Vissza a főoldalra © Makláry Zoltán 2019 Telefon: 30-4088109 e-mail: maklaryz11@t-online.hu

Optika II. Az élesség.

Az élesség témaköréhez érkeztünk, és ezt a fontossága miatt érdemes alaposan körüljárni. De mi is az élesség?

25-26 ábra: Élesség

A fenti kép egy részlete:

Az optika élessége azt mutatja meg, hogy az objektív milyen finom, apró részleteket tud rajzolni a filmsíkban. Az élesség általában az optikai tengely környezetében, a kép közepén a legnagyobb, kifelé haladva a képsarkok felé pedig kissé csökken. Az élesség alapvetően attól függ, hogy a tervezőknek mennyire sikerül az objektív valamennyi hibáját korrigálni. Számos optikai hiba van, kromatikus aberráció, szférikus aberráció, asztigmatizmus, képmezőelhajlás, torzítás, stb. A lencsehibák korrigálása még a mai matematikai és számítástechnikai háttér birtokában sem egyszerű.

A lencsehibák sokfélék, az választható üvegfajták szintén, az optika alap felépítését ma is intuitív módon kell a tervezőnek megadnia. Nem csak az optikai törvényeket kell alkalmazni, hanem meg kell oldani az optikai elemek rögzítését, mozgatását. Meg kell felelni a méret, tömeg, gyárthatósági elvárásoknak is. Egyéb tényezők is befolyásolják a végső minőséget, mint például a lencsetagok felületeinek tükröződésmentesítése, az optikai üvegek színvisszaadása, no és természetesen a mechanikai kidolgozottság, vagy akár az esztétikus kinézet. És még nem is beszéltem az olyan mai elvárásokról, mint az autófókusz és a stabilizátor. Mindezen problémákat kell megoldani úgy, hogy olyan ár alakuljon ki, amely mellett nagyobb darabszámú megrendelés várható.

Azt már csak jóindulatúlag feltételezni tudjuk, hogy a gyártás, összeszerelés során már nem jönnek létre további hibák. Nem nagyon találhatunk adatot a szakirodalomban arra, hogy egy-egy objektívet milyen gyártási szórással tudnak elkészíteni. Az optika élessége változik a felvételi távolság függvényében is. Ha egy objektívet a végtelen álláshoz korrigálnak, akkor a közeli témáknál már gyengébb eredményt kapunk. Ennek kiküszöbölésére alkalmazzák a lebegő lencsetagokat, ennek angol rövidítése CRC, ekkor egyes lencsecsoportok egymáshoz képest is elmozdulnak, miközben az élességet állítjuk. Az élesség függ az alkalmazott rekeszértéktől is. Amikor a rekeszeléssel az objektív használt átmérőjét csökkentjük, kiesnek azok az optikai hibák, amelyek a az objektív tengelyétől távolodva, a lencsetagok szélein nagyobb mértékben lépnek fel. Ezért rekeszeléskor általában az objektívek rajza, élessége javul. Ez azonban nem érvényes egyes a harmadik évezredben tervezett, csúcstechnológiát képviselő objektívekre, amelyek akár már teljes nyíláson is maximális minőséget nyújtanak. Napjainkban az optikatervezés meglepő kellemetlen fordulata, hogy a legújabb objektívek között feltűntek olyan típusok is, amelyek optikailag kevésbé jól vannak korrigálva, a hibák kijavítását pedig az utólagos képfeldolgozó programokra bízzák. Ilyen paraméter lehet például a nagy lencsetorzítás, vagy a képsarkok eddig el nem fogadott mértékű sötétedése. Én ezt nem tartom jó és elfogadható megoldásnak, mert a legújabb optikáknál előfordul, hogy a képsarkok akár 4-5 fényértékkel is sötétebbek. Ennek szoftveres javításakor a szoftver a sarkokban megnöveli az érzékenységet. Viszont ha az érzékenység már felvételkor is meglehetősen magas volt, akkor nyilvánvaló hogy ennek további szoftveres növelésekor romlik a minőség. Nem szerencsés, ha a fotósnak felvételezéskor még ilyesmire is gondolnia kell. A lencsetorzítás utólagos korrigálása sem okoz felhőtlen örömöt, mert pont a legkritikusabb extra nagy látószögű objektíveknél kissé csökkenti a hasznos látószöget. Véleményem szerint a fotósnak akkor is magas színvonalú képet kell kapnia, ha az optika szoftveres javításait kikapcsolja.

