Урок по технике и технологии фотосьемки
Тема:Угол поля зрения и угол поля изображения
Задание: Объясните разницу угла поля зрения и угла поля изображения
Угол поля зрения объектива — это величина, которая определяется соотношением фокусного расстояния объектива и размера матрицы.
Угол изображения или угловое поле объектива – это угол, образованный лучами, соединяющими крайние противоположные точки кадра с оптическим центром объектива. Иными словами, это максимальный угловой размер объекта, который может быть снят с помощью данного объектива.
Значение углового поля
В практической фотографии величина углового поля объектива определяет масштаб, в котором отображаются предметы. Чем меньше угловое поле, тем крупнее отображается объект съёмки. Небольшие угловые поля характерны для длиннофокусных и телеобъективов. В то же время, крупные объекты, например здания, могут быть сняты целиком с близкого расстояния только широкоугольным объективом с достаточно большим угловым полем. Нормальные объективы, которыми штатно оснащается большинство фотоаппаратов, обладают угловым полем в пределах 45—60° по диагонали кадра.
Для большинства объективов, которые принято называть ортоскопическими благодаря их незначительной дисторсии, угловое поле однозначно выражается соотношением фокусного расстояния и размеров кадрового окна. Для дисторсирующих объективов (например, типа «рыбий глаз») вычисление углового поля значительно сложнее из-за необходимости учёта искажений [4]. Угол, определяющий поле зрения, может лежать как в горизонтальной плоскости, так и в вертикальной или в плоскости диагонали кадрового окна. В фотографии чаще всего вычисляется диагональное угловое поле, как самое большое из всех, и определяющее минимальный необходимый угол поля зрения объектива. В кинематографе и на телевидении пропорции кадрового окна считаются более важными, и поэтому принимаются в расчёт горизонтальное и вертикальное угловые поля.
Широкий угол изображения позволяет объективу охватить больше пространства за счёт малого масштаба изображения. Узкий угол изображения показывает меньше пространства, но в большем масштабе.
Поскольку кадр имеет прямоугольную форму, следует различать угловое поле, измеряемое по горизонтали, по вертикали и по диагонали кадра. В технических характеристиках фотографических объективов чаще всего указывается наибольший, т.е. диагональный угол изображения.
Величина углового поля обратно пропорциональна фокусному расстоянию объектива и прямо пропорциональна размеру светочувствительного материала (плёнки или матрицы), т.е. чем длиннее объектив и чем меньше матрица, тем меньше угол изображения, и наоборот, чем короче объектив и чем больше матрица, тем угол изображения больше.
Объективы, угол изображения которых составляет 40-60°, считаются нормальными или стандартными. Если угол изображения больше 60°, объектив является короткофокусным или широкоугольным, а если угол меньше 40° – длиннофокусным или телеобъективом.
Как узнать угол изображения для конкретного объектива? Это не сложно. Ниже вы сможете ознакомиться с формулами для расчёта углового поля объектива, а в случае если математические подробности вам не слишком интересны, у вас есть возможность сразу перейти к интерактивному калькулятору, который способен выполнить все вычисления за вас.
Расчёт угла изображения
Чтобы найти угол изображения, достаточно знать фокусное расстояние объектива и линейные размеры матрицы. Угол изображения рассчитывается по формуле:
, где
α – угол изображения (угловое поле) в радианах;
d – расстояние между крайними точками кадра (ширина, высота или диагональ) в миллиметрах;
f – фокусное расстояние объектива в миллиметрах.
Как видите, школьная тригонометрия действительно может пригодиться в жизни.
Для примера найдём диагональный угол изображения для стандартного объектива с фокусным расстоянием 50 мм, установленного на полнокадровую камеру. Размеры полного кадра 36 × 24 мм. Через теорему Пифагора находим диагональ кадра:
мм.
Подставляем длину диагонали и фокусное расстояние в формулу углового поля и получаем:
рад.
Чтобы перевести ответ из радиан в градусы, достаточно умножить его на 180°/π (грубо говоря, в одном радиане содержится примерно 57,3 градуса). Таким образом, угол изображения будет равен 46,8°.
Зная угловое поле объектива, можно рассчитать максимальный линейный размер объекта, вписывающегося в кадр. Очевидно, что в отличие от углового поля, линейный охват пространства напрямую зависит от расстояния до объекта. Для расчёта линейного поля используется следующая формула:
D = 2 • R • tg (α / 2), где
D – охват пространства (линейное поле),
R – расстояние до объекта.
Например, на расстоянии 10 м охват пространства для уже упоминавшегося 50-мм объектива на полнокадровой камере будет равен:
2 • 10 • tg (46,8 / 2) ≈ 8,7 м.
Дабы не тратить время на все эти тригонометрические расчёты можно воспользоваться специальным калькулятором, но прежде я должен сделать одну важную оговорку.
Фокусировка и фокусное расстояние
Приведённая выше формула углового поля предполагает, что объектив сфокусирован на бесконечность. Лишь в этом случае эффективное фокусное расстояние объектива соответствует номинальному. При фокусировке объектива на более близких объектах эффективное фокусное расстояние может изменяться в определённых пределах, что влечёт за собой пропорциональное изменение угла обзора. В большинстве случаев плавание фокусного расстояния весьма незначительно и им можно смело пренебречь, однако при макросъёмке, когда расстояние до объекта сопоставимо с фокусным расстоянием объектива, эффект изменения угла обзора может стать вполне очевидным.
В идеале нам следовало бы подставлять в формулу значение именно эффективного фокусного расстояния для каждой конкретной дистанции фокусировки, но, к сожалению, это не всегда возможно.
Расчёт эффективного фокусного расстояния объектива сравнительно прост и прямолинеен только для классических фиксов, фокусировка которых осуществляется посредством выдвижения вперёд всего оптического блока. Иными словами, их эффективное фокусное расстояние увеличивается по мере увеличения масштаба съёмки, а угол обзора соответственно уменьшается. Эффективное фокусное расстояние в данном случае можно найти по формуле:
, где
F – эффективное фокусное расстояние;
f – номинальное фокусное расстояние;
R – дистанция фокусировки.
Впрочем, для большинства современных объективов эта формула практически бесполезна, поскольку при внутренней фокусировке эффективное фокусное расстояние может меняться самым неожиданным образом. Обычно объектив стараются проектировать так, чтобы по возможности свести к минимуму эффект изменения угла обзора при наводке на резкость. Так, многие современные объективы сохраняют угол обзора практически неизменным вне зависимости от дистанции фокусировки. Некоторые зумы имеют парадоксальную тенденцию к незначительному увеличению угла обзора на малых фокусировочных дистанциях. То есть по сравнению с традиционными объективами они ведут себя достаточно противоестественно.
Впрочем, повторюсь: при съёмке с нормальных дистанций всем этим колебаниям не стоит придавать слишком большого значения.