Мысли о кропе

Не очень люблю слово кроп (от английского crop — обрезать), но оно объективно короче и привычнее многим. Дальше я буду слишком часто его упоминать в разных формах. Кроп, кропы, на кропе, кропнутый, укроп… шутка.

У «кропа» сенсор был различен

И переменчив до безумья,

Рождая в головах раздумья

Практичен он, иль не практичен….

Частенько в интернете случаются баталии на тему считать ли полнокадровый полтинник портретиком на кропе. Речь может идти и о каких-то иных фокусных, но суть одна - нет четкого понимания работы объектива с сенсором "не родного" размера. Какие только доводы не приводят,  начинают обожествлять фототехнику и наделять ее мистическим свойствами. Не смотря на то, что авторитетные профессионалы во всевозможных книгах, статьях, блогах давно уже все разложили по полкам с математическими обоснованиями и картинками - люди упорно придумывают свое. 

В какой-то момент мне захотелось разобраться в вопросе и донести несколько мыслей до своих друзей. Все уже расписано без меня, но для целостной картины нужно изучить много ресурсов, на некоторые из них приведу ссылки.

Первая мысль, которую стоит поместить в голове -  почему принято всё соотносить с кадром 36мм на 24мм? Так называемый, полный формат или Full frame (FF или ФФ на русском), в какой-то момент стал самым распространенным. Если что-то широко распространено, то оно становиться эталоном. Поэтому мы не считаем эквивалентные фокусные относительно средних форматов (6см х4,5см, 6х6) или больших…

Умные люди в свое время просто обобщили опыт использования всех возможных фокусных расстояний под самый распространенный формат и сформировали некие рекомендации. Т.е. наличие рекомендаций по выбору объектива для пленки 36х24мм вселило в некоторые умы не здоровую идею о незыблемости этого размера, божественности и эталонности. Это бред. Если у вас есть некий объект и вы его измеряете линейкой с метрическими единицами и получаете ровное значение в метрах/сантиметрах/милиметрах – это не значит что линейка промаркированная в футах/дюймах окажется неподходящей для измерений.

Короче, исторически мог стать более распространенным формат 43х78мм или 12 х 16,5 это никак не влияет на подход в выбору фокусного. Были бы просто другие фокусные расстояния общепринятыми портретными, стандартными, широкугольными.

Суть: ФФ не есть божественный идеал размера сенсора. Но ФФ удобный общепринятый формат для взаимопонимания.

 Что происходит если объектив 50мм прицепить на фотоаппарат с меньшим сенсором (на кроп).

Важно запомнить простую истину: Объектив оптически всегда дает одно и тоже изображение. Всегда. Точка. 

Любой объектив оптически "вырезает" часть сферы пространства вокруг камеры – сектор и проецирует на плоскость сенсора.  Чем больше сектор, тем сильнее искажается его проекция. Большинство обсуждений рисунка и объема передаваемого объективом на самом деле идет как раз о несовершенстве объектива, т.е. об искажениях проекции пространства. 

Когда ФФ-объектив ставиться на кроп, то сенсор захватывает только часть проецируемого объективом изображения, то есть сектор пространства становиться меньше.

Это довольно просто. Если мы берем сенсор с кроп фактором = 2, и ставим на него объектив 50мм, то с математической точки зрения сектор пространства будет точно такой же, как при установке 100мм на ФФ. Но в реальной жизни мы сравниваем два РАЗНЫХ объектива. Каждый из них будет по-разному не совершенен. Где-то дисторсия будет лучше скорректирована, где-то хуже, где-то будут сильнее вылазить хроматический аберрации, по-другому "прыгать зайцы". Собственно все баталии из-за этого. 

Причем, именно, разница оптических свойств разных объективов, которые согласно упрощенной математической модели должны быть эквивалентными, ставиться главным аргументом того, что эта математическая эквивалентность не верна!

Софистика чистой воды. Особенно добивает когда начинают еще упорно приплетать некую «перспективу»… этот мифический зверь сопровождает любую дискусию. О чем они вообще? Шутка.... 

С точки зрения здравого смысла можно предположить, что объектив будет лучше работать в штатном режиме для которого он рассчитывался. Если объектив изначально рассчитывался под сенсор меньшего размера, то все должно быть хорошо. 

Если мы берем объектив для полного кадра и используем на камере с меньшим сенсором - это уже не штатный режим. А значит есть ряд моментов которые могут проявиться сильнее чем хотелось бы. 

Т.е. «взрослый» полтинник на кропе с точки зрения угла обзора – портретник, но с точки зрения коррекции дисторсии, хроматики и т.п. возможно будет непригоден к использованию. 

