Tilt/Shift: контроль глубины резкости

Объективы tilt/shift позволяют фотографам преодолеть обычные ограничения по глубине резкости и перспективе. Многие оптические трюки, которые позволяют эти объективы, невозможно воспроизвести в цифровом виде — что делает их незаменимыми для определённой ландшафтной, архитектурной или продуктовой съёмки. Данная часть рассматривает вращение (tilt) и концентрируется на его применении с цифровыми зеркальными камерами для управления глубиной резкости. Предыдущая часть этой главы посвящена использованию сдвига (shift) для контроля перспективы и создания панорам.

Общие сведения: сдвиг и вращение

Сдвиг позволяет фотографу изменить положение изображения, передаваемого объективом, относительно сенсора цифровой камеры. Это означает, что центр перспективы объектива перестаёт соответствовать центру перспективы изображения, и возникает эффект, аналогичный использованию кадрирования в боковую часть изображения, полученного объективом с более широким углом зрения.

Вращение позволяет фотографу повернуть плоскость наиболее резкого фокуса, так что она более не перпендикулярна оптической оси объектива. Это порождает клиновидную глубину резкости, ширина которой нарастает с удалением от камеры. Эффект вращения необязательно увеличивает глубину резкости — он просто позволяет фотографу переопределить её положение для лучшего соответствия предмету съёмки.

Концепция: принцип Шаймпфлюга и правило шарнира

Принцип Шаймпфлюга гласит, что плоскость сенсора, плоскость объектива и плоскость наиболее резкого фокуса должны пересекаться по одной линии. На следующей диаграмме линия пересечения показана точкой, поскольку эта линия перпендикулярна плоскости экрана. Если объединить принцип Шаймпфлюга с «правилом шарнира» («опорным правилом»), в совокупности они определяют положение плоскости наиболее резкого фокуса следующим образом::

Попробуйте поэкспериментировать с различными углами наклона, чтобы составить представление о том, как это влияет на плоскость наиболее резкого фокуса. Заметьте, что даже малый угол наклона вызывает довольно заметное вращение плоскости наиболее резкого фокуса.

Дистанция фокусировки тоже может изменить плоскость наиболее резкого фокуса, как будет показано ниже. Примите во внимание также, что для краткости мы будем далее называть плоскость наиболее резкого фокуса просто плоскостью фокуса или фокальной плоскостью.

Вращение как управление глубиной резкости

Глубина резкости для многих сцен зачастую бывает недостаточна с применением стандартного оборудования — даже при сильно закрытой диафрагме. Проблема в том, что закрыть диафрагму сильнее бывает невозможно в силу размытия в плоскости фокусировки вследствие дифракции. Вращение порой может помочь преодолеть это техническое ограничение, позволив использовать глубину резкости более эффективно, в зависимости от предмета съёмки.

Следующий пример демонстрирует эффект вращения при съёмке сцены, где предмет съёмки имеет протяжённость как по вертикали, так и в глубину. Все снимки были сделаны с использованием максимально открытой диафрагмы f/2.8, чтобы сделать глубину резкости более заметной на таком маленьком изображении.

Слева мы видим типичную глубину резкости, получаемую с помощью обычного объектива. Чтобы получить резкость как на передней, так и на задней границах ковра, пришлось бы использовать сильно закрытую диафрагму. На центральном снимке, однако, цель достигнута при той же диафрагме. С другой стороны, заметьте, что вертикальная глубина резкости уменьшилась, что привело к размытию верхушки переднего объектива.

Вращение можно также использовать для уменьшения видимой глубины резкости, как показывает нам вращение на 8° вверх. В частности, это может быть полезно для съёмки портретов, когда ширины диафрагмы недостаточно, или когда хочется сфокусироваться лишь на части вертикального объекта. Заметьте, что визуально резкость уменьшилась и на ковре, и по вертикали. Произошло это потому, что плоскость фокуса оказалась под углом как к ковру, так и к объективам. Заметьте также, что поле зрения вследствие вращения смещается, и это нужно принимать во внимание.

