عکاسی پرتره: پرسپکتیو، بوکه و عمق میدان

فاصله‌ی کانونی یکی از مهم‌ترین مشخصه‌ها برای عکسبرداری است. لنزهای محبوب «all rounder» یا لنزهای همه کاره، لنزهای استاندارد کلاسیک و دارای زاویه دید گسترده و فاصله کانونی ۳۵ میلی‌متری برای فول فرمت(ff) است. داشتن این لنزها باعث می‌شود در حین عکاسی نیازی به چندین لنز نداشته باشیم. فاصله کانونی ۳۵ میلی‌متری برای تلفن‌های هوشمند معمول بود اما پس از گذشت چند سال این فاصله به ۲۸ میلی‌متر تغییر کرد و این مطابق با میدان دید مورب (Fov) و مرتبط با فاصله کانونی و میدان دید تصویر است. با فاصله کانونی ۲۸ میلی‌متری برای سنسور تصویر با قطر ۶ میلی‌متر فاصله کانونی واقعی درتلفن‌های هوشمند حدودا ۴میلی‌متر است.

از آنجایی که ۰.۴ متر نیز یک فاصله معمولی به شمار می‌آید که در آن شخص، تلفن هوشمند را برای اموری چون تماس‌های ویدیویی یا سلفی در دست می‌گیرد بنابراین می‌توان فاصله کانونی معادل ۲۸ میلی‌متر را برای دوربین جلو انتخاب کرد.

برای پرتره نمای نزدیک (close-up portrait) که در آن یک چهره ارتفاع از چانه تا تاج سر(حدود ۳۰ سانتی متر) قسمت عمودی میدان تصویر را که ۳۶ سانتی‌متر است را پر میکند. فاصله مناسب از سوژه در این حالت حدود ۰.۴ متر است و در یک عکاسی پرتره معمولی فاصله با قسمت عمودی سوژه تقریبا دو برابر شده و ۰.۸ متر است. برای اینکه افراد به‌طور کامل در تصویر باشند فاصله از سوژه باید ۲.۱۶ متر باشد.

لنزهای زاویه باز(wide-angle lenses) برای عکاسی پرتره مناسب نیستند؛ این لنزها مناسب برای ثبت مناظر وسیع و شب‌های پرستاره و همچنین مناسب برای کار عکاسان منظره است. اگر بخواهیم با لنز زاویه باز عکس پرتره بگیریم عکس از فرم طبیعی خود خارج می‌شود. برای گرفتن عکس پرتره با لنزهای واید باید به سوژه خیلی نزدیک شد.

عکس سمت چپ با لنز پرتره، پرسپکتیو بسیار کمتری را نسبت به عکس سمت راست با لنز زاویه باز نشان می‌دهد. این عکس‌ها به‌صورت فول فریم با دوربین DSLR گرفته شده‌اند. در یک دیافراگم بزرگ به دلیل عمق میدان کم، سوژه از پس‌زمینه جدا می‌شود. حضور منبع نور در پس‌زمینه دو عکس با دو لنز متفاوت نشان می‌دهد تابع گسترش نقاط نورانی در فاصله کانونی طولانی‌تر(عکس سمت چپ) بزرگ‌تر است. در تصویر فوق عکس برداشته شده با تلفن هوشمند عمق میدان بیش‌تر است و کل صحنه از جمله پس زمینه واضح بنظر می‌رسد.

دو یا چند دوربین و سنسورهای عمق سه بعدی نصب شده در گوشی‌های هوشمند در سال‌های اخیر امکان تعیین اطلاعات عمق را در وضوح بالا، یعنی نقشه‌های عمق، ممکن می‌سازد. توسعه نرم‌افزار، به عنوان مثال از طریق یادگیری ماشینی، همراه با دسترسی به پایگاه‌های اطلاعاتی تصویر، در سال‌های اخیر پیشرفت‌های زیادی داشته است و در تشخیص سوژه‌ها، مانند پرتره‌های افراد و همچنین برای عکاسی پرتره حیوانات خانگی و غیره استفاده می‌شود.

