Navigace v seriálu

Zaostřování

Hloubka ostrosti

Doostřování

Praxe s ostřením

Praxe s hloubkou ostrosti

 

          Ostření a hloubka ostrosti - 1. Zaostřování

Není pochyb o tom, že ostrý snímek je vedle expozice další klíčový faktor na cestě ke kvalitní fotografii. Subjektivní ostrost snímku však ovlivňuje řada faktorů - expoziční čas, zaostření, objektiv, hloubka ostrosti i míra a způsob softwarového doostření. Právě komplexnost problému ostrých snímků vytváří spoustu domněnek a mýtů.

  Rovina zaostření (plane of focus)

Každý intuitivně tuší, že správně zaostřit fotoaparát znamená zajistit, aby to co nás na snímku zajímá bylo ostré. Prakticky to znamená zvolit rovinu zaostření (Plane of Focus). Rovina zaostření určí zaostřovací vzdálenost, v které se budou předměty ostře zobrazovat na senzor. Předměty byť sebeméně před či za rovinou zaostření budou vždy neostré. To je možná překvapivé, ale to je fyzika (optika) a nemůže to být jinak.


Zaostřit znamená zvolit rovinu zaostření, která je rovnoběžná se senzorem. Vše co prochází touto rovinou bude ostré, vše před ní či za ní bude rozostřené.

Velikost rozostření v blízkosti roviny zaostření není však nijak dramatická a často je okem nepostřehnutelná. Čím dále jsou však předměty vzdáleny od roviny zaostření, tím více jsou rozostřeny. V okamžiku kdy si rozostření pozorovatel na fotografii všimne, tak předměty jsou mimo tzv. hloubku ostrosti (té se budeme věnovat v dalším díle seriálu).


Rovina zaostření je kolmá na osu objektivu a rovnoběžná se senzorem. Lze si ji představit jako desku, která při ostření jezdí vpřed a vzad (z hlediska fotografa).

O existenci pomyslné roviny zaostření se snadno můžete přesvědčit sami. Nastavte nejdelší ohnisko, které máte k dispozici, najděte si nějaký statický a perspektivně bohatý objekt ve vzdálenosti cca 1-2 metry, vypněte ostření (Autofocus, AF) - tj. přepněte jej na manuální ostření - a pomalu otáčejte zaostřovacím kroužkem. Snadno uvidíte, jak otáčením ostřícím kroužkem "jezdíte" zaostřovací rovinou vpřed a vzad.

  Zaostření objektivu

Aby objektiv dokázal volit rovinu zaostření, musí mechanicky pohybovat jednou nebo více čočkami. Tento pohyb může zajistit ruční otáčení zaostřovacím kroužkem (Focusing ring), u objektivů schopných automatického zaostřování (Autofocus, AF) je nutné objektiv vybavit motory. Právě rychlost a kvalita motorů je jedním z faktorů kvalitativně odlišujících objektivy z hlediska rychlosti ostření.

Má-li objektiv zaostřeno na určitou vzdálenost (Focusing distance), tak světelný bod v této vzdálenosti (představte si např. laserové ukazovátko svítící z této vzdálenosti do objektivu) se na senzoru opět zobrazí jako bod a v důsledku toho se všechny hrany v této vzdálenosti zobrazí též jako hrany. Prakticky to potom znamená, že předměty v této vzdálenosti se jeví ostré.


Je-li objektiv správně zaostřen, tak se světelný bod (symbolizovaný špičkou šipky) zobrazí na senzoru zase jako bod a v důsledku toho se i hrany zobrazí jako hrany.

Světelný bod umístěný dále či blíže než je zaostřovací vzdálenost má svůj ostrý obraz před či za senzorem a tak na senzoru nevytvoří ostrý bod ale rozmazaný kruh a hrany se zobrazí jako plynulý přechod. Prakticky se předměty umístěné mimo rovinu zaostření budou jevit jako rozmazané.