Возможно поместить глубину резкости поверх ковра и параллельно ему, так чтобы только верхушки объективов оказались в резком фокусе (на рисунке справа). Такой способ типичен для многих типов съёмки цветов, поскольку их геометрия аналогична данному примеру.

Для пейзажей и архитектуры, однако, цель обычно состоит в достижении максимальной резкости в глубину. В примере с ковром и объективами потребовалось бы поместить фокальную плоскость чуть выше ковра и параллельно ему при открытой диафрагме.

Выбор оптимального положения плоскости фокуса может оказаться сложной игрой геометрии, в частности когда предмет съёмки имеет протяжённость как вдаль (вперёд-назад), так и по вертикали (вверх-вниз). Требуется учитывать не только угол фокальной плоскости, но и форму глубины резкости.

В отличие от обычного прямоугольного интервала обычного объектива, глубина резкости объектива tilt/shift в действительности имеет клиновидную форму и расширяется на удалении от камеры. Это означает, что размещение глубины резкости более критично для переднего плана съёмки.

Обратите внимание, насколько важной становится вертикаль предмета съёмки при использовании объектива tilt/shift с закрытой диафрагмой — и ещё существеннее, если предмет съёмки находится на переднем плане, или фокальная плоскость расположена более горизонтально.

Традиционные камеры (те старомодные ящики с гибкими мехами) могут использовать практически любой поворот объектива. Однако объективы tilt/shift Nikon и Canon имеют ограничения по углу вращения 8.5 и 8 градусов, соответственно. Это означает, что получение оптимальной резкости зачастую является компромиссом между наилучшим возможным положением фокальной плоскости и ограничениями, вызванными малым углом наклона. Такая проблема может возникать, когда требуется горизонтальная фокальная плоскость, поскольку она может быть не всегда достижима с помощью всего лишь 8 градусов поворота. Следующий пример демонстрирует альтернативное размещение:

Ключ в том, чтобы оптимально расположить не только фокальную плоскость, но и клиновидную глубину резкости. Заметьте, что на рисунке справа фокальная плоскость пересекает пол, что гарантирует максимально эффективное распределение глубины резкости по полу и двум предметам. В этом примере пересечение плоскостей находится перед гиперфокальным расстоянием аналогичного объектива без вращения, поскольку распространение предмета съёмки по вертикали минимально. Для других снимаемых объектов наилучшее размещение будет зависеть от относительной важности предмета съёмки и художественного замысла фотографа.

Более сложной возможностью является использование комбинации сдвига и вращения. Её можно получить, слегка наклонив саму камеру к земле, затем повернув фокальную плоскость с помощью наклона объектива, и наконец, применить сдвиг для изменения поля зрения — тем самым сохранив композицию, аналогичную положению камеры без сдвига, но при другой перспективе.

В целом, даже если невозможно повернуть ось настолько, чтобы разместить фокальную плоскость в наилучшее возможное положение, тем не менее, можно повернуть её хотя бы немного, и это всё равно будет лучше, чем то, что получилось бы при использовании обычного объектива. Единственным исключением является случай, когда в сцене присутствует значимый вертикальный предмет на переднем плане, занимающий значительную долю изображения — в этом случае нулевое вращение будет оптимальным, хотя сдвиг может оказаться вполне полезным.

Фокусировка объектива tilt/shift

Увидеть мысленно, как поворот объектива соотносится с изменением глубины резкости, может оказаться довольно сложным делом, даже для самых опытных фотографов. Просто знать, где лучше всего поместить фокальную плоскость — это всего лишь полдела, расположить её так в действительности — это совсем другое дело.

Причина, по которой фокусировка может оказаться настолько сложна, состоит в том, что дистанция фокусировки и степень поворота не могут независимо управлять положением фокальной плоскости. Иными словами, изменение дистанции фокусировки не только меняет расстояние до фокальной плоскости, но и угол её наклона. В результате фокусировка может оказаться итерационным процессом попеременной коррекции дистанции фокусировки и поворота объектива до тех пор, пока не будет достигнут наилучший вид фото.