اندازه‌ی عمق میدان

عمق میدان عبارت است از گستردگی محدوده‌های که جلوتر یا عقب‌تر از سوژه اصلی فوکوس هستند. عمق میدان به مردمک ورودی و خروجی، اندازه‌ی دریچه دیافراگم، فاصله‌ی عکس و سوژه، بزرگنمایی مردمک و فاصله‌ی کانونی بستگی دارد. برای عکاسی پرتره هر چقدر عمق میدان کم‌تر باشد بهتر است زیرا پس زمینه محوتر می‌شود و فوکوس روی سوژه بیش‌تر می‌شود. قسمت پس زمینه می‌تواند کمی تار یا کاملا فاقد جزئیات باشد. در عکاسی پرتره ما به دنبال گرفتن نور بیشتر نیستیم، هدف داشتن عمق کم میدان برای فوکوس کردن روی سوژه است پس دیافراگم بزرگ‌تر و فاصله‌ی کانونی کم‌تر ما را به این هدف نزدیک‌تر می‌کند.

مجزا کردن سوژه و پس‌زمینه‌ی تار میان عکاسان پرتره بسیار محبوب است. با دوربین DSLR، پرتره‌ها معمولا با لنزهایی با فاصله کانونی متوسط یا بلند با دیافراگم بالا گرفته می‌شود. پس‌زمینه تصویر گرفته شده با SPC به سختی تار می‌شود زیرا عمق میدان یک SPC به دلیل فرمت بسیار کوچک‌تر تصویر، چندین برابر بیش‌تر از DSLR است.

عمق تحت‌تاثیر PSF (تابع نقطه گستر) است. عمق به PSF ذخیره شده در حافظه به عنوان یک تابع یا مجموعه داده‌ی جامع بستگی دارد. در اصل، اگر این داده‌های PSF سه بعدی که هم به عمق و هم به فوکوس انتخابی وابسته است با داده‌های فیزیکی PSF لنز DSLR مطابقت داشته باشند، این تصاویر محاسبه شده می‌توانند شبیه تصاویر واقعی یک DSLR باشند. نقشه عمق باید به دقت صحنه را با تمام جزئیات آن بازتولید کند. اعماق تشخیص نادرست می‌تواند به مصنوعات بسیار ناخوشایند منجر شود.

فناوری عمق سه‌بعدی و روش‌های تخمین عمق

از آن‌جایی که SPC ها به چندین دوربین مجهز شده‌اند، فاصله را می‌توان به‌صورت استریوسکوپی (برجسته یا سه بعدی) در قسمت تصویر تعیین کرد. با دوربین‌های چندگانه فعلی، عمق سه‌بعدی با میدان دید(FOV) استاندارد دوربین تله فتو  (Feq ≈ 55-75 میلی متر) و برش مربوط به دوربین زاویه باز، قابل دستیابی است. با استفاده از دوربین‌های بیش‌تر می‌توان تفاوت‌ها در جهات مختلف طولی ثبت کرد که کیفیت نقشه عمق را بهبود می‌بخشد. با استفاده از چند دوربین می‌توان میزان فضای مسدود شده یا مناطقی با اطلاعات غیرقابل استفاده در عکس را کاهش داد. با افزایش دوربین در تلفن هوشمند داده‌های تصویری افزایش می‌یابد و این باعث تجزیه و تحلیل بهتر برای کاهش نابرابری می‌شود.

پردازش کلاسیک استریو چند نمایه، از نظر محاسباتی گران است و معمولا روی رایانه رومیزی انجام می‌شود. انجام این کار روی یک پلتفرم موبایل مانند گوشی هوشمند بسیار چالش برانگیز است. این شامل استخراج ویژگی‌های تصویر، تطبیق ویژگی، کالیبراسیون دوربین و تخمین وضعیت، تخمین عمق متراکم، بازسازی سطح و بافت است. از روش‌های دیگر برای محاسبه عمق چند دیافراگم روش فناوری‌های میدان نور (light field technologies) است. تخمین عمق به این روش شامل استنباط اطلاعات سه‌بعدی از تصاویر دو‌بعدی است که پایه‌ای برای ویرایش و رندر میدان نور است. داده‌های میدان نوری اطلاعات فضایی زاویه‌ای پرتوهای نور را ثبت می‌کنند. در نتیجه این شرایط، یک تصویر میدان نوری، حاوی نشانه‌های عمق زیادی است تا تخمین عمق را ممکن کند.

