Rozdzielczość fotografii


Strona główna o fotografowaniu grzybów

[Nieco mądrzejszy o dalsze lektury chcę zwrócić uwagę na to, że porządne podejście do tematu rozdzielczości powinno uwzględnić jakość optyczną obiektywu i opis zjawisk optycznych przy pomocy funkcji MTF. Może będę miał kiedyś nieco czasu na podejście do problemu od tej strony. Póki co poczytajcie pewien artykuł polemiczny wraz z obydwoma odsyłaczami od niego. Rzuca on nieco światła na ten temat. 09.2000.]


W czym mamy problem

  Z naturą fizyczną światła jest związane zjawisko dyfrakcji. Manifestuje się ono tym, że nawet w dla punktu idealnie "nastawionego na ostrość" jego obraz na błonie będzie widoczny jako plamka składająca się z serii jaśniejszych i ciemniejszych koncentrycznych pierścieni. Będą one tym intensywniejsze im otwór przesłony przez którą wpada światło będzie mniejszy. Praktycznie wynikiem tego, że obrazem punktu nie jest punkt lecz rozmyty krążek jest to, że obrazy dwóch nieodległych punktów nachodzą na siebie. Najmniejsza odległość obrazów które można jeszcze odróżnić jako obrazy osobnych punktów to rozdzielczość optyczna obrazu. Np. skanowanie z rozdzielczością większą niż rozdzielczość optyczna skanowanego obrazu nie ma sensu bo nie zobaczy się więcej szczegółów.

Złe wieści - dyfrakcja

Rozdzielczość optyczna  Ponieważ dyfrakcja jest tym silniejsza im mniejszy otwór przez który musi przejść światło - nie można bezkarnie zmniejszać przesłony. I nie jest tu problemem bynajmniej dłuższy czas naświetlania - z tym można sobie poradzić, lecz utrata ostrości obrazu z powodu dyfrakcji. Co to jest dyfrakcja światła to powinniście znać z lekcji fizyki. Jak sie to manifestuje, kiedy, jakie są zależności możecie tego się dowiedzieć ze zwięzłego i dość przystępnego wykładu w lens tutorial w photo.net. Praktyczny wymiar tego zjawiska przedstawiam poniżej. Użyte w obliczeniach wartości przesłony są wartościami efektywnymi (np. przy nastawieniu 8 na pierścieniu obiektywu i skali 1:1, efektywna przesłona wynosi 16).
  Wyobraźmy sobie, że mamy już naświetloną i obrobioną błonę, błona jest drobnoziarnista - ziarna w emulsji nie będą miały znaczenia (będą na tyle drobne, że nie będzie ich widać przy skanowaniu). Mamy więc serię obrazków 36x24mm. Trochę to niewygodne w oglądaniu, trzeba by powiększyć, przenieść na inne medium. Jesteśmy nowocześni (to zresztą nie ma znaczenia) i będziemy skanować (to ułatwia wykład i ma dla mnie praktyczne znaczenie). Załóżmy, że skanujemy błonę na max (mamy dobry skaner np. Nikon LS2000) tj. 2400dpi. Skaner zdejmie na każdym mm błony 94 punkty ... miodzio ... niestety fotkę robiliśmy z przesłoną 64 (obiektyw makro, przesłona 32, skala 1:1, przesłona efektywna zjeżdża nam do 64) i na błonie w najlepszym bądź razie daje się rozróżnić ok. 25 punktów. Oznacza to, że na zeskanowanym obrazku (i to dla miejsc idealnie ostrych - dyfrakcja to zjawisko niezależne od głębi ostrości) rozróżnialne szczegóły zajmują 'paćki' o wymiarach ok. 4x4 piksele. Byłby sens skanować max 600dpi. Przy większej rozdzielczości nic nowego nie zobaczymy. Praktyczny wymiar tego jest też np. taki, że nawet gdyby istniał film o nieskończenie drobnym ziarnie, nie moglibyśmy powiększać obrazu w nieskończoność (widzimy komórki, ich strukturę, cząsteczki, atomy ... - fajnie, no nie), tym sposobem nie da sie zrobić mikroskopu.
  W załączonej tabelce (jak ja przeanalizujecie) zobaczycie, że jeżeli chcemy rozróżniać szczegóły pomiędzy sąsiednimi pikselami po zeskanowaniu 2400dpi, maksymalna użyteczna przesłona to 16. Oczywiście tracimy na głębi ostrości ale i nic nie daje jej zwiększanie bo tracimy na ostrości z powodu dyfrakcji itd. błędne koło albo ściana postawiona przez konstrukcję świata.
  Oczywiście problem mamy z tego powodu, że jesteśmy pazerni na powiększanie, aparat fotograficzny to nie mikroskop, gdyby nam wystarczał kartonik 10x15 cm lub skan 700x500 pikseli ... gdyby.

