O napisaniu tego tekstu myślałem od dość dawna. Zresztą bynajmniej nie z jakiejś altruistycznej potrzeby serca, tylko pragmatycznej obserwacji stanu rzeczy i ogromnego problemu jaki ma z tym tematem sporo użytkowników naszego forum i nie tylko. O ile jeszcze z ogarnięciem tego co się dzieje po przepięciu 50-ki z Canona 5d na 7d większość ludzi daje sobie radę, o tyle gdy w miejsce 7d podstawimy GH4 ze speedboosterem, do tego używające środkowego wycinka matrycy w trybie Ultra HD, to sprawy się nieco komplikują. Postaram się je wyprostować.

LensCropFactor

Źródło: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/49/LensCropFactor.png

Zacznijmy od obrazka, od którego zaczyna się zawsze – obiekt filmowany (lub fotografowany), obiektyw, obraz rzucany na matrycę. Z tego obrazka wynika kilka bardzo ważnych rzeczy.

Po pierwsze – pole widzenia obiektywu będzie inne jeśli podepniemy do niego inną matrycę. Pozwoliłem sobie dorysować wariant ekstremalny.

LensCropFactor2

Po drugie, i to napiszę dużymi literami jako „mądrość objawioną #1” – OGNISKOWA OBIEKTYWU JEST WARTOŚCIĄ STAŁĄ I BEZWZGLĘDNĄ. Czyli – obiektyw 50mm podpięty do matrycy mikro 4/3 da nam pole widzenia obiektywu portretowego. Ten sam obiektyw podpięty do „kartki” A4 będzie obiektywem bardzo szerokokątnym. Nadal jednak w obu przypadkach (i w każdym innym) będzie obiektywem 50mm. Ogniskowa nie zmienia się po podpięciu obiektywu do innego korpusu czy innej matrycy. Warto w tym miejscu dodać jeszcze jedną oczywistość, której mimo to ludzie wydają się nie rozumieć. OGNISKOWA OBIEKTYWU NIE MA ZWIĄZKU Z SYSTEMEM DO JAKIEGO BYŁ ZAPROJEKTOWANY. Czyli obiektyw 50mm z systemu mikro 4/3, pełnoklatkowy obiektyw 50mm i średnioformatowy obiektyw 50mm mają tę samą ogniskową. Zawsze. Gdyby nasze obiektywy były idealnymi soczewkami, a nie wieloelementowymi konstrukcjami zamkniętymi w metalowej lub plastikowej obudowie, to wszystkie te 50-ki można by do woli stosować zamiennie i wszystkie miałyby szerszy kąt widzenia na średnim formacie, „standardowy” na pełnej klatce i „portretowy” na mikro 4/3. Niestety obiektywy nie są idealnymi soczewkami, a co za tym idzie mają pewne ograniczenia wynikające z konstrukcji, takie jak przewidziana dla danego systemu odległość od bagnetu do matrycy czy też maksymalny rozmiar matrycy jaki dany obiektyw jest w stanie pokryć obrazem. To ostatnie powoduje że 50-ka z systemu mikro 4/3 podpięta do pełnej klatki prawdopodobnie da nam obraz w formie koła otoczonego czernią. Ta czerń to nic innego jak tubus obiektywu, który zasłania resztę pola widzenia. Gdyby tubusu nie było, a obiektyw był idealną soczewką – problem by nie istniał. Jednym słowem – to że ogniskowa nie ma związku z systemem nie znaczy że wszystko możemy bezkarnie podłączać do wszystkiego, ale to temat na inny artykuł.

Takie postawienie sprawy rodzi nieuchronne pytanie – to po co w ogóle jest „mnożnik ogniskowej” i co to jest?

