Net Alan Derinliği ve Otomatik Netleme

Fotoğrafta netlik, net alan derinliği, netleme noktaları ve otomatik netleme gibi kavramaları
tam olarak anlayabilmek için başlangıç noktasına giderek görüntünün nasıl oluştuğu ve hangi
sebeplerin netliğe etki ettiğini, net alan derinliğinin oluşumundaki faktörlerin mantığını
anlamamız gerekir.
CAMERA OBSCURA
Karanlık bir kutunun bir köşesine açılmış küçük bir delik ve fizik kuralları gereği küçük bir
delikten karanlık yüzeye ters düşen görüntü bugünkü fotoğrafın temelidir. Bu karanlık kutuya
Camera Obscura denilmiş, kim demiş ne zaman demiş dediğimizde karşımıza 13. yy. Arap
yazmalarında ilk defa bu kutudan bahsedildiği ve daha sonraki dönemde de 15. yy. da
Leonarda Da Vinci’nin karanlık kutuyu tasvir ettiği ve bazı cisimlerin görüntülenmesini
sağladığı bilinir.
Küçük bir delikten içeri giren ve karşıya ters olarak yansıyan görüntü mantığı aynı zamanda
sorunlar ve sorularla birlikte gelişmesini sürdürdü. Şöyle ki deliğin çapı çok küçük olduğunda
görüntü karanlık olur ve uzun süre pozlanması gerekir. 1826 yılında Joseph Nicephore Niepce
tarafından çekilen ilk fotoğrafın pozlanması için geçen 8 saat buna güzel bir örnek. O zaman
bu sorunu çözmek için deliği büyütelim ne var bunda dediğimizde de karşımıza fazla ışık
dağılmasından dolayı netlik kayıplarının yaşanması sorunu çıkıyor.Aynı zamanda deliğin
boyutları her seferinde yeniden açılmak durumunda kalıyordu ki John Zahn adında bir Alman
papaz deliğin boyutunu ayarlamak için bir diyafram, netliği sağlayabilmek için ileri geri
oynayan bir mercek ve daha kolay çalışabilmek için üstten bakılabilen bir mekanizma yapmış.
Hemen hemen fotoğraf makinesinin dedesi sayılabilecek bir yapı bu.
Diyaframın çapı küçüldüğünde daha fazla alanda net görüntü alınabiliyor, aksi durumda
görüntü bulanıklaşıyor. Bu temel sorundan sonra günümüzde kullanılan fotoğraf
makinelerinin görüntüyü nasıl oluşturduğuna bakalım.
Deklanşöre bastığımız andan itibaren objektiften gelen ışık(görüntü) merceklerden kırılır,
ayna kalkar perde ayarladığımız zaman dilimi kadar açılır ve daha sonra film/sensor
düzlemine düşerek görüntüyü oluşturur.
NETLİK VE NET ALAN DERİNLİĞİ
Çok uzaklardan baktığımızda 5x10 metrelik bir posteri net olarak görürüz ancak yanına
yaklaştığımızda neredeyse 1-2 cm yi bulan noktalardan oluştuğunu fark ederiz ve az önceki
net görüntü yerine belirsiz dağınık bir görüntü ile karşılaşırız. Gözleri çok iyi görmeyen biri
içinde size net gelen görüntü onun için bulanık olabilir. Bu bakımdan düşünüldüğünde netlik
bazı etkenlere bağlı olarak sabit bir kavram değildir. Uzaklığa ve kişiye göre değişebilir, bu
nedenle netlik için kullanılan bir standart tanım oluşturulmuş ve normal görebilen birinin neyi
ne kadar mesafeden net görebildiği sabit değerlerle tanımlanmıştır. Bu konuya ileride
geleceğiz ancak gelmeden önce net alan derinliği ile ilgili klasik tanımımızı da yapalım ve
biraz daha detaya girelim.
Net alan derinliği :
Görebildiğimiz en yakın net nokta ile en uzak net nokta arasındaki alana net alan derinliği
denir. Olabildiğince basit bir kavram ancak neden ve nasıl sorularını sorduğumuzda olay
biraz karmaşık hale geliyor.
NETLİK VE NET ALAN DERİNLİĞİNE ETKİLEYEN FAKTÖRLER
Net alan derinliğini etkileyen faktörler; diyafram açıklığı, objenin mesafesi ve objektifin
odak uzaklığıdır.