A rekeszeléssel általában csak 5.6-8 rekeszértékig nő az élesség, mert utána már belép a fényelhajlás, mint az élességet korlátozó fizikai törvény.

A fényelhajlás egy fizikai jelenség, ami abban nyilvánul meg, hogy ha a fény áthalad egy szűk nyíláson, esetünkben a rekeszen, akkor már nem egyenesen, hanem részben megtörve, szóródva halad tovább. A fényelhajlás felülről korlátozza, behatárolja az elérhető maximális élességet. Az élesség mértéke tehát korántsem növelhető korlátlanul. A fényelhajlás tulajdonképpen minden rekesznyílásnál fellép, de hatása akkor válik számottevővé, mikor a fényelhajlás által létrehozott szóródási kör a pixelméret nagyságrendjébe esik. Tehát az élességcsökkenés nélkül alkalmazható legszűkebb rekesznyílás a fényképezőgép típusától függ. Minél nagyobb tehát a pixelszám és a pixelsűrűség, tehát minél magasabb az elvárt élességi mérce, annál inkább már nagyobb rekesznyílásoknál is számolnunk kell a fényelhajlás következményével. Az általam említett f8-as rekesz, mint számottevő életlenséget még nem okozó rekeszérték körülbelül egy 36megapixeles 24x36mm szenzorméretű fényképezőgépnél érvényes. Ha az optika régebbi, kisebb felbontású, vagy a gépünk pixelsűrűsége kisebb, esetleg ha valamely más okból részünkről nem elvárás a pixel szintű élesség, akkor nyugodtan rekeszelhetünk f11-16 értékig is. Ha viszont valahol azt olvassuk, hogy egy objektív rajzolata csak f16-os rekesznél javul meg, akkor tudnunk kell, hogy ez esetben már csak komolytalan, közepes-gyenge élességi szintről lehet beszélni.

Bizonyos esetekben, például a közeli makró felvételeknél olyan szűk a mélységélesség, hogy kénytelenek vagyunk akár 22-32 értékre is rekeszelni. De ekkor már csak erősen korlátozott, lecsökkent élességet érhetünk el.

Sokan azt gondolják, hogy a fényelhajlás miatti élességcsökkenés mértéke alig észrevehető. De ez nem így van. A fényelhajlás miatti élességcsökkenés a rekeszszámmal egyenesen arányos. Egy 36 megapixeles gép élességcsökkenése már f8 rekesz után elkezdődik, f16 rekeszértéknél pedig az élesség már megfeleződik. Fele élességhez pedig negyed akkora pixelszám tartozik. Ez közelítőleg azt jelenti, hogy az f16 rekeszérték választásával a 36 megapixeles gépünk élességét egy 9 megapixeles gép szintjére rontottuk.

Az objektíveket általában csak a látható spektrumra korrigálják, ezért ha egy objektívet az ultraviola vagy az infravörös tartományban szeretnénk használni, akkor az objektív használhatóságát ebben a tartományban külön tesztelni kell. Az objektíveket úgy tervezik, hogy a kívánt képméretet még a széleken is jó minőségben kirajzolják. A tervezetnél nagyobb képmérethez az optikák csak ritkán és korlátozásokkal használhatóak. Ha egy optika még a sarkokban is kimagasló minőséget ad, akkor elképzelhető, hogy a tervezettnél kicsit nagyobb méretet is kirajzol, de még ez esetben is megeshet, hogy a lencsefoglalatok sem engedik meg a nagyobb formátumú és ezért nagyobb látószögű alkalmazást. A képsarkok felé általában nemcsak az élesség csökken, hanem a képsarkok közelében sötétedés, vignettálás is megfigyelhető. Általános állítás az is, hogy minél nagyobb kört rajzol ki egy objektív, annál kisebb a felbontása. Tehát amikor egy nagyobb formátumú rollfilmes géphez tervezett optikát a digitális gépünkre adaptálunk, gondolnunk kell arra is, hogy vajon az élességi szint megfelelő lesz-e? Valószínűsíthető az is, hogy egy-egy nevesebb gyártó, mint például a Zeiss, Nikon, által készített objektív élesebb. A fix objektívek általában jobbak, mint a zoomobjektívek. Gondolhatjuk azt is, ha egy objektív több lencsetagból épül fel, akkor jobb az rajzolatú. Általában feltételezhetjük, hogy a drágább objektívek jobbak. Az sem mindegy, hogy a gyártók milyen különleges kis fényszórású ED üvegeket használnak, vagy tudnak-e aszférikus lencsetagokat is beépíteni. Az aszférikus lencsék nem gömbfelületűek, hanem görbületük más matematikai görbének felel meg. Ilyen lencsetagot pedig üvegből nehéz csiszolni. Ha pedig az aszférikus lencsetagokat műanyagból öntik, akkor nem bízunk annak hosszú élettartamában. Mindezek persze csak feltételezések, a fotósok ilyen mélységig általában nem tudják vizsgálni az objektíveket. Látjuk tehát, hogy nem egyszerű, nem könnyű az objektív élességét jellemezni. A gyártók is ritkán adják meg az objektívek élességét, de ebből a szempontból például a Zeiss egy üdítő kivétel.