Наверное, наиболее простыми являются случаи, которые требуют большего поворота, чем позволяет объектив. Тогда объектив просто максимально разворачивается в выбранном направлении, а затем выбирается дистанция фокусировки, которая позволяет достичь наилучшей возможной глубины резкости. В этом случае можно обойтись без нескольких итераций поворота и фокусировки.

Для более сложных случаев объективы tilt/shift обычно фокусируют методом проб и ошибок с контролем по видоискателю. Фокусировка достигается посредством систематической процедуры попеременного изменения поворота и дистанции фокусировки, в попытке поместить фокальную плоскость в нужное положение. Поскольку точная фокусировка требует постояного и серьёзного внимания к деталям, практически всегда следует использовать штатив.

Следующая процедура предназначена для ситуаций, когда предмет имеет протяжённость преимущественно по горизонтали или в любой другой плоскости, которая повёрнута относительно сенсора камеры:

Процедура фокусировки объектива tilt/shift
1) Композиция	Установите нулевой поворот и подберите кадр
2) Определение	Определите критические ближний и дальний элементы в плоскости предмета
3) Фокус	Сфокусируйтесь на расстоянии, которое максимизирует ближнюю и дальнюю резкость предмета в видоискателе (если дальний элемент находится на бесконечности, дистанция фокусировки будет соответствовать или приближаться к гиперфокальному расстоянию). Когда расстояние приблизительно определено, покрутите кольцо фокусировки слегка вперёд и назад, чтобы лучше оценить расстояние.
4) Поворот	Очень медленно увеличивайте поворот объектива к плоскости предмета до тех пор, пока резкость предмета в видоискателе не достигнет максимума. Определив примерный угол поворота, слегка повращайте регулятор поворота вперёд-назад, чтобы лучше оценить угол.
5) Подгонка	Повторите шаги 3 и 4, уменьшив величину изменений, чтобы определить, удаётся ли улучшить ближнюю и дальнюю резкость предмета; если дальнейших улучшений не наступает, процедура фокусировки завершена.

По поводу шага 3 читайте главы, посвящённые глубине резкости и гиперфокальному расстоянию.
Для пейзажей обычно нужно придавать большее значение дальней резкости предмета.
В целом вышеприведенная процедура должна давать хорошие результаты в широком наборе случаев;
более точная фокусировка в специфических условиях рассматривается далее в этой главе.

Обратите также внимание на то, что использование точек фокусировки камеры и подтверждения блокировки фокуса могут оказаться весьма полезны. Даже несмотря на то, что объективы tilt/shift не поддерживают автофокус камеры, его по-прежнему можно использовать для подтверждения того, что вы успешно сфокусировались вручную. Выберите точку фокусировки, которая находится на предмете, и используйте индикатор фокусировки в видоискателе, чтобы убедиться, что поворот объектива или фокусировка успешно поместили предмет в фокус.

На практике визуальные процедуры успешно работают, но практически ничего не может заменить интуитивное понимание сути процесса. Поэтому рекомендуется сперва провести много экспериментов со своим tilt/shift объективом, чтобы получить лучшее представление о том, как использовать поворот.

Способы упростить фокусировку объективов tilt/shift

Метод проб и ошибок может быть проблематичен в силу ограниченного размера видоискателей, используемых на камерах с полнокадровыми 35 мм или урезанными сенсорами. Может оказаться довольно сложно различить изменения в резкости — особенно в тусклом свете, или когда объектив tilt/shift имеет максимальную диафрагму f/3.5 или широкий угол зрения. Однако существует несколько инструментов, которые могут упростить этот процесс.

Специальный текстурированный экран для ручной фокусировки может помочь оценить глазом попадание предмета в фокус. Иначе глаз может ошибиться, пытаясь сфокусироваться на объектах, даже если в видоискателе они в фокус не попадают. В таких случаях глаз по сути становится частью оптической системы.

