Ostření a hloubka ostrosti - 2. Hloubka ostrosti - Grafika.cz - vše o počítačové grafice

8. června 2006, 00.00 | Hloubka ostrosti je základním prvkem každého pokročilého fotografa. Umožňuje mu soustředit pozornost na to, co je na snímku podstatné a zbavit se často nevzhledného pozadí. Estetická hloubka ostrosti, ale nepřijde sama. Je potřeba jí porozumět a vyjít vstříc.

::Ostření a hloubka ostrosti - 1. Zaostřování
::Ostření a hloubka ostrosti - 2. Hloubka ostrosti
::Ostření a hloubka ostrosti - 3. Doostřování
::Ostření a hloubka ostrosti - 4. Praxe

Z minulého článku o ostření jasně vyplynulo, že jen a pouze předměty nalézající se v rovině zaostření budou skutečně ostré. Sebemenší odchylka od roviny zaostření vpřed či vzad povede k rozostření. Ideální bod se potom nezobrazí na senzoru jako bod, ale jako rozmazaný kruh o určitém průměru - tzv. rozptylový kroužek (Circle of Confusion, CoC). Vše ještě jednou a názorně ukazuje obrázek:

Pokud je objekt zaostřen (nahoře), jeho světelný bod se na senzoru zobrazí opět jako bod. Pokud je ale objekt mimo rovinu zaostření (střední obrázek a obrázek dole), vytvoří na senzoru rozmazaný kruh.

Hloubka ostrosti (Depth of Field, DOF)
Na reálné fotografii se však často zdá, že ostrý je velký rozsah vzdáleností, často dokonce vše zcela bez ohledu na vzdálenost. Jak je to možné? Příčina tohoto nedorozumění je opět ve vlastnosti lidského oka, které na tzv. standardní pozorovací vzdálenost (cca 40 cm) nevidí předměty menší než cca 0.25 mm. Aneb, bude-li rozostření ideálního světelného bodu na výsledné fotografii menší než čtvrt milimetru, oko nemá šanci toto rozostření zpozorovat. Hloubka ostrosti tak není nic jiného, než subjektivní rozsah odchylek od roviny zaostření, kde rozostření nebude na výsledné fotografii okem vidět!

Hloubka ostrosti je oblast před a za rovinou zaostření, kde rozostření nebude na výsledné fotografii okem patrné. Oblast za je vždy delší než oblast před.

Co hloubku ostrosti ovlivňuje?

Velikost fotografie
Logicky - čím větší je fotografie, tím více se bude případné rozostření zvětšovat a bude stále více okem viditelné. Hloubka ostrosti tedy závisí na velikosti výsledné fotografie. Fotografie o velikosti poštovní známky bude mít mnohem větší hloubku ostrosti než billboard. Je tedy nemožné presentovat stejnou fotografii (ze stejných dat) na webu, na papíře A4 i na billboardu tak, aby vyzněla z hlediska hloubky ostrosti stejně!

I když se to na internetu špatně ukazuje, tak hloubka ostrosti je závislá na velikosti fotografie. Zmenšováním fotografie se hloubka ostrosti zvětšuje. Snadno to lze ověřit prohlížením digitálních fotografií na monitoru počítače normálně v porovnání se 100% zvětšením, kdy je každé malé rozostření snadno viditelné.

Pozorovací vzdálenost
Hloubka ostrosti je též závislá na pozorovací vzdálenosti. Díváte-li se na fotografii ze 40 cm, budete k rozostření mnohem kritičtější, než když fotografii pozorujete z 10 metrů. Pozorovací vzdálenost a velikost fotografie se tak často vzájemně kompenzují. Díváte-li se na velkou fotografii, obvykle od ní totiž odstoupíte, abyste ji viděli celou. Pokles hloubky ostrosti z důvodu velikosti fotografie tak bývá často kompenzován současným zvětšováním přirozené pozorovací vzdálenosti (billboardy u silnice).

