Программа расчета глубины резкости

Программой можно пользоваться как простым калькулятором. В этом случае стрелочками над и под значениями фокусного расстояния, диафрагменного числа и допустимого кружка нерезкости выбираем необходимые параметры, стрелочками внизу окна выбираем расстояние, на котором находится объект фокусировки, и считываем значение переднего и заднего плана. В нижней строчке красным цветом отображается положение до начала бесконечности и положение переднего плана при фокусировке на гиперфокальное расстояние. Программа позволяет графически представить полученные результаты. Так, точка фокусировки отмечена зеленым человечком на дороге. Глубину резкости можно оценить по тому, какие деревья резко изображены на обочине дороги. Если задний план находится в бесконечности, становятся видны горы на горизонте. Расстояние можно изменять, и перетаскивая человечка вдоль дороги. Если расстояние становится меньше 1 м, то открывается окно, которое показывает значение глубины резкости, положение резких планов относительно цветка, который тоже можно перетаскивать по экрану. Красный флажок на дороге отмечает гиперфокальное расстояние, красная полоса на дороге – границу резко регистрируемого переднего плана при наводке на него. Эта часть программы не претерпела изменений с самой первой версии. Расчет ведется в соответствии с нижеприведенными формулами, дающими однозначный результат, если задано фокусное расстояние, диафрагма и круг нерезкости. Все изменения в программе связаны с дополнительной справочной информацией, облегчающей выбор допустимого круга нерезкости. Эта часть служит не для получения точного числа, а для грубой оценки и лучшего понимания критериев, определяющих выбор допустимого круга нерезкости. В последней версии программы добавлено окно, позволяющее оценить угол поля зрения и размер объектов, попадающих в кадр. Отображается горизонтальный угол зрения, обозначенный как hfov, и вертикальный, обозначенный как vfov. Углы рассчитываются для кадра, размер которого отображается в правом верхнем углу экрана красным цветом. Отображение углов и ожидаемой картинки на экране можно отключить, щелкнув по экрану камеры в левом нижнем углу экрана. Угол зрения полезен при съемке панорам для оценки необходимого числа кадров при заданном фокусном расстоянии и размере матрицы. Кроме того, этот параметр мне представляется существенно более разумным, чем используемое часто вместо него приведенное фокусное расстояние. Сегодня, когда процент людей с опытом работы с пленочными зеркальными камерами с комплектом объективов с разными фокусными расстояниями ничтожно мал по сравнению со снимающей публикой, это не облегчает жизнь фотографам со стажем и вводит в заблуждение новичков, поскольку к понятию фокусного расстояния, принятому в оптике, не имеет никакого отношения, и определяет не расстояние от линзы до точки, в которой сходится параллельный пучок, а угол, под которым виден объект, занимающий кадр целиком. Расчет углов в программе производится для нормальных (прямолинейных) объективов и не может быть применен к объективам типа "рыбий глаз". Фокусное расстояние в программе может быть изменено до значений нереальных для некоторых комбинаций нормальный объектив + матрица, и, следовательно, картинка, отображающая ожидаемое изображение на экране камеры, тоже будет нереальной :-) Так, нормальный объектив с фокусным расстоянием 15 при работе с кадром 36х24 мм дает горизонтальный угол зрения 100 градусов, а объектив "рыбий глаз" с аналогичным фокусным расстоянием уже 140 градусов. Подробнее о разнице в угле зрения объективов разной конструкции см. в статье "Сверхширокоугольный объектив Мир-47".

Оценка допустимого круга нерезкости осуществляется после нажатия на знак вопроса в верхнем правом углу. Для получения правильного значения необходимо сделать выбор в верхнем и одном из двух нижних выпадающих меню. Верхнее меню служит для задания размера кадра, следующее меню позволяет задать число пикселей в матрице, либо пункт AgBr, который подразумевает использование средней пленки с относительно хорошим объективом. Если выбрать в верхнем меню размер кадра 36х24 мм и в следующем меню AgBr, то программа будет давать значения, близкие к нанесенным на оправу объективов. Самое нижнее выпадающее меню позволяет задать размер желаемого отпечатка. Его целесообразно использовать, если ваша камера имеет запас по числу пикселей, но вы не собираетесь печатать большие отпечатки. В этом случае оценка производится из условия печати, например, на сублимационном принтере с разрешением 300 точек на дюйм. Это близко к тому, что может увидеть глаз с расстояния наилучшего видения в 25 см. Во втором окне в этом случае будет отображаться число мегапикселей у матрицы, размер двух пикселей которой равен расчетному кругу нерезкости.

