Trochę fizyki
Jak już wspominaliśmy, głębia ostrości jest zjawiskiem wynikającym głównie z fizjologii postrzegania. Najprościej mówiąc, głębia ostrości to zakres odległości, w którym fotografowane obiekty wydają się być przedstawione ostro. W kontekście stwierdzenia, że aparat może „ostro” zarejestrować jedynie przedmioty znajdujące się w ściśle określonej odległości, określenie „wydają się” ma kluczowe znaczenie, gdyż to właśnie wrażeniu wyraźnego przedstawienia obiektu zawdzięczamy istnienie zjawiska głębi ostrości.

Punkt znajdujący się w płaszczyźnie ostrości odwzorowywany jest na płaszczyźnie obrazu również jako punkt. Jeśli jednak znajduje się przed lub za nią, na zdjęciu przedstawiony zostanie jako świetlny krążek. Będzie on tym większy, im dalej od płaszczyzny ostrości znajdować się będzie fotografowany punkt.

Jeśli fotografujemy punkt znajdujący się w odległości na jaką „wyostrzony” jest obiektyw, wówczas jest on przedstawiany na filmie bądź matrycy również w postaci punktu. Co się jednak stanie, gdy rejestrowany punkt znajdzie się przed lub za płaszczyzną ostrości? Otóż zostanie on odwzorowany nie jako punkt, a w postaci krążka o pewnej średnicy. Dzieje się tak, gdyż promienie światła pochodzące z punktów leżących w odległości innej niż ta, na którą nastawiony jest obiektyw, ogniskowane są przed bądź za płaszczyzną obrazową, a tworzony przez nie obraz ma postać właśnie krążków, zwanych krążkami rozproszenia (widocznych niekiedy na zdjęciach jako tzw. bokeh). Im dalej od płaszczyzny, na którą nastawiona jest ostrość, znajduje się odwzorowywany punkt, tym większą mają one średnicę – czyli obraz jest tym bardziej nieostry. Stąd bierze się zjawisko stopniowego rozmywania fotografowanych obiektów w miarę oddalania się od płaszczyzny ostrości.

W miarę jak fotografowany punkt oddala się od płaszczyzny, na którą ustawiona jest ostrość, jest on na zdjęciu widoczny w postaci coraz większych kół – tak zwanych krążków rozproszenia. Ponieważ ta sama ilość światła rozkłada się na coraz większej powierzchni, wraz ze wzrostem krążków rozproszenia ich jasność maleje.

Gdzie tu jednak miejsce na głębię ostrości? Dzięki niedoskonałości ludzkiego oka, bardzo niewielkie krążki rozproszenia obserwujemy w dalszym ciągu jako punkty, dzięki czemu obraz nadal wydaje nam się być ostrym. Dopiero po przekroczeniu pewnej wielkości krążka rozproszenia uznajemy, że obserwowany przez nas obraz jest nieostry. To właśnie znajomość tej granicznej wielkości, zwanej akceptowalną wielkością krążka rozproszenia, pozwala nam obliczyć głębię ostrości.

Szkiełko i oko
To, jaka wielkość krążka rozproszenia jest jeszcze uznawana za dopuszczalną, wynika ze zdolności ludzkiego oka do rozróżniania szczegółów. Otóż zdolność owa zanika, jeśli rozmiar kątowy obserwowanego detalu jest mniejszy niż 20 sekund kątowych. W słabych warunkach oświetleniowych rozmiar ten jest znacznie większy i wynosi 50–90 sekund. Przy typowych warunkach obserwacji daje to od 1/1000 do 1/2000 przekątnej pola widzenia, w naszym wypadku zaś – kadru. Jeśli średnica rzutowanego przez obiektyw krążka rozproszenia jest mniejsza od tej wartości, jest on postrzegany przez nas jako punkt, a więc przedstawiony ostro. Dopuszczalna średnica krążka rozproszenia ściśle zależy więc od wielkości materiału światłoczułego (matrycy), na który rzutowany jest obraz. Taki sam krążek rozproszenia (powiedzmy 0,02 mm, a więc wartość typowa dla lustrzanki cyfrowej) da obraz bardzo ostry na materiale średniego formatu, a zupełnie nieostry w cyfrowym kompakcie.
Wielkość rzutowanych krążków nieostrości, a więc i zakres głębi ostrości, zależy tylko od ustawionego otworu przysłony (przy niezmiennej odległości zdjęciowej) i ogniskowej. Jak widać na poniższych rysunkach, zmniejszenie otworu przysłony powoduje, że w tworzeniu obrazu nie uczestniczy najbardziej zewnętrzna część soczewki (obiektywu). Dzięki temu krążki rozproