Кроп-фактор

Кроп-фактор (англиц. от crop factor ← crop «обрезать» + factor «множитель») — условный коэффициент, отражающий изменение поля зрения объектива при его использовании с кадровым окном уменьшенного размера. Эта величина появилась одновременно с цифровой фотографией и чаще всего интерпретируется, как виртуальное увеличение фокусного расстояния оптики, рассчитанной на малоформатный кадр фотоплёнки при использовании фотоматрицы меньшего размера. Физический смысл кроп-фактора можно описать отношением диагонали стандартного кадра к диагонали используемого.

$K_{f}$ = диагональ_35мм / диагональ_{матрица} (диагональ малоформатного кадра 24×36 мм ≈ 43,3 мм)

Таким образом, кроп-фактор «полнокадровой» матрицы, соответствующей размерам малоформатного кадра, равен единице. В практической фотографии кроп-фактор не может быть меньше единицы, поскольку использование кадра размеров, превышающих расчётные, приводит к виньетированию. Кроп-фактор служит только в качестве справочной величины и никак не влияет на действительное фокусное расстояние объективов, зависящее от их оптической конструкции.

Происхождение термина[править | править код]

В аналоговой фотографии понятия кроп-фактора не существовало, несмотря на огромный диапазон размеров кадрового окна фотоаппаратов. Каждому формату негатива соответствует определённое фокусное расстояние объектива, считающееся нормальным. Обычно оно приблизительно равно диагонали кадра или незначительно её превосходит^[1]. Так, для крупноформатных камер с кадром 9×12 см нормальным считается объектив с фокусным расстоянием 135 мм. Для среднеформатного кадра 6×6 см нормальный объектив — 80 мм, а для малоформатного — 50^[2]. Объективы с фокусными расстояниями меньшими, чем нормальное, считаются широкоугольными (короткофокусными), а с бо́льшим — длиннофокусными. Так, фокусное расстояние 50 мм, считающееся нормальным для малоформатного кадра, в среднем формате соответствует широкоугольному объективу, а для 16-мм киноплёнки — длиннофокусному. Однако понятие «кроп-фактор» никогда не использовалось, поскольку для каждого типа аппаратуры с различными размерами кадра выпускались соответствующие объективы, в том числе сменные.

Слово «кроп-фактор» получило распространение одновременно с появлением гибридов, созданных из серийных зеркальных фотоаппаратов и цифровых приставок с ПЗС-матрицей. Наиболее известны такие гибриды, как Kodak DCS 100, Kodak NC2000 и Canon EOS DCS 3 на основе малоформатных камер^[3]. Такие устройства использовали стандартные плёночные объективы для съёмки на матрицы значительно меньших размеров. В 1990-х годах создание крупных матриц было сопряжено с большими технологическими сложностями, и самым большим доступным размером был нынешний APS-H^[4]. Матрицы уменьшенного размера до настоящего времени значительно дешевле полнокадровых и используются в цифровых зеркальных фотоаппаратах совместно с объективами, выпущенными для 35-мм фотоплёнки или разработанными позднее для кадра такого же размера. В результате при съёмке используется только центральная часть изображения, даваемого объективом, сужая его расчётное угловое поле^[5]. В этом случае величина кроп-фактора служит относительной мерой для определения масштаба изображения, даваемого объективом на уменьшенном кадре. Впоследствии понятие кроп-фактора стало применяться во всей цифровой фотографии как средство сопоставления фотосистем с различным размером матрицы.

Для цифровых зеркальных фотоаппаратов кроп-фактор обычно находится в пределах 1,0—1,6. Наибольшее распространение получили значения 1,6 и 1,5 (стандарты APS-C и Nikon DX), а величина 1,3 (стандарт APS-H) встречается только в камерах семейства Canon EOS-1D. Кроп-фактор беззеркальных фотоаппаратов обычно выше: 1,5—2 (Samsung NX и Micro 4/3). В некоторых случаях понятие кроп-фактора используется применительно к матрицам большего размера, чем малоформатные. Так, цифровые задники для фотоаппаратов Hasselblad среднего формата 6×6 см оснащаются матрицей 37×37 мм, обеспечивая кроп-фактор 1,5 относительно исходного плёночного кадра^[6].