Odpowiedź jest prosta, choć też zaskakująca. MNOŻNIK OGNISKOWEJ AKA CROP FACTOR JEST EKSPERYMENTEM MYŚLOWYM BEZ JAKIEGOKOLWIEK REALNEGO FIZYCZNEGO PRZEŁOŻENIA. Po co nam więc taki eksperyment myślowy? Jest to głównie kwestia naszych przyzwyczajeń. Gdybyśmy operowali kątami widzenia, cała ta zabawa nie byłaby w ogóle potrzebna. Potrzebujesz kąta widzenia obiektywu 47 o to go bierzesz. To że dla matrycy mikro 4/3 taki kąt da ogniskowa 25mm a dla matrycy FX 50mm jest już sprawą wtórną. Niestety zamiast kątami widzenia operujemy ogniskowymi, a dekady dominacji filmu małoobrazkowego w fotografii spowodowały, że kąty widzenia odpowiadające poszczególnym obiektywom podłączonym do kliszy 36x24mm stały się tożsame z ogniskowymi tych obiektywów. Portretówki są od 85 do 135mm, standard to 50, a szerokie kąty są od 35mm w dół. Wszyscy to znamy. Tymczasem chcąc rzeczywiście oddać to, o co nam chodzi, powinniśmy mówić, że portretówka ma pole widzenia między 28 o a 18 o, standard to wspomniane 47 o a szeroki kąt to według tej samej definicji to 63 stopnie lub więcej.  Wszystko niezależnie od wielkości matrycy i ogniskowej.

Crop factor jest właśnie konsekwencją opisanego powyżej małoobrazkowego myślenia. Skoro 50mm to standard na pełnej klatce, to jaki obiektyw trzeba by założyć do matrycy Mikro 4/3 żeby mieć to samo pole widzenia? Wychodzi 25mm. Czyli w ramach eksperymentu myślowego – ogniskową obiektywu podpiętego do mniejszej matrycy mnożymy przez współczynnik, w tym przypadku równy 2, i dowiadujemy się, że mamy takie samo pole widzenia jak 50-ka na pełnej klatce. Współczynnik ten jest stały dla danej wielkości matrycy i nazywany „cropem” lub „mnożnikiem ogniskowej”. Tabelki z jego wartościami można łatwo znaleźć na Wikipedii: http://en.wikipedia.org/wiki/Image_sensor_format. Dowiemy się stamtąd, że kamera broadcastowa 2/3” ma cropa około 4, a wspomniana wyżej kartka A4, gdyby tylko była matrycą, miałaby cropa w okolicach 0,118. Jednym słowem, obiektyw 100mm podpięty do wspomnianej kamery miałby taki kąt widzenia jak 400mm na pełnej klatce (i nadawał się do filmowania piłkarzy na drugim końcu boiska), a podpięty do „kartki A4” taki kąt widzenia jak bardzo szerokokątna 12-ka. Ale w obu przypadkach fizycznie nadal byłby 100-ką.

Kwestię pola widzenia mamy, mam nadzieję wyjaśnioną. Czas więc na drugą, trudniejszą – głębię ostrości. Głębia ostrości zależy BEZPOŚREDNIO od jedynie czterech rzeczy: ogniskowej, wartości przysłony, odległości od obiektu i rozmiaru piksela na matrycy. Ostatni z tych parametrów nie będzie tu omawiany, zakładamy że jest pomijalny. Im dłuższa ogniskowa tym głębia płytsza, im jaśniejsza przysłona tym głębia płytsza i im bliżej jesteśmy filmowanego obiektu tym głębia płytsza. Zróbmy eksperyment. Postawmy obok siebie dwa aparaty z podpiętym tym samym obiektywem 50mm z ustawioną tą samą wartością przysłony. Jeden z nich ma matrycę pełnoklatkową, drugim mikro 4/3. Chcemy nimi objąć ten sam kadr, np. choinkę z obrazka powyżej. W aparacie pełnoklatkowym się to udaje, w aparacie mikro 4/3 nie i musimy odejść kilka kroków. Zwiększyliśmy odległość od obiektu, głębia ostrości wzrosła. Jeśli znowu ustawimy aparaty obok siebie, ale w tym z matrycą mikro 4/3 wymienimy obiektyw na 25-kę z tę samą przysłoną, to pole widzenia i związana z nim odległość od celu wyrównają się. Ale skróciliśmy ogniskową, więc głębia ostrości rośnie. O ile rośnie? O tyle, że musielibyśmy w aparacie pełnoklatkowym domknąć przysłonę o 2EV żeby uzyskać identyczną. Oczywiście trzeba by też podnieść w nim iso lub wydłużyć czas naświetlania żeby zachować ekspozycję.