Je-li objektiv nesprávně zaostřen, tak se světelný bod zobrazí na senzoru jako rozostřený kruh o určitém průměru, kterému se říká rozptylový kroužek (Circle of Confusion, CoC). V důsledku toho se hrany zobrazí jako plynulé přechody.

  Selektivní ostření

Pokud pracujete s hloubkou ostrosti, tak volbou roviny zaostření můžete soustředit pozornost na to, co má diváka zajímat. Ostatní bude tvořit pozadí a nemělo by na snímku rušit. Nejedná se tedy opět o nic jiného, než volbu roviny zaostření.


 

Selektivní ostření pomáhá soustředit pozornost na to, co má diváka na snímku zajímat jako první.

  Automatické zaostřovací systémy (Autofocus, AF)

Někdy v 80. letech minulého století se na trhu objevily fotoaparáty a objektivy schopné automatického ostření. Zní to možná neuvěřitelně, ale do té doby se ostřilo výhradně ručně. Automatické ostření znamená, že fotoaparát ve spojení s objektivem se snaží změřit vzdálenost k hlavnímu objektu a na ní zaostřit (nastavit čočky v objektivu tak, aby rovina zaostření prošla hlavním objektem).

Pasivní ostření
Pasivní ostření dnes na trhu dominuje a mají ho v sobě všechny digitální fotoaparáty. Má svůj název odvozen z faktu, že fotoaparát žádný signál nevysílá, ale "dívá" se na scénu a ostří podobně jako oko a mozek na základě rozboru samotného obrazu.

V praxi to funguje tak, že k ostření je použit buď přímo hlavní senzor (kompaktní digitální přístroje) nebo specializované ostřící AF senzory (digitální zrcadlovky). Tento senzor poskytuje procesoru obraz k analýze ostrosti, přičemž ostrost se většinou vyhodnocuje na základě kontrastu hran (všechny kompakty, DSLR jen při natáčení videa či živém náhledu) nebo na základě fázového posuvu obrazu (DSLR normálně, DSLT stále). Potom se již jen jezdí zaostřovacím mechanismem objektivu vpřed a vzad a hledá se místo maximální ostrosti.

Levnější pasivní ostřící systémy na DSLR jsou často zkonstruovány tak, že ostří jen na vertikální hrany a pokud fotíte na výšku, potom logicky na horizontální hrany. Je to dáno konstrukcí ostřícího senzoru, který často bývá jen proužek 100 či 200 pixelů. Lepší DSLR proto používají kombinaci vertikálního i horizontálního ostření, jinými slovy jsou schopny vyhodnotit optimální kontrast a tím i zaostření na hranách ve 2 směrech (cross-type AF senzor).

Výhody pasivního ostření:

  • Nemá žádné omezení vzdálenosti - funguje od 0 do nekonečna

  • Funguje i skrz okno či mříže, protože ostří podle toho co vidí

  • Je to skutečné ostření TTL (TTL = Through-The-Lens = "skrze objektiv"). Funguje i když nasadíte předsádky, mezikroužky atp.

Nevýhody pasivního ostření:

  • Často špatně vyhodnotí směr hledání ostrosti na objektivu. Máte-li např. z minulého snímku zaostřeno na 3 metry a nyní je potřeba zaostřit na 2.8 metru, procesor to neví a hledá ostrost až do nekonečna. Tam se otočí a jede zpět, aby opět minul 3 metry a našel 2.8 metru. To zvláště u delších objektivů (nad cca 80 mm) trvá dlouho (vteřiny).

  • Ke své práci potřebuje dost světla. Ve tmě nebo šeru "nevidí" a není schopen ostřit přičemž stačí, aby objekt na který se ostří byl ve tmě!

  • Nefunguje tam, kde objekt nemá žádné hrany či kontrastní detaily, na kterých by se mohl chytit. Typicky nedokáže zaostřit na oblohu, bílou zeď, čistý papír atp.

  • Reaguje pouze na kontrast hran v určitých směrech (levnější varianty dokonce pouze na vertikální).