Diyafram açıklığı
Daha önce de bahsettiğimiz gibi diyafram kısık olduğunda (f değeri büyüdüğünde) net alan
derinliği artıyor. Aksi durumda net alan derinliği azalıyor. Neden ve Nasıl? Sorularını
sorduğumuzda işte öyle oluyor gibi bir cevap tatmin etmeyecektir. O zaman?
Işık objektiften içeri girdiğinde tek kol halinde yol almaz, sağdan, soldan, üstten, alttan, dört
bir koldan ilerler ve düz doğrultuda değildir. Bazı fotonlar sekerek ve saçılarak odaklanması
gereken yerin etrafına da yayılır.
Diyaframın açık olduğu durumlarda fazla ışık gireceğinden dolayı film yüzeyine düşen ışık
beklenen, olması gereken ışıktır. Saçılımlar olacaktır ama beklenen ışık fazla olduğundan
dolayı saçılan ışık önemsiz bir yüzdeye sahip olacaktır.
Aynı şekilde diyafram kısıldığında beklenen ışığın alanı daraldığından bu alanın dışında da
saçılan ışık parçacıkları belirgin bir yer kaplayacak ve kalitede düşmeler yaşanacaktır.
Kabaca bir örnek verirsek; buğday elenen bir eleği düşünelim, bu eleğin altında aynı
boyutlarda yuvarlak bir tepsi olsun. Buğday ışık, elek diyafram, tepsiyi de film yüzeyi
şeklinde tanımlayabiliriz. Eleği hafifçe sallayıp elemeye başladığımızda tüm deliklerden
buğdaylar elekle aynı boyutta olan tepsiye dökülecek ve tepsi üzerinde hemen hemen
homojen bir birikinti oluşacaktır. Elemeden kaynaklan sağa sola saçılan buğdaylar bu
homojen birikintinin yanında çok fark edilmeyecektir. Aynı koşullarda eleği küçülttüğümüzde
(diyaframı kıstığımızda) eleğin hemen altına gelen kısımda buğdaylar belirli bir oranda
birikecek ancak sallamadan dolayı sağa sola saçılan buğday taneleri tepsinin diğer kısmına da
düşerek kenarlarda farklı miktarlarda ve eşit olmayan buğday birikintileri oluşacaktır.
Diyafram küçüldüğünde net alan derinliği artar demiştik ama yukarıdaki örnekte kısılan
diyaframdan dolayı rasgele saçılan ışıkların kaliteyi düşüreceğini belirttik. Diyaframı kısmak
net alan derinliği artıyorsa netliğinde artması gerekmez mi?
Burada karıştırılmaması gereken önemli bir nokta var diyafram açık konumda(f 1.8) net alan
derinliği azalır ancak görüntü az saçılımdan dolayı daha kaliteli olacaktır. Aksi durumda(f 22)
net alan derinliği artacaktır ancak diyaframın açık olduğu duruma göre kalite azalacaktır.
Diyafram açık konumda iken ışığın objektiften girerek film düzlemine düşmesi :
Diyaframın kapalı olduğu durumda ışığın sensor üzerine düşmesi.
Circle of Confusion
Netlik tanımını yaparken netliğin belirli bir standartla tanımlandığını belirtmiştik. Circle of
Confusion (hayalet çember – kabul edilebilir keskinlik çemberi) netlik için kullanılan bir
tanımlamadır. Normal gözle bakılığında belirli mesafede artık bu noktadan sonra keskinlik
biter denilen nokta circle of confusion noktasıdır. Fotoğraf makinesinin sensor boyutuna göre
değerleri sabittir. Mesela 36mm x 24 mm lik bir full frame sensorde bu değer 0.03mm dir.
Yani bir noktanın boyutu 0.03mm ise bu nokta nettir anlamını çıkarabiliriz. Peki nasıl? Bu
değer nasıl belirlenir ve neye göre belirlenir?
21x29.7 cm yani a4 kağıt boyutunda bir görüntüye 40cm den sağlıklı bir gözle bakıldığında
net görünebilen nokta boyutu CoC için bir referanstır. 36x24mmlik bir sensordeki görüntüyü
a4 ebatlarına bastığımızda piksel boyutlarını 8.33 kere büyütmüş oluyoruz.
30 x 21 cm / 3.6x2.4 cm(36 x 24 mm) = 8.3
Sağlıklı bir insan gözü en fazla 0.25mm lik bir büyüklüğü fark edebilir. Bu durumda full
frame sensore sahip bir makinenin Circle of Confusion değeri
0.25 / 8.33 = 0.03 mm.
Standart netlik tanımı bu sabite göre değerlendirilir. 0.03 mm den büyük noktalar(çember)
netlik için dezavantaj oluşturacaktır.
