Немного о дифракции.

Alexander S
2019-05-05 18:56:08 +0200 62 9 6

 Существует довольно много статей о дифракции в фотографии, но в этих статьях довольно редко делается акцент на том, что падение резкости от дифракции можно заметить на мониторе только на полном размере фотографии и только при 100% увеличении или при печати полного размера на бумаге с разрешением не менее 300 ppi,dpi. Возможно это и вызвало довольно распространнённый миф о том, что падение резкости от дифракции можно увидеть на фотографиях, выставленных в фоторесурсах на изображениях размером 1200х800 или 1140х760пкс. В этой статье я постараюсь показать что это не так-на таких малых размерах изображения практически невозможно заметить потерю резкости по вине дифракции.
  Дифракция в фотографии - это оптическое явление, которое заключается в том, что лучи света проходя через маленькое отверстие диафрагмы рассеиваются, уменьшая тем самым общую резкость изображения. С одной стороны уменьшение диафрагмы увеличивает глубину резко изображаемого пространства, а с другой, чем сильнее мы её закрываем, тем менее резким становится общая резкость фотографии. Если оптические аберрации при изготовлении объектива можно уменьшить, а какие-то может быть даже вообще устранить, то дифракция неустранима и одинаково распространяется на все объективы независимо от цены и качества.
  В фотографии есть понятие "дифракционно ограниченная диафрагма", это диафрагма при которой на изображении ещё не видно действия дифракции, но при дальнейшем её закрытии уменьшается общая резкость фотографии и чем сильнее мы закрываем диафрагму, тем сильнее деградирует изображение по резкости. Дифракционно ограниченная диафрагма (ДОД) напрямую связана с размером пикселя камеры. Чем меньше размер пикселя, тем на более открытой диафрагме становится заметным общее ухудшение резкости изображения. Дифракции наиболее подвержена длиноволновая часть светового спектра, а это значит его красная часть и наименее подвержена коротковолновая - синяя.
  ДОД можно рассчитать по следующей формуле: ДОД=а/0,00122*λ. Где а - размер пикселя в микрометрах, λ - длина волны света в нанометрах. Поскольку ДОД расчитывают обычно для зелёного цвета, как наиболее чувствительного для матрицы фотокамеры и для глаза человека, я упростил эту формулу, "подогнав" её под данные ДОД журнала ColorFoto, который занимается тестированием фотокамер, объективов и прочей фототехники. Упрощённая формула выглядит так-
ДОД=а/0,61 (В формуле просто заложена длина волны зелёного спектра в 500нм). Справедливость этой упрощённой формулы можно легко проверить здесь:

 Тесты, которые покажу ниже, были сняты на камеру Nikon D750 с объективом Tamron 90mm F/2.8. Чтобы исключить микрошевелёнку, снимал c устойчивого штатива, при помощи электронного тросика и в камере была включена функкция предподъёма зеркала.
Краткие тех. характеристики камеры: полноформатная камера, матрица 35,9х24,0мм, пиксельный размер кадра 6016х4016.
  Для начала расчитаем ДОД для Nikon D750. ДОД=а/0,61. "а" - это размер пикселя. Узнаём его размер так - длинная сторона матрицы 35900мкм делится на пиксельную длину кадра 6016 = 6,0мкм. ДОД=6/0,61=9,8. Дод F/9,8 - это та диафрагма при которой ещё не наступают дифракционное уменьшение резкости, но при дальнейшем зажиманиии диафрагмы резкость по всему кадру будет падать и чем сильнее мы её зажимаем, тем сильнее деградирует изображение по резкости. Ниже диаграмма разрешения объектива Tamron 90mm F/2.8 на 24мп полноформатной камере:

 Разрешения на диафрагмах F/5,6 и F/8 превосходные, на F/16 несколько хуже, на F/22 ещё хуже, ну а на F/32 разрешение просто отвратительное. Теперь посмотрим, что мы видим на практике:
предлагаю Вашему вниманию два иображения, первое снято на диафрагме F/8, а второе на F/32. Размер изображений 1200х800 пикселей и давайте вместе постараемся увидеть разницу в резкости на этих 2х кадрах: 

                                                                   Диафрагма  F/8

                                                                Диафрагма F/32

лично я этой разницы не вижу и теоретически на размере кадра 1200х800 пикселей разницу можно будет увидеть только зажимая диафрагму сильнее, чем F/49(!). Совершенно другую картину мы наблюдаем на 100% кропах из кадра 6016х4016:

                                                                       Диафрагма F/8

                                                                      Диафрагма F/16

                                                                      Диафрагма F/22

                                                                      Диафрагма F/32

Деградация изображения чуть заметна на F/16, более заметна на F/22 и сильно заметна на F32.

