовать более чувствительную пленку (поднимать чувствительность матрицы). При недостатке естественного освещения для съемки ограниченных в пространстве сцен можно также использовать дополнительные источники света.

Не всякая сцена допускает проведение измерений перед съемкой. Например, репортажная фотография предполагает подготовку к съемке в течение секунд, а иногда и долей секунды. Однако современные зеркальные фотокамеры, как пленочные, так и цифровые, обычно позволяют после фокусировки прикрыть диафрагму до рабочего значения и увидеть результат в видоискателе. Во многих аппаратах предусмотрена также функция автоматического задания ГРИП по указанным объектам сцены. Владельцам компактных камер повезло меньше — в таких устройствах эти возможности, как правило, отсутствуют, но после некоторого количества экспериментов фотограф может довольно уверенно оценивать результат, зная (хотя бы приблизительно) фокусное расстояние (или масштаб) и относительное отверстие.

ЭФФЕКТ МАСШТАБА

Фото 3. Матрица 22,2х14,8 мм, f/4, 1/200 с, F=75 (экв. 120) мм, ISO 400 Портрет. Размытый фон не отвлекает внимание зрителя от главного в этой фотографии — лица. Тем не менее здание на заднем плане вполне узнаваемо, несмотря на то, что изображено нерезко.

Однако вернемся к изображению сцены. Чем определяется допустимый размер кружка нерезкости, при котором он еще воспринимается как точка?

Разрешающая способность человеческого глаза ограничена, хотя и весьма высока.

Контрастная граница на изображении воспринимается резкой, если глаз не способен различить постепенное изменение яркости (или цвета) между двумя областями. Обычно считается, что для этого среднему человеку необходим кружок нерезкости не более 0,1 мм при рассматривании изображения с расстояния 25 см.

Легко видеть, что допустимый диаметр кружка нерезкости зависит от размера кадра. Одно и то же изображение, запечатленное на носителе различного размера, вероятнее всего, будет рассматриваться с разных расстояний. Поэтому, например, кружок нерезкости размером

0,1 мм на отпечатке формата 10х15 см вполне допустим, на 30х45 см — весьма хорош, а на пленке типа 135 (размер кадра 24х36 мм) — никуда не годится. При увеличении или уменьшении изображения кружок нерезкости подвергается такому же масштабированию, как и вся картинка в целом. Поэтому, например, кружок нерезкости на негативе типа 135 размером

0,1 мм при печати на формат 10х15 см будет иметь диаметр около 0,4 мм, так что изображение будет выглядеть резким при разглядывании с расстояния не менее 1 м. Правда, фотографии такого размера редко рассматривают с такого расстояния.

ПСИХОЛОГИЯ РЕЗКОСТИ. КОГДА ХОРОША РАЗМЫТОСТЬ

До сих пор мы говорили только о резких изображениях. Однако известно, что не всегда идеально четкое изображение всей сцены будет наилучшим из всех возможных. Почему же в некоторых случаях нужно сознательно ограничивать резкость фотографии?

Фото 4. Матрица 8,8х6,6 мм, f/8, 1/500 с, F=30 (экв. 120) мм, ISO 100 Пейзаж. Сочетание малого размера матрицы и прикрытой диафрагмы позволило получить очень большую глубину резкости.

Обычно мы смотрим на мир двумя глазами. Благодаря этому у нас есть возможность оценивать положение интересующего нас предмета не только на плоскости (выше — ниже, левее — правее), но и в пространстве (к перечисленным двум осям добавляется третья, ближе — дальше). На фотографии же все объекты изначально изображены на одной плоскости, что лишает нас возможности «увидеть объем». Поэтому разницу в расстояниях до различных предметов приходится передавать посредством художественных приемов, одним из которых является выделение резкостью.

Вообще говоря, это ограничение можно обойти с применением так называемой стереофотографии, в которой сцена снимается дважды с разных точек, а зрителю демонстрируются одновременно оба полученных изображения, причем каждое из них показывается только «своему» глазу. Однако подробное рассмотрение стереофотографии выходит за рамки данной статьи.