Иначе, если камера поддерживает контрольный просмотр на ЖК экране (Live View), это может оказаться очень полезно. Можно также сделать серию тестовых снимков и рассмотреть их с увеличением, чтобы проверить резкость в критических точках.

Также может помочь видоискатель-лупа, такой как Canon «angle finder C» или один из увеличителей сторонних производителей. Многие из них работают под прямым углом к видоискателю, что может оказаться более удобным для фокусировки, когда камера находится на уровне земли.

Техника фокусировки при съёмке пейзажа

Поворот объектива в пейзажной фотографии зачастую связан с необходимостью получить фокальную плоскость, которая распространяется вдоль горизонтальной плоскости предмета съёмки. В таких ситуациях крайне важно поместить фокальную плоскость точно на переднем плане. Вертикальная дистанция «J» подбирается легко, поскольку она определяется только наклоном объектива и не зависит от дистанции фокусировки.

Как только желаемое значение J было определено, и соответствующий наклон установлен, можно независимо использовать дистанцию фокусировки для подбора угла фокальной плоскости. Фокусировка на дальние дистанции одновременно повысит угол наклона фокальной плоскости и угловую глубину резкости, как продемонстрировано в следующем разделе.

Калькулятор глубины резкости объектива tilt/shift

Следующий калькулятор использует фокусное расстояние объектива, угол наклона и дистанцию фокусировки без наклона для определения положения плоскости наиболее резкого фокуса и глубины резкости:

Обратите внимание, как незначительные изменения угла поворота приводят к большим изменениям угла наклона фокальной плоскости, и как влияние угла поворота снижается с его увеличением. Пронаблюдайте также, как дистанция фокусировки без поворота может оказывать большое влияние на угол наклона фокальной плоскости. Аналогично обычной глубине резкости, общая угловая глубина резкости (разность ближнего и дальнего углов допустимой резкости) снижается при уменьшении дистанции фокусировки.

Использование сдвига для дальнейшего вращения фокальной плоскости

Следующий калькулятор полезен для ситуаций, когда поворот и сдвиг используются совместно для достижения ещё большего поворота фокальной плоскости. Используя обычный объектив, вы меняете угол фокальной плоскости, поворачивая саму камеру, поскольку фокальная плоскость всегда перпендикулярна линии зрения объектива. Для объектива tilt/shift это тоже справедливо. Однако, ключевое отличие состоит в том, что используя объектив tilt/shift, можно слегка повернуть камеру, а затем использовать сдвиг для получения аналогичного поля зрения (сохранения композиции).

Следующий калькулятор показывает, насколько нужно повернуть камеру, чтобы скомпенсировать сдвиг объектива, что также эквивалентно вращению фокальной плоскости. Тем самым можно достигнуть поворота фокальной плоскости аналогично показанным выше диаграммам с сохранением поля зрения.

Заметьте, что сдвиг может повернуть плоскость резкого фокуса гораздо больше для коротких фокусных расстояний. Происходит это потому, что в абсолютных величинах сдвиг на заданную величину соответствует большему повороту поля зрения. С другой стороны, это означает также, что для коротких фокусных расстояний изменение перспективы станет сильнее, что тоже может быть важным соображением.

Учтите, что использование сдвига для поворота фокальной плоскости требует изменения конструкции объектива, которое позволит осуществлять сдвиг и поворот в одном направлении, что невозможно в стандартной комплектации производителя. Объектив можно отослать производителю для изменения или осуществить его самостоятельно с помощью маленькой отвёртки. Нужно снять четыре маленьких винта в основании объектива, повернуть основание на 90°, после чего завинтить их обратно.

Доступные объективы tilt/shift Nikon и Canon

Canon поставляет на потребительский рынок четыре модели tilt/shift объективов, а Nikon три:

Приведенные выше расчёты и диаграммы были созданы для отображения доступного диапазона поворота и сдвига для этих объективов на полнокадровом и кроп-форматах камер.

Данная статья посвящена повороту объектива; про сдвиг читайте в первой части:
«Tilt/Shift: использование сдвига для управления перспективой или создания панорам»