Rozlišovací schopnost oka
Za standardní rozlišovací schopnost oka se považuje 0.25 mm. Je to však individuální údaj, který se může u jednotlivých lidí  lišit.

Standardní pozorovatel
Aby bylo možné hloubku ostrosti nějak definovat a bylo možné např. na objektivech uvádět stupnici hloubky ostrosti, bylo třeba definovat tzv. standardního pozorovatele, tedy průměrného diváka fotografie. Traduje se, že tuto definici zavedla společnost Carl Zeiss, některé zdroje to však popírají. Bez ohledu na autora se standardní pozorovatel pro hloubku ostrosti definuje takto:

• Standardní pozorovatel se dívá na fotografii o rozměrech 8 x 12" (20.32 x 30.48 cm = přibližně A4)
• Pozoruje jí ze vzdálenosti 38 cm
• Běžné zdravé oko na takto pozorované fotografii není schopné vidět rozostření do 0.25 mm

Velikost senzoru aneb rozptylový kroužek (Circle of Confusion, CoC)
Pokud není objektiv zaostřen, tak se světelný bod zobrazí na senzoru jako rozmazaný kruh. Průměr tohoto kruhu je tím větší, čím dále je světelný bod od roviny zaostření. Tomuto kruhu na senzoru se říká rozptylový kroužek (Circle of Confusion, CoC) a jeho průměrem lze měřit velikost rozostření na senzoru.

Je-li na výsledné fotografii velikosti cca A4 pro standardního pozorovatele povolené rozostření 0.25 mm, tak na kinofilmu který má úhlopříčku cca 8.5x menší než A4 je povolené rozostření 0.03 mm. Rozptylový kroužek CoC pro film má tedy hodnotu 0.03 mm. Pro většinu digitálních zrcadlovek (DSLR), které mají senzory kolem 16 x 24 mm (tzv. formát APS-C), vychází potom rozptylový kroužek CoC = 0.02 mm. Vliv velikosti filmu/senzoru na povolený rozptylový kroužek CoC shrnuje následující tabulka:

Z výše uvedeného vyplývá několik pro fotografy veledůležitých a praktických závěrů:

1. Hloubka ostrosti pro nějaký reálný snímek závisí na jeho výsledné velikosti. Fotografie o velikosti poštovní známky bude mít mnohem větší hloubku ostrosti než billboard. Zvětšováním fotografie se totiž zvětšuje rozostření a je čím dál víc vidět. Je tedy nemožné presentovat stejnou fotografii na webu, na papíře A4 i na billboardu tak, aby vyzněla z hlediska hloubky ostrosti stejně!
2. Hloubka ostrosti je též závislá na pozorovací vzdálenosti. Díváte-li se na fotografii ze 40 cm, budete k rozostření mnohem kritičtější, než když pozorujete fotografii z 10 metrů.
3. Pozorovací vzdálenost a velikost fotografie se často vzájemně potlačují. Díváte-li se na velkou fotografii, přirozeně od ní odstoupíte, abyste ji viděli celou. Pokles hloubky ostrosti z důvodu velikosti fotografie tak bývá často kompenzován současným zvětšováním přirozené pozorovací vzdálenosti (billboardy u silnice).
4. V běžné praxi se hloubka ostrosti vztahuje ke standardnímu pozorovateli.
5. Hloubka ostrosti závisí na velikosti senzoru. Velký senzor (velikosti kinofilmu) bude mít větší hloubku ostrosti než malé senzory např. ve fotomobilech. Z malého senzoru se musí obraz mnohem více zvětšovat a jakékoliv rozostření je tak hodně vidět. Pokud máte pocit, že to odporuje praxi, čtěte dále.