Почему же часто заходит речь про перспективу глубину резкости и т.п. на разных камерах?

В силу того, что на кропе Вам приходиться для получения тех же масштабов, что и на ФФ (допустим человека при портрете) отходить дальше, то фокусное расстояние становиться похожим на более длинное. Обычно, этот эффект называют ЭФР(Эквивалентное фокусное расстояние).

Дальше срабатывает простая геометрия. Из-за увеличения расстояния увеличивается и зона  визуальной ГРИП, и люди начинают говорить про эквивалентную ГРИП. переходя к эквивалентному диофрагменному числу (поскольку оно вроде бы зависит от ФР) .... после чего каша в голове полностью убивает здравый смысл. 

Делаем глубокий вдох, успокаиваемся и на выдохе повторяем: «объектив оптически всегда дает одно и тоже изображение». На кропе мы видим меньшую часть этого изображения, чем на ФФ. 

Чтобы развеять сомнения насчет перспективы. Попробую привести пример. Я сделал со штатива две фотографии с объективом 37мм и 19мм, и вырезал из 19мм центральную часть. То есть кроп фактор равен практически 2. Расстояние не менялось. С левой стороны было окно, за которым, сквозь тучи, то пробивался свет то нет поэтому кадры чуть чуть разнятся по освещению, но это даже хорошо.  

Для обеспечения одинаковой глубины резкости на 19мм пришлось использовать f4, а на 37 f8. Изображение практически идентичное. Но есть один важный нюанс, о котором речь пойдет дальше.

Пример не очень показателен, поэтому почитайте и посмотрите занимательную анимацию тут http://fujifilmru.livejournal.com/8087.html  Пункт 5.

Что будет если использовать одно и тоже значение диафрагмы. Для пущей наглядности возьмем более длинные объективы, у меня есть Helios 81Н 50мм F2 и Upiter 11A 135 F4. Оба объектива выставлены в F4. 

 Helios 81Н 50мм F4

   Upiter 11A 135 F4

Обрезанное изображение с полтинника имеет куда большую ГРИП, т.е. если расстояние до объекта и диафрагма одинаковые, то ГРИП больше на кропе.

Итак нюанс. Рассматривая приведенные изображения, может показаться, что фон немного смещен. Дело в размытии. Нужно понимать, что чем ближе объект к минимальной дистанции фокусировки объектива, тем сильнее размывается задний план. К тому же пропорции ГРИП перед точкой фокуса и за ней различается у объективов.  Про способы размытия фона хорошо написано у Аркадия Шаповала: http://radojuva.com.ua/2012/01/dof-best-lens-photo/

Эти факторы часто забывают и с пеной у рта доказывают разницу в перспективе.

Хорошая статься про ГРИП: http://www.cambridgeincolour.com/ru/tutorials/depth-of-field.htm

Итак, если Вы используете какой-то объектив на ФФ и смогли уместить объект в кадр близко к МДФ, то на кропе Вам придется отойти, и задний план размоется хуже в силу увеличения расстояния от МДФ и большей ГРИП. Важны оба фактора. 

Что еще. Дисторсия объектива зачастую неравномерная и нарастает к краю кадра. Отрезая края можно получить более ровную картинку. Не удивлюсь, если и этот фактор приводит к заблуждению насчет изменения перспективы ))))  Тоже самое про виньетирование.

Еще раз, для понимания. На ФФ проще размыть фон. Кроп выигрывает в условиях, когда нужно большую сцену показать максимально резко. На кропе Вы сможете меньше зажать диафрагму выиграв в светосиле (макро снятое на тот же айфон вполне годное), однако на ФФ скорее всего можно будет компенсировать эту потерю поднятием чувствительности. При этом резкость будет выше, плюс зажатый объектив оптически лучше. Тут все индивидуально.

Есть люди, которые считают, что в каких-то условиях кроп однозначно выигрывает. Это иллюзия. За любое преимущество следует расплата. На кропе - это качество картинки. На ФФ стоимость и вес оптики. Каждый сам находит компромисс, и он индивидуален. Короче, нельзя утверждать, что ФФ-камера лучше, чем некая дваждыкропнутая, или, что средний формат рулит относительно фф.

С формированием изображения на сенсоре определились. А вот с размером пикселя все довольно сложно. Размер имеет значение и влияет на много факторов.

Размер пикселя.

Недавно слышал, что ГРИП – оптическая характеристика объектива, а величина пикселя сенсора на нее никак не влияет.