Żeby również pod tym względem móc porównywać obiektywy wprowadzono pojęcie ekwiwalentu głębi ostrości. Przykładowo, obiektyw 25mm f/1.4 na matrycy Mikro 4/3 da taką samą głębię ostrości jak obiektyw 32mm f/2.0 na matrycy APS-C oraz jak obiektyw 50mm f/2.8 na pełnej klatce. TE EKWIWALENTY DOTYCZĄ JEDYNIE GŁĘBI OSTROŚCI I NIE MAJĄ NIC WSPÓLNEGO ZE ŚWIATŁEM. Światłosiła obiektywu czy też używana w danej chwili wartość przysłony podobnie jak ogniskowa są wartościami fizycznymi, bezwzględnymi i niezmiennymi, a w szczególności w ŻADEN sposób niezależnymi od rodzaju matrycy jaką podpinamy do obiektywu. Wiele osób ma z tym ogromny problem dlatego jeszcze raz powtórzę – obiektyw 50mm f/1.4 da taką samą ekspozycję na korpusie mikro 4/3 jak na korpusie pełnoklatkowym, zakładając że oba mają to samo iso i ten sam czas naświetlania. Może się różnić zawartość kadru i głębia ostrości, ale jasność pozostanie ta sama.

Wiele osób w tym momencie drapie się w głowę i mówi coś w stylu „ale jak to będzie taka sama, przecież matryca pełnoklatkowa ma 4x większą powierzchnię więc na pewno zbierze 4x więcej światła”. Odpowiedź jest prosta – MATRYCA TO NIE PANEL FOTOWOLTAICZNY. Gdyby zamiast kamery czy aparatu mieć małą elektrownię słoneczną – zgoda. Pełnoklatkowa „elektrownia” wygeneruje około dwukrotnie więcej prądu niż elektrownia APS-C i czterokrotnie więcej niż elektrownia M43 podpięta do tego samego obiektywu. Ale matryca to nie elektrownia, ma ustandaryzowaną światłoczułość i niezależnie od jej rozmiaru iso 100 to iso 100, a iso 800 to iso 800 (z premedytacją pomijam w tym miejscu lekkie odchyłki od nominalnych wartości celowo wprowadzane przez producentów, to też materiał na osobny artykuł). Oczywiście różnica w powierzchni i fizycznej ilości światła znajdzie odzwierciedlenie, ale nie w jasności, a w szumach. Większa matryca może mieć większe piksele. Większy piksel zbierze więcej fotonów i da silniejszy sygnał z pożądaną informacją. A że elektronika potrzebna do obsługi i większego i mniejszego piksela przy tym samym iso szumi w miarę porównywalnie to większy piksel i większa matryca dadzą nam w efekcie niższe szumy. Ale taką samą ekspozycję!

Osobom opornym proponuję eksperyment – zróbcie zdjęcie pełnoklatkowym aparatem z dowolnym obiektywem, a następnie wykadrujcie środkową część tego zdjęcia. Czy jego ekspozycja jakoś się wskutek tego zmieniła? Nie. Więc jeśli zamiast kadrowania po prostu wstawimy tam mniejszą matrycę to też się nie zmieni.