  • Ostří za objektivem, takže nízká světelnost objektivu ovlivní funkci ostření.

  • Řada amatérských DSLR vybavených pasivním ostřícím systémem elektronicky omezuje práci svého autofocusu pro objektivy s horší světelností než f/5.6. Autofocus tak většinou přestane fungovat při použití mezikroužků či telekonvertorů.

  Výběr zaostřovacího bodu (AF point selection)

Správné zaostření znamená, že rovina zaostření prochází hlavním objektem scény. Kde v obraze se ale hlavní objekt nalézá? Nahoře, vlevo, dole? Nejjednodušší je předpokládat, že hlavní objekt se nalézá ve středu snímku, čili se hledá ostrost hran v malé ploše ve středu snímku. To co tam je bude tedy ostré.

Většina moderních fotoaparátů však nabízí více míst kde se může hledat ostrost hran, neboli více tzv. zaostřovacích bodů (AF points). Bývá jich od 3 (např. Olympus E-330) do 51 (např. řada DSLR Nikon). Pokud vyberete jeden konkrétní zaostřovací bod znamená to, že se bude zaostřovat na hrany v tomto jednom místě obrazu. Pokud vyberete všechny zaostřovací body znamená to, že výběr konkrétního místa pro ostření necháte na fotoaparátu. Ten si potom sám rozhodne, na které místo scény zaostří.

3 zaostřovací body
u mnoha amatérských DSLR
 

11 zaostřovacích bodů u DSLR
Pentax a podobné rozložení má i Sony

51 zaostřovacích bodů
u mnoha DSLR Nikon

45 zaostřovacích bodů
u řady Canon EOS-1D a 1Ds

Realita zaostřovacích senzorů
V hledáčku zobrazovaná poloha a tvar zaostřovacích senzorů má jen malou vazbu na realitu. Pro maximální výkon autofocusu je proto dobré znát přesný tvar a citlivost jednotlivých senzorů vašeho fotoaparátu. Např. DSLR Nikon D50 a D70 mají 5 zaostřovacích senzorů, jejichž skutečná velikost je uvedena na obrázku červeně. Středový zaostřovací bod je citlivý na hrany ve vertikálním i horizontálním směru (cross-type sensor), zatímco 4 okolní zaostřovací body jsou méně citlivé a reagují pouze na hrany v jednom směru (linear-type sensor).


Umístění, reálná velikost a citlivost zaostřovacích senzorů u Nikonu D50 a D70.

Pokud tedy vyberete např. levý zaostřovací bod a budete se snažit ostřit na vertikální hrany, autofocus pravděpodobně selže. Povšimněte si také, že skutečná velikost senzorů je skoro dvojnásobná než označené body v hledáčku. To může vést ke zmatení, protože AF senzor zaostří klidně i na předmět, který je dle Vás již mimo označený zaostřovací bod!

Hrana, hrana, hrana!
V každé situaci je třeba si uvědomit, že pasivní ostřící systém ostří na to co vidí na zaostřovacím senzoru, neboli potřebuje hrany. A fotograf je při ostření zodpovědný za to, že senzoru hranu ukáže!


Středový, horní i dolní zaostřovací bod na takovýto obraz nezaostří. V jejich zorném poli není totiž žádná hrana. Je nutné buď středním bodem zaostřit na okenice a potom překomponovat obraz nebo zvolit levý či pravý zaostřovací bod.

  Ostření ve tmě

Pasivní ostření má mnoho praktických výhod a tak jsou jím osazovány všechny současné digitální fotoaparáty. Má však jednu zásadní nevýhodu a tou je jeho neschopnost ostření ve tmě. V technických parametrech se proto obvykle dočtete rozsah jasů, ve kterých ostřící systém funguje - typicky to bývá 0-19 EV. Ostření při přebytku světla (více jak 19 EV) bývá vzácné, horší je to za šera a tmy. Ve tmě ostřící systém nevidí, doba ostření se prodlužuje až ostření zcela selže. Do hry bohužel vstupuje i světelnost objektivu. Citlivost udávaná v technických parametrech se totiž většinou udává pro objektiv se světelností f/1.4. Horší světelnost vašeho reálného objektivu nadále zhorší funkci autofocusu - při světelnosti f/4 dokonce 8x. A to jsou další kladné body pro světelné objektivy!

