На рисунке 5.34 показана зависимость резкости объектов, находящихся на разном расстоянии от объектива, от этого расстояния. Использовались приближения геометрической оптики: формула тонкой линзы, отсутствие дифракции, аберраций и влияния атмосферы. По горизонтальной оси отложено расстояние до объекта, а по вертикальной – диаметр кружка нерезкости. Напомню, что кружок нерезкости (или пятно размытия) – это пятно, в которое расплывается точка физического мира на сенсоре фотокамеры. Иногда кружком размытия называют напечатанный на бумаге кружок, который с расстояния 10 дюймов на глаз воспринимается как точка. Но я этим определением не буду пользоваться.
Разные кривые на рисунке соответствуют разным дистанциям фокусировки. Дистанции фокусировки изображены кружочками на горизонтальной оси. Видно, что наибольшая резкость (наименьший кружок нерезкости) достигается на расстоянии, равном дистанции фокусировки, как это и должно быть. Если фиксировать допустимое увеличение диаметра кружка, задав порог, то получим глубину резкости, то есть интервал расстояний, для которых диаметр кружка остается меньше порога. Обычно порог выбирают равным 20 ÷ 30 мкм для полнокадрового сенсора и меньшему значению для сенсоров меньшего размера.
Пороговое значение диаметра кружка нерезкости, используемое для определения интервала резко изображаемого пространства (РИП), на рисунке показано красной штриховой линией. Видно, что чем меньше дистанция фокусировки, тем меньше глубина резкости.
Рис. 5.34.
Внутри полученного объединенного интервала РИП резкость остается допустимой, но изменяется волнообразно. Если эти волны заметны на снимке (как, например, на рисунке 5.35а), то количество снимков в стопке было недостаточно велико.
Рис. 5.35.
Сложение f-ступеней. Сначала делается несколько снимков одной и той же сцены с разными f-ступенями диафрагмы. Затем наиболее резкие части изображения на снимках объединяются в одно изображение (при использовании хорошего штатива выравнивать не надо, так как все кадры уже выравнены, таков способ съемки). Выигрыш состоит в том, что те части изображения на снимке с малым отверстием диафрагмы, резкость которых уменьшилась из-за дифракции, заменяются более резкими частями с других снимков (если такие есть). Соответственно, те части изображения на снимке с большим отверстием диафрагмы, резкость на которых уменьшилась из-за уменьшения глубины резкости, заменяются более резкими частями с других снимков. Наибольшая глубина резкости, которую можно получить таким способом, не превышает глубину резкости для максимальной f-ступени объектива. Для объединения резких частей можно использовать те же программы, что и для метода стопки фокусов.
Слияние нескольких снимков одной и той же сцены, сделанных при полностью одинаковых настройках камеры, можно использовать для увеличения отношения сигнал-шум. При этом на изображении могут выступить детали, которые были малозаметны ранее, например, гребень далекой горы в сильной дымке.
Я думаю, что каждому пользователю графического редактора, умеющему применять прямые и обратные свертки (convolutions и deconvolutions, например, аннулировать результат гауссового размывания с помощью деконволюции), приходила в голову идея использовать подходящую деконволюцию для того, чтобы вернуть фокус областям снимка, находящимся вне глубины резкости.
К сожалению, это невозможно по следующим причинам:
• размывание областей снимка, находящихся не в фокусе, не является однородным, а зависит от расстояния от камеры до объекта, то есть не описывается сверткой;
• указанное размывание приводит к потере информации, которая не может быть восстановлена, исходя из размытого изображения; математически это приводит к тому, что при попытке вычислить обратное преобразование Фурье получается деление на нуль;
• деконволюция усиливает шум, который существует на всех пространственных частотах изображения.
Есть несколько идей, как получить такое размывание областей снимка, находящихся не в фокусе, которое не будет зависеть от расстояния (в этом случае размывание будет описываться сверткой, для которой существует обратная). Картинка, полученная такой системой, будет размыта вся, но с помощью обратной свертки резкость можно будет восстановить везде. Эти идеи таковы.