Это не совсем правда. Если объектив рассматривать отдельно от камеры, то он формирует изображение. И ГРИП, как бы она не считалась - величина зависящая от диафрагмы (все помнят маркировку на объективах). И таки да, ГРИП является характеристикой объектива. Другое дело, что при попадании на дискретный сенсор начинаются сложности. Когда мы смотрим с помощью любого устройства файл, мы видим изображение, которое из аналогового подверглось дискретизации демазаику и разным обработкам. 

Собственно из-за этого комментария я чуть сильнее задумался о кропнутых матрицах. Для начала надо разобраться, почему  возникают сложности сравнения работы объективов на полном кадре и кропе.

Начнем с того, что ГРИП (глубина резко изображаемого пространства) - понятие напрямую связано со способом фиксации и последующего просмотра готового изображения. У каждого человека в силу особенностей зрения своя воспринимаемая ГРИП. Если вы смотрите на отпечаток фотографии 10х15 с расстояния 2 метра, то для вас ГРИП может покрыть всю фотографию, при этом, если вы начнете рассматривать тоже самое изображение распечатанное на формате А1 с близкого расстояния, то "кажущаяся" резкая часть изображения может быть очень небольшой.

Важное слово "кажущаяся", у каждого своя острота зрения, плюс у каждого свой мозг, который дорисовывает в воображении детали. Поэтому ГРИП сложно формализовать и оценить математически так, чтобы всех все устраивало. Точнее, технически это сделать легко, но вот так чтобы оценка давала прикладное удобное понимание – сложно.

Если сильно упростить, то для начала нужно определить, что считать резким. Затем определить  границу нерезкости, за которой изображение размыто. Дальше можно вычислить физические размеры ГРИП для данных условия определения резкости. В интернете много всяких калькуляторов, которые могут это посчитать.

Само по себе аналоговое изображение, непрерывно, чтобы хоть как-то перейти к резкости, нужно его заменить на некий простой объект допустим лист бумаги с черными и белыми полосками, тогда можно будет увидеть, где полоски имеют четкие границы, а где начинает появляться плавный переход. Не сложно догадаться, что если переход  укладывается в размер пикселя, то соседние пиксели будут разных цветов, т.е. резкость будет максимальная для данного размера матрицы. Если изменить размер пикселя (взять другую матрицу) может оказаться, что переход  уже не укладывается в размер пикселя и тогда можно считать изображение не резким.

Физический размер пикселя очень важен в силу своей дискретности. Изображение кажется резким пока кружок расфокусировки полностью попадает в размер пикселя. Как только расфокусировка выходит за пределы одного пикселя, она начинает накладываться на соседние, делая изображение размытым. Собственно, на бОльшем пиксиле помещается бОльшая расфокусировка, которую Вы, в итоге, не заметите. 

Т.е. ГРИП зависит не только от объектива.

Почему многие этот момент опускают? Потому что оптическая воспринимаемая резкость объективов проигрывает современным сенсорам. Даже если использовать очень хороший объектив эффект от размера пикселя не так заметен на открытых диафрагмах, но на закрытых он есть, утверждать обратное глупо.

Слышали о «попиксельной резкости»?

Если объектив дает 10 мегапикселей на все поле и Вы его ставите на камеру у которой сенсор с 10мпх, то, вроде бы, все здорово, а если там 36 мегапикселей? На самом деле при избыточной частоте дискретизации проблемы нет, вся информация будет сохранена, если не вдаваться в проблемы электронного шума и фокусировки фотонов на границах чувствительных элементов. Плюс если вас не заботит избыточность полученного файла.

Проблема возникает, когда этот объектив ставят на фотоаппарат с меньшим размером сенсора.  Если площадь сенсора меньше в 2 раза, то на нее попадет изображение с разрешением в 5 мегапикселей. Обычно побольше, т.к. объективы по центру имеют выше разрешение, чем по краям. Тем не менее, потеря существенная. И даже если у вас сенсор имеет 20мпх с точки зрения информации вы получите именно те самые 5 мегапикселей растянутые на 20. При, увеличении изображение будет казаться немного не резким. Из-за этого, с одним и тем же объективом на ФФ картинка всегда будет четче. Полезно почитать этот материальчик: http://www.cambridgeincolour.com/ru/tutorials/lens-quality-mtf-resolution.htm

Еще есть понятие дифракции, которое тоже влияет на образование нерезкости и оно тоже зависит от размера пикселя. Советую Вам почитать отличный ресурс http://www.cambridgeincolour.com/ru/tutorials/diffraction-photography.htm

От размера пикселя зависит возможность получать фотографии без смазов.  При одинаковом сотресении камеры во время экспонирования (это когда происходит фиксация изображения)  смаз будет больше, если физический размер пикселя меньше. Поэтому на многопиксельных кропах зачастую сложнее добиться четкого изображения. Безопасная выдержка будет короче, чем на камере с пикселем большего размера. Расчет безопасной выдержки http://vasili-photo.com/articles/safe-shutter-speed.html Важно, только тут не забывать про оптическое разрешение объектива… на резких объективах смаз заметнее, чем на мыльных.

