Объективы: основные оптические характеристики / Часть 1

Как правило, объективу камеры не уделяют должного внимания, а просто стараются защитить оптику от воздействия атмосферных осадков и периодически чистят ее. Но именно от выбранного объектива и его настройки зависит качество съемки. Только в руках операторов, прекрасно разбирающихся в технических характеристиках объективов и владеющих мастерством их настройки, камера становится надежным инструментом, который поможет решить любую творческую задачу.

Фокусное расстояние

Фокусное расстояние определяется, как расстояние между оптическим центром линз и фокальной плоскостью (ПЗС или матрицей) камеры при фокусировке объектива на бесконечность и измеряется в миллиметрах. Принято считать, что любой объект, расположенный на достаточно большом расстоянии от объектива, удален от него на бесконечность (рис.1).

Если объектив не сфокусирован на бесконечность, расстояние между линзами и фокальной плоскостью превышает фокусное расстояние (рис. 2), поэтому при проведении измерений в качестве стандартного значения принято использовать бесконечность. Фокусное расстояние выражают в миллиметрах. Объективы с постоянным фокусным расстоянием маркируются как 10, 20 и 100-миллиметровые и т. д. Позже вы узнаете, что от этих численных значений во многом зависит то, как объектив будет воспроизводить объект съемок.

Объективы с постоянным фокусным расстоянием относятся к объективам высочайшего класса. Именно такими объективами предпочитают пользоваться операторы при съемке художественных фильмов или видео для HDTV/DTV: при их производстве применяется высококачественная оптика, они обеспечивают предсказуемые результаты, а из представленного на рынке широкого ассортимента всегда можно выбрать нужную модель. Еще одним достоинством объективов высочайшего класса является то, что их можно (в отличие от объективов с переменным фокусным расстоянием) сфокусировать на очень маленькие расстояние.

Специальные разъемы типа VL, которыми оснащаются некоторые любительские видеокамеры класса high-end, позволяют использовать с ними объективы высочайшего класса, предназначенные для 35-миллиметровых фотоаппаратов.

Объективы с переменным фокусным расстоянием

Большинство современных видеокамер оснащаются объективами с переменным фокусным расстоянием, часто их называют "трансфокаторами" (рис. 3). Фокусное расстояние таких объективов можно плавно изменять в широких пределах, устанавливая значения, характерные для широкоугольных объективов или телеобъективов.

Внутри трансфокатора в строго выверенных местах находится большое количество тщательно отполированных стеклянных оптических элементов (рис.4). При изменении масштаба изображения (фокусного расстояния) определенные группы этих оптических элементов перемещаются, причем часто с разной скоростью.

Угол обзора

Угол обзора обратно пропорционален фокусному расстоянию объектива: чем больше фокусное расстояние (выраженное в мм), тем меньше угол обзора (выраженный в град). На представленном графике (рис.5) показано, как меняется угол обзора камеры с ПЗС 2/3 дюйма при использовании объективов с различным фокусным расстоянием.

У телеобъективов и у трансфокаторов, установленных на максимально большое фокусное расстояние, угол обзора узкий. Точного определения понятия телеобъектив, не существует, но принято считать, что к ним относятся объективы, с углом обзора порядка 5-10°. Широкоугольные объективы имеют угол обзора 45°-90°, а объективы с промежуточными значениями угла обзора называют "стандартными".

Двухкратное увеличение фокусного расстояния объектива приводит к такому же изменению размера изображения на матрице. В случае двухкратного уменьшения фокусного расстояния, размер изображения становится в два раза меньше.

При одном и том же положении камеры объектив с коротким фокусным расстоянием позволяет получить изображение с широким углом обзора (рис. 6), а длиннофокусный объектив увеличивает масштаб изображения (рис.7).

На рис. 8 показано, как изменяется относительная площадь фона в изображении в случае съемки с использованием телеобъектива, стандартного и широкоугольного объективов (их фокусное расстояние составляло 70, 20 и 10 мм соответственно). Окрашенная в светло-голубой цвет область соответствует углу обзора объектива с фокусным расстоянием 5 мм.

Трансфокатор или операторская тележка?

Чтобы изменить угол обзора камеры, можно просто передвинуть операторскую тележку, на которой она установлена - ближе или дальше относительно объекта съемок. Но полученный в результате эффект будет несколько иной, чем при изменении фокусного расстояния объектива.