Dále je užitečné si uvědomit, že:

• Rozptylový kroužek nemá žádný fyzikální význam, je to jen dohoda mezi lidmi.
• Rozptylový kroužek je vztažen ke "standardním pozorovacím podmínkám" (velikost fotografie cca A4, pozorovací vzdálenost 38 cm). Pokud hodnotíte poštovní známku nebo billboard, je třeba udělal zcela odlišné kalkulace hloubky ostrosti.
• Poměr rozptylového kroužku u 35 mm fotoaparátu a na DSLR je 1.5x - stejný poměr jakým se násobí ohniskové vzdálenosti objektivů.
• Rozptylový kroužek nebere v úvahu vady objektivů (barevnou aberaci, difrakci atd.). Proto je reálná hloubka ostrosti vždy o něco málo nižší.

Definice hloubky ostrosti
Finální definice hloubky ostrosti pro standardního pozorovatele tedy je:

Hloubka ostrosti je povolená odchylka od roviny zaostření, která na senzoru vytvoří rozptylový kroužek (CoC) takového průměru, že po zvětšení na fotografii formátu 8 x 12 palců nebude toto rozostření větší než 0.25 mm.

Stupnice na objektivech
Rozptylový kroužek o velikosti 0.03 mm se stal nepsaným celosvětovým standardem pro stupnice hloubky ostrosti na objektivech a platí tedy pro 35 mm kinofilm. Tato stupnice bývá často uvedena na objektivech s pevným ohniskem, s nástupem zoom objektivů se s ní setkáte zřídka. Příčinou je velmi obtížné grafické zobrazení hloubky ostrosti na objektivu ve vztahu k cloně, zaostřené vzdálenosti i zoomu.

Ukázka stupnice hloubky ostrosti na pevném objektivu Nikkor 35mm.

Co hloubku ostrosti ovlivňuje při fotografování
Pokud stojíte s fotoaparátem na scéně, tak vyjma situací, kdy máte přesné zadání  např. na reklamní billboard, nebudete znát výsledné rozměry budoucí fotografie ani pozorovací vzdálenost. V praxi se tak vychází z předpokladu standardního pozorovatele a hloubka ostrosti se definuje rozptylovým kroužkem CoC, který pro film má hodnotu 0.03 mm a pro DSLR se senzory APS-C hodnotu 0.02 mm. Hloubka ostrosti se potom na scéně ovlivňuje a řídí celkem 3 veličinami:

1. Clonou
2. Vzdáleností fotografovaného objektu
3. Ohniskem objektivu

Clona
Clona je jediným prvkem, který ovlivňuje hloubku ostrosti a neovlivňuje přitom kompozici obrazu. Snížení clonového čísla (otevření clony) snižuje hloubku ostrosti zatímco zvýšení clonového čísla (zavření clony) hloubku ostrosti zvyšuje.

Zavřená clona (dole) způsobí, že paprsky světla jsou více rovnoběžné a odchylka od roviny zaostření se na senzoru projeví méně. Hloubka ostrosti tudíž se zavíráním clony stoupá.

Ukázka vlivu clony na hloubku ostrosti. Protože je hloubka ostrosti závislá na velikosti fotografie (viz výše), na malých fotografiích by bylo velmi obtížné vliv ukázat. Proto jsme fotografie dali do článku poměrně velké. Oba snímky objektiv 70 mm ze stejné vzdálenosti.

Vzdálenost fotografovaného objektu
Čím vzdálenější předměty fotografujete, tím větší bude hloubka ostrosti. Minimální hloubka ostrosti tak bude u makrofotografie, kde je v praxi problém dosáhnout hloubky ostrosti v řádu centimetrů!

Ukázka vlivu snímací vzdálenosti na hloubku ostrosti. Oba snímky objektiv 100 mm při cloně f/5.6.

Ohnisková vzdálenost
Čím delším ohniskem budete fotografovat (čím více objekty přitáhnete zoomem), tím menší bude hloubka ostrosti.