W ramach podsumowania tej części mała refleksja o charakterze zdroworozsądkowym. Ekwiwalent głębi ostrości jest pojęciem namiętnie stosowanym przez średniozaawansowanych fotografów, którzy zachłysnęli się sprzętem, w szczególności takim który pozwoli im uzyskać możliwie płytką głębię ostrości. Nie ma się co im dziwić, tandem Canon 5d mk III + Canon EF 85mm f/1.2 L (lub coś podobnego w Nikonie czy Sony) swoje kosztuje i jest obiektem pożądania, a każdy obiekt pożądania jest nieco idealizowany przez tych którzy dopiero go pożądają, a jeszcze nie kupili. Oprócz walorów artystycznych, których absolutnie nie kwestionuję, zdjęcia z super płytką głębią ostrości są komunikatem, że ich autora stać na sprzęt pozwalający ją uzyskać, mogą więc poza artystyczną ekspresją służyć też budowaniu ego. Niestety gdy taki fotograf próbuje przenosić swoje „życiowe mądrości” na film spotyka się ze ścianą niezrozumienia. Niezrozumienia, które jest absolutnie logiczne dla każdego, kto kiedykolwiek próbował manualnie poprowadzić ostrość za poruszającym się obiektem. Na f/2.8 jest to prawie niewykonalne, co dopiero przy jeszcze płytszej głębi. Chcę przez to powiedzieć, że filmowcom żonglowanie ekwiwalentami głębi ostrości jest „psu na budę” bo i tak głębia ostrości osiągana przykładowo na korpusie Mikro 4/3 z obiektywem f/2.8 jest zazwyczaj w sam raz i pozwala na zachowanie filmowej plastyki przy jednoczesnym komforcie pracy, a debaty o wyższości jednego rozmiaru matryc nad innym pojawiają się dopiero gdy trzeba filmować w naprawdę ciemnych miejscach i tam też nie tyczą się głębi ostrości tylko wspomnianych szumów.

Czas nieco skomplikować sprawę, czyli teraz parę zdań o tym, co się stanie gdy użyjemy konwertera kompresującego pole obrazu i redukującego ogniskową (w żargonie określanego jako Speedbooster na cześć pierwszego produktu tego typu). Zacznę jednak od urządzenia działającego analogicznie, ale obecnego na rynku dłużej i łatwiejszego do ogarnięcia „na chłopski rozum”, czyli od telekonwertera.

Telekonwerter to układ optyczny który wtykamy między aparat/kamerę a obiektyw. Powoduje on zwiększenie ogniskowej kosztem zmniejszenia jasności obiektywu. Jak to robi? Bierze środkową część kadru i powiększa tak zajmowała całą powierzchnię matrycy. Czyli sztucznie dodaje „cropa”. Współczynnik powiększenia jest jednym z podstawowych parametrów telekonwertera i w typowych urządzeniach wynosi 1,4x, 1,7x lub 2x. To jednak nie wszystko. Jeśli powiększamy jakąś część obrazu padającego na matrycę to tym samym zmniejszamy natężenie światła na jednostkę jej powierzchni. To trochę tak jakby masłem ze środkowej części kromki chleba chcieć nagle posmarować całą kromkę. Niby się da, ale warstwa będzie cieńsza. Podobnie tu – jest to wykonalne ale ta sama ilość światła rozciągnięta przez telekonwerter na większą powierzchnię spowoduje, że do pojedynczego piksela będzie go docierać mniej. Ile mniej? Jeśli obraz rozciągniemy 1,4-krotnie to jego pole powierzchni wzrośnie około dwa razy (co wynika wprost ze wzoru na pole koła czy kwadratu). Ta sama ilość światła rozsmarowana na dwa razy większej powierzchni sprawi że na pojedynczym pikselu będzie go dwa razy mniej. A zatem straciliśmy 1EV. Kombinację obiektywu i telekonwertera możemy dla uproszczenia traktować jako nowy obiektyw o dłuższej ogniskowej i gorszej światłosile. Przykładowo obiektyw 200mm f/2.8 z telekonweterem 1,4x zmieni się w 280mm f/4.0, a z telekonwerterem 2x w instrument o parametrach 400mm f/5.6. W tym przypadku jest to zmiana fizycznych parametrów, nowy „obiektyw” powstały ze sklejenia obiektywu właściwego i konwertera będzie je miał właśnie takie niezależnie od wszystkiego innego, w szczególności od rozmiaru matrycy.

