W tym odcinku wciąż lejemy wodę, czyli dalej korzystamy z płynnych metafor, by oddać zasady fotografii. Tym razem opiszę, czym jest obiektyw, rozdzielczość i głębia ostrości.
W naszych poprzednich rozważaniach łapaliśmy wodę z otoczenia (światło) do wiaderek przymocowanych do palety (matryca aparatu). W ten sposób rejestrowaliśmy świat w relacji 1:1. Innymi słowy, żeby zarejestrować człowieka, nasza paleta z wiaderkami musiałaby mieć co najmniej jego wielkość (jakieś 2 x 2 m). Jak jednak doskonale wiemy, matryca światłoczuła aparatu fotograficznego jest wielkości znaczka pocztowego, zamkniętego w poręcznym pudełeczku, jakim jest korpus aparatu. Jak więc jest możliwe, że można na niej rejestrować krajobrazy, ludzi i owady? Jak to jest możliwe, że możemy skompresować rzeczywistość do wielkości matrycy aparatu cyfrowego, czy też klatki filmu w aparacie tradycyjnym. Kluczem do reprodukcji świata na materiale światłoczułym jest obiektyw. Można go traktować jak lejek. Tak jak zwyczajny lejek umożliwia złapanie wody z większej powierzchni (szeroki wylot kranu, padający z chmur deszcz) do mniejszej (szyjka butelki), tak obiektyw umożliwia nałapanie światła z powierzchni większej niż wielkość matrycy. Co prawda analogia lejka kiepsko ma się do rzeczywistego zachowania światła (ogniskowa itp.), ale moim zdaniem najprościej wyjaśnia zachodzące zjawisko, dlatego będę się nią dalej posługiwał.
W fotografii codziennej używamy zwykle lejków szerokokątnych. Dzięki nim możemy wykonać zdjęcia krajobrazów, grupy ludzi, czy wnętrz budynków. Zbierają one światło z dużej powierzchni i przekazują w głąb aparatu do matrycy. Umożliwiają też fotografowanie dużych obiektów ze stosunkowo bliskiej odległości. Kąt rozwarcia takiego obiektywu-lejka to więcej niż 60º (taki wycinek świata dookoła nas może objąć). Obiektywem szerokokątnym jest też judasz w drzwiach (dokładnie jest to obiektyw typu „rybie oko”), który umożliwia objęcie wzrokiem całej sylwetki człowieka stojącego zaledwie kilkadziesiąt centymetrów przed nami (kąt widzenia judasza to, jak się domyślacie, ponad 180º). Istnieją też lejki normalne, które normalne są w zasadzie tylko z nazwy (de facto, jakie to ma znacznie, że ich ogniskowa jest równa przekątnej stosowanego materiału światłoczułego). Normalność teoretycznie wiąże się z odwzorowaniem perspektywy ludzkiego oka, czyli że relacja wielkości przedmiotów wraz z odległością jest taka, jak ją normalnie widzimy. Problem jednak polega na tym, że perspektywa może i jest zachowana, ale kąt widzenia już nie. Człowiek widzi od 120º do 180º (sprawdźcie sami, kiedy zaczynacie widzieć kątem oka swoje wyciągnięte w bok ręce). Kąt widzenia ostrego wynosi jednak około od 45º do 50º, czyli tyle, ile mają obiektywy normalne. Zostają nam jeszcze lejki-obiektywy wąskokątne (tele), czyli wycinające z otocznia fragmenty mniejsze niż nasze typowe pole widzenia. Umożliwiają one fotografowanie małych przedmiotów z dużych odległości. W pewnym sensie wyjątkowymi pod tym względem są obiektywy typu makro, które nie są lejkami, lecz rurami (zachowując wszystkie karkołomne uproszczenia), co oznacza, że pokazują kawałek świata o wielkości matrycy (makro 1 : 1.), ewentualnie odpowiednio trochę większy
(1 : 2., 1 : 4.). Jeżeli nasza matryca ma wielkość znaczka pocztowego, to fotografując obiektywem makro właśnie znaczek pocztowy, wypełni on nam całe pole widzenia.