Объект, имеющий для кадра первостепенное значение (смысловой центр), должен быть изображен как можно более четко; все остальное, что находится как на заднем, так и на переднем плане, желательно размыть, чтобы не отвлекать зрителя от главного. Исключением является, пожалуй, лишь пейзажная (и в некоторых случаях техническая) фотография, в которой важна каждая деталь. Если же в кадре присутствуют люди или предметы, которые представляют большую ценность для зрителя (а значит, и для фотографа), а окружение их менее важно, — «игры» с нерезкостью просто необходимы (фото 3).

Фото 5. Матрица 5,27х3,96 мм, f/4.8, 1/125 с, F=16.2 (экв. 110) мм, ISO 50 Макросъемка аппаратом с маленькой матрицей. В данном случае наблюдается излишняя глубина резкости. Объект съемки теряется в резком фоне. Исправить ситуацию при съемке было невозможно, поскольку диафрагма аппарата была максимально открыта, и съемка велась в максимально доступном масштабе.

Чем меньше ГРИП, тем сильнее будет акцентирован главный объект (или группа объектов), ради которого сделан снимок. Поэтому, если в кадр попадает единственный интересный предмет, старайтесь как можно сильнее уменьшить глубину резкости. Однако не забывайте следить за тем, чтобы четким был по возможности весь этот предмет или по крайней мере наиболее важные его части.

Другой уже упоминавшийся тип нерезкости возникает при заметном перемещении камеры или объектов сцены за время экспозиции. В ряде случаев этот эффект является ошибкой фотографа и обусловлен дрожанием камеры при съемке с рук на длительных выдержках. Такой дефект называют шевеленкой (фото 2), и от него стараются избавиться всеми доступными средствами. Шевеленка поддается точному математическому описанию, однако в большинстве случаев бывает достаточно соблюдения простого эмпирического правила: при съемке с рук выдержка (в секундах) не должна быть длиннее величины, обратной эквивалентному фокусному расстоянию (в миллиметрах).

Некоторые современные цифровые фотоаппараты, а также некоторые объективы для камер со сменной оптикой оснащены специальными системами оптической стабилизации изображения, которые позволяют увеличить «безопасную» выдержку в несколько раз. Однако самым надежным средством предотвращения шевеленки по-прежнему остается использование штатива.

В некоторых случаях смаз изображения превращается из грубой ошибки в художественный прием. Так бывает при съемке сцен с участием быстро движущихся объектов, если сюжет выигрывает от подчеркивания динамики. При этом фотограф либо смазывает сам объект (обычно по ходу его предполагаемого движения), оставляя четким фон (фото 7), либо «ведет» подвижный объект, который в идеале получается совершенно четким, а неподвижный фон, напротив, размазывается (съемка с проводкой, фото 8). Для такого сюжета имеет смысл удлинить выдержку (скомпенсировав экспозицию путем прикрытия диафрагмы или уменьшения чувствительности) так, чтобы еще удавалось «удерживать» объект съемки резким.

РЕЗКОСТЬ И ЗЕРНИСТОСТЬ

Фото 6. Матрица 22,2х14,8 мм, f/6.3, 1/320 с, F=300 (экв. 480) мм, ISO 200 Макросъемка аппаратом с сенсором размера APS. Даже прикрытой диафрагмы едва хватило, чтобы обеспечить необходимую ГРИП. Зона нерезкости начинается в нескольких миллиметрах за бабочкой — это хорошо видно по размытому фрагменту цветка. Уведенный в глубокую нерезкость фон не мешает восприятию сцены.

Все сказанное выше относилось к некоторому абстрактному изображению. Мы видели, что теоретически можно получить изображение точечного объекта в виде пятна сколь угодно малого размера. Так ли это на практике?

Следует отдавать себе отчет в том, что в материальном мире не существует ничего идеального. Малейшие погрешности, допущенные при изготовлении объектива, приводят к тому, что лучи света, испущенные точечным источником, никогда не фокусируются в одной точке. Однако хороший объектив отличается от плохого, в частности, малым

размером пятна, которым точка сцены может изображаться на светочувствительной поверхности. Независимо от конструкции последней существует

некоторый минимальный размер элемента изображения, который возможно зафиксировать. В случае использования фотопленки эта величина определяется характерным размером зерна эмульсии; для матрицы минимальный размер элемента изображения совпадает с размером пикселя. Если сформированная объективом «точка» имеет меньший диаметр, ее изображение занимает полностью один элемент носителя и воспринимается как резкое.

