Кружок нерезкости

Кружок нерезкости (в англоязычной литературе — Circle of Confusion, CoC) — фундаментальное понятие геометрической оптики и фотографии, описывающее световое пятно, образующееся на матрице или плёнке от лучей точечного источника света, если этот источник расположен ближе или дальше плоскости наведённой фокусировки.

Физический смысл и принцип работы

Идеальный объектив должен собирать все лучи, исходящие из одной точки объекта, в строго одну точку на светочувствительном элементе. Однако на практике это условие выполняется только для объектов, находящихся на дистанции наводки на резкость. Для всех остальных точек пространства лучи пересекаются до или после плоскости сенсора, продолжая двигаться дальше и формируя на поверхности не точку, а пятно рассеяния круглой формы.

Если размер этого пятна меньше разрешающей способности человеческого глаза или предельной детализации сенсора при просмотре готового снимка, наблюдатель воспринимает область как резкую. По мере удаления объекта от плоскости фокусировки диаметр кружка нерезкости увеличивается, и детали начинают размываться.

Допустимый кружок нерезкости и граница резкости

Понятие допустимого кружка нерезкости ($c$) лежит в основе расчета параметров оптики. Оно определяется как максимальный диаметр пятна на сенсоре, который человеческий глаз с расстояния наилучшего зрения (обычно принимаемого за 25–30 см) не способен отличить от точки на отпечатке стандартного размера (как правило, 20×30 см при увеличении около 8–10 раз).

Для полнокадровых камер (формат 36×24 мм) классическое значение допустимого кружка нерезкости составляет примерно 0,029–0,03 мм. Для камер с меньшим фотографическим форматом и соответствующим кроп-фактором это значение пропорционально уменьшается (например, для сенсоров APS-C оно составляет около 0,018–0,02 мм), так как требуется больший коэффициент увеличения снимка до стандартного размера.

Влияние параметров съёмки

Размер кружка нерезкости для конкретной точки пространства зависит от нескольких оптических и геометрических факторов:

• Диафрагма: При закрытии диафрагмы (увеличении числа f) физический диаметр светового пучка, проходящего через апертуру, уменьшается. Это сокращает размер пятна рассеяния для расфокусированных точек, что напрямую расширяет глубину резкости.
• Фокусное расстояние: С ростом фокусного расстояния объектива увеличивается масштаб изображения и крутизна расходящихся лучей, из-за чего кружки нерезкости для удаленных от фокуса объектов растут быстрее.
• Дистанция до объекта: Расстояние до точки фокусировки и до фона определяет степень их удаления от плоскости резкости.

Именно через величину допустимого кружка нерезкости выводятся математические формулы для расчета глубины резкости и такого параметра, как гиперфокальное расстояние.

Связь с боке и оптическими аберрациями

Вне зоны резкости форма и характер распределения света внутри кружка нерезкости формируют рисунок размытия фона, известный как боке. На практике идеального равномерного распределения света не бывает из-за влияния аберраций (особенно сферической и комы), а также формы лепестков диафрагмы, которые могут превращать круглые пятна в многоугольники.

Кроме того, явления вроде виньетирования могут деформировать кружки нерезкости по краям кадра, придавая им форму «лимонов» или «кошачьего глаза».