Sensor boyu küçülen makinelerde bu değer daha küçük olacağından görüntüde kalite kayıpları
yaşamak kaçınılmaz olacaktır.
Örneğin 1.6 Crop Factore (APS-C) sahip Canon Eos 20d de sensor boyutu 22.2 x 14.8 mm
dir.
30 x 21 cm / 22.2 x 14.8 mm = 13.5 kat zoom
0.25/ 13.5 = 0.018
Canon eos 20d de kabul edilebilir netlik için çemberin boyutu 0.018mm olmalıdır.
Circle of Confusion mantığını da anladıktan sonra diyaframın net alan derinliği ve netlik
üzerindeki etkisini şöyle özetleyebiliriz.
Diyafram açık olduğunda içeri giren ışık fotonları daha geniş bir koni halinde önce odak
noktasına arkasından da geniş bir koni tabanıyla sensor düzlemine düşecektir. Netlik
noktasının haricindeki alanlardan gelen ışık parçaları diyafram açık olduğunda daha büyük
bir çember oluşturacaktır bu da CoC değerini artıracağından netlik bölgesi dışındaki görüntü
daha bulanık olacaktır.
Diyafram kısıldığında ışık fotonları daha dar bir koni içinde hareket edeceğinden noktalar
arası mesafe daralacak ve dolayısıyla CoC değeri düşecek bu sayede geniş bir alanda net
görüntü elde edilecektir. Tabi yukarıda belirttiğimiz gibi saçılım fazla olacağından kalite bir
nebze düşecektir.
MESAFE
Fizik kurallarına göre pozitif bir lensten geçen ışık içeri doğru kırılır ve bir noktada birleşir.
Obje lense yakınsa kesişme noktası objektife uzak, obje uzaktaysa kesişme noktası objektife
yakın bir yerde meydana gelecektir. Işığın kırıldıktan sonra kesiştiği bu noktaya fokus
noktası denir. Kısaca fokus noktası netlenen objenin mesafesine göre ileri geri hareket eder.
Netleme öndeki cisimde, CoC çemberi büyük, Net alan derinliği az.
Netleme uzakta ve arkada, CoC çemberi küçük, Net alan derinliği fazla.
Şekillerde de görüldüğü gibi diyafram sabit bir değerde iken cismin objektife olan
mesafesinden dolayı koni şeklinde yansıyan ışık huzmeleri farklı durumlarda sensore ulaşır.
Yakındaki objeler sensorun arkasında, uzaktaki objeler ise hemen önünde odaklanacaktır.
Uzakta bulunan objenin görüntüsü daha dar bir alanda sensor üzerine düştüğünden noktalar
arası mesafe azalacak ve net alan derinliği artacaktır. Yakındaki cisimler daha büyük çember
halinde sensore düşeceğinden dolayı net alan derinliği azalacaktır. Şekillerdeki mesafe ve
çember boyutlarına bakılarak konu daha iyi kavranabilir.
NET ALAN DERİNLİĞİNİN HESAPLANMASI
Net alan derinliğinin matematiksel olarak hesaplanmasını öğrenmek için ilk olarak hyper
focal mesafe kavramını bilmemiz gerekir. Bu kavram, seçilen diyaframda sonsuza netlik
yapıldığında alan derinliğinin başlangıç mesafesi yani netliğin başladığı mesafe olarak
tanımlanır.
Hyper focal mesafe ve net alan derinliği hesaplamasında objektifin odak uzunluğu,
diyafram değeri ve CoC değeri ile işlem yapılır.
50 mm odak uzunluğundaki bir objektifimiz ve f8 değerinde diyafram açıklığımız olduğunu
varsayalım. Bu durumda hyper focal uzaklık aşağıdaki gibi hesaplanır.
50 x 50 / 8 x 0.03 = 10.5m
Odak Uzaklık x Odak Uzaklık / Diyafram x CoC değeri = Hyper focal uzaklık
50mm odak uzunluğunda ve f8 diyaframda full frame sensore sahip bir fotoğraf makinesinin
hyper focal uzaklığı 10.5 metredir. Sonsuza netleme yapıldığında netlik bu mesafenin
yarısından itibaren(5.25 metre) başlayacak ve sonsuza gidecektir.
5.25 m.
