Осмысление оптики объектива для камер с кроп-сенсором
Если вы подумывали о приобретении новой камеры или об обновлении камеры, вы, вероятно, слышали все о камерах с кроп-сенсором, но что это значит? Как фактор кропа влияет на выбор объектива? При выборе системы часто необходимо учитывать не только корпус камеры, но и выбор объективов для этой системы.
Оптика датчика и эквиваленты
Оптика кроп-сенсора
Большинство начинающих фотографов часто начинают с камер с кроп-сенсором, потому что они обычно дешевле. Но по мере того, как вы становитесь более продвинутым, есть ли смысл переходить на полнокадровую систему? Если вы думаете об обновлении, есть ли разумный способ обновления?
Например, стоит ли покупать полнокадровые объективы для использования с кроп-сенсором? Это кажется таким запутанным, и, честно говоря, это немного сложно, и простые эмпирические правила не рассказывают всю историю. Вместо того, чтобы рассматривать различия в самих сенсорах камеры (все они довольно хороши), давайте попробуем разобраться в самих объективах.
Объективы с одинаковым фокусным расстоянием — Olympus micro 4/3rds 40–150 мм f/2,8 (эквивалент 80–300 мм) и Canon 100–400 мм f/4,5–5,6 (для полного кадра).
Размеры линз
Если вы посмотрите на объективы, вы увидите много разных фокусных расстояний и апертур. Даже от одного и того же производителя для одного и того же корпуса камеры часто используются разные комбинации диафрагмы и фокусного расстояния. Поскольку важной частью фотографии является оптика, как начать сравнивать объективы для сенсоров разного размера? Как линзы соотносятся с корпусом камеры, на которую вы смотрите?
Nifty 50 мм (полный кадр слева) и micro 4/3rds 25 мм (эквивалент 50 мм) справа.
Идем дальше:как кроп-сенсоры разного размера влияют на оптику объектива? Объектив f/2.8 на камере с датчиком кадрирования на самом деле является объективом f/2.8 или это что-то другое? А как насчет камер большего формата? Почему меньшие значения диафрагмы (f-ступени) кажутся такими большими, но изображения с отличным разделением фона и эффектом боке получаются такими великолепными?
Все это относится к эквивалентности оптики объектива и кроп-сенсора, одной из величайших тайн фотографии, которую большинство фотографов на самом деле не понимают.
Основы оптики объектива
Чтобы понять оптику линзы, вам нужно понять, что линза делает со светом, попадающим в нее. Свет, проходящий через линзу, фактически инвертирует изображение, переворачивая его вверх ногами. Затем свет проецируется на цифровой датчик после прохождения через линзу.
Фокусное расстояние и изображение переворачиваются на матрицу.
Большинство объективов определяются фокусным расстоянием и максимальной диафрагмой. Чем больше фокусное расстояние, тем ближе кажутся удаленные объекты. Так, например, любители спорта и орнитологи, как правило, хотят использовать гораздо большие фокусные расстояния, чтобы приблизиться.
Меньшие числа расширяют поле зрения, чтобы больше объектов помещалось в изображение (широкоугольные объективы), и часто являются инструментами торговли для пейзажных фотографов. В эквиваленте 35 мм объектив 200 мм — это длиннофокусный объектив, а объектив 20 мм — очень широкоугольный объектив.
Иллюстрация относительного размера апертуры.
Число f-ступеней диафрагмы представляет собой размер диафрагмы или отверстия в объективе. Объектив будет оцениваться на основе наибольшей диафрагмы, которую может открыть диафрагма. Чем больше света вы пропускаете, тем более короткая выдержка вам потребуется. Из-за этого свойства линзы с большей максимальной апертурой называются светосильными. Например, объектив с диафрагмой f/2,8 считается довольно светосильным, а объектив с диафрагмой f/5,6 (объектив с набором инструментов) — довольно медленным.
Оптическая математика
Давайте сведем к минимуму сложную математику, но она действительно помогает понять оптику объектива.
Фокусное расстояние — это не измерение фактической длины объектива, а расчет оптического расстояния от точки, где свет сходится для формирования четкого изображения на цифровом датчике в фокальной плоскости камеры. Апертура, с другой стороны, представляет собой размер отверстия, созданного диафрагмой в объективе. Диафрагма геометрически связана с фокусным расстоянием объектива. Например, объектив с диафрагмой f/2,8 на объективе с фокусным расстоянием 100 мм равен 100, делённому на 2,8 =35,7 мм. Поскольку фокусное расстояние объектива определяет размер апертуры, оно не зависит от размера сенсора, но зависит от фокусного расстояния.