 Чем меньше размер пикселя матрицы камеры, тем более заметно дифракционное падение резкости. Дифракционный кружок нерезкости (диск Эйри) занимает бОльшее число пикселей и изображение деградирует уже на более открытых диафрагмах. Не зря камеры с мизерной матрицей и очень плотно "набитыми" мегапикселями, подвержены дифракции в много бОльшей степени, чем камеры с более крупной матрицей и крупными пикселями. Рассчитаем ДОД для самой распространнёной матрицы "мыльниц" - 1/2,3дюйма 6,2х4,6мм 20мп. на примере "мыльницы" Nikon Coolpix A100 c размером кадра 5152х3864. В начале узнаём размер пикселя - длинную сторону матрицы в мкм делим на длинную сторону кадра - 6200/5152=1,2мкм.
ДОД=1,2/0,61 ДОД=F1,97, а это значит, что если мы прикрываем диафрагму больше F1,97, то при 100% увеличении мы увидим уменьшение резкости. А самое интересное то, что диафрагмы F1,97 на объективе камеры Nikon Coolpix A100 не существует и самая большая диафрагма на нём F3,2(!) и это значит, что на полностью открытой диафрагме F3,2 резкость уже довольно заметно деградирует за счёт дифракции. Напомню, что деградацию мы увидим только на полном размере кадра 5152х3864 при 100% увеличении. Далее рассчитаем ДОД на кадре снятом Nikon Coolpix A100, но уменьшенном до размера 1200х900пкс. Размер пикселя равен - 6200/1200=5,17мкм.
ДОД=5,17/0,61 ДОД=F8,5, т.е. уменьшение резкости за счёт дифракции на фото 1200х900пкс мы уже увидеть не сможем, потому как самая малая диафрагма на объективе камеры Nikon Coolpix A100 - F8.
  Важные выводы: уменьшение резкости от действия дифракции можно увидеть только на полном размере кадра при 100% увеличении на мониторе или напечатав с разрешением не менее 300 ppi,dpi (это 118 пикселей, точек на сантиметр). На уменьшенных картинках выставленных на фотосайтах размером 1200х800 или 1140х760 это заметить практически невозможно, даже если они сняты на камеру-мыльницу с очень маленькими пикселями.
Статья написана на основе моих знаний, опыта и моего личного представления об этом вопросе и естественно могут быть ошибки, неточности. Буду рад конструктивной критике. Спасибо за внимание!     Alexander S.

 дифракция
62 просмотра 9 комментов 6 оценок

КОММЕНТАРИИ 9 Чтобы писать комментарии, пожалуйста авторизуйтесь или зарегистрируйтесь
©лепой 2019-05-06 06:27:55 +0200
1. Хорошая и полезная статья для фотографов !
2. я НЕфотограф. Анонсируя КОНКУРСНЫЕ фото заметил следующее - Скопировав фото себе они имеют размер 720x451 Фото сделаные Марком даже в таком размере выглядят намного четче чем МОИ фото сделаные Никон д 3100 в исходнике. Я соображаю что такое кроп и полный кадр. Но всё равно разница большая
Это как смотришь зимой в лунку а возле мормышки окунь весом на пол кило. Вытянешь, а он в ладошку. Абыдно, понимаешь! ((( Свинство какое то. Везде дурят ;)
Alexander S 2019-05-06 08:00:33 +0200
@©лепой, Саня, если твоя тушка Д3100 с КИТом исправны, то на размере 720х451пкс ты НИКОГДА не увидишь разницы в резкости. Сними со штатива один и тот же объект обеими камерами, с одного расстояния, с одинаковыми углами и с одинаковыми ГРИП и убедишься сам!
©лепой 2019-05-06 08:53:42 +0200
Попозжее кину те конкурсные разница меж ПОЛНЫМ кадром и корпом Афигительная
Хотяааа... Дело полагаю даж не в тушке а в СТЕКЛЕ Кит 18-50 стекло неплохое. но это если повезёт и китайцы сваяли его не по пьяне. Но и ему проблемно тягаться с ... 24-70 ? или чо там у кенонов
Он не может тягаться даже с Гелиос 81

снял в театре с РУК !!! с середины зала )
Alexander S 2019-05-06 12:26:05 +0200
@©лепой, это тест твоего КИТа на Д200


это тест отличного 35мм ДХ фикса на Д200


разницу в разрешении практически невозможно увидеть на полной картинке 3872х2592 при 100% увеличении. А как её можно увидеть на размере 720х451пкс? Ведь это отпечаток размером 4х6см! Что там можно увидеть? А если действительно можно, то КИТ дефектный!
Alexander S 2019-05-06 17:06:35 +0200
@©лепой, Саня, сделал тест для сравнения - один из лучших фиксов Sigma 35mm F1,4 DG A и КИТ AF-S DX Nikkor 18-55 F/3.5-5.6G VR. Первый кадр - тест Sigma, второй кадр - Nikkor.
EXIF сохранён. Размер картинок 2280х1520. Интересно, увидишь ли ты разницу?!



©лепой 2019-05-06 17:42:08 +0200
@Alexander S, Нижний контрастней и четче !
Еще когда первый человек покорил... Я имею в виду Гагарина, а не Адама ))) то я уяснил две простые вещи: Большая дырка -малый ГРИП. Малая дырка- большой ГРИП
Фотать на СРЕДНЕЙ=5.6 и будет щястье, сиречь наилучшая четкость. Всё остальное для мя - Тёмный лес и на уровне интуиции

- Немножко догадываюсь про что Фотографы бают и хожу с умной рожей, шоб никто не догадался )
Alexander S 2019-05-06 18:46:32 +0200
@©лепой, нижний как раз и есть КИТ ... будем считать мне с КИТом повезло больше, чем с Сигмой )))
Jurij 2019-05-06 17:18:40 +0200
При выборе линз я вот этим сайтом пользуюсь. Там объективные таблицы можно посмотреть и сравнить https://www.the-digital-picture.com/Reviews/ISO-12233-Sample-Crops.aspx?Lens=708&Camera=453&Sample=0&FLI=0&API=0&LensComp=480&CameraComp=453&SampleComp=0&FLIComp=0&APIComp=4
Alexander S 2019-05-06 17:34:04 +0200
@Jurij, у меня этот сайт тоже на вооружении, спасибо Юрий!