Но все это в конечном итоге будет заметно, только если разрешающая способность фотобумаги/монитора/другого_устройства_просмотра, будет сравнима с разрешением матрицы фотоаппарата. Но так как, в большинстве случаев носитель не способен отобразить Ваши 16-20-36 мегапикселей, вы не видите результат действия многих оптических эффектов. И это хорошо. 

Все вышесказанное - это очень сложная тема. У людей часто нет глубокого понимания, но есть поверхностный практический опыт, что приводит к некорректным сравнениям и неправильным выводам. Чем больше начинаешь разбираться, тем сильнее понимание, что простых ответов тут нет. Многие эффекты просто заметны слабо, а некоторые проявляются только в специфических условиях. И это все дает «рисунок».

Наконец мы дошли до того момента ради чего я это все и написал.

Если объектив разработан для ФФ, то и использовать его лучше с ФФ.  Кропнутые зеркалки с большими объективами, теряют в качестве и не приобретают других преимуществ. Специально разработанные под кроп объективы должны быть лучше по двум причинам – 1. Если разработчик паинька, то все напасти хорошо будут скорректированы. 2. Объектив будет меньше, а значит легче.

Системы типа Micro 4/3 или Nikon1 с родными объективами сильно выигрывают по весу у ФФ и кроп-зеркалок. И это на самом деле весьма существенный плюс для прогулок походов и т.п. Мало того, обычно, задняя линза в таких системах спроектирована так, чтобы отправлять лучи на матрицу под как можно более прямым углом. В итоге меньше проблем с отскоком фотонов от линз фотосенсора и т.п. 

Т.е. оптических проблем должно быть меньше, если объектив изначально проектировался под Ваш сенсор.

Давайте подумаем, чем за малый вес приходиться платить.

1. Маленький пиксель. У Василия Андреева есть расчет размеров под разные форматы и отлично описано, на что это влияет http://vasili-photo.com/articles/pixel-size.html
2. Дорогая оптика. Чтобы получить приемлемое качество при малых размерах приходиться использовать дорогое стекло. С меньшей оптической плашади стекла нужно снять большое разрешение,+ требование к задним линзам очень высокое. Оптическая схема объективов часто содержит от 30 до 60% специальных линз с высокими коэффициентами преломления, асферических элементов и т.п. из очень дорогих материалов со сложным техпроцессом. Плюс требования к юстировки и качеству корпуса выше.
3. ДД и цветопередача матриц. Тут ситуация со временем улучшается, но до ФФ дотянуться вряд ли получиться. Кропы сейчас проигрывают один два стопа матрицам ФФ того же технологического уровня.   

Так все таки, считать ли полнокадровый полтинник портретиком на кропе или нет?

Мне встречалось в литературе, что женский лицевой портрет лучше снимать на объектив 85мм, а мужской - на 135. Суть в том, что 85мм дают более округлую форму, то есть искажения небольшие, но они эстетически более подходят к идеалу женской красоты )))) В то время, как 135 дают более плоскую мужскую картинку. Не знаю насколько это правда, но абсолютно точно на фокусных далеко за 200мм портреты действительно выходят не очень хорошо.

Полтинник на дваждекропе дает 100мм… чисто технически – вполне портретное фокусное, на кропе 1,5 или 1,62 будет 75 и 81 что должно большее подойти к женскому портрету. На Nikon 1 будет 135мм… тоже портретик. Так что ответ ДА, но при условии что оптические недостатки не будут мешать. К примеру хроматический аберрации в 0,7 пиксел на ФФ с 24 мпх, не будут заметны, а на Nikon1 там с учетом бешенной плотности матрицы будет все 2 пикселя. И это существенно. 

Может не хватить оптического разрешения. Может не хватить размера диафрагмы для качественного размытия фона.  И т.п. плюс в нагрузку Вы получите кучу стекла которое просто есть и не работает. Так что целесообразность использования таких решений каждый определяет сам.

Некоторый свежий виток использования ФФ обективов на кропе начался с появлением спидбустеров. Это переходники которые позволяют по другому сфокусировать лучи от задней линзы объектива на матрицу. Как бы уплотняя их. И тут уже реально появляются интересные плющки. К примеру, средненький объектив 85мм 1.8 на кроп через спидбустер дает ЭФР 85мм но светосилу уже 1.3. При этом уменьшается проигрыш по резкости. Но это тема отдельного разговора.