Obiektywy są w pewnym sensie lejkami magicznymi. Strumienie wody (światła), które do nich wpadają, nie mieszają się ze sobą, ale są równolegle zagęszczane. I tak strumień reprezentujący odległą kropkę na horyzoncie (ptak oddalony o kilka kilometrów) jest zagęszczany do kropki o wielkości od 1 do 2 pikseli na matrycy, czyli kilku mikronów. Ilość takich strumieni, które może odebrać obiektyw, mówi nam o jego rozdzielczości (ostrości). Ma się ona w zasadzie nijak do rozdzielczości matrycy. To, że matryca ma np. 12 megapikseli, nie oznacza wcale, że obiektyw kierujący do niej światło ma taką samą rozdzielczość. Kiepski obiektyw (źle zaprojektowany i/lub tanio wykonany) może mieć gorszą rozdzielczość niż matryca. Na przykład, mimo że matryca byłaby w stanie odwzorować dwa ptaki na horyzoncie lecące obok siebie, jako dwie małe kropki, to słaby obiektyw „łapie” je jako jedną, większą, rozmazaną plamę. Może zaistnieć też sytuacja odwrotna. Mamy świetny obiektyw, którego konstrukcja i użyte materiały pozwalają rozróżnić miliony strumieni światła, ale matryca ma znacznie mniejszą rozdzielczość, co powoduje, że kilka strumieni wpada do jednego światłoczułego wiaderka, tracąc bezpowrotnie informacje o zawartych w nich szczegółach obrazu. Złe obiektywy to zmora współczesnej fotografii cyfrowej. Od kilku lat mamy matryce oferujące po kilkanaście megapikseli, ale tzw. kitowe obiektywy nie potrafią dostarczyć odpowiedniego „wsadu”. Czym jeszcze charakteryzują się kiepskie obiektywy? Są ciemne, czyli nie potrafią zarejestrować światła o małym natężeniu i trzeba pomagać sobie zwiększaniem czasu naświetlenia. Mają też wady zaburzające przepływ strumieni światła. Strumienie mogą się mieszać (aberracje). Dotyczy to zwłaszcza strumieni reprezentujących różne składowe koloru (aberracje chromatyczne). Pamiętamy, że w matrycach kolorowych każdy kolor podstawowy ma swoje własne wiaderko, a blok czterech wiaderek (RGBG) tworzy 1 piksel obrazu. Zły obiektyw powoduje, że poszczególne strumienie reprezentujące pierwotnie jeden punkt z pola widzenia wpadają do wiaderek leżących gdzieś obok właściwego, powodując drobne, kolorowe rozmycia finalnego obrazu. Strumienie mogą też inaczej zagęszczać sie na brzegu obiektywu-lejka, a inaczej w środku, powodując dystorsje, czyli zniekształcenia geometrii obrazu (powyginane ściany budynków lub powiększony nos w środku portretu wykonanego obiektywem szerokokątnym). Reasumując, najmniej podatne na wady są obiektywy normalne. Łatwiej je zrobić niż obiektywy tele, które zwykle nie mają wielu dystorsji i aberracji, ale za to są ciemne, bo zbierają światło z bardzo małego wycinka. Łatwiej je też wykonać niż obiektywy szerokokątne, które, mimo że jasne (łapią dużo wody-światła), to są bardzo trudne do skorygowania pod względem zniekształceń obrazu (można powiedzieć, że zanim woda-światło z ich rozległych brzegów dopłynie do środka, to, to co płynie ich środkiem dawno już wpadło do butelki-matrycy, a dodatkowo pojawiają się zawirowania i spiętrzenia). Dlatego też, tylko stosunkowo proste w produkcji obiektywy normalne są dobre i tanie. Dodatkowy kłopot pojawia się, gdy chcemy mieć uniwersalny lejek zmiennokształtny (zoom). Jak się domyślacie, rozwiązanie problemów, jakie sprawiają różnego typu obiektywy w jednym, jest bardzo trudne. Zwłaszcza, jeżeli taki zmiennokątny lejek obejmuje zakres szeroki i tele. Dotyczy to obiektywów o ogniskowych typu 18-105 mm, 18-200 mm, 28-300 mm, które z zasady nie mogą być dobre zarówno pod względem ostrości (rozdzielczości), jasności, jak i dystorsji.
Tak na marginesie, o ogniskowych nie będziemy mówić, bo w dzisiejszych czasach wprowadzają one spore zamieszanie. Lepiej operować kątem widzenia, gdyż ogniskowa zmienia się w zależności od wielkości matrycy. I tak w kompaktach i lustrzankach o małych matrycach lejki muszą być jeszcze bardziej szerokokątne, niż w typowych lustrzankach, gdyż muszą bardziej zagęszczać strumienie. Stąd tak zwane przeliczniki ogniskowych. Obiektyw 50 mm przełożony z aparatu o dużej matrycy pełnoklatkowej (24 x 36 mm) do aparatu o matrycy typowej dla współczesnych lustrzanek cyfrowych (24 x 16 mm) daje kąt widzenia obiektywu 75 mm, czyli węższego. Dzieje się tak, gdyż ta druga matryca jest mniejsza. Pozorny wzrost kąta widzenia (ogniskowej) to efekt wycięcia mniejszego kawałka kadru (24 x 16 mm) z większego (36 x 24 mm). Żeby uzyskać taki sam efektywny kąt widzenia, jak w normalnym obiektywie 50 mm, czyli około 45º, musielibyśmy użyć obiektywu 35 mm, który przy matrycy pełnoklatkowej ma 65º, ale przy tzw. typowej matrycy cyfrowej (tzw. rozmiar APS-C, a konia z rzędem temu kto jeszcze pamięta, skąd się wziął format APS) daje właśnie kąt 45º. Tak, wiem, to bardzo skomplikowane.