Я рекомендую сделать серию тестовых снимков мир, чтобы определить экспериментально допустимый кружок рассеяния для вашего аппарата. Весьма вероятно, что он будет определятся возможностями объектива, а не матрицы.

В программе, кроме допустимого кружка фокусировки, отображается также значение линейного предела разрешения (dp). Если линейный предел разрешения превысит заданный размер допустимого кружка фокусировки d, то фон под значениями диафрагмы допустимого кружка фокусировки и линейного предела разрешения станет розовым. В этом случае, чтобы получить реальные значения, надо изменить либо диафрагму, либо допустимый кружок фокусировки.

Программу можно использовать, не выходя из этой статьи, можно записать отдельно и запускать с помощью Macromedia Flash Player или через обозреватель, запустив файл rezkost.html. Последняя версия программы при запуске на локальной машине позволяет редактировать стартовые значения. Для этого надо отредактировать файл datarzk.txt. Для матрицы можно задать значения недоступные из меню программы, они будут действовать пока вы не введете новые в меню. Форматы записи:

где fn=35& - означает, что начальное фокусное расстояние равно 35 мм, а dn6=0.016&, что допустимый кружок нерезкости равен 16 мкм. Данное значение круга нерезкости действует до тех пор пока, не нажата кнопка со знаком вопроса. После входа в меню оценки допустимого круга нерезкости приоритет будет отдан заданным в данном меню параметрам. Если допустимый кружок нерезкости не задан, то он рассчитывается из количества чувствительных элементов в матрице, задаваемом в Мп. dnr1=24& - размер длинной стороны кадра 24 мм, wc=3&hc=2& - отношение сторон кадра в данном случае 3:2, mp=9& - количество чувствительных элементов в матрице равно 9 Мп.

Использование КПК накладывает определенные ограничения, связанные с тем, что у вас нет правой клавиши мыши, и тем, что компьютер узнает о положении курсора только в момент касания пером экрана. Он не способен различить нахождение пера над кнопкой и собственно нажатие на кнопку, поэтому, возможно, при переходе от одной кнопки к другой придется делать лишнее нажатие.

В программе используется латинский шрифт, так как это позволяет, во-первых, воспользоваться без проблем шрифтами КПК и не тратить места на внедрение начертания букв в файл программы, а во-вторых, мне не удалось подобрать мелкий кириллический шрифт, который бы четко читался на КПК.

Теория и практика

Глубина резкости рассчитывается по довольно простым формулам, однако заниматься расчетами в процессе съемки не всегда удобно, за время вычислений пчела может и улететь.

Фотографическую разрешающую способность фотообъектива характеризуют числом параллельных штрихов (линий), которое данный объектив может воспроизвести на отрезке фотоматериала длиной 1 мм. Аналогично определяется и разрешение фотоматериала. Линейное разрешение фотообъектива – величина, обратная разрешению в линиях. Для оценки разрешающей способности фотообъектива с учетом разрешающей способности фотослоя линейные разрешения объектива и фотослоя следует суммировать. Для определения глубины резко изображаемого пространства предметов допустимый кружок расфокусировки должен соответствовать сумме линейных разрешений объектива и фотослоя. Однако как бы хорошо мы не сфокусировались на объекте, и как бы не была высока разрешающая способность объектива, предельная разрешающая способность оптической системы изображать раздельно две близко расположенные точки ограничивается дифракцией на границе зрачка. Согласно дифракционной теории светящаяся точка в силу дифракции на диафрагме изображается в виде кружка рассеяния. Этот кружок состоит из яркого центрального ядра, которое называется кружком Эйри, и окружающих его темных и светлых колец. Рэлей сделал вывод, что две равно яркие точки видны раздельно, если центр кружка Эйри одной точки совпадает с первым минимумом второй точки. Из критерия Рэлея следует, что разрешающая способность идеального фотообъектива при использовании миры абсолютного контраста и освещении монохромным светом зависит только от отношения фокусного расстояния к диаметру зрачка, то есть от диафрагменного числа. И линейный предел разрешения оптической системы равен:

Применительно к матрице цифровой камеры можно считать, что 2 линии будут различимы, если диаметр кружка фокусировки меньше линейного размера двух чувствительных элементов. В этом случае, если изображение 2 белых линий ведется точно на центры двух несмежных чувствительных элементов, то сигнал на них будет максимален, в элементе же, находящемся между ними, - минимален. Конечно, малейший сдвиг изображения относительно матрицы приведет к тому, что мы не сможем различить линии. Если штрихи тест-объекта идут под некоторым углом к столбцам чувствительных элементов, то, рассматривая изображение построчно, можно увидеть чередующиеся сплошные и пунктирные линии. Получается структура, напоминающая ткань сорта муар.