Ukázka vlivu ohniska na hloubku ostrosti. Oba snímky f/2.8, vzdálenost upravena tak, aby modelka se psem byly stejně velcí. Současně si všimněte blahodárného vlivu malé hloubky ostrosti na obsah fotografie!

Hloubka ostrosti a různé fotoaparáty
V tabulce výše je uvedeno, že malý senzor zmenšuje hloubku ostrosti. Protože kompaktní digitální fotoaparáty a fotomobily používají velmi malé senzory, měla by jejich hloubka ostrosti být extrémně malá. Opak je ale pravdou. Jak je to možné?

Příčinou je fakt, že vliv malého senzoru je bohatě vykompenzován krátkou ohniskovou vzdáleností objektivu, které tyto fotoaparáty používají. Jako příklad uveďme populární kompaktní fotoaparát Panasonic Lumix DMC-FZ7. Jeho senzor má velikost 1/2.5" s úhlopříčkou 7.18 mm. Rozptylový kroužek CoC tedy vychází 0.005 mm. Objektiv tohoto fotoaparátu je však konstruován tak, že rozsah jeho skutečných (nepřepočítaných) ohnisek je 6 - 72 mm, což odpovídá přepočítanému zoom rozsahu pro kinofilm 36 - 432 mm.

Při nastavení širokoúhlého ohniska 6 mm (36 mm přepočítaných) je vliv tohoto extrémně krátkého ohniska na hloubku ostrosti naprosto zdrcující a je ostré stále vše od 2 metrů do nekonečna a to i při maximálně otevřené cloně f/2.8. Není tak třeba skoro vůbec ostřit, protože hloubka ostrosti ostření zcela nahradí. Alespoň trochu viditelného rozostření pozadí je tak možné dosáhnout až na delších ohniscích.

Je to výhoda či nevýhoda?
Záleží na úhlu pohledu. Nemuset se u kompaktů starat o ostření a mít stále všechny snímky dokonale ostré je pro řadu konzumních uživatelů bezpochyby výhoda. Vyhovuje to i výrobcům, protože ostřící systém kompaktních fotoaparátů může být velmi jednoduchý a přitom s ním dokáže fotit a zaostřit každý.

Z druhé strany jsou snímky s rozostřeným pozadím velmi atraktivní a často by bez rozostřeného pozadí naprosto zapadly. Pořídit takové snímky je ale mnohem složitější. Jednak je třeba problematice rozumět a také je třeba v kritickou chvíli zaostřit na tu správnou vzdálenost! A to není jednoduché.

Hloubka ostrosti je mocným nástrojem fotografa. Na DSLR se daleko lépe ovládá, ale mnohem těžší je správně zaostřit.

Závěr? Pokud chcete významně pracovat s hloubkou ostrosti je pro vás rozumnou volbou digitální zrcadlovka (DSLR). Ta díky konstrukci objektivů potřebuje obecně mnohem delší ohniska a delší ohniska mají silný vliv na pokles hloubky ostrosti. Pracovat se zrcadlovkou je ale kvůli její nízké hloubce ostrosti těžší než s kompaktním fotoaparátem! Kompakt se tedy hodí spíše pro snímky typu "vše ostré" a pro snadné fotografování metodou "namiř a zmačkni".

Srovnání hloubky ostrosti pro filmovou a digitální zrcadlovku
Mnoho nedorozumění též panuje při srovnávání praktické hloubky ostrosti u filmové (SLR) versus digitální zrcadlovky (DSLR) s menším senzorem (APS-C). Důvod nedorozumění bývá v tom, že nikdy nelze u těchto dvou typů zrcadlovek vidět zcela to samé, a tak je otázkou, co a s čím srovnáváte.

Oba typy zrcadlovek používají stejné objektivy, které mají na obou tělech stejnou ohniskovou vzdálenost danou jednou provždy jejich konstrukcí. Menší senzor u DSLR se ale projeví dodatečným ořezem obrazu, který se zdánlivě projeví jako prodloužení ohniska o tzv. crop factor, typicky 1.5x.