Az optika élességét az modulációs transzfer függvénnyel, az MTF görbékkel, jellemezhetjük. De mi is az az MTF görbe?

2 7. ábra: teszttábla, és az optika által rajzolt kép:

Ha lefényképezünk egy megfelelő sűrűségű fekete-fehér vonalakból álló ábrát akkor a filmen, illetve az érzékelőn már nem fekete és fehér tónusokat fogunk látni. Az eredetileg fekete fehér vonalak a képen már kissé összefolynak, a fehér vonal világos szürke lesz, a fekete vonal pedig sötétszürke.

28. ábra: Az MTF görbe. Az ábrán egy kiváló (piros) egy jó (kék) és egy gyenge (zöld) minőségű objektív MTF görbéjét láthatjuk.

Ha egy adott, az érzékelőn mondjuk 40vonalpár/mm vonalsűrűségű teszttáblával megnézzük, hogy az eredetileg 100%-os kontraszt mennyire csökken le, akkor megkapunk egy MTF értéket. Az MTF értékeket százalékban vagy a kiindulási értéket egységnyinek tekintve rajzoljuk fel a függőleges tengelyre. A vízszintes tengelyen pedig az optikai tengelytől való távolságot tüntetjük fel, mert ugye az élesség a sarkok felé haladva csökken. Mivel a kisfilmes képkocka képátlója 43mm, tehát a legtávolabbi képsarok a középponttól 21.5mm távolságban van, így az MTF görbe is ezen értékig tart.

Ezenkívül több görbét kell rajzolnunk a különböző rekeszértékekhez, vagy zoomobjektívek esetén a különböző gyújtótávolság értékekhez is. Ráadásul az MTF görbe más értékeket mutat akkor ha a tesztábrát sugárirányban radiálisan, vagy ha érintő irányában tangenciálisan helyezzük el. Ha egy optika kimagasló minőségű, akkor a radiális és a tangenciális MTF görbe egyaránt magasan fut. Látjuk, ez a vizsgálat nem egyszerű. Mi fotósok általában csak a optikák fellelt MTF görbéit hasonlítgatjuk össze. Figyeljünk arra, hogy egyes gyártók azzal trükköznek, hogy az MTF görbét nem 40, hanem kisebb, 20-30 vonalpár/mm vonalsűrűségekhez adják meg. Így persze az MTF görbék magasabb értéket mutatnak. Sokan megkérdezik, hogy a vonalsűrűséget vonal/mm, vagy vonalpár/mm értékkel jellemezzük? Tulajdonképpen mindegy, ha egy fehér papírra csak fekete vonalakat rajzolunk, az ábra akkor is fekete-fehér vonalpárokból fog állni. Vagyis helyesebb vonalpárról beszélni, de ha csak vonalat mondunk, akkor az is ugyanazt jelenti.

2 9 . ábra: Az élesség vizsgálata

Középen szinte minden objektív megfelelő, a képsarkok gyengébb rajza pedig legtöbb felvételnél nem zavaró, ezért véleményem szerint az objektívek élességét legcélszerűbb a fenti ábra szerint a beírható körön értékelni. Tehát a beírható körön helyezzük el a teszttáblát. Ha egy objektív itt jó minőséget nyújt, akkor az általános célokra megfelelő. Ha mégis kényesek vagyunk a képsarkok rajzára is, akkor makróobjektívet, vagy drága felső kategóriás optikát kell választanunk. Sok optika rajza kellőképpen javul a széleken akkor is, ha 8-11 értékre rekeszelünk.

