Jak rozumět specifikacím objektivu: Triky výrobců

Systémy s výměnnými objektivy, ale s čipy menšími než full frame jsou stále populárnější, a existuje už mnoho soupeřících systémů. Na stránkách výrobců, v internetových diskusích i při debatě s kamarády se setkáme se spoustou přepočtů a se srovnáním různých systémů, kde ale panuje několik mýtů a zavádějících polopravd. Zkusme si v tom udělat jasno.

Tento článek bere věci od podlahy a dostane se až do neobvyklé hloubky. Během této cesty se postupně bude snažit udělat jasno ve spoustě problémů. Jeden z těch základních je přepočet světelnosti: pokud mám fotoaparát s menším senzorem než full frame, pak mohu ohniska svých objektivů přepočítat na 35 mm (full frame) formát.

Přepočítává se ale i jejich světelnost nebo ne?

K této otázce se vztahuje spousta dalších, kde sice odpovědi fotografové rámcově znají z praxe, ale téměř bych se vsadil, že nejméně 90 procent z nich by je nedokázalo správně vysvětlit.

Pokud se nad tímto článkem zamyslíte, vyjasní se vám také mnoho dalších témat, jako třeba kdy mají smysl full frame přístroje a kdy naopak použitím menšího senzoru nic neztrácíme. Některé z nich rozeberu v průběhu a na konci, ale teď se vrátím k základům:

Na počátku byl objektiv

Mnohem jednodušší na pochopení bude naši cestu začít u objektivů. Zde je tedy idealizovaný objektiv, jak ho budeme chápat:

Obraz se opravdu cestou obrací, ale ve skutečnosti neprochází jen jediným bodem, nýbrž otvorem s clonou. Anglický termín aperture znamená ve skutečnosti „díra“ nebo „otvor“, takže česká clona vlastně není překlad, ale matoucí opak.

Světlo z krajních bodů v záběru putuje několika směry, aby jej pak čočky zaostřily na senzor:

Clona se značí stylem f/číslo, například f/2,8, což není vůbec náhoda – opravdu to znamená „ohnisková vzdálenost (f) děleno 2,8″. Clona se tedy udává relativně k ohniskové vzdálenosti. Pokud třeba použijeme ohnisko 70 mm, s clonou 2,8 dostaneme otvor o průměru 70/2,8 = 25 mm (pozn.: někdy se místo f/2,8 píše F2,8).

Tato absolutní velikost otvoru v milimetrech je přesně to, co rozhoduje o tom, kolik světla se k senzoru dostane a jak moc bude rozmazaný obraz mimo rovinu zaostření.

Praktický experiment

Abych tento efekt ukázal, připevnil jsem full frame fotoaparát s objektivem 24-70/2,8 na stativ. Nejprve jsem vyfotil stejnou scénu s ohnisky 24 a 70 mm se stejným bodem zaostření a clonou 2,8. Z ohniska 24 mm jsem udělal výřez pro porovnání rozmazání. Samozřejmě podle očekávání je zde velký rozdíl:

Rozmazání je jiné, protože velikost otvorů, kterými prochází světlo, je zcela jiná:

• u ohniska 24 mm je to 24/2,8 = 8,6 mm
• u ohniska 70 mm je to 70/2,8 = 25 mm

Ale co se stane, když u 70 mm dosáhneme stejného otvoru jako u 24 mm? Clona se vypočítá snadno: 70 mm/8,6 mm = 8,1. Tedy cca f/8. Tady je fotka:

Srovnáním se záběrem s 24 mm/2,8 vidíme, že jsme se trefili. Drobné nepřesnosti jsou způsobeny pohybem čoček při zoomování a různým zaokrouhlováním (jak v našich vzorečcích, tak v technických specifikacích objektivu).

Z příkladu vyplývá, že běžné poučky mají pravdu v tom, že s vyšším ohniskem vzrůstá rozmazání (při zachování clony). Ale jak vidno, je to hlavně důsledek toho, že se fyzicky zvětšuje otvor, kterým proudí světlo. Samotná změna ohniska je vedlejší.