در این حالت، یک لنز معمولی با یک آرایه لنز میکرو ترکیب می‌شود، که از نزدیک در مقابل یک حسگر تصویر قرار گرفته است، به‌طوری‌ که تصویر خام از بسیاری از میدان‌های دید کوچک، تا حدی همپوشانی یک صحنه تشکیل شده است. از تحلیل همبستگی بین میدان‌های دید مجاور، نابرابری و در نتیجه عمق را می‌توان تعیین کرد. تنظیم را می‌توان به گونه‌ای انتخاب کرد که فقط تعداد کمی یا بسیاری از جزئیات یک شی را در فریم‌های میکرو تصویر ثبت کنند. هر چه تصاویر بیش‌تر درگیر شوند، کیفیت تخمین عمق بهتر است که البته به قیمت تفکیک فضایی تمام می‌شود. نتیجه ترکیب لنزهای میکرو با فاصله کانونی بسیار کم‌تر در مقایسه با لنز اصلی منجر به اختلافات کوچک قابل دستیابی (معمولا کمتر از ۱ درصد) و در نتیجه وضوح عمق پایین‌تر در مقایسه با دوربین‌های چندگانه می‌شود. یکی دیگر از ویژگی‌های چنین دوربین‌های میدان نور، عمق میدان گسترده است.

در سیستم‌های چند دوربینی، با افزایش فاصله از لنز، وضوح عمق کاهش می‌یابد. به‌طور کلی، تفکیک عمق به عمق، به میدان لنزها و همچنین به موقعیت فوکوس واقعی آنها بستگی دارد.

روش‌های اندازه‌گیری فاصله استریوسکوپی اساسا به اشیاء ساختاریافته نیاز دارند تا به‌توان آنها را با یکدیگر در زمینه‌های مختلف تصویر مقایسه کرد. تخمین عمق برای اجسام بدون ساختار مانند آسمان آبی صاف غیرممکن است. کیفیت نقشه عمق، که به‌صورت استریوسکوپی یا چندنمایی تعیین می‌شود، به‌طور کلی به شدت به کنتراست و بنابراین به شدت نور و توزیع طیفی روشنایی در صحنه بستگی دارد.

عکس سمت راست در وضعیت نور داخل اتاق (راست)، در حالی که نقشه عمق عکس برداشته شده در فضای باز، عمق بسیار خوب و با وضوح بالا را نشان می‌دهد (سمت چپ).

داده‌های عمق نادرست منجربه تاری غیرطبیعی تصویر و لبه‌های بین پیش‌زمینه و پس‌زمینه می‌شود. کیفیت پرتره محاسبه شده در گوشی هوشمند در نهایت به کیفیت نقشه عمق بستگی دارد؛ بنابراین اگر عمق مناطق تصویر به اشتباه تخمین زده شود، تصویر تارِ در این ناحیه غیر طبیعی به نظر می‌رسد.

در عکس زیر در نگاه اول طوری به‌نظر می‌رسد که عکس پرتره گرفته شده دارای کیفیت خوبی است اما اگر نگاه دقیق‌تری بیندازید، می‌توانید متوجه شوید که قسمت‌های لبه سر به اشتباه به پس زمینه اختصاص داده شده‌اند. حتی ساختارهای شی بسیار ظریف در پیش‌زمینه، مانند موهای ظریف، اغلب نمی‌شود به‌طور دقیق به تصویر کشیده شود.

برای مشاهده معمولی روی صفحه نمایش گوشی هوشمند، این خطاها عمدتا نامحسوس و برای هدف ما کاملا کافی هستند. تشخیص چهره نیازمند به‌دست آوردن داده‌های عمق سه‌بعدی است. برای این منظور از سنسورهای ToF بیشتر در SPC استفاده می‌شود که در آن فواصل به طور همزمان در موقعیت‌های مختلف اندازه‌گیری می‌شوند و زمان انتشار نور IR از منبع نور و برگشت به گیرنده را اندازه‌گیری می‌کنند. ToF با مشکلات مشابه اندازه‌گیری فاصله استریوسکوپی مواجه نمی‌شود، یعنی وابستگی به ساختارها و احتیاج به  کنتراست بالا.