Уменьшение поля зрения[править | править код]

Наличие кроп-фактора уменьшает эффективный угол изображения и сопряжённое с ним угловое поле объектива. Например, объектив с фокусным расстоянием 28 мм на полном кадре обладает угловым полем примерно 73° по диагонали. На кадре с кроп-фактором 1,6 этот угол составит всего 50° по диагонали, что эквивалентно объективу с фокусным расстоянием примерно 45 мм $(28\times 1{,}6=44{,}8)$ для 35-мм плёнки.

Это неудобно, когда необходим широкий угол. Сверхширокоугольные объективы при уменьшении размера кадра становятся просто широкоугольными, а широкоугольные становятся нормальными. Однако для телеобъективов кроп-фактор даёт определённые преимущества. Например, 300-мм объектив с учётом кроп-фактора 1,6 даёт такое же угловое поле, как телеобъектив с фокусным расстоянием 480 мм^[7]. Кроме этого, характеристики любых объективов падают к краям поля изображения, поэтому на уменьшенной матрице качество более однородно^[8].

Конкретный объектив всегда даёт одинаковое изображение, независимо от того, на какую камеру он установлен. Увеличение изображения происходит только потому, что используется его меньшая часть, которая выглядит увеличенной на таком же мониторе и при печати в том же формате. Сужения поля зрения объектива на уменьшенной матрице можно избежать применением особой разновидности широкоугольного конвертера, выпускаемого компанией «Metabones» под названием «Speed Booster».

Устройство предназначено для беззеркальных фотоаппаратов и позволяет сохранить поле зрения «полнокадровых» объективов на матрице размера APS-C^[9]. При этом светосила этих объективов увеличивается пропорционально квадрату кратности конвертера с сохранением глубины резкости.

Эквивалентное фокусное расстояние[править | править код]

Для профессиональных фотографов, привыкших к соотношению фокусных расстояний и поля зрения малоформатной аппаратуры, его изменение привнесло неудобства при выборе оптики для цифровых фотоаппаратов. Поэтому стал применяться термин «эквивалентное фокусное расстояние» (ЭФР), который характеризует фокусное расстояние объектива с эквивалентным угловым полем для конкретного кроп-фактора^[5]. Например, об объективе 31 мм (при установке его на камеру с кроп-фактором ≈1,6) будут говорить как об эквиваленте 50 мм для 35-миллиметровых камер.

Для сравнения фокусных расстояний двух объективов, предназначенных для разных фотоаппаратов, необходимо указанные на объективах фокусные расстояния умножить на кроп-фактор фотоаппарата. Например:

1. Объектив «SMC Pentax-DA» имеет маркировку «18~55 mm». Кроп-фактор фотоаппарата, на котором установлен данный объектив, — 1,53. Умножив фокусные расстояния на кроп-фактор, получаем ЭФР: 28~84 мм.

2. Объектив фотоаппарата «Olympus C-900Z» имеет маркировку «5,4~16,2 mm». Кроп-фактор данного аппарата равен 6,56. Умножив, получаем ЭФР: 35~106 мм.

Теперь, переведя фокусное расстояние обоих объективов к ЭФР, мы можем их сравнить. Первый обладает более широким угловым полем при широкоугольном положении, второй — более длиннофокусным телеположением.

Эквивалентная резкостная диафрагма[править | править код]

Не общепринятый и некорректный термин, появление которого связано с упрощённым пониманием связи между глубиной резкости и относительным отверстием. Не встречается в специальной, учебной и справочной литературе.

Предполагается, что объектив с фокусным расстоянием, например, в 1,6 раз меньшим, на матрице в 1,6 меньшего размера, на тех же диафрагмах будет обладать большей глубиной резкости, чем объектив с исходным фокусным расстоянием и эквивалентным угловым полем. Поэтому для той же глубины резкости предлагается использовать так называемую «эквивалентную резкостную диафрагму», значение которой больше (знаменатель меньше), чем у исходного объектива.

Поскольку данное предположение не учитывает ни разрешения фотоприёмника, ни масштаба увеличения (размера конечного отпечатка), то фактическая ГРИП может значительно отличаться от предполагаемой.

Сменная оптика для камер с кроп-фактором[править | править код]

Большинство производителей цифровой зеркальной фотоаппаратуры создало упрощённые линейки объективов и стандарты байонетов, совместимые с доминирующим, но допускающие укороченный задний отрезок и уменьшенное поле изображения. Такие линейки рассчитаны только на цифровые фотоаппараты такого же стандарта и несовместимы с полнокадровыми и плёночными. Однако удешевление конструкции таких объективов, особенно широкоугольных, позволяет создать качественную оптику потребительского уровня. Наиболее известными стали такие стандарты, как Canon EF-S и Nikon DX. Объективы этих стандартов создают качественное изображение в пределах поля 22,5×15 мм, соответствующего сенсору APS-C.