Przygotujcie się jednak na ostatnią mega komplikację, czyli tak zwaną głębię ostrości. Ostrość to maksymalna możliwość rozróżnienia szczegółów przy danej rozdzielczości. Głębia ostrości to wrażenie, że obiekty znajdujące się w różnych odległościach od aparatu są ostre, czyli nierozmazane. W czym jednak problem. Osoby znające się na optyce proszę o nieczytanie dalej ;-). Obiektywy-lejki zagęszczają obraz do pewnego momentu, a później znowu się on rozmywa. Ta optymalna gęstość odpowiada usytuowaniu matrycy i zależy od odległości obiektu. Chodzi o to, żeby minimalny punkt rejestrowanego pola widzenia został odzwierciedlony przez minimalny punkt obrazu (piksel). Problem polega na tym, że im dalej jest fotografowany obiekt, tym dłuższą drogę strumień światła musi przebyć i dłużej trwa jego zgęszczanie. Innymi słowy strumienie odzwierciedlające elementy bliskich obiektów szybciej osiągają odpowiednią gęstość, a odległe wolniej. Powoduje to, że zwykle na obrazie widzimy ostre rysy twarzy człowieka, lecz lasy i góry za nim są zamazane. I odwrotnie, jak przeostrzymy obiektyw na las i góry (ostrość można regulować, dostosowując do odległości obiektów, których odwzorowanie jest dla nas ważne), to twarz stanie się rozmazana (już dawno zagęściła się do właściwego poziomu i znowu się rozmyła). Okazuje się jednak, że gdy mamy odrobinę wiedzy lub szczęścia, to zarówno twarz człowieka, jak i góry, na których tle stoi, mogą być ostre. Zapytacie, jakim cudem, skoro tak różnią się one odległością od siebie. Otóż kompresja strumieni światła w obiektywie-lejku zależy od jego kąta widzenia i przysłony. Im bardziej szerokokątny lejek, tym mocniej kompresuje strumienie światła i tym szybciej osiąga on akceptowalny poziom zagęszczenia. Napisałem akceptowalny, bo głębia ostrości to złudzenie. Idealnie ostra jest zawsze tylko jedna płaszczyzna obrazu (obiekty oddalone o taka samą odległość od obiektywu), ale jeżeli różnice zagęszczeń są niewielkie, a wszystko w obrazie i tak jest już mocno zagęszczone (jak ma to miejsce w lejku, który zbiera obraz z bardzo szerokiego pola widzenia), to wydaje nam się, że drastycznych różnic w ostrości nie ma. Odwrotnie jest w obiektywach-lejkach tele. One zagęszczają strumienie wolno i jak ustawimy ostrość na twarz, to wycinek lasu w tle będzie rozmazany (nie zdążył osiągnąć jeszcze optymalnej gęstości). Oczywiście proszę mieć świadomość, że tak naprawdę nie ma żadnego wolno, ani szybko, a zagęszczanie to metafora skupiania światła przez soczewki obiektywu. To wszytko umowne określenia służące przeniesieniu problematyki optyki w świat kraników, lejków i wiaderek z wodą. A skoro przy kranikach jesteśmy, to jak ma się do tego wszystkiego przysłona? Otóż im mniejszy otwór przysłony, tym bardziej zagęszczone strumienie światła, a tym samym większa głębia ostrości. Przy użyciu obiektywu szerokokątnego (28 mm) ustawionego na przysłonę f/16 (tu mamy element szczęścia, czyli słoneczną pogodę), praktycznie wszystkie plany wydają się nam ostre, niezależnie od odległości od aparatu (dokładnie mówiąc, tak powyżej jednego metra – tzw. odległość hiperfokalna). Otworzenie przysłony do maksymalnej jasności obiektywu (np. f/2.8) powoduje, że obiektyw nie zagęszcza nam dodatkowo strumieni światła ponad to, co oferuje sam kąt widzenia, co może skutkować efektem, że las odległy o kilkanaście metrów będzie lekko zamazany. Jeżeli chodzi o obiektywy tele, które z natury nie muszą mocno zagęszczać i mają małą głębię ostrości, to można tylko nieznacznie wpływać przysłoną na osiąganą w nich głębię. Jest to jednak efekt pożądany np. w portrecie, w którym ukazanie ostrej twarzy na rozmazanym tle jest częstym zabiegiem kompozycyjnym. Głębię ostrości najlepiej modyfikować przysłoną w obiektywach normalnych, gdzie małe otwory dają dużą głębię, a duże otwory małą. No dobrze, i co nam to wszystko daje? Ano to, że dobierając obiektyw i przysłonę, może manipulować kątem widzenia i głębią ostrości, a przez to uzyskiwać różne efekty twórcze.
W następnym odcinku będziemy lać wodę z różnych źródeł.
