Определение выдержки при фотографировании

Если в эпоху аналоговой техники для определения приемлемой резкости брался отпечаток фотографии 13х18 см и рассматривался на расстоянии наилучшего видения 25 см с разрешением глаза одна угловая минута или 100 мкм и из этого определялся диаметр кружка рассеяния в 20 мкм фактически же производителями объективов принималось 30 – 50 мкм на фокальной плоскости как кажущийся резким для отпечатков 9х13, то теперь снимки рассматриваются на экранах монитора со стопроцентным увеличением. При этом для 15 дюймового монитора с расстояния наилучшего видения 50 см для глаза разрешение составит 200 мкм, а для фокальной плоскости камеры диаметр кружка рассеяния 20 мкм. В результате все что превышает 20 мкм будет восприниматься при 30 мкм чуть размытым, а при 45 мкм совершенно нерезким и неприемлемым.


В общем случае формула для определения выдержки будет иметь вид:

T = z/f(ωc+ωo), где

z – диаметр кружка рассеяния или в данном случае максимально допустимое смещение в мм;
f – фокусное расстояние объектива в мм;
ωc – угловая скорость камеры из-за естественного дрожания рук в рад/с;
ωo – угловая скорость снимаемого объекта в рад/с;
T – выдержка в секундах.

1.     ωc = 0 и ωo = 0 съемка со штатива статичного объекта;
2.     ωc = 0 и ωo ≠ 0 съемка со штатива движущегося объекта;
3.     ωc ≠ 0 и ωo = 0 съемка с рук статичного объекта;
4.     ωc ≠ 0 и ωo ≠ 0 съемка с рук движущегося объекта, когда ωc << ωo; 
5.     ωc≠ 0 и ωo≠ 0 съемка с рук движущегося объекта, когда ωc≈ ωo.

Для первого случая при съемке со штатива статичного объекта выдержка может быть любой бесконечно большой, насколько это может позволить светочувствительный сенсор.

Для второго случая формулу можно привести при z = 20 мкм = 0,02 мм к виду удобному для практического применения:

T = 1/(50f(v/r)), где

1/50 – это z = 0,02 = 2/100 = 1/50;
f – реальное фокусное расстояние объектива без учета кроп-фактора в мм;
v – линейная скорость снимаемого движущегося объекта в м/с;
r – расстояние до снимаемого движущегося объекта в м;
T – выдержка фотоаппарата в секундах.
Эта же формула справедлива и в обратном случае, когда съемка ведется с движущегося транспорта статичного объекта (съемка из окна автомобиля).

В третьем случае, когда нельзя пренебречь «дрожанием» камеры при съемке с рук статичных объектов с максимально допустимым смещением в 20 мкм в фокальной плоскости примет вид:

T = 1/7,5f

Вид этой формулы сильно зависит от индивидуальных особенностей фотографа по удержанию камеры. Так, например, для классика фотографии Адамса эта формула, к которой он пришел опытным путем,  имеет вид:

T = 1/5f

т.е. в пять раз короче, чем рекомендуемая всем формула по определению безопасной выдержки

T = 1/f

У меня эта классическая формула работает при съемке с упором и нейтрализацией дрожания камеры при помощи накамерного ремня. При съемке без упора, стоя, множитель 7,5 получил путем вычисления. Для этого на стенке разместил кружок диаметром 5 мм и на расстоянии один метр сфокусировался зеркалкой со 100-мм объективом и через видоискатель с центральной фокусировочной точкой старался не выйти за пределы этого кружка. Поскольку, иногда достигалась граница окружности, я посчитал, поскольку камера в моих руках дрожит с частотой примерно 25 – 30 Гц, понятно, что это не синусоидальные колебания, а стохастические и в практических целях можно принять – определил, что проекция оптического центра совершает движение со скоростью 5 мм х 30 = 15 см/с, т.е.

линейная скорость равна 0,15 м/с, а поскольку расстояние до кружка 1 метр, то и угловая скорость камеры будет равна 0,15 рад/с. Подставим эти значения в формулу

T = 1/(50f(v/r))

получим T = 1/(50*f*(0,15/1)) = 1/7,5f

Для Адамса результат получше и T = 1/5f , что означает удерживать камеру с угловой скоростью не более 0,1 рад/с или не выйти за окружность диаметром 3 мм с расстояния 1 метр.
Для T = 1/f угловая скорость 0,02 рад/с или надо вписаться в кружок диаметром 0,7 мм, т.е. нужна максимальная устойчивость камеры в руках, что без упора весьма проблематично. 

По четвертому пункту, тоже, что и по второму случаю.

По пятому пункту, тоже, что и по четвертому, только с уменьшением выдержки на один стоп.

P.S. 
  Определение выдержки, которая позволяет снять гарантированно резкий кадр, один из самых важных и главных моментов с которой и начинается собственно фотография – со спуска затвора. К сожалению, в многочисленной литературе по фотографии и в статьях в интернете «о выдержке» больше «тумана», чем ясности, что и вынудило меня написать эту статью, когда вы сможете точно ответить себе в той, или иной съемочной ситуации, какая нужна выдержка.

Таблица формул по расчету выдержки в зависимости от диаметра кружка рассеяния:

z =   5 мкм  T = 1/(200FV/R)    T = 1/30F       T = 1/20F    T = 1/10F      T = 1/4F
z = 10 мкм  T = 1/(100FV/R)    T = 1/15F       T = 1/10F    T = 1/5F        T = 1/2F
z = 20 мкм  T = 1/(50FV/R)      T = 1/7,5F      T = 1/5F      T = 1/2,5F     T = 1/F
z = 30 мкм  T = 1/(33FV/R)      T = 1/5F         T = 1/3F      T = 1/1,7F     T = 1/0,7F
z = 40 мкм  T = 1/(25FV/R)      T = 1/3,75F    T = 1/2,5F   T = 1/1,25F   T = 1/0,5F
z = 50 мкм  T = 1/(20FV/R)      T = 1/3F         T = 1/2F      T = 1/F          T = 1/0,4F
                                                  w = 0,15          w = 0,1        w = 0,05         w = 0,02
                                                  d = 5 мм         d = 3 мм     d = 1,7 мм     d = 0,7 мм

Леонид Антонов
Калининград, Россия
13 апреля 2017 г.