При изменении масштаба изображения за счет регулировки фокусного расстояния, происходит оптическое увеличение мельчайших составных частей изображения, заполняющего экран. Перемещая операторскую тележку, вы просто меняете расстояние между камерой и объектом съемки, достигаемый при этом эффект, подобен изменению нашего восприятия центрального и окружающих предметов при приближении или удалении от них. Тем не менее, при съемках кинофильмов многие режиссеры предпочитают передвигать камеру с помощью операторской тележки (а не менять фокусное расстояние), так как это позволяет добиться более естественного изменения изображения, хотя обеспечить плавное движение камеры в этом случае достаточно сложно.

Кратность изменения фокусного расстояния

Такая характеристика как кратность изменения фокусного расстояния применяется для определения диапазона изменения фокусного расстояния трансфокаторов. Если фокусное расстояние данного объектива может варьироваться в пределах 10 -100 мм, то говорят, что кратность изменения фокусного расстояния для этого объектива составляет 10:1 (десять к одному). Это означает, что его максимальное фокусное расстояние (100 мм) в десять раз превышает минимальное (10 мм).

Однако кратность не определяет минимальное и максимальное значения фокусного расстояния объектива. Для объективов с переменным фокусным значение кратности 10:1 может соответствовать предельным фокусным расстояниям 10 и 100 мм, а также 100 и 1000 мм! Чтобы не возникало подобных сложностей, принято обозначать первый объектив 10х10 (десять-на-десять), а второй - 100х10. При этом первое число соответствует минимальному значению фокусного расстояния, а второе - кратности его изменения. Таким образом, у трансфокатора, маркированного 12х20, минимальное фокусное расстояние будет равно 12 мм, а максимальное - 240 мм.

Трансфокаторы, используемые с большинством внестудийных портативных телекамер, имеют кратность изменения фокусного расстояния от 10:1 до 30:1. эффект масштабирования ("наезда"), который может обеспечить объектив с кратностью 30:1 при трансфокации от широкоугольного объектива до телескопического, показан на рис. 9.

Объективы, которыми оснащаются большие внестудийные камеры, закрепляемые на штативах, могут иметь кратность, превышающую 70:1. Камера с таким объективом позволяет при съемках, например репортажа о футбольном матче, показать (уменьшив масштаб изображения) все футбольное поле, а также (увеличив масштаб изображения) крупный план футбольного мяча, который установлен в его центре. Правда, подобные объективы превосходят по размеру камеру, да и стоят дороже, чем сама камера.

Трансфокаторы, оснащенные сервоприводом

В первых моделях трансфокаторов для изменения фокусного расстояния и прочих настроек надо было использовать различные рычаги и ручки. В современных моделях для этих целей имеются встроенные сервоприводы.

Объективы с сервоприводом обеспечивают плавное масштабирование с различной скоростью, однако, операторы часто предпочитают пользоваться объективам с ручным управлением (например, при съемке спортивных репортажей), так как они позволяют значительно быстрее настроить объектив. Что важно, когда нужно успеть сделать снимок в нужный момент и не пропустить его.

Для изменения фокусного расстояния объективов можно также использовать различные насадочные линзы, как положительные, так и отрицательные.

Искажения

Изменение фокусного расстояния в трансфокаторе приводит не просто к изменению размера изображения, проецируемого на ПЗС или матрицу камеры, но и искажает расстояния между объектами в снимаемой сцене, изменяет относительные размеры объектов, располагающихся на разном удалении от камеры, приводит к неправильному восприятию скоростей движущихся объектов.

Уменьшение расстояний

При применении объектива с большим фокусным расстоянием для съемки объектов, расположенных на значительном удалении от камеры, создается иллюзия сокращения расстояний между предметами, находящимися перед объективом.

Посмотрите на две фотографии (рис.10). Хотя при съемке каждой из них женщина не двигалась с места, нам кажется, что на правой фотографии фонтан, находящийся на заднем плане, расположен гораздо ближе. Единственное, что было разным при съемке этих фотографий - расстояние между объектом съемки (женщиной) и камерой. Чтобы компенсировать это различие и получить на каждой фотографии женскую фигуру, приблизительно одинакового размера, применялись объективы с разными фокусными расстояниями (первая фотография была сделана широкоугольным объективом, а вторая - телеобъективом).

Запомните, что различия в воспроизведении пространственного расположения предметов при применении широкоугольного объектива или телеобъектива (а также трансфокатора в двух крайних положениях), определяются не фокусным расстоянием, а расстоянием между камерой и объектом съемки!

Установив трансфокатор на минимальное фокусное расстояние (что аналогично применению широкоугольного объектива), чтобы получить изображение объекта во весь экран, вам придется подойти к нему достаточно близко (правая фотография на рис.10). А, чтобы добиться изображения такого же размера при использовании телеобъектива, вы будете вынуждены отойти от объекта съемки на значительное расстояние (левая фотография на рис. 10).