Объективы, рассчитанные на камеры с кроп-фактором, обычно нельзя использовать со стандартными, несмотря на идентичную конструкцию байонета. Этому может препятствовать другое устройство хвостовой части, входящей в камеру глубже (например, серия Canon EF-S). Даже в случае отсутствия технических ограничений на установку (Pentax, Nikon) объектив может давать заметное виньетирование или вовсе ограничивать поле изображения пределами центрального круга. При этом стандартные объективы можно использовать с «кропнутыми» фотоаппаратами без ограничений.

Некоторые размеры матриц[править | править код]

Необходимо учитывать, что разница в площади полнокадровой и «кропнутой» матрицы это квадрат кроп-фактора, например при кроп-факторе 1.5x от полного кадра 35 мм площадь матрицы будет в 2,25 раза меньше^[10], (так как размер матрицы слегка отличается от декларируемого кроп-фактора у всех производителей в меньшую сторону — разница на деле получается ещё больше — 2,3 раза для стандартного 1.5x кропа, и 2,6 раз для стандартного 1.6x кропа). 4/3 матрицы обладая кроп-фактором 2x, по площади меньше полного кадра в 4 раза. Соответственно на матрицы с кроп-фактором 1.5х попадает в 2,3 раза меньше света за единицу времени, чем на полнокадровую 35-мм матрицу при условии использования оптики с одинаковой светосилой.

4/3, 18×13,5 мм, соотношение сторон 4:3[править | править код]

Стандарт 4/3 разработан совместно компаниями Olympus, Kodak и несколькими другими. В 2010 году камеры с матрицами такого формата производили фирмы Olympus и Panasonic. Декларировались цели снижения стоимости производства, веса камер и объективов.

DX и APS-C, около 25,1×16,7 мм, соотношение сторон 3:2[править | править код]

Фотосенсоры таких размеров наиболее часто встречаются в цифровых зеркальных, беззеркальных и дальномерных фотоаппаратах. Стандартный кроп-фактор для данного формата составляет 1.5x (Nikon, Sony, Pentax, Fujifilm) или 1.6x (используется Canon). Их площадь примерно соответствует размеру кадра полуформатного фотоаппарата. Если данный размер матриц у таких производителей как Canon, Nikon и Sony является вторичным по отношению к полнокадровым камерам, то Fujifilm делает упор именно на камеры APS-C формата и обладает одной из сильнейших линеек камер и оптики в данном сегменте, в том числе, например, сверхпопулярной^[11] серией беззеркальных компактных камер X100/X100S/X100T/X100V с несменным 23 мм объективом и дальномерным оптическим видоискателем^[12]. Компания Sony в данном сегменте представлена шеститысячной серией беззеркальных камер Alpha. Canon в данный момент имеет три линейки APS-C формата, зеркальная EF-S серия, беззеркальная EF-M серия с малым диаметром байонета, разработанным исключительно для APS-C формата, и серия RF-S, представляющая собой беззеркальные камеры изготовленные на байонете RF. Canon в данный момент выпускает только камеры RF-S формата, для остальных осуществляется поддержка. Компания Nikon представлена на рынке APS-C камер зеркальной серией DX, и беззеркальной серией Z на одноимённом байонете. Так же, как и Canon, Nikon в данный момент выпускает APS-C камеры только на актуальном байонете Z. Единственным производителем до сих пор выпускающим зеркальные камеры APS-С формата является Pentax.

APS-H формат, 27×18 мм, соотношение сторон 3:2[править | править код]

Фотосенсор с линейными размерами в 1,3 раза меньшими, чем у малоформатного кадра. Разработан фирмой Kodak для использования в гибридных фотоаппаратах, созданных совместно с Canon. В дальнейшем выпуск матриц этого размера продолжен компанией Canon, использовавшей их в профессиональной линейке Canon EOS-1D. В данный момент камеры с данным форматом сенсора не выпускаются.