Универсальные объективы, охватывающие аналогичный диапазон — Canon 24–105 мм f/4 и Olympus 12–40 мм. Осмысление оптики объектива для камер с кроп-сенсором f/2,8 (эквивалент 24–80 мм).
Объективы с переменным фокусным расстоянием могут иметь более одной апертуры, потому что диафрагма не увеличивается по мере увеличения длины объектива. Поскольку это математическое соотношение, большее фокусное расстояние при одинаковом открытии диафрагмы уменьшает апертуру. Более дорогие зум-объективы имеют одинаковую диафрагму для всего диапазона, но это своего рода технический подвиг, поскольку диафрагма должна увеличиваться по мере увеличения фокусного расстояния объектива.
Обновление формата датчика камеры
В золотой век пленочной фотографии было несколько форматов, продиктованных кинопленкой. Одним из наиболее распространенных размеров была пленка 35 мм, продиктованная запасом пленки звездочки, ширина которой составляла 34,98 ± 0,03 мм (1,377 ± 0,001 дюйма). Во времена пленки также существовало несколько форматов, причем были доступны пленки большего и меньшего размера, что также влияло на размеры объективов и производительность.
Когда цифровые датчики изначально разрабатывались для фотокамер, датчики большего размера были чрезмерно дорогими, поэтому использовались датчики меньшего размера. Существует широкий диапазон размеров сенсоров, и это разнообразие размеров сенсоров влияет на механику работы объективов камер.
Когда размер сенсора близок к размеру 35-мм пленки, это называется полным кадром. Все, что меньше, называется кроп-сенсором. Все, что больше, обычно называется средним форматом, хотя размеры, превышающие полный кадр, сильно различаются. Датчики различаются не только размером, но и геометрией.
Относительные размеры кроп-сенсора
Размеры датчиков
Вообще говоря, полнокадровый датчик имеет форму прямоугольника размером примерно 36 мм x 24 мм, что соответствует соотношению длины к ширине 3:2 и занимает площадь 862 мм2. x 13 мм (соотношение 4:3), покрывая площадь 224,9 кв. мм. Кроп-сенсор Nikon/Pentax APS-C имеет размер 23,6 x 15,7 мм (соотношение 3:2), покрывая площадь 370 кв. мм, тогда как Canon APS Датчик -C имеет размеры 22,2 мм x 14,8 мм (соотношение 3:2), но только 328,5 мм кв. Большие форматы (больше, чем полный кадр) обычно имеют квадратную форму.
Часто кроп-факторы рассчитываются по размеру диагонального расстояния от угла до угла сенсора. Например, полнокадровый датчик в два раза больше по диагонали, чем датчик микро 4/3, поэтому коэффициент кадрирования равен 2x. Для кроп-сенсора Nikon APS-C это соотношение составляет 1,5x, а для кроп-сенсора Canon APS-C — 1,6x.
Сравнение посадочных мест датчиков
Квадратное и круглое
Линзы круглые, а датчики прямоугольные или квадратные. Итак, все камеры обрезают часть изображения, потому что круглые линзы проецируют круглое изображение на матрицу, которая представляет собой прямоугольник. Это означает, что края круга изображения обрезаны.
Производители камер проектируют свои комбинации объектив/камера таким образом, чтобы вся матрица полностью закрывала круг изображения (это называется кроющей способностью). Это может создать проблемы, если у вас есть несоответствие между размером сенсора и размером сенсора, для которого был изготовлен объектив.
Круг изображения с полным кадром и наложением микрокадра 4/3
Итак, как кроп-фактор влияет на изображения?
Есть много факторов, которые влияют на ваши изображения. Размер сенсора влияет на изображение, но также влияют фокусное расстояние и размер диафрагмы, но это физические свойства объектива, на которые не влияет кроп-фактор. По крайней мере, не напрямую.
Чтобы проиллюстрировать влияние кроп-сенсоров на светосбор и фокусное расстояние, была создана серия тестовых изображений (они не слишком научны, но более показательны). С помощью Olympus EM1 Mark II (сенсор Micro 4/3 — 2-кратный кроп-фактор) и Canon 5D Mark IV (полный кадр).
Olympus EM1 Mark II, камера микро 4/3
Полнокадровая камера Canon 5D Mark IV.
Чтобы проиллюстрировать преобразование разности фокусных расстояний и преобразование светосбора, камеры были установлены рядом, используя только преобразование фокусного расстояния. Геометрия датчиков не совсем одинакова, поэтому они были обрезаны, чтобы соответствовать друг другу (соотношение 8 × 10).
Сравнение размеров камер (полный кадр слева, микро 4/3 справа)
Обе камеры были нацелены на один и тот же вид.
Протестируйте расположенные рядом камеры.