Objektiv a senzor

Posuňme se dál a uvažujme nad celým systémem objektiv plus senzor. Protože vlastním techniku Canon, použiju ji jako příklad. Proti sobě budou stát full frame přístroj versus APS-C fotoaparát, který používá 1,6x menší senzor. Pro srovnání jsem použil objektiv 70-200/2,8, který má tu hezkou vlastnost, že je přes objímku připevnitelný na stativ, takže lze za ním prohazovat fotografická těla beze změny polohy.

Objektiv na APS-C tělu s clonou f/2,8 a ohniskem 100 mm dává tento záběr:

Samozřejmě při použití na full frame máme záběr zcela jiný, ale se stejným stupněm rozmazání:

Většina ví, že abychom dostali stejný záběr, musíme ohnisko vynásobit takzvaným crop factorem (viz box).

Jako základní bod se vzal full frame senzor (36×24 mm), který dostal crop factor 1. Senzor s poloviční úhlopříčkou má crop factor 2, s třetinovou 3 atd. U maličkých senzorů v mobilních telefonech se dostáváme ke crop factorům kolem čísla 7 nebo 8. Běžné třídy zrcadlovek od Canonu a Nikonu značené jako APS-C mají crop factor cca 1,6 nebo 1,5.

Takže se započítaným crop factorem je tady záběr se 160 mm na full frame a stále clonou 2,8:

Je okamžitě zjevné, že zatímco úhel záběru je teď stejný, snímek se rozmazává mnohem rychleji, než tomu bylo u APS-C. Důvod je jednoduchý: u APS-C jsem ze 100 mm objektivu udělal 160 mm oříznutím snímku. Jenže fyzický otvor uprostřed objektivu o velikosti 100 mm / 2,8 = 36 mm se vůbec nezměnil a rozhodně najednou nemá 160 mm / 2,8 = 57 mm. Odpovídající clonu můžeme tedy snadno odvodit: 160 mm / 36 mm = cca 4,5. A skutečně, po nastavení clony f/4,5 na full frame dostáváme identický záběr:

Vypadá to, že APS-C ohnisko 100 mm a clona f/2,8 mají tedy ekvivalent 160 mm a clonu f/4,5 na full frame. Jenže kvůli vyšší cloně se musel posunout expoziční čas z 1/13 sekundy na 1/5 sekundy. Tak jak je to s tou ekvivalencí?

	Použité ohnisko	Ohnisko při přepočtu na kinofilm	clona	Velikost otvoru
Canon 350D	100 mm	160 mm	2,8	100 mm / 2,8 = 36 mm
Canon 5D Mark III	100 mm	100 mm	2,8	100 mm / 2,8 = 36 mm
Canon 5D Mark III	160 mm	160 mm	2,8	160 mm / 2,8 = 57 mm
Canon 5D Mark III	160 mm	160 mm	4,5	160 mm / 4,5 = 36 mm

Tajemné ISO

V expozičním trojúhelníku nám kromě clony a času zbývá poslední člen: ISO citlivost. Všichni víme, že čím vyšší číslo, tím víc šumu. Ale jak je definováno například ISO 100?

Z Wikipedie nebo zkráceněji z DxO Mark webu lze získat dost informací o tom, že ISO u digitálních fotoaparátů je jednoduše uděláno tak, „aby to vyšlo“! Přesněji řečeno, abychom pod stejnými podmínkami (přísun světla, clona, čas) dostali stejně světlou fotografii na libovolném systému.

Můžeme si představit, že pod konkrétní ISO hodnotou se interně skrývá číslo-násobič, který zesiluje signál. Takže ISO 100 u malého senzoru vlastně znamená úplně jiný násobič než ISO 100 u velkého! Tím se také vysvětluje, proč malý senzor u dané ISO hodnoty (třeba ISO 3200) šumí víc než senzor velký při stejné hodnotě (pro jednoduchost si při tom představme stejný počet megapixelů).