Полнокадровый (англ. full frame) фотодатчик формата 36×24 мм ±1 мм, соотношение сторон 3:2[править | править код]

Первым в мире серийным фотоаппаратом с полнокадровым сенсором и кроп-фактором, равным единице, в сентябре 2002 года стал Canon EOS-1Ds^[13]. За два года до этого Asahi Optical и Kyocera анонсировали полнокадровые фотоаппараты, производство первого из которых Pentax MZ-D так и не было запущено, а камера «Contax N Digital», выпущенная на несколько месяцев ранее Canon, вскоре была снята с производства. До выхода Contax N Digital и EOS-1Ds матрица формата 24×36 мм была доступна только в среднеформатных цифровых задниках, давая со штатной оптикой кроп-фактор 1,6. Попытки выйти на рынок цифровых зеркальных полнокадровых камер так же осуществлял Kodak. Наиболее популярными полнокадровыми зеркальными камерами в своё время являлись линейка 5D от компании Canon и камеры 800-й серии от компании NIkon^[14]. Полнокадровые зеркальные камеры так же выпускает компания Pentax.

В настоящее время на рынке представлено множество моделей фотоаппаратов с полнокадровым сенсором (Canon, Nikon, Sony, Panasonic, Pentax, Sigma).

Первой полнокадровой беззеркальной камерой с несменной оптикой стала Sony RX1, выпущенная в 2012 году и обладавшая объективом Carz Zeiss 35mm f2. Первая полнокадровая беззеркальная камера со сменной оптикой Sony A7 была выпущена в конце 2013 года, стоит отметить, что третья версия этой камеры Sony A7III в данный момент является самой популярной полнокадровой камерой в мире как среди зеркальных, так и беззеркальных камер^[15]. В 2017 году была выпущена первая в мире профессиональная репортажная беззеркальная полнокадровая камера Sony A9, которая вместе с второй версией этой камеры завоевала огромную популярность, например, агентство Associated Press полностью перешло на использование репортажных камер Sony.^[16] В 2018 году свои первые беззеркальные полнокадровые камеры выпустили Canon — EOS R, и Nikon — Z6 и Z7. В 2021 году обе компании выпустили беззеркальные полнокадровые камеры направленные на профессиональных фотографов, ими стали Canon R3 и Nikon Z9, обе камеры были настолько популярны на старте продаж, что очередь на них составляла до нескольких месяцев ожидания^[17]^[18]. Так же выпуском беззеркальных камер с полнокадровыми сенсорами занимается Panasonic и Sigma, но они обладают меньшей популярностью вследствие отсутствия фазового автофокуса у Panasonic и весьма специфического назначения камер Sigma^[19].

В данный момент на рынке присутствуют как многомегапиксельные модели — Sony A1 (50мп), Sony a7RIV/V (60мп), Canon R5 (45мп), Nikon Z7/Z7II/Z9 (45мп), Sony A7RIII (42мп), и другие, направленные на пейзажно-художественную съёмку так и ориентированные на малошумность и репортажную съёмку маломегапиксельные камеры Sony A9/A9II (24мп), Sony a7III (24мп) / IV (30мп), Nikon Z6/Z6II (24мп), Canon R6 (20мп) / R6II (24мп). Так же на рынке присутствуют камеры ориентированные на видеосъёмку — серия Sony A7S или Panasonic Lumix S1H.

Если байонет Sony E изначально разрабатывался для камер с кроп-фактором 1.5, и лишь допускал использование полнокадровых датчиков, то байонеты Canon RF и Nikon Z изначально разрабатывались с учётом полнокадровых матриц. Это с одной стороны даёт камерам и объективам Sony намного большую компактность, с другой стороны, стабилизация изображения обычно на несколько ступеней лучше на изначально предназначенных для полного кадра байонетах (вследствие большого диаметра и соответственно большего простора для колебания матрицы). На последнем поколении камер разница составляет примерно 5,5 декларируемых ступеней у Sony против 8-ми декларируемых ступеней у Canon и Nikon^[20]. Гипотетическая разница по количеству улавливаемого света в подавляющем большинстве случае нивелируется конструкцией оптики или же несущественна^[21].

Среднеформатная матрица формата 60×45 мм, соотношение сторон 4:3[править | править код]

В основном применяются в цифровых задниках для среднеформатных камер. Существуют среднеформатные цифровые камеры со сменной оптикой от нескольких производителей, как зеркальные, так и беззеркальные, например от компаний Fijifilm, Leica и Pentax.