10.5m
Eğer objektifimiz sonsuza değil de 5m ilerideki bir noktayı netlemişse hyper focal uzaklık
değerini de kullanarak net alanının nereden başlayıp nerede bittiğini hesaplayabiliriz
Netliğin başlayacağı nokta :
10.5 x 5 / 10.5 + 5 = 3.39 m
(Hyper Focal Uzaklık x Mesafe / Hyper Focal Uzaklık + Mesafe)
Netliğin biteceği nokta:
10.5 x 5 / 10.5 - 5 = 9.53 m
(Hyper Focal Uzaklık x Mesafe / Hyper Focal Uzaklık - Mesafe)
Demek ki bu ayarlarda 5 metre öteki bir cisme odaklandığımızda netlik 3.39 metreden
başlayacak ve 9.53 metreye kadar devam edecektir.
3.39m
9.53m
Cisim ile objektif arasındaki mesafe arttığında net alan derinliği de artar demiştik. Şimdi de
yukarıdaki hesap ile bunun sağlamasını daha doğrusu matematiksel açıklamasına bakalım.
Diyafram : f8
Objektifin Odak Uzunluğu : 50 mm
Circle Of Confusion Değeri : 0.03
Objenin uzaklığı 10 m.
Hyper focal uzaklık : 50 x 50 / 8 x 0.03 = 10.5 m.
10.5 x 10 / 10.5 +10 = 105 / 20.5 = 5.11 m.
10.5 x 10 / 10.5 - 10 = 105 / 5.5 = 210 m.
5.11m
210m.
Şekillerden de görüldüğü gibi (trt4 gibi oldu) 5 metreye odaklanmış objektif ile 10metreye
odaklanmış objektif arasında ciddi alan derinliği farkları var.
ODAK UZUNLUĞU
Odak uzunluğu, lens ile film düzlemi arasındaki mesafedir. 50mm objektif denildiğinde akla
lens ile sensor arasında 5cm mesafe olduğu anlamı çıkarılabilir fakat değişken odak
uzunluklu objektiflerde kullanılan çoklu mercek yapısından dolayı odak uzunluğu son
mercekten itibaren ölçülür. Örneğin 300mm odak uzunluğuna sahip merceğin lens-sensor
mesafesi 30cm olması gerekirken, faklı mercek yapısından dolayı son mercekten ölçüm
yapıldığı için objektif boyutu 30 cm’ den daha uzun olacaktır. Slr tipi makinelerde ayna yapısı
da göz önüne alındığında birçok durumda odak uzunluğu – objektif uzunluğu mesafesi
farklılıklar gösterecektir.
Odak uzunluğu fazla olan objektiflerde (örn: 100 - 300mm) net alan derinliği azalır.
Odak uzunluğu azaldıkça(18-36mm) geniş açıya doğru kayma olduğundan dolayı net
alan derinliği artmaya başlayacaktır.
Yukarıdaki örneklerde de incelediğimiz gibi uzun odaklı objektiflerde odak noktası sensöre
uzakta olacak ve görüntü büyük halde cmos/ccd ye düşecektir. Net alan haricindeki cisimlerin
CoC değerleri büyüyeceğinden alan derinliği az olacaktır.
Yukarıdaki alan derinliği formülü ile 50mm ve 70 mm odak uzunluğuna sahip objektiflerin
alan derinliklerine bakalım.
50 mm Objektif (Diyafram : f8 - Circle Of Confusion Değeri : 0.03 Objenin uzaklığı 5 m.)
Hyper focal uzaklık : 50 x 50 / 8 x 0.03 = 10.5 m.
Net alan:
10.5 x 5 / 10.5 + 5 = 3.39 m
10.5 x 5 / 10.5 - 5 = 9.53 m
3.39m
9.53m
70 mm Objektif (Diyafram : f8 - Circle Of Confusion Değeri : 0.03 - Objenin uzaklığı 5 m.)
Hyper focal uzaklık : 70 x 70 / 8 x 0.03 = 20.4 m.
Net alan:
20.4 x 5 / 20.4 + 5 = 4.1 m
20.4 x 5 / 20.4 - 5 = 6.62 m
4.1m
6.62m
OTOMATİK NETLEME
(AUTO FOCUS)
Otomatik netleme kontrastı temel alan bir yöntemdir. Makinemizin netleme noktasında bulu
nan görüntü üzerindeki kontrast seviyesi ne kadar çok ise o fotoğrafımız o kadar net olacak
demektir.
Günümüzde iki türlü otomatik netleme yöntemi kullanılmaktadır. Kontrast Algılama ve Faz
karşılaştırma. Kontrast algılama yöntemini genellikle compact, faz karışlaştırma yöntemini ise
slr tipi makineler kullanır. Temelde iki yöntemde de belirli bir seviyede kontrastın bulunması
gerekir. Örneğin düz renkli bir duvara ya da gökyüzüne netleme yapmaya çalıştığınızda
kontrast azlığından dolayı otomatik netleme yapılamayacaktır.