Takže v příkladu výše změna expozičního času z 1/13 sekundy na 1/5 sekundy byla nutná proto, že se mezi jednotlivými fotoaparáty změnil význam hodnoty ISO (i když číselně pořád byla rovna 100).

ISO u velkého a velmi malého čipu

Počkat. Takže to znamená, že u nějakého malého fotoaparátu s čipem, který má crop factor přes 5, a tedy plochu čipu zhruba 20x menší než full frame, bude ISO 100 šumem odpovídat třeba ISO 2000 u full frame (20x vyšší)?

Přesně tak!

Jako důkaz jsem zvolil srovnání dvou fotoaparátů na DxOMark.com, kde se měří šum. Vybral jsem Canon 6D a Canon PowerShot S110 (high-end model z kompaktů Canonu), které jsou jednak od stejného výrobce a zadruhé byly ohlášeny ve stejný den. Je tam tedy nejvyšší šance, že u senzorů je použita podobná technologie.

Canon 6D je full frame, zatímco S110 má senzor o velikosti 40 mm čtverečních, což je zhruba 21x menší než full frame. Na výsledky se můžete podívat v grafu tady (počkejte, až se stránka kompletně načte, zvolte Measurements a SNR 18 %, následně Print).

Po kratším prostudování je vidět, že šum při ISO 100 u menšího fotoaparátu odpovídá zhruba šumu při ISO 1600 u většího. To, že podíl není 21, ale jen 16, můžeme přičíst technologickým odlišnostem a různým nedokonalostem a zaokrouhlením. Všechna čísla zde vyjadřují schopnosti daného senzoru, použitý objektiv nehraje roli.

Závěr(y)

Když je ISO vyjasněno, můžeme se vrátit k našim ekvivalencím a udělat pár radikálních závěrů, na které netrpělivě čekáte celý článek.

Ekvivalentní objektivy

Hlavní výsledek je následující:

Celý systém APS-C senzoru (1,6x crop) a objektivu 100 mm se clonou f/2,8 bude dělat při stejných expozičních časech naprosto shodné snímky jako systém full frame senzor a objektiv 160 mm se clonou f/4,5.

Stejně velkým otvorem projde stejně velké množství světla. Aby expozice početně vycházela, bude muset full frame systém použít vyšší ISO, ale to bude šumět velice podobně jako nižší ISO u APS-C.

Samozřejmě počítám se stejně pokročilou technologií, ne senzory deset let od sebe.

Dostanete tedy stejný úhel záběru, stejnou hloubku ostrosti, stejný šum – obrázky nebudete schopni rozlišit. Nutno zdůraznit, že full frame přijde o své výhody a nemůže se chlubit menším šumem.

Na přesné přepočty je několik online kalkulátorů, velmi hezký je například na webu Point in Focus.

Klam výrobců

Rozhodně není ekvivalentní objektiv 100 mm/2,8 na APS-C senzoru se 160 mm/2,8 na full frame, jenže právě v tomhle výrobci mlží. Musím říci, že jsem nenašel žádnou vyloženě lživou specifikaci, ale všichni výrobci bez výjimky uvádí originální ohniskovou vzdálenost se světelností a pak přepočtenou ohniskovou vzdálenost na full frame. Ale už bez přepočtené světelnosti.

Nepochybuji, že je to tak schválně, aby se objektivy pro kupující zdály lepší. Všiml si toho už i velký server DPreview.com, který zhruba v poslední době nepřepočítává při srovnáních už jen ohniska, ale právě i světelnosti.

Při přepočtech tedy doporučuju vynásobit crop factorem nejen ohnisko, ale i clonu. Není to dokonalé řešení, ale je mnohem férovější než clonu ponechat na původní hodnotě.