Pro bezproblémové ostření v šeru a tmě je třeba objekt na scéně trochu "přisvítit" a na trhu jsou v zásadě 3 strategie:

  1. Fotoaparát je vybaven pomocným světlem (AF assist lamp) obvykle bílé či červené barvy, které si krátce na scénu posvítí. Toto světlo však velmi ruší a dosah tohoto světla je jen několik málo metrů.

  2. Fotoaparát vysune interní blesk a několika krátkými záblesky si osvítí scénu. To je velmi rušivé a funguje to též jen na krátké vzdálenosti.

  3. Fotoaparát je vybaven infračerveným laserem (AF assist beam), který na scénu promítne křížový zaostřovací obrazec. Na ten je potom autofocus schopný zaostřit. Systém pracuje velmi dobře, je mnohem méně rušivý a pracuje na podstatně větší vzdálenost až kolem 10 metrů. Tento systém pomocného zaostřovacího světla mají v sobě vestavěny všechny lepší externí blesky.


Zaostřit ve špatných světelných podmínkách na pohybující se objekty bez výrazných hran a bez kontrastu je často nad síly dnešních pasivních autofocusů.

Nejdokonalejšího systému ostření v šeru a tmě se dosáhne v okamžiku, kdy se na tělo fotoaparátu nasadí systémový externí blesk (viz odrážka 3 výše). Většina lepších systémových blesků je vybavena pomocným světlem obvykle téměř neviditelné infračervené barvy a s dosahem až 10 metrů. Navíc konstrukce pomocného světla je uzpůsobena tak, aby osvětlovalo nejen střed snímku, ale spolupracovalo i s okrajovými zaostřovacími body.

  Zaostřovací vzdálenost v EXIFu

Z logiky věci vyplývá, že fotoaparát zná vzdálenost na kterou bylo zaostřeno. Některé fotoaparáty v kombinaci s některými objektivy dokonce umožňují tuto informaci sdělit uživateli. U kompaktních přístrojů se někdy zobrazuje přímo na displeji a může se objevit v EXIFu snímku. Zdaleka ne však vždy. Například u Canonu poskytují informaci o vzdálenosti na kterou je zaostřeno jen novější objektivy. Které to konkrétně jsou lze nalézt na webu výrobce v technických parametrech objektivů. Z neznámých důvodů však pouze u části z nich se tato informace objeví v EXIFu.


Pasivní ostření z principu věci vždy zná vzdálenost, na kterou bylo zaostřeno. Přesto, že to může být velmi užitečná informace, tak se však ne vždy objeví v EXIFu.

  Doba ostření (AF lag)

Dnes je v podstatě standardem fotoaparátů dvoupolohová spoušť, která umožňuje 1. namáčknutí do poloviny a 2. plné domáčknutí. Většina fotoaparátů v okamžiku namáčknutí změří a nastaví expozici a současně zaostří. Okamžik, kdy se podařilo zaostřit oznámí jednak opticky v hledáčku či na displeji a často i krátkým pípnutím. Doba od namáčknutí spouště do zaostření je doba ostření (AF lag). Tato doba je dramaticky ovlivněna obsahem scény - kolik je na ní světla, jaké hrany mají předměty, jaká je současná poloha ostřících čoček, zda je objekt v klidu či pohybu atp. Tato doba může dosahovat od několika desetin vteřiny až po vteřiny! Teprve v okamžiku potvrzeného zaostření umožňuje většina fotoaparátů pořídit snímek (tzv. priorita zaostření).