Más élesség értékelési módszerek is léteznek, ilyen például a opticallimits által alkalmazott felbontás mérés. Ilyenkor fognak egy nagy felbontású, nagy pixelszámú fényképezőgépet és megnézik, hogy mekkora az a vonal/hosszabbik oldal felbontás amely esetén a kontraszt egy meghatározott, még elfogadott 50% -os szintre csökken. Itt az ő tesztjüknél valóban egy vonalpár két vonalat jelent. Ez a teszt életszerű, mert nyilvánvaló hogy a kész fénykép részletgazdagságát nem csak az optika határozza meg, hanem a fényképezőgép is. Ennél a tesztnél az elért felbontási értékek nem csak az objektívet, hanem a fényképezőgép-objektív páros minőségét jellemzik. Itt tehát egyértelműen látszik az is, hogy egy APS-C szenzorméretű géppel ugyanazon optikával kisebb felbontás érhető el. Ez a felbontási adat tehát nem egy vonalpár/mm vonalsűrűség értéket ad, hanem a teljes hosszabbik oldalra vonatkoztatott vonal/oldal értéket. Ezen értékelés hátránya, mivel az eredményt a fényképezőgép is befolyásolja, ezért amikor egy új, nagyobb felbontású fényképezőgép érkezik, akkor a régebbi teszteket az összehasonlíthatóság érdekében az összes régi objektívvel meg kell ismételni. A vizsgálatnak előnye viszont, hogy az APS-C kontra FX vagy akár más szenzorméretű felszerelésekkel elérhető élességek egymással számszerűen is összehasonlíthatóak.

Az élesség vizsgálati körülmények az egyes vizsgáló cégeknél általában eltérőek. Még azonos tesztmódszerek esetén is lehetnek eltérések. Ezért különböző objektíveket általában csak akkor lehet összehasonlítani, ha a teszteredmények azonos forrásból származnak.

A saját amatőr élességi tesztem sokkal egyszerűbb, ezt bárki segédeszköz minden különös segédeszköz nélkül elvégezheti. Válasszunk egy modellt a barátaink közül és készítsünk róla egy állóképet úgy, hogy a befogott magasság körülbelül két méteres legyen. Szóval készítsünk valakiről egy állóképet alul-felül némi ráhagyással. Legyenek jók a fényviszonyok, előnyös a napsütés. Nyugodtan, megfontoltan, gondosan készítsük el a képet. Ha a felvételen a modellünk hajszála élesen látszik, akkor jó élességet értünk el. Aki az éles hajszálakat álló modellel, de fekvő formátum mellett is el tudja érni, az már kimagasló élességi szintet ért el.

Fontos, hogy a képeink élességét a képfeldolgozás során alkalmanként ellenőrizzük. Keressünk a felvételünkön egy olyan kontrasztos vonalat, amelynek élesnek kellene lennie. Nagyítsuk fel a képet annyira, hogy már az egyes képalkotó pixelek is láthatóak legyenek. Ha egy éles vonal, például egy lámpaoszlop széle 2-3 pixel átmenettel vált tónust, akkor a kép éles. Ha a tónusváltás csak 4-5 átmeneti pixellel történik meg, akkor a kép életlen. Az érzékelő felépítéséből, illetve a Bayer interpolációból következik, hogy azt sohasem várhatjuk, hogy egy fekete pixel szomszédja minden átmenet nélkül egy fehér pixel legyen.

Az élesség témaköréhez még azt fűzném hozzá, hogy az élességet nem csak a gép és az objektív, hanem a fotós is nagymértékben befolyásolja. Számos olyan fényképezés közben elkövethető hiba van, amely csökkenti az élességet. A fotósok persze hajlamosak a hiba okát inkább a technikában keresni.

Az objektívek torzítását akkor vehetjük észre, ha egy négyzethálós ábrát fényképezünk le. A torzítás lehet hordó, vagy párna alakú, vagy ami még szörnyűbb, lehet bajusz torzítás is, amely középen hordó, a széleken pedig párna alakú. Zavaró mértékű torzítások inkább csak a nagylátószögű objektíveknél léphetnek fel. A torzítások a képfeldolgozó szoftverekkel korrigálhatóak. Ha az optika torzítását utólag szeretnénk korrigálni, akkor fényképezésnél figyeljünk arra, hogy lehetőleg függőlegesen tartsuk a gépünket. Ha Nikon saját objektívjeit használjuk, akkor az optika típusa alapján ha kell, akár automatikus szoftveres torzítás kompenzációt is választhatunk. A szoftveres torzítás kompenzáció alig észrevehető mértékben, de csökkenti az élességet és a képszélek levágása miatt picit csökkenti a látószöget is. Ezért a torzítást szoftveresen csak akkor korrigáljuk, ha az indokolt. A torzítás elkerülésére én inkább a Nikon professzionális objektívjeinek használatát javaslom, amelyeknél a képen ritkán zavaró a torzítás mértéke. A torzítás inkább csak akkor feltűnő, ha a kép szélén a képszélekkel párhuzamos egyenes vonalak is vannak.