گوشی‌های هوشمند رده بالا و برخی از گوشی‌های هوشمند از سیستم دوربین نور ساختاریافته برای تشخیص چهره و در اکثر مواقع از سیستم زمان پرواز (time–of–flight) استفاده می‌کنند. این سیستم داده‌های عمق اشیاء را در فاصله تقریبا بین ۰.۱۵ تا ۱ متر در زمان واقعی ارائه می‌دهد. سیستم‌های اکتساب تصویر سه‌بعدی نیز در قسمت عقب در ترکیب با سیستم دوربین عقب استفاده می‌شوند. منبع نور معمولا یک لیزر ساطع کننده سطح حفره عمودی (VCSEL) است. در توانی در حدود ۱۵۰ مگاوات در نور نزدیک مادون قرمز، به عنوان مثال. λ = ۹۴۰ نانومتر را ساطع می‌کند این نور اطلاعات هر چیزی که مقابل دوربین قرار دارد را به سنسور برمی‌گرداند.

دایره اغتشاش

در عکاسی، دایره سردرگمی (CoC) یک نقطه نوری را توصیف می‌کند که توسط لنز به سطح کانونی دوربین هدایت می‌شود. بسته به دیافراگم، عمق فوکوس و میدان دید دوربین، قطر این نقطه نوری ممکن است در هنگام برخورد با سنسور دوربین بسیار باریک یا بازتر باشد. دایره اغتشاش مناطق خارج از فوکوس را نشان می‌دهد.

قطر دایره اغتشاش نسبت به مورب تصویر با توجه به فاصله فوکوس (sF) و فاصله از لنز(s) است. در عکاسی، اصطلاح «اغتشاش» به پرتوهای نوری مربوط می‌شود که دیگر در یک نقطه به‌هم نمی‌رسند و بنابراین خارج از فوکوس هستند. هر چقدر فاصله کانونی بیشتر باشد قطر دایره اغتشاش بزرگ‌تر می‌شود و هر چقدر عدد دیافراگم کم‌تر باشد قطر دایره اغتشاش (منطقه خارج از فوکوس) بیش‌تر می‌شود.

مفهوم بوکه با مفهوم Blur فرق دارد. بلار به معنی تاری است اما بوکه نوعی تاری خارج از فوکوس است که جنبه‌ی زیبایی شناسی هم دارد.  بوکه افکت میدانی با عمق کم است که پس‌زمینه عکس‌های پرتره را محو می‌کند تا روی سوژه در پیش‌زمینه تاکید کند. ماهیت بوکه از شکل لنزهای دوربین، دیافراگم، فاصله با اشیاء پس‌زمینه و الگوهای نور و سایه متمایز آنها سرچشمه می‌گیرد. جلوه بوکه معمولا در دوربین‌های SLR پیشرفته با استفاده از لنزهای پرتره که اندازه نسبتا بزرگی دارند و عمق کمی دارند به‌دست می‌آید. دستیابی به همان اثر (از لحاظ فیزیکی) در تلفن‌های هوشمندی که کوچک شده‌اند بسیار دشوار است.

یکی از راه‌های راحت برای دستیابی به این امر، استفاده از جعبه ابزار پس‌پردازش است. این جعبه ابزار ویژگی‌های مختلفی مانند محو کردن، بوکه و بسیاری موارد دیگر را ارائه می‌دهد. ایجاد این جعبه ابزار در زیر مجموعه عکاسی محاسباتی قرار دارد و بوکه مصنوعی را ارائه می‌دهد.

اگر شما یک عکاس پرتره هستید، بوکه احتمالا برای شما جذاب است و به‌دنبال لنزی هستید که این جذابیت را برای شما به‌دست بیاورد. گاهی اوقات بدون آنکه عکاس بخواهد بوکه در عکس اتفاق می‌افتد اما بسیاری از اوقات برای داشتن بوکه باید آن را طراحی کرد. پس از تخمین نقشه‌ی عمق برای دستیابی به بوکه تصویر به دو بخش پیش‌زمینه و پس‌زمینه تقسیم می‌شود.