  Z jaką przesłoną mamy fotografować skoro wraz z jej wzrostem rośnie nieostrość powodowana przez dyfrakcję, z drugiej strony, gdy zwiększamy światło przesłony zmniejsza się głębia ostrości a chcielibyśmy mieć ją jak największą.
  Odpowiedź na to pytanie jest możliwa jeśli wyeliminujemy jedną niewiadomą - musimy wiedzieć jak duże powiększenia z błony będziemy chcieli uzyskać. Im mniejsze powiększenie - tym większą nieostrość wprowadzaną przez dyfrakcję będziemy mogli zaakceptować bo nie będzie ona wtedy widoczna. Im większe powiększenia będziemy wykonywać - jeśli nie chcemy widzieć w szczegółach kolorowej mgły, musimy zmniejszyć nieostrość wprowadzaną przez dyfrakcję. Musimy mieć też świadomość jaką głębie ostrości będziemy mieli - zgrubne założenie plamki rozproszenia 0,03mm jest przy tych rozważaniach nieprzydatne ponieważ przy małych powiększeniach piksel będzie odpowiada np. 0,045mm na błonie i taką plamkę rozproszenia możemy zaakceptować, a co za tym idzie mamy de facto większą głębie ostrości (niż zasługujemy :) ). Przy dużych powiększeniach piksel może odpowiadać 0,01mm na błonie i też głębię ostrości mamy znacznie mniejszą niż by się mogło wydawać.
Poniższa tabela przedstawia rozdzielczość optyczną obrazu na błonie w zależności od przesłony. W pierwszej kolumnie mamy podaną rozdzielczość skanowania, która umożliwi wyciągnięcie całej informacji zapisanej na błonie (bez szumu), w kolumnie glB rzeczywistą głębię ostrości (w mm) na zeskanowanym obrazku. W komentarzu pod tabelą długo oczekiwana odpowiedz na pytanie jaką przesłonę ustawić przy fotografowaniu grzybów (dwa scenariusze - fotka grzyba i 'mikroskop').
Jaka przesłona
  Przy publikowaniu fotografii grzybów mam najczęściej doczynienia z dwoma przypadkami.
A. Zdjęcie owocnika lub grupy na całej klatce. Po zeskanowaniu publikowany na ekranie obrazek odpowiada całości lub większej części kadru. Ponieważ potrzeba obrazka nie większego niż 900x600, wystarczy rozdzielczość skanowania 600dpi. Dobra wiadomość: możemy zastosować przysłonę 64, bo dopiero przy wyższych jej wartościach uwidocznił by się efekt dyfrakcji. Mając zdjęcie robione z przesłoną 64, większa rozdzielczość skanowania nie wniesie nam nowej informacji. Fotografując w skali 1:1 jeden piksel na skanie 600dpi będzie odpowiadał ok. 0,04mm obiektu. Przy przesłonie 64 możemy uzyskać na obrazku głębię ostrości 23mm a więc bardzo dużą jak na skalę 1:1. Zmniejszanie stopnia przesłony przy tego typu obrazkach ma sens o ile będziemy planowali większe powiększenia niż 900x600 z klatki.
B. Powiększony niewielki fragment klatki tj. 'mikroskop' - chcemy pokazać drobne detale budowy owocnika. Jeżeli chcemy silnie powiększyć fragment klatki musimy stosować mniejsze stopnie przesłony (w przeciwnym wypadku powiększenie pokaże szum a nie informację). I tak przy skanowaniu 2400dpi uzyskujemy obrazek 3600x2400. Jeśli jednak każdy piksel ma nieść informacji maksymalna przesłona jaka możemy użyć to 16. Dla skali odwzorowania 1:1, piksel będzie odpowiadał 11mikrometrom obiektu (!!! - będę kiedyś musiał zdjąć jakiegoś pierwotniaka - coś powinno być widać). Głębia ostrości będzie jednak bardzo wąska, tylko 1,4mm.


Reasumując musimy zdecydować przed zrobieniem fotki czy:

- chcemy uzyskać maksymalną głębie ostrości i użyć całej klatki dla ilustracji na ekranie, możemy użyć przesłony nawet 64, z takiego zdjęcia nie możemy jednak uzyskać większych powiększeń,

- chcemy powiększyć szczegóły z fragmentu klatki, musimy zaakceptować mniejszą głębie ostrości, możemy maksymalnie użyć przesłony 16.

Czasem warto zrobić zdjęcie w wariancie pierwszym i drugim w zależności od dalszych losów skanu.


Jakim sprzętem fotografuję i jak to robię aby uniknąć reumatyzmu możecie przeczytać na stronie o sprzęcie i technice fotografowania.