A zoomobjektívek olyan objektívek, amelyek gyújtótávolsága változtatható, ezáltal a látószögük változtatható. A zoomolási lehetőséget mindenki szereti, hiszen ha egy objektív zoomolható, akkor nem kell az objektíveket gyakran cserélgetni, és akár egy vagy két objektív is elég lehet. A zoomolás nagyban megkönnyíti a kép komponálását. A zoomolás nélkülözhetetlen a szűk belső terek fotózásakor, amikor a nézőpont nem választható meg tetszőlegesen. Hasonló gond van a természetfotózásnál, ahol a távolban levő állatokat nem tudjuk kellő távolságra becserkészni, a képet arról a helyről kell megkomponálnunk, ahol éppen vagyunk. A zoomolhatóságnak persze ára van, a zoomobjektívek jellemzője a gyengébb minőség és a kisebb fényerő. Persze ez az állítás is csak általánosságban érvényes, mert a kisebb átfogású, fix fényerejű, drágább professzionális zoomobjektívek nagyon magas színvonalúak. Kedvenc AF-S zoom Nikkor objektíveim a 2.8/14-24mm, 2.8/24-70mm, 4/70-200mm. A zoomobjektíveket jellemzi az átfogás mértéke, amely a leghosszabb és legrövidebb gyújtótávolság hányadosaként adható meg. A profi zoomobjektívek átfogása 2-3 szoros, az utazó zoomok átfogása átfogása akár tízszeres is lehet. Az utazó zoomok minősége is jó, elfogadható lehet, és sokaknak megfelelő akik nem akarnak a profi fotósokkal versenyre kelni.

A legjobb objektív élességét is el lehet rontani a szakszerűtlen használattal. Az objektíveknek nagyon fontos tartozéka, a napellenző. A napellenző feladata, hogy kizárja azokat a fénysugarakat amelyek nem a fényképezett témáról, hanem a képmezőn kívüli területről érkeznek. Ha ilyen felesleges, zavaró, kóbor fények is elérik az objektívet és a szenzort, akkor ez nagymértékben csökkenti a kép brillanciáját, élességét, minőségét. Durva esetekben világosabb fátyolos képrészek, szabálytalan alakú fényfoltok is keletkezhetnek.

30. ábra: Tükröződések az objektív belsejében.

Ez esetben a Nikkor 14-24mm-es nagylátószögű objektív frontlencséjét közvetlenül elérte napfény ezért a fehér autó környékén zavaró fényfoltok keletkeztek. Felvételkor sokszor nehéz észrevenni ezt a hibát, utólag pedig az ilyen fényfoltok, becsillanások nehezen retusálhatóak. Általános szabály, hogy az objektív frontlencséjét nem érheti el közvetlenül a fényforrás fénye. Ha azt szeretnénk, hogy a nap, vagy más fényforrás is rajta legyen a felvételen, akkor célszerű valamilyen fotótrükköt alkalmazni, például több expozícióból összerakni a képet. Minél nagyobb egy objektív látószöge, annál nehezebb rá hatásos napellenzőt készíteni. Aki tehát kedveli az ellenfényes felvételeket, lehetőleg, hosszabb gyújtótávolságú objektívet válasszon. Az ellenfényes fényképekhez nem előnyös a túlságosan nagy fényerő sem. A nagyobb fényerőhöz tartozó nagyobb méretű frontlencse tartozik és ezt nehezebb védeni a beeső fénysugaraktól, másrészt a sok lencsetag több belső tükröződést is okoz. A konkrét ellenfényes viselkedés olyan tényezőktől is függ, mint a T-rétegek minősége és a belső tükröződések, ezért az ellenfényes fényképezés szempontjából az objektíveket csak a gyakorlati tapasztalatok alapján lehet összehasonlítani. Ha kicsi a napellenző, álljunk be egy oszlop árnyékába, árnyékoljunk egy fekete lappal, vagy akár a kezünkkel. A lényeg, hogy az objektív frontlencséjét a napfény közvetlenül soha ne érje el.