Эмпирические правила против реальности
Фокусные расстояния обычно преобразуются в эквиваленты для полнокадровых датчиков, чтобы обеспечить одинаковое поле зрения, путем умножения фокусного расстояния на соотношение диагоналей датчика. Например, объектив 25 мм на матрице 4/3 эквивалентен объективу 50 мм на полнокадровой камере (коэффициент кадрирования 2:1).
Объектив Canon EFS (кроп-сенсор), соответствующий 50-мм объективу, составляет 31 мм. Это работает и в обратную сторону. Если вы наденете полнокадровый объектив на корпус камеры с кроп-сенсором, фокусное расстояние увеличится в несколько раз (тот же 50-мм объектив становится таким же, как 75-мм объектив на кроп-сенсоре). Это эмпирическое правило работает.
Примечание редактора: Оптика отличается, но это общепринятый метод понимания датчиков урожая.
В эквиваленте 24 мм — та же выдержка и ISO, полный кадр слева и Micro 4/3 справа (оба при f/4, ISO 200, 1/160).
Апертура и глубина резкости
Еще одно эмпирическое правило, которое работает не так хорошо, — это добавление одной или двух ступеней диафрагмы (в зависимости от кропа). Почему это не работает? Что ж, здесь дело не только в этом.
Диафрагма влияет на способность объектива собирать свет, но в камере с кроп-сенсором меньший сенсор увеличивает глубину резкости (область в фокусе). Это означает, что объектив с диафрагмой f/2.8 и чувствительностью 200 единиц ISO должен иметь очень близкую к одинаковой выдержку на любой камере (существуют различия в экспонометрах от одной камеры к другой). Таким образом, объектив с диафрагмой f/2,8 всегда соответствует диафрагме f/2,8 для сбора света.
В эквиваленте 70 мм — та же выдержка и ISO, полный кадр слева и Micro 4/3 справа (оба при f/4, ISO 200, 1/80).
Чтобы сделать вещи более сложными, внешний вид изображения. Боке на кроп-сенсоре никогда не будет таким же хорошим, как у полнокадрового сенсора, потому что дополнительная площадь полнокадрового сенсора изменяет глубину резкости (количество изображения в фокусе) по сравнению с кроп-сенсором. Это зависит не столько от объектива, сколько от размера сенсора. Это может быть довольно тонким, но это фактор, особенно для портретов.
В эквиваленте 200 мм — та же выдержка и ISO, полный кадр слева и Micro 4/3 справа (f/4, ISO 200, 1/30).
В эквиваленте 200 мм — та же выдержка и ISO, полный кадр слева и Micro 4/3 справа (f/4, ISO 200, 1/40).
Полнокадровые объективы на камерах с кроп-сенсором
Объективы, как правило, служат намного дольше, чем камеры с хорошими объективами, срок службы которых составляет две или три итерации корпуса камеры. Так много людей придерживаются поговорки об инвестировании в стекло. Итак, если вы используете корпус кроп-сенсора, который подходит для полнокадровых объективов, почему бы не купить полнокадровые объективы, пока вы не будете готовы купить полнокадровый корпус? Ответ не обязательно, потому что он может быть не таким резким, как ваши кроп-объективы, даже если объектив кажется номинально того же размера.
Полнокадровые объективы дороже, чем кроп-объективы, но вы часто платите за другие функции, включая защиту от непогоды и лучшую, более прочную конструкцию. Из-за больших различий в размерах сенсоров использование полнокадровых объективов на кроп-сенсоре означает, что вы используете только самую центральную часть объектива, но детали в большей степени сконцентрированы в этой области. Это может ухудшить оптическое качество полнокадровых объективов.
Часто они более высокого качества, но не настолько, чтобы учесть разницу в размерах между датчиками. Поэтому, если вы не знаете, что скоро обновите камеру, возможно, вы не захотите использовать полнокадровые объективы на кроп-камерах.
Еще одно соображение заключается в том, что вы должны использовать кроп-фактор в обратном порядке. На кроп-теле Canon (кроп-фактор 1,6) объектив 24 мм становится объективом 38,4 мм. Это означает, что вы не сможете получить такой же широкий угол обзора на кроп-теле с широкоугольными объективами.
Полнокадровый объектив на кроп-объективе увеличит фокусное расстояние на кроп-фактор
Заключение
Существует множество неправильных представлений об объективах при сравнении их размеров сенсора. Понимание основных функций, возможностей сбора света и геометрических взаимосвязей может помочь вам сравнивать объективы в рамках систем камер и датчиков разных размеров.
Для всех систем камер доступны отличные объективы, которые могут давать фантастические результаты. Объективы так же важны, как и корпус камеры. Поэтому при выборе системы убедитесь, что у вас есть объективы, подходящие для вашего конкретного стиля фотографии.