Мои измерения системы объектив + матрица показывают, что реальное разрешение в полтора раза хуже предельного теоретического разрешения для одной матрицы, и для получения линейного разрешения надо размер двух чувствительных ячеек умножить на 1,6.

При съемке пейзажа очень важным является знание гиперфокального расстояния, или начала бесконечности. Этими терминами обозначается дистанция до объекта, при фокусировке на который задний резкий план находится в бесконечности. Если мы установим на шкале аппарата гиперфокальную дистанцию, то задний план будет лежать в бесконечности, а передний план находится вдвое ближе точки фокусировки. Если мы наведем аппарат на бесконечность, то передний план будет совпадать с гиперфокальной дистанцией. Т.о. наводя аппарат не на бесконечность, а на гиперфокальную дистанцию, мы вдвое приближаем границу резкого переднего плана.

Для ориентировки в допустимых кружках рассеяния в приведенной ниже таблице даны характерные значения линейных пределов разрешения типичных объективов, фотопленок и матриц.

На хорошей пленке можно различить до 100 линий на мм. Хорошие объективы для 35 мм пленочных камер имеют по центру разрешающую способность 40-60 линий на мм. Для оценки разрешения системы объектив + пленка линейные пределы разрешения для пленки и объектива складываются, т.е. в типичном случае можно зарегистрировать порядка 50 штрихов на мм. Т.е. допустимый кружок фокусировки для этой системы равен 20 микрон.

На объективы, предназначенные для ручной фокусировки, обычно наносится шкала глубины резкости. Воспользовавшись программой, легко решить обратную задачу и определить допустимый круг нерезкости, который был взят для расчета шкалы.

Я проанализировал шкалы и на остальных своих объективах, и вот что у меня получилось:

Как мы видим в большинстве случаев, шкала строится в предположении, что результатом будет отпечаток 10х15 см. Наибольший разброс в размерах круга нерезкости наблюдается у объективов среднеформатных камер. Т.о. если мы хотим получить максимум возможного из пленки и объектива, то следует учитывать, что глубина резко изображаемого пространства будет меньше диапазона, указанного на объективе.

Скачать последнюю версию

Лицензионное соглашение

Сейчас принято предварять любую программу лицензионным соглашением. Следуя духу времени, сделал это в 2001 году и я. Обобщив чужой опыт написания подобного документа, я пришел к выводу, что все сводится к следующему заявлению:

Дорогой пользователь, кушай на здоровье.
Если подавился, то сам дурак.
Если будешь кормить других, забыв о поваре, то готовься к очной ставке с кузькиной матерью.

Данное лицензионное соглашение распространяется на все исполнимые модули программы. Последняя версия 2.1 может быть скачена и с исходными кодами, и в этом случае я счел необходимым изменить свои пожелания по ее использованию и, следовательно, и лицензионное соглашение. Free Software Foundation проделала огромную работу по оттачиванию формулировок и я решил воспользоваться плодами их деятельности. Данная программа распространяется под лицензией, совпадающей с русским переводом GENERAL PUBLIC LICENSE GNU.

Попытаюсь пояснить, почему я просто не воспользовался лицензией GPL GNU.

1) Мое понимание выдвигаемых условий должно быть максимальным. Очевидно, что это надо делать на родном языке вне зависимости от уровня владения иностранным и доверия переводчику. Родной язык большинство знают лучше иностранного, а себе доверяют больше, чем любому другому :-).

2)В предисловии к переводу сказано:
"Настоящий перевод Стандартной Общественной Лицензии GNU на русский язык не является официальным. Он не публикуется Free Software Foundation и не устанавливает имеющих юридическую силу условий для распространения программного обеспечения, которое распространяется на условиях Стандартной Общественной Лицензии GNU. Условия, имеющие юридическую силу, закреплены исключительно в аутентичном тексте Стандартной Общественной Лицензии GNU на английском языке."

Однако, в моем понимании, иерархия условий, определяющих деятельность Интернета, основывается сперва на Декларации Независимости Киберпространства, а уж затем на всех документах, ей не противоречащих.

Декларация гласит:
"Правительства получают полномочия из согласия управляемых. Вы его не спрашивали, и не получали от нас. Мы не приглашали вас. Вы не знаете нас, вы не знаете наш мир. Киберпространство не находится внутри ваших границ. Не думайте, что вы можете строить его, как если бы это был проект общественной постройки. Вы не можете этого делать. Это - явление природы, и оно растет само по себе через наши коллективные действия.