Sigma 18-35/1,8

Velký rozruch způsobil minulý rok objektiv Sigma 18-35/1,8 určený pro APS-C senzory. Nejsvětelnější zoom! … Ano, ale jen pro APS-C. Na full frame odpovídá číslům 29-56/2,8.

Pro uživatele full frame by to ale bylo omezení, protože jsou zvyklí na záplavu standardních objektivů 24-70/2,8. (A pro srovnání: existuje i Sigma 24-70/2,8 na full frame. Ta dokonce váží jen 715 gramů na rozdíl od 18-35/1,8 pro APS-C, která váží 800 gramů!)

Metabones SpeedBooster

Součástka SpeedBooster firmy MetaBones, stará dva roky, způsobila při svém uvedení zmatek a nebylo snadné ji pochopit. Jedná se o adaptér, který se pyšní tím, že dokáže na jeden systém namontovat objektiv z jiného. Pro příklad si vezměme Canon EF objektiv na Sony NEX senzoru, při čemž sníží ohniskovou vzdálenost (vynásobí se 0,71x) a dokonce zvýší světelnost o 1 stupeň! Fantazie. Kdo by tohle nechtěl?

Běžný adaptér bez optických členů by s objektivem Canon EF (na full frame) provedl na Sony NEX (crop 1,5x) toto:

Vezme se jednoduše střední část obrázku, čímž se dostáváme k běžné „crop“ situaci, která číselně odpovídá delšímu ohnisku a vyšší cloně. U SpeedBoosteru je průběh světla jiný. Optika zajišťuje, že se využije celý obraz procházející objektivem a ne jen jeho prostředek:

Čísla zde ale slouží jen k napravení toho, co opět jen číselně způsobil crop factor. Objektiv 100/2,8 by s běžným adaptérem byl ekvivalentní 150/4 na full frame. Se SpeedBoosterem, čemuž odpovídá násobič 0,71x a zlepšená světelností o jeden stupeň, se dostáváme jednoduše zpět přesně na 100/2,8 – to znamená, že objektiv je ekvivalentní sám sobě. Fyzicky se vůbec nic nezměnilo a rozhodně se magicky nezlepšil.

Číselně je vyjádřeno to, co z obrázku vyplývá intuitivně. Objektiv bude poskytovat přesně stejný obraz – šířka záběru, rozmazání, šum – jako by byl namontovaný na full frame aparátu. Oproti běžným nativním NEX objektivům jsme ale potřebovali mnohem větší a těžší sklo, takže o úsporu se nejedná.

Jsou bezzrcadlovky tak malé a lehké?

Pořád někde slýchám o lidech, kteří přechází na bezzrcadlovky, hlavně asi na Micro Four Thirds formát (MFT, crop 2x), a jsou nadšení, jak jsou fotoaparáty a objektivy malé a lehké ve srovnání s full frame nebo i APS-C (crop 1,5x/1,6x) systémem.

Kéž by tomu tak bylo.

Těla jsou opravdu o něco menší, ale objektivy, kvůli většímu cropu, jsou opět zavádějící. Základní jsou sice menší, ale zároveň mnohem méně světelné než podobný full frame objektiv. Pokud budeme porovnávat objektivy, které dávají stejný obraz, situace není zdaleka tak příznivá. V MFT se tolik nevyznám, takže jsem vybral objektivy spíše namátkou, za korekce budu rád:

Olympus 12-40/2,8 – vyšší třída, která odpovídá 24-80/5,6 na full frame, váží 385 g. Tak málo světelný objektiv se na full frame nevyrábí, nejblíže jsem našel Canon 24-105/3,5-5,6 s váhou 525 g. Je sice o třetinu těžší, ale zato má větší rozsah ohnisek a vyšší světelnost.

Panasonic 25/1,4 – jeden z nejsvětelnějších objektivů, ale ekvivalent jen 50/2,8 na full frame, váha 200 g. Nikon a Canon vyrábí dohromady tři různé verze 50/1,8, které jsou výrazně světelnější, váží 130, 155 a 185 g. (Jsou asi i víc plastové, ale je to jen pro ilustraci.)