  Uzamknutí ostření (AF lock)

Změření a uzamčení obou veličin (expozice i ostření) stiskem stejného tlačítka (namáčknutím spouště) je sice jednoduché a vyhovující pro většinu uživatelů, ale zdaleka ne vždy praktické. Například při měření expozice na střední šedou tabulku tato metoda selže - pro změření expozice je třeba mít střední šedou tabulku jako dominantu ve středu snímku ale na střední šedou tabulku neobsahující žádné hrany nelze zaostřit. Proto lepší fotoaparáty nabízejí možnost oddělit okamžik měření expozice a okamžik ostření a oba procesy svázat s různými tlačítky. Konkrétní chování se u jednotlivých modelů velmi liší a tak je třeba pečlivě prostudovat návod.

  AF servo, AF-C, kontinuální ostření

Dlouhá doba ostření je na závadu u pohyblivých dějů, kde objekt během dlouhého ostření buď přestane být atraktivní nebo natolik změní polohu, že se opět rozostří. Proto bývají lepší fotoaparáty vybaveny tzv. AF Servo módem (Continuous, AF-C). Ten funguje tak, že fotoaparát při namáčknutí spouště nezaostří jednorázově, ale trvale ostří po celou dobu namáčknutí spouště do poloviny. Je tak možné namáčknout spoušť, sledovat stále zaostřovaný objekt v hledáčku a ve vhodný okamžik domáčknout spoušť a exponovat. Pokud tedy objekt mění vzdálenost od fotoaparátu, tak ho fotoaparát automaticky stále zaostřuje. Na rozdíl od klasického ostření umožňuje fotoaparát pořídit snímek okamžitě po domáčknutí spouště bez ohledu na to, zda je dobře zaostřeno či nikoliv (tzv. priorita snímku).


Pro dynamické fotografie typicky sportu či zvířat je kvalitní AF Servo ve spojení s rychle ostřícím objektivem velkou pomůckou. Zdaleka to však není všespasitelné.

AF Servo funguje skvěle u objektů, které se pohybují konstantní rychlostí směrem k fotoaparátu či od něj. Selhává však tam, kde objekt dramaticky mění směr i rychlost pohybu. Prediktivní AF je proto navíc vybaven inteligencí, která umí predikovat (odhadnout) polohu objektu v době budoucí expozice. Dosahuje se tak ještě přesnějšího zaostření. Navíc pokud není vybrán jeden zaostřovací bod ale jsou zvoleny všechny (režim automatického výběru zaostřovacího bodu), tak fotoaparát si umí objekt "předávat" mezi jednotlivými zaostřovacími body a tím ho pořád sledovat.

Například Canon udává, že jeho AF Servo s objektivem EF 300 mm f/2.8L IS USM dokáže sledovat objekt přibližující se k fotoaparátu až rychlostí 300 km/h ve vzdálenosti 20 metrů a 50 km/h ve vzdálenosti 8 metrů. Nikon udává, že plynule se pohybující objekt dokáže sledovat až do rychlostí 300 km/h, neudává však vzdálenost.

  Předostření (prefocus, zone focus)

Přes veškerou snahu moderních prediktivních AF Servo mechanismů se občas jeví jako nejúčinnější metoda zaostřit na určitou vzdálenost a čekat na okamžik, kdy pohybující se objekt prochází rovinou zaostření. K zaostření je možné si vybrat jiný objekt ve zvolené vzdálenosti, na něj pomocí AF zaostřit a zaostření potom uzamknout nebo přepnout do manuálního režimu ostření. I když zbavíte fotoaparát nutnosti ostřit, tak reakce na spoušť není okamžitá, takže je třeba se správné načasování naučit.

Metoda předostření je také velmi účinná ve slabém světle, v protisvětle, pro málo kontrastní scény či pro objekty nemající hrany. Ve všech těchto případech totiž výkon autofocusů prudce klesá a stává se nepřesným, pomalým, nespolehlivým.


Nejlepší způsob jak pořídit podobné fotografie je předostřit na nějaký předmět ve stejné vzdálenosti (zde to byla hlína na vrcholku kopečku), potom vypnout ostření (ostřící motory zůstanou v poslední poloze) a potom již jen se zaostřeným objektivem čekat, až se závodník objeví.