Нерезкость в фотографии начинается с того момента, когда размер кружка нерезкости превышает размер элемента изображения, запечатленного на материальном носителе. Тогда детали, находящиеся вне фокуса, начинают восприниматься зрителем как «размытые» (если, конечно, кружок нерезкости такого размера различается глазом в заданных условиях демонстрации).

Зернистость фотоматериала, как правило, связана с его чувствительностью. Чем она выше, тем крупнее минимальный достоверно воспроизводимый элемент изображения. У пленки с увеличением чувствительности, как правило, растет размер зерна; химия процесса фиксации изображения на пленке такова, что каждое зерно темнеет равномерно, независимо от того, на какие его части попадал свет во время экспозиции. При увеличении чувствительности матрицы неизбежно растут шумы, и для получения приемлемого отношения сигнал/шум приходится объединять соседние пиксели, ухудшая разрешающую способность. Этот эффект следует учитывать при расчете ГРИП: менее чувствительный фотоматериал предъявляет более высокие требования к допустимому размеру кружка нерезкости, позволяя, однако, сильнее увеличивать полученное изображение без заметной потери качества.

ПЛЕНОЧНЫЕ И ЦИФРОВЫЕ ПРОБЛЕМЫ

Фото 7. Слева: матрица 22,2х14,8 мм, f/3.5, 1/1000 с, F=18 (экв. 29) мм, ISO 400 Справа: матрица 22,2х14,8 мм, f/14, 1/30 с, F=18 (экв. 29) мм, ISO 100 Два кадра сняты со штатива и затем склеены. За счет небольшой пространственной глубины сцены диафрагма практически не повлияла на резкость изображения. Слева вода «заморожена» короткой выдержкой, справа — «размазана» длинной.

Остановимся на некоторых отличиях цифровой и пленочной техники, имеющих отношение к проблеме резкости. Главное из них — размер кадра. Как правило, цифровой кадр имеет меньшие размеры, чем пленочный того же уровня «профессиональности».

Наименьший формат пленки, получивший сколько-нибудь широкое распространение, — «половинка формата 135», или 18х24 мм; наибольший — 60х45 мм. Разумеется, существуют и более крупные, и более мелкие форматы, однако они распространены гораздо менее широко и используются для решения весьма специфических задач, так что рассматривать их мы не будем.

В «цифровом» мире преобладают совсем другие величины. В компактных аппаратах обычно используются матрицы размером от 5,4х4 мм до 8,8х6,6 мм; в цифровых зеркальных аппаратах — от 16х24 мм до 24х36 мм (что соответствует кадру пленки типа 135). Более мелкие матрицы обычно используются в гибридных устройствах (мобильных телефонах, карманных компьютерах), которые нельзя однозначно отнести к «фотоаппаратам»; более крупные устанавливаются в специальную и профессиональную технику высшего уровня и очень дороги, из-за чего не получили пока широкого распространения.

Мы видим, что линейный размер матрицы в среднем вдвое — втрое меньше, чем размер пленочного кадра. В полном соответствии с этим различные фотографические задачи проще решать на разных классах техники. Например, одной из самых больших проблем пленочной фотографии является макросъемка неплоских объектов: ГРИП при большом размере кадра катастрофически мала, и отдельные части предмета съемки попадают в зону нерезкости. Бороться с этим эффектом можно путем улучшения освещения или увеличения выдержки с одновременным уменьшением относительного отверстия диафрагмы, однако это не всегда возможно. Зачастую лучшие результаты с меньшими затратами можно получить путем покупки цифровой камеры. Напротив, для портретной съемки плохо подходят компактные цифровые фотоаппараты с маленькими матрицами, поскольку они обладают очень большой глубиной резкости даже при максимально открытой диафрагме, а это не позволяет выделять главный объект сцены фокусировкой. Однако если технику выбирать не приходится, можно порекомендовать фотографу снимать в максимально крупном масштабе, полностью открыв диафрагму.

Фото 8. Матрица 22,2х14,8 мм, f/5.6, 1/50 с, F=220 (экв. 350) мм, ISO 400 Съемка с проводкой. За счет очень длинной (для установленного фокусного расстояния) выдержки быстро движущийся относительно лодки (которая «велась» при съемке) фон выглядит «размазанным», подчеркивая динамику сцены.