Kontrast algılama yöntemi(Contrast Detection)
Fotoğraf makinemizi bir noktaya doğrultumuzda o noktanın net olup olmadığını anlayamaz.
O noktadaki kontrast seviyesine bakar ve biraz ileri hareket ederek bir sonraki konumda aynı
noktadan kontrast bilgisini tekrar alır. Biraz daha hareket ederek bir sonraki durumun kontrast
bilgisine bakar. Bu şekilde ileri doğru harekete devam eden objektif artık kontrastın azalmaya
başladığı noktaya geldiğinde durur ve bir önceki en iyi kontrast seviyesine gelerek netlemeyi
yapmış olur. Aynı şekilde netleme noktası yakında ve objektif de uzaktaki bir noktayı
netlemek üzere ayarlıysa ileri-geri, geri – ileri hareketlerle en iyi kontrast bilgisinin olduğu
yerde durur. Bu ileri geri hareketler nedeniyle otomatik netleme işlemi bir nebze yavaşlamış
olacaktır çünkü makine en iyi seviyeyi sürekli kontrol ederek bulur.
Aşağıda resimde netlik noktası gözdedir ancak netleme önde olduğu için ilk konumda
kontrast birinci şekildeki gibidir. Daha sonra odak değiştirilir ve ileri doğru netleme yapılır.
İkinci resimdeki kontrast bilgisi ile son resimdeki kontrast bilgisi karşılaştırmasında en iyi
kontrastı elde eden makine o konuma gelerek netlemeyi gerçekleştirir.
Faz Karşılaştırma Yöntemi (Phase Detection)
Slr tipi fotoğraf makineleri kompaktlara göre daha hızlı otomatik netleme yapar. Bunun
sebebi de faz karşılaştırma yönteminden kaynaklanmaktadır. Faz karşılaştırma yöntemini
kullanan makinelerde nasıl oluyorda netleme daha hızlı oluyor? Bakalım.
Objektifin iki kenarında bulunan sanal autofocus alanından gelen ışık(görüntü) AF odak
noktasına oradan da görüntü ayırıcı prizma(separating prisms) ile autofocus sensörü üzerine
yan yana iki kere düşer. Yan yana düşen bu iki görüntü arasındaki mesafe, focusun doğru
yapılıp yapılmadığnı ya da objektifin doğru netleme için ileri mi geri mi gideceğinin kararının
vermesini sağlar.
Konuyu biraz daha açalım.
Kompakt makinelerde autofocus sensörü, görüntü sensörüyle aynıdır. CCD/CMOS görüntüyü
işlerken aynı zamanda kontrasta dayalı otomatik netleme hesaplamsını da yapar.
SLR makinelerde ise durum biraz daha karmaşık.
Görüntü Aynanın alt kısmında bulunan autofocus sensörüne düşer.
AF sensörü, yatay yada dikey, yaklaşık 50 piksel uzunluğunda tek satırlık iki sensörden ibaret
olup küçük yapısından dolayı da oldukça hızlıdır.
Bir adım geriye gidelim ve bu sensöre görüntü nasıl düşer ona bakalım.
Normalde objektiften gelen görüntü ayna vasıtasıyla vizöre iletiliyor; fotoğraf çekimi
esnasında tamamen kalkarak görüntünün CCD/CMOS üzerine düşmesi sağlanıyor.
Peki ayna görüntüyü vizöre yansıttığına göre af sensörüne görüntü nasıl gidiyor. Cevap
aynanın yapısında gizli, ayna polarize bir yapıda olduğundan bir kısım görüntüyü vizöre
iletirken bir kısmını da arkaya geçirerek af sensörüne düşmesini sağlıyor.
Af sensörüne iki defa yan yana düşen görüntü arasındaki mesafe hesaplanarak netleme
yapılıyor demiştik. Tam netleme anında iki görüntü arasındaki mesafe bilinen sabit değerdir.
Eğer netleme önde ise iki görüntü arası mesafe az, arkada ise mesafe olması gereken
sabit değerden fazladır. Bu mesafe değerine bakan makine ileri doğrumu yoksa geri
doğrumu hareket edeceğini bilir ve fokus işlemi daha hızlı gerçekleşmiş olur.
AutoFocus Yapısı
Tam netleme (t1=50px Örnek değer)
Netleme arkada (t3=80px)
Netleme Önde (t2=25px)