Дело о рекламных щитах

Несколько лет назад в суде разбиралась жалоба по поводу установки дополнительных рекламных щитов вдоль обочины скоростной автострады. Представители рекламной фирмы, отстаивая свою позицию, утверждали, что щиты располагаются на таком большом расстоянии друг от друга, что нескольких дополнительных не помешает водителям. Судья распорядился, чтобы обе стороны представили в суд фотографии спорных щитов и участков автострады. Каждая из сторон подрядила на выполнение этой работы фотографов, которые прекрасно разбирались в том, какие искажения в пространственное расположение объектов может внести изменение расстояния между камерой и снимаемым предметом.

Случилось так, что оба фотографа выбрали для съемки почти один участок дороги. Тот, которого наняли, чтобы показать, насколько близко друг от друга установлены рекламные щиты, отошел на приличное расстояние и сфотографировал их, используя длиннофокусный объектив. На полученной фотографии создавалось впечатление, что рекламные щиты расположены чуть ли не вплотную друг к другу (подобной эффект показан на рис. 11) и установка дополнительных будет мешать водителям.

Другой фотограф, нанятый представителями рекламной фирмы, подошел почти вплотную к первому щиту и сделал фотографию, используя широкоугольный объектив. Готовый отпечаток создавал впечатление, что рекламные щиты располагаются на очень большом расстоянии друг от друга и не создают никаких помех.

Когда судья увидел фотографии, принесенные представителями сторон, он был просто поражен таким разительным несоответствием и отказался принять представленные фотографии в качестве доказательств.

Искажение скорости

Изменение расстояния между камерой и объектом съемки, а также изменение фокусного расстояния объектива приводят не только к ошибкам в восприятии расстояний между снимаемыми объектами, но и искажает представление о скорости движущихся объектов.

Если оператор находится на существенном отдалении от объекта съемки и использует длиннофокусный объектив (или аналогичным образом настроенный трансфокатор), то зритель будет воспринимать скорость движущихся объектов замедленной.

Этот эффект часто используют в кинофильмах. Так, в одной из заключительных сцен известной ленты The Graduate герой Дастина Хоффмана мчится к церкви, чтобы остановить венчание (его любимая выходит замуж за другого). Чтобы показать, какие чувства переживает герой, актера снимали объективом с очень большим фокусным расстоянием. Несмотря на то, что актер бежал изо всех сил, создавалось впечатление, что он еле двигался.

А вот, если снимать объект с минимального расстояния широкоугольным объективом, то скорость его движения зритель будет воспринимать ускоренной. Чтобы представить этот эффект, вообразите, что вы стоите на вершине расположенного в отдалении холма и наблюдаете за человеком, который бежит по тропинке, или за автомобилями, движущимися по шоссе. Кажется, что они еле ползут (так будет восприниматься движение объектов, снятых камерой с длиннофокусным объективом). Но встаньте рядом с тропинкой или выйдите на обочину шоссе так, чтобы иметь широкий угол обзора: вам будет казаться, что человек бежит очень быстро, а машины просто проносятся мимо.

Искажение перспективы

Искажения перспективы возникают при съемке объекта с близкого расстояния широкоугольным объективом. Например, если вы, стоя близко к высотному зданию, сфотографируете его, используя короткофокусный объектив, то на готовом отпечатке будет заметно, что вершина здания уже, чем основание, а само здание "заваливается" назад (как показано на рис. 12). Сравните эту фотографию с той, что представлена на рис. 13, которая получена при использовании объектива со стандартным фокусным расстоянием и с гораздо большего расстояния. Еще большие искажения возникают при применении суперширокоугольного объектива (рис. 14 и 15). Если такие искажения не используется в качестве художественного приема, то лучше взять стандартный объектив или телеобъектив и отойти подольше от объекта съемки.

Обратите внимание, как сходятся линии на фотографии видеомикшера (рис. 16). Близкое расположение камеры и применение широкоугольного объектива привели к тому, что линии на переднем плане располагаются значительно свободнее, чем на заднем. Для устранения такого рода искажений надо всего лишь отодвинуть камеру и взять объектив с большим фокусным расстоянием.

Стандартное фокусное расстояние

Для объектива фотоаппарата, рассчитанного на 35-миллиметровую пленку, стандартным принято считать фокусное расстояние порядка 50 мм: оно приблизительно соответствует длине диагонали кадра.

Стандартное фокусное расстояние объектива для видеокамеры тоже определяется, как расстояние между противоположными углами матрицы (рис.17). Если длина диагонали матрицы видеокамеры составляет 20 мм, то объектив, для которого установлено фокусное расстояние 20 мм, будет обеспечивать нормальный угол обзора при съемке.

Источник: журнал "Цифровое видео"