В качестве примера можно привести две иллюстрации (фото 5 и 6). В первом случае съемка проводилась компактной цифровой камерой с небольшим размером сенсора, когда даже полностью открытой диафрагмы (4,8) оказалось недостаточно, чтобы выделить нерезкостью главный объект съемки (глубина резкости излишняя). Во втором случае при работе с зеркальной камерой, экипированной макрообъективом, даже прикрытой диафрагмы (6,3) едва хватило, чтобы обеспечить требуемую резкость объекта.

ПУТИ УВЕЛИЧЕНИЯ РЕЗКОСТИ

Что же делать, если фотография, которую хотелось бы видеть идеально резкой, получилась нечеткой? Современная техника предоставляет множество вариантов решения задачи «повышения резкости» уже зафиксированного изображения. Большинство способов, однако, основаны на одном и том же эффекте — повышении локального контраста изображения с помощью специально разработанных цифровых фильтров. Плавные переходы цвета или яркости остаются практически неизменными, а относительно четкие границы становятся еще четче. Применение цифровых способов повышения резкости — тема для отдельной статьи, так что здесь мы лишь приведем примеры того, как можно слегка улучшить недостаточно резкое изображение. Следует, однако, заметить, что для получения хороших результатов не следует чрезмерно увлекаться манипуляциями с локальным контрастом, иначе «исправленное» изображение может получиться гораздо хуже оригинала. Кроме того, ни один фильтр не в состоянии «вытащить» из изображения ту информацию, которая уже потеряна. Поэтому «восстановленная» картинка будет только казаться более резкой, однако отсутствующих на оригинале мелких деталей на ней тоже не будет (фото 9).

Фото 9. Матрица 8,8х6,6 мм, f/4, 1/400 с, F=32.3 (экв. 130) мм, ISO 100 Тот же снимок, что и на фото 1, но подвергшийся цифровой обработке для повышения резкости. Несомненно, этот вариант выглядит лучше. Однако мелкие детали были потеряны еще при съемке в результате промаха фокусировки, и восстановить их уже невозможно. Несмотря на то что такая картинка выглядит более резкой, она несет в себе не больше информации, чем исходная.

О НАСТРОЙКЕ ЦИФРОВЫХ ФОТОАППАРАТОВ

Многие современные цифровые фотокамеры позволяют вручную настраивать различные параметры изображения. В частности, обычно можно задавать контрастность, насыщенность цвета и резкость («sharpness»). Последняя настройка имеет прямое отношение к обсуждаемой теме. На практике она реализована как цифровой фильтр, «встроенный» в аппарат, и никак не связана с оптической системой. Изображение, считанное с матрицы, перед записью на карту памяти подвергается ряду преобразований (это не относится к случаю сохранения кадра в «сырой» формат RAW, используемый во всех профессиональных и многих полупрофессиональных аппаратах). Обычно производится коррекция баланса белого, подавление шумов, настройка насыщенности и/или применение спецэффектов (таких, как, например, преобразование изображения в черно-белое) и «увеличение» (или «уменьшение») резкости. Манипуляции с уже зафиксированной картинкой, конечно, не способны исправить ошибки, допущенные при съемке. Однако настройка «цифровой» резкости все же не лишена смысла. Для получения максимальной визуальной четкости изображения при съемке пейзажа имеет смысл «увести резкость в плюс»; для портретной съемки, напротив, обычно полезно слегка «размыть» картинку, чтобы она выглядела более привлекательно. Будьте осторожны: некоторые производители программируют камеры таким образом, что максимальное повышение резкости может привести к появлению характерных артефактов, избавиться от которых весьма сложно, даже располагая мощными средствами обработки изображений. Впрочем, для качественной съемки большинства сюжетов вполне достаточно оставить резкость «на нуле». Если же вы хотите максимально использовать возможности своей камеры, поставьте несколько экспериментов, прежде чем применять фильтры во время ответственной съемки. И помните: любой цифровой фильтр можно применить к изображению во время последующей обработки на компьютере; восстановить же оригинал, который подвергался преобразованиям внутри камеры, обычно невозможно.

Фото автора, кроме фото 5 (Екатерина СИДОРЕНКО).

Автор благодарит Сергея МАРЧЕНКО и Павла ГОРЮШКИНА за конструктивную критику.