Reduktor ogniskowej aka speedbooster działa dokładnie odwrotnie. Bierze światło z większej matrycy i kompresuje je optycznie do rozmiarów mniejszej. Trzymając się poprzedniej analogii, to tak jakby zdjąć masło z kromki chleba i posmarować nim mniejszego krakersa. Warstwa masła na krakersie będzie grubsza. Tak samo tu, światła przybędzie. I podobnie jak przy telekonwerterze przybędzie go tyle ile wynika z krotności adaptera. Typowe instrumenty tego typu mają krotność 0,71x. Jeśli promień czy długość boku zmniejszymy 0,71 razy to pole w przybliżeniu zmniejszy się dwukrotnie. A zatem na jeden piksel będzie padać dwukrotnie więcej światła i zyskamy 1EV. Analogicznie jak poprzednio możemy potraktować obiektyw ze speedboosterem jako nowy układ optyczny o nowych fizycznych parametrach. Na przykład obiektyw 35mm f/1.4 zmieni się w coś w okolicach 25mm f/1.0. I znów – jest to zmiana niezależna od matrycy i dotycząca wszystkich parametrów – pola widzenia, jasności oraz głębi ostrości.

Ważne żeby rozróżniać sytuację gdy mamy normalnego cropa od sytuacji gdy używamy optycznego reduktora lub telekonwertera. Zapiszmy to dla porządku.

Gdy po prostu obiektyw podpinamy do niepełnoklatkowej matrycy:

  • ZMIENIA SIĘ: pole widzenia (czyli ekwiwalent ogniskowej) oraz ekwiwalent głębi ostrości
  • NIE ZMIENIA SIĘ: ogniskowa, jasność (aka światłosiła aka przysłona)

Gdy obiektyw podpinamy do niepełnoklatkowej matrycy z wykorzystaniem konwertera obrazu (aka speedboostera):

  • ZMIENIA SIĘ: ogniskowa i światłosiła nowego instrumentu
  • nowy obiektyw traktujemy jak podłączony do cropowej matrycy więc dla nowej ogniskowej i jasności nadal obowiązuje zmiana pola widzenia i ekwiwalentu głębi ostrości.

Ponieważ to nadal brzmi nieco skomplikowanie, opiszę to na kilku prostych przykładach.