Panasonic 42,5/1,2 – ekvivalent 85/2,5 na full frame, váha 425 g. Canon 85/1,8 s výrazně lepší světelností má také 425 g.

Nicméně MFT objektivy jsou často vysoké kvality a opticky mohou být ostřejší. Pokud je navíc použit k výrobě kov namísto plastu, přispěje to k jejich relativně vyšší váze. Ale přesná analýza konkrétních objektivů není cílem tohoto článku. Jde o to ukázat, že podobně kvalitní objektivy menších senzorů nejsou automaticky také menší.

Mají bezzrcadlovky smysl?

• Samotná těla jsou opravdu menší, ale rozhoduje absolutní velikost optické soustavy vpředu a ta se zjevně zatím ošidit nedá (ale uvidíme, co v budoucnu dokážou nové materiály a technologie). Pokud vám opět nevadí menší absolutní světelnost a nefotíte v až tak velké tmě nebo nepotřebujete tak malou hloubku ostrosti, bezzrcadlovky jsou dobrá volba.

Kdy má smysl full frame?

Objektivu typu 85/1,8 na full frame by na Micro Four Thirds odpovídal 42,5/0,9. Ten sice existuje, ale nemá automatické ostření a jedná se číselně o nejlepší světelnost na MFT (a je také velmi drahý, $999 vs. $369 u Canon 85/1,8). U full frame lze ještě pokračovat až k 85/1,2, která už ekvivalent v MFT světě nemá (byl by to 42,5/0,6).

Stejně tak velmi oblíbené full frame objektivy 70-200/2,8 (1,5 kg těžké) nemají ve světě MFT soupeře (potřebovali bychom 35-100/1,4).

Pokud tedy používáte vysoce světelné objektivy a baví vás malá hloubka ostrosti, malé senzory pro vás nejsou to pravé.

Full frame fotoaparáty mají výhodu ještě v jedné situaci: v nejmenším dosažitelném šumu a tím největším dynamickém rozsahu. Řekněme, že na full frame fotíme krajinu na ISO 100 s ohniskem 20 mm, clonou řekněme f/16 a časem 1 sekunda. U senzoru s crop factorem 2 by vycházelo ohnisko 10 mm s clonou f/8. Abychom byli zase u času jedna sekunda, tak by ISO muselo být 25.

Jenže ISO už často pod 100 snížit nejde, takže nám nezbývá, než ho nechat na této hodnotě a zkrátit čas na 0,25 s. Ale jak jsme si vysvětlili, ISO 100 u menšího senzoru bude mít větší šum než u většího. Full frame tedy bude vést a je to logické, protože během jednosekundové expozice pochytal víc světla než menší senzor během 0,25sekundové. Řešení pro malý senzor by bylo vyfotit čtyři fotky po 0,25 sekundách a zprůměrovat je, čímž by se šum snížil na hodnoty běžné u full frame. Toto řešení je ale poměrně nepraktické.

Kdy nemá smysl full frame?

• V poslední době se objevují lehké full frame objektivy s menší světelností, jako Canon 24-70/4 (namísto f/2,8) a 16-35/4 (opět namísto f/2,8). Určitě mají svůj smysl, ale pokud je nepoužíváte na ISO 100, je možné, že stejně dobře by vám posloužil systém s menším senzorem a číselně větší světelností.
• Tady je na každém porovnání konkrétních hmotností, velikostí a cen, aby zjistil, který systém se mu vůbec vyplatí.

Jasno nebo aspoň jasněji?

Osobně doufám, že se mi povedlo zčeřit hustou mlhu matoucích pojmů, za kterou mohou z velké části i výrobci. Pokud by ale přece jen něco nebylo jasné nebo bylo dokonce špatně, budu rád, když napíšete do komentářů. Může z toho být i námět na další pokračování.