Вы не участвовали в нашем огромном и растущем диалоге, вы не создавали богатства нашего рынка. Вы не знаете нашу культуру, нашу этику, наши неписаные законы, которые уже обеспечивают в нашем обществе больше порядка, чем могло быть получено от любого из ваших предписаний.

Вы утверждаете, что у нас есть проблемы, которые вы должны решить. Вы используете эту претензию как оправдание, чтобы вторгнуться в наши владения. Многие из этих проблем просто не существуют. Где имеются реальные конфликты, где имеются правонарушения, мы будем выявлять их, применяя к ним наши собственные средства. Мы формируем наш собственный Социальный Контракт. Это руководство возникнет согласно условиям нашего мира, но не вашего. Наш мир иной."

Таким образом, вопрос о юридической силе отпадает. Нарушая мои пожелания, высказанные в данной лицензии, вы наживаете врага. Вы не можете знать, что существенно, а что нет, и какая реакция последует. Надо просто следовать букве лицензии или быть готовым, что последует, возможно, не адекватная в вашем понимании реакция. Люди разные - одни живут с лозунгом Свобода или смерть, другие готовы согласиться на шмон в аэропорту ради иллюзорного обеспечения безопасности. Как писал Бенджамин Франклин, один из творцов американской государственности: Пожертвовавший свободой ради безопасности не заслуживает ни свободы, ни безопасности. Похоже, его потомки не вняли его заветам, и не стоит идеализировать современное американское законодательство и следовать ему, распространяя с программой лицензию на английском языке.

История версий

Версия 2.1 от 9 сентября 2009 г.

Добавлена справочная возможность отображать угол поля зрения и размер объекта, попадающего в кадр в плоскости фокусировки. Увеличено число задаваемых в файле datarzk.txt стартовых параметров. Слегка оптимизирован код.

Программа впервые распространяется вместе с исходными кодами. Причина этого шага, в первую очередь, заключается в том, что я постепенно полностью отказываюсь от использования в своей работе ОС семейства Windows. А поддержка технологии flash под Linux не позволяет продолжить ее разработку, поэтому если кто то решит улучшить или дополнить программу, то флаг ему в руки. Программа Flash4linux на сегодняшний день не позволяет открыть и редактировать текст данной программы. Для работы и ее модернизации, вероятно, надо приобретать программный пакет фирмы Adobe и работать под Windows, что в мои ближайшие планы не входит.

Версия 1.9 от 15 сентября 2007 г.

Исправлены некоторые проблемы, связанные с отображением при длительной работе без перезагрузки. Пополнен список матриц для выбора допустимого кружка рассеяния. Эта версия программы при запуске на локальной машине позволяет редактировать стартовые значения фокусного расстояния и допустимого кружка рассеяния. Для этого надо отредактировать файл datarzk.txt.

Версия 1.5 от 11 января 2005 г.

Версия 1.4 от 27 ноября 2004 г.

Изменены стартовые значения допустимого кружка рассеяния, фокусного расстояния и диафрагмы.

Добавлена возможность оценки допустимого кружка рассеяния по размеру матрицы и числу пикселей, либо желаемому размеру отпечатка в предположении, что печать происходит на сублимационном принтере или фотобумаге с разрешением 12 точек на мм. Оценка допустимого круга нерезкости осуществляется после нажатия на знак вопроса в верхнем правом углу. Для получения правильного значения необходимо сделать выбор в верхнем и одном из двух нижних выпадающих меню. Верхнее меню служит для задания размера кадра, следующее меню позволяет задать число пикселей в матрице, либо пункт AgBr, который подразумевает использование средней пленки с относительно хорошим объективом. Если выбрать в верхнем меню размер кадра 36х24 мм и в следующем меню AgBr, то программа будет давать значения, близкие к нанесенным на оправу объективов типа Индустар. Самое нижнее выпадающее меню позволяет задать размер желаемого отпечатка. Его целесообразно использовать, если ваша камера имеет запас по числу пикселей, но вы не собираетесь печатать большие отпечатки.

Версия предполагает использование Flash Player 6.

Версия 1.01 от 13 ноября 2001 г.

Для того, чтобы установить программу на КПК, достаточно распаковать архив, и его содержание (два файла, html и swf) поместить в произвольную директорию КПК. В установках Microsoft Internet Explorer должен быть выбран пункт "Fit to Screen". Этот выбор вступает в силу после перезагрузки страницы. При испытании на Cassiopeia Е-125 выяснилось, что, хотя процессор с тактовой частотой 150 МГц, казалось бы, довольно мощный, однако обработка графики вызывает у него существенные задержки. Видеосистеме КПК не нравятся полупрозрачные области и необходимость постоянно пересчитывать картинку. Конечно, здесь виноват не только компьютер, но и интерпретатор Flash.