Zdánlivě znamená, že zorný úhel 50 mm objektivu nasazeného na DSLR s crop factorem 1,5x bude stejný jako zorný úhel 75 mm objektivu nasazeného na filmovou SLR. Skutečná ohnisková vzdálenost objektivu a z ní vyplývající hloubka ostrosti bude ale pro oba typy zrcadlovek stále 50 mm!

Srovnejme tedy jednotlivé praktické situace:

Hyperfokální vzdálenost
Při fotografování krajin, interiérů či architektury se požaduje, aby na fotografii bylo vše ostré, tj. požaduje se maximální hloubka ostrosti. V takovém případě se volí vysoké clonové číslo (např. f/11) a zaostřuje se na tzv. hyperfokální vzdálenost (nikoliv na nekonečno). Potom je totiž hloubka ostrosti maximální. Jde o to, že zaostříte-li např. s objektivem 35 mm a při f/11 na nekonečno, je hloubka ostrosti od 5 metrů do nekonečna. Zaostříte-li ale na 6 metrů, je hloubka ostrosti též do nekonečna ale již od 3 metrů! V takovém případě je 6 metrů hyperfokální vzdálenost.

Hyperfokální vzdálenost je místo kam zaostřit, aby na snímku byl maximální rozsah vzdáleností ostrý.

Hyperfokální vzdálenost je možné snadno vypočítat z matematického vztahu:

H = f² / (F * c)

kde:

V terénu se hyperfokální vzdálenost málokdy počítá, spíše se zjišťuje z tabulky:

Tlačítko náhledu hloubky ostrosti
Po celou dobu kdy sledujete obraz v hledáčku, má objektiv otevřenou clonu na maximum. Je to z mnoha důvodů - aby obraz v hledáčku byl co nejjasnější, aby měly dostatek světla zaostřovací senzory atp. Clona se uzavírá na nastavenou hodnotu až těsně před vlastní expozicí. Díky maximálně otevřené cloně však není možné v hledáčku kontrolovat hloubku ostrosti. Aby tato kontrola byla možná, tak jsou fotoaparáty vybaveny tlačítkem náhledu hloubky ostrosti. Po stisku tohoto tlačítka se clona uzavře na nastavenou hodnotu a tím poskytne v hledáčku reálnou hloubku ostrosti.

Tlačítko náhledu hloubky ostrosti zacloní objektiv na nastavenou hodnotu a tím v hledáčku ukáže reálnou hloubku ostrosti jaká bude v době pořízení snímku.

Praktické tabulky ke stažení
V praxi málokdy záleží na hloubce ostrosti s přesností na centimetry. Spíše je užitečné znát či odhadovat záchytné body a uvědomit si vzájemné vztahy a souvislosti. Proto je praktické mít s sebou ve fotobrašně vytištěné tabulky hloubky ostrosti a hyperfokálních vzdáleností pro váš fotoaparát. Připravili jsme vám je ke stažení ve formátu PDF jak pro filmové políčko (CoC=0.03 mm, platí i pro full frame digitální zrcadlovky Canon EOS 1Ds a 5D), tak pro běžné digitální zrcadlovky se senzorem formátu APS-C (CoC=0.02 mm), tak i pro kompaktní fotoaparáty (CoC=0.005 mm).

U kompaktních fotoaparátů je situace nejsložitější - variabilita různých velikostí senzorů a různých konstrukcí objektivů je přirozeně největší. Proto tabulky s CoC=0.005 mm a s ohnisky od 6 mm do 70 mm ( 36-420 mm po přepočtu) jsou jen orientační a míří kamsi doprostřed kompaktního pole.

Tabulka hloubky ostrosti (PDF, 125 kB)
Tabulka hyperfokálních vzdáleností (PDF, 83 kB)