  1. Jacek ma obiektyw Nikon 50mm f/1.4 i podłączył go do swojej Sony FS100, która ma cropa w okolicach 1,5. Jego obiektyw daje takie samo pole widzenia jak obiektyw 75mm (50*1,5=75) na matrycy pełnoklatkowej oraz taką głębię ostrości jak obiektyw 75mm f/2.1 na tejże matrycy pełnoklatkowej (1,4*1,5 = 2,1). Wpuszcza jednak dokładnie tyle światła ile wynika z jego światłosiły czyli f/1.4
  2. Placek dokupił konwerter optyczny o krotności 0,71x i umieścił między kamerą a obiektywem Jacka. Nowy obiektyw powstały po zsumowaniu adaptera i oryginalnych parametrów 50-ki ma ogniskową 35,5mm i jasność f/1.0. Obiektyw ten daje takie samo pole widzenia jak 53mm (50*1,5*0,71 = ok. 53) na pełnej klatce oraz głębię ostrości w przybliżeniu taką jak obiektyw 53mm f/1.5 (f/1,4 * 0,71 * 1,5 = ~f/1,5) na wspomnianej pełnej klatce. Wpuszcza jednak tyle światła co obiektyw f/1.0.
  3. Zenon ma taki sam obiektyw i adapter, ale podłącza je do swojego Panasonika GH4. Parametry obiektywu z adapterem nie zależą od rozmiaru matrycy, nadal więc jest to układ o parametrach 35,5mm f/1.0. Ponieważ jednak crop w GH4 wynosi 2,0x, to obiektyw ten w połączeniu z tym korpusem da Zenonowi pole widzenia takie jak obiektyw 71mm podłączony do pełnej klatki oraz głębię ostrości mniej więcej taką jak obiektyw 71mm f/2.0 również na pełnoklatkowej matrycy. Nadal jednak jest to obiektyw o światłosile f/1.0 i tyle właśnie światła wpuści do matrycy.
  4. Zenon odkrył, że GH4 filmuje też w Ultra HD, ale niestety robi to wykorzystując jedynie środkową część swojej matrycy. Wykadrowanie środkowej części matrycy, jak już ustaliliśmy, to dokładnie to samo co wstawienie w jej miejsce mniejszej, a zatem po przestawieniu w inny tryb nagrywania crop korpusu zmienia się na 2,4. Podobnie jak poprzednio nie ma to wypływu na obiektyw, razem z adapterem nadal jest to 35,5mm f/1.0. Tylko że tym razem daje on pole widzenia i głębię ostrości taką jak pełnoklatkowy obiektyw o parametrach około 85mm f/2.4.
  5. Zenon postanowił pójść z duchem czasów i filmować tylko w Ultra HD, w związku z czym wymienił swojego Speedboostera na model przeznaczony do kamer Blackmagic o krotności 0,64x. Instrukcja wyraźnie mówiła żeby nie podłączać tych adapterów do aparatów Panasonica, ale Zenon nie słuchał, a aparat nie eksplodował, więc nasz bohater mógł wrócić do filmowania. Obiektyw został ten sam – Nikon 50mm f/1.4. Po jego połączeniu z nowym konwerterem powstał inny obiektyw – o ogniskowej 32mm i jasności f/0,9 (50mm*0,64 = 32mm oraz f/1,4 * 0,64 = f/0,9). Crop w trybie Ultra HD wynosi 2,4 i jest to wartość stała, niezależna od obiektywu. Kombinacja tego cropa i nowego obiektywu sprawia, że konstrukcja którą Zenon podłączył do swojego GH4 daje pole widzenia i głębię ostrości takie jak pełnoklatkowy obiektyw o parametrach ok. 77mm f/2.15 (77 = 50*0,64*2,4 oraz f/2,15 = f/1,4*0,64*2,4). I oczywiście nadal wpuszcza tyle światła ile wynika z nominalnej jasności f/0,9.
  6. Eustachy z kolei postanowił zrobić coś awangardowego i wbrew popularnym trendom oraz logice. Do konfiguracji Zenona dopiął telekonwerter o krotności 1,4x. Telekonwerter wraz z obecnym układem optycznym stworzył jeszcze nowszy obiektyw, tym razem o ogniskowej równej: 50mm * 0,64 (adapter) * 1,4 (telekonwerter) = ~45mm. Jego jasność obliczamy analogicznie: f/1,4 * 0,64 * 1,4 = ~f/1,25. Wspomniany obiektyw 45mm f/1,25 przy cropie 2,4 daje ekwiwalent pola widzenia i głębi ostrości pełnoklatkowego obiektywu 108mm f/3.0. Zenon uświadomił Eustachemu, że równie dobrze mógł po prostu kupić systemową PanaLeicę 42,5 f/1.2. Eustachy obraził się i wrócił do filmowania iPhonem kwadratowych filmów na Instagrama.

Z tych przykładów można wyciągnąć interesujące wnioski. Porównując przykłady 1 i 3 widać, że GH4 z adapterem oraz FS100 dają z tym samym obiektywem prawie identyczne pole widzenia i głębię ostrości. Jedyną różnicą jest, że GH4 dzięki adapterowi dostanie o 1EV więcej światła. Z kolei FS100 ma większą matrycę i mniejsze szumy na wysokich czułościach, więc spokojnie może się bez tego dodatkowego 1EV obyć. Zbliżone w granicach rozsądku wyniki daje też kombinacja GH4 w trybie UHD z innym adapterem. Można zatem rozpatrywać aparat z adapterem jako „nowy aparat” z większą matrycą (i wynikającym z większej matrycy innym ekwiwalentem głębi ostrości) oraz wartościami iso przesuniętymi o 1 lub więcej EV. Oba podejścia są równoważne i w ostatecznym rozrachunku można je stosować zamiennie.

Mam nadzieję, że w tym wcale nie tak krótkim jak planowałem tekście udało mi się temat raz na zawsze wyjaśnić i że będzie on pomocny dla osób, które do tej pory miały z tymi zagadnieniami problemy.

[obrazek użyty na początku artykułu to kadr z filmy „Ziemianka”, występują Bartłomiej Blicharski i Joanna Studzińska]

Weź udział w ankiecie Akademii Rzemiosła Filmowego EIZO/videodslr.pl