هرچه دیافراگم بیش‌تر باشد، بوکه دایره‌ای‌تر ظاهر می‌شود، به‌خصوص زمانی که نور از دیافراگم نزدیک محور نوری لنز عبور می‌کند. هر چقدر دریچه‌های دیافراگم کم‌تر باشد تشکیل دایره در بوکه دشوارتر است.

هر چقدر عدد دیافراگم کم‌تر شود برای بوکه و عکاسی پرتره مناسب‌تر است. فاصله کانونی بیشتر برای بوکه و عکاسی پرتره مناسب‌تر است. علاوه‌بر تابع نقطه گستر(PSF) ، عمق و میدان دید(FOV) عامل مهم دیگر برای بوکه شدت نقطه نور مربوطه است. شدت نور منبع مربوطه تا زمانی که از محدوده دینامیکی فراتر نرود، مشکلی نیست.

بوکه مصنوعی

کیفیت بوکه مصنوعی در سال‌های اخیر به‌طور مداوم برای SPC ها بهبود یافته است. با این حال، به دلیل مسائلی که در قسمت بالا به آن پرداختیم (کیفیت نقشه عمق، بوکه واقعی از نظر محاسباتی گران است) و به‌دلیل قابلیت‌های ضعیف در نور کم و کاهش دامنه دینامیکی، تقریبا کیفیت دوربین فول فریم بسیار دشوار است. به‌دست آوردن یک بوکه با کیفیت بالا از نظر محاسباتی در SPCها به‌ویژه در صحنه‌های کم نور با برجسته‌سازی پس‌زمینه بسیار روشن چالش‌برانگیز است به چند دلیل:

صورت معمولا به دلیل نور کم محیط نویز زیاد دارد و پس‌زمینه هم به همان اندازه در تصویر ثبت‌شده واقعی نویز دارد، اما برای ایجاد افکت بوکه با کانولوشن صاف می‌شود. عارضه جانبی آن این است که بین فرد تصویر شده و پس‌زمینه تفاوتی در نویز وجود دارد که ناخوشایند تلقی می‌شود. می‌توانید این تفاوت در نویز را با افزودن  نویز مصنوعی به پس‌زمینه یا حذف نویز از ناحیه صورت جبران کنید.

علاوه بر این، هایلایت‌های بسیار روشن مشکل‌ساز هستند زیرا در عکس واقعی بیش از حد نوردهی می‌شوند. به محض این‌که همه کانال‌های رنگی (R، G و B)، بیش از حد نوردهی شوند، یک منبع نور رنگی سفید ظاهر می‌شود. رنگ منبع، که تفاوت بین RGB است، همان‌طور که در محدوده دینامیکی ظاهر می‌شود، قابل بازیابی نیست. در نتیجه، پس‌زمینه تار محاسبه‌شده، به‌اشتباه به‌صورت سفید نمایش داده می‌شود و ممکن است هنگام گرفتن عکس با دوربین فول فریم این اتفاق نیفتد. ناحیه نوردهی بیش از حد یک نقطه نوری روشن به دلیل عدم فوکوس در ناحیه بسیار بزرگ‌تری توزیع می‌شود و با توجه به منطقه‌ای که اشغال می‌کند از شدت، کاهش می‌یابد.

شما می‌توانید بوکه را از طریق نرم‌افزارهایی مانند فتوشاپ(Adobe Photoshop) برای عکس‌های خود یا با استفاده از نرم‌افزار Adobe premiere pro برای ویدئوهای خود خلق کنید. همچنین می‌توانید از طریق خرید کیت لنز برای تلفن همراه استفاده کنید. البته برخی معتقدند که قرار دادن شیشه اضافی در جلوی لنز داخلی گوشی می‌تواند تا حدودی کیفیت تصویر را کاهش دهد و برخی هم معتقدند که این کیت‌ها می‌توانند شما را شگفت‌زده کنند! همچنین استفاده از نرم‌افزارهای مختلف دوربین(Camera apps) مانند camera X- Professinal  DSLR Photography یا، Pixtikar ، Movavi video editor ، Open camera ،Footage camera ، Manual camera ، CinemaFv5 ، Outro و غیره می‌تواند شما را به خلق بوکه و پرتره زیبا نزدیک‌تر کند.