  Ruční ostření (Manual focus, MF)

Pro řadu scén je i nadále nejspolehlivější metoda zaostřit ručně. Ve výhodě jsou samozřejmě majitelé digitálních zrcadlovek (DSLR), u kterých je ostření na matnici v optickém hledáčku lahůdkou. Ostřit podle obrazu na zadním displeji či podle displeje v hledáčku elektronické zrcadlovky (současné DSLT Sony) je totiž téměř nemožné.

Ruční ostření má opět logiku v situacích, kde AF selhává - ve slabém světle, v protisvětle, pro málo kontrastní scény či pro objekty nemající hrany. Ručně lze i předostřit viz výše. Ručně lze též sledovat pohybující se objekt a simulovat tak AF Servo - sportovní fotografové a fotografové divoké přírody vědí své.

Ruční ostření je též často nutné u makra. Tam je totiž hloubka ostrosti velmi malá a AF buď nezaostří vůbec nebo si sice najde nějakou hranu, ale ne tu kterou byste potřebovali. Nezbývá tak než ostřit ručně.


Makrofotografie je často změtí hran - trávy, stébla, chlupy, křídla, nohy atp. Na co se chytí AF je tudíž náhoda. Proto je často lepší ostřit ručně.

Ruční ostření se hodí i v situacích, kdy např. ze stativu a po jednom fotografujete sérii předmětů, které měníte ve stále stejné vzdálenosti na stole. Je zbytečné riskovat, že se u jednoho předmětu AF splete.

  Ostření okem (Eye-controlled AF)

V roce 1992 uvedl Canon na trh filmový fotoaparát Canon EOS 5 - první fotoaparát, který bod ostření a tudíž místo hledání hran ve snímku určoval podle toho, kam jste se dívali v hledáčku. Po přiložení oka k hledáčku se pomocí neviditelného infračerveného paprsku zjistila poloha zřítelnice a fotoaparát zaostřil na to, na co jste se právě dívali. Později tento systém byl montován ještě do dalších filmových zrcadlovek, ale nikdy do profesionálních a později ani do digitálních. Pravděpodobně proto, že systém nebyl 100% spolehlivý.

  Jak je konstruován AF na DSLR

Světlo prochází objektivem po modré dráze A, odráží se od zrcátka a zobrazuje se na matnici hledáčku, kde se na něj hledáčkem díváte. Protože však zrcátko je polopropustné, tak část světla zrcátkem projde a odrazí se od AF zrcátka (druhé menší zrcátko umístěné kolmo na zrcátko hlavní) dolů na AF senzory (červená dráha B). Díky tomu AF senzory "vidí" to co vy v hledáčku a mohou po namáčknutí spouště zaostřovat.

Když domáčknete spoušť, obě zrcátka se sklopí nahoru a světlo prochází objektivem po zelené dráze C a exponuje senzor. Všechny 3 vzdálenosti A, B i C musí být přesně stejné jako pevně definovaná vzdálenost D, na kterou se konstruují objektivy. Jen tak bude ostření pomocí AF senzorů (B) odpovídat ručnímu ostření na matnici v hledáčku (A) a i výsledný snímek bude ostrý (C). Např. nesoulad drah C a B by způsoboval trvalé a systematicky špatné automatické ostření každého snímku s jakýmkoliv objektivem. Správná kalibrace drah A, B, C a D je tak klíčová pro správnou funkci autofocusu a je samozřejmě zajištěna z výroby.


Ukázka vnitřku šachty typické DSLR se soustavou dvou zrcátek a AF senzory.

Zpět nahoru

Text a obrázky - copyright © 2013 ing. Roman Pihan.

Nemohou být použity či přetištěny bez svolení autora vyjma pro privátní a nekomerční použití.

 

 Mnohem více informací o DSLR, optice, expozici, ostření atd. najdete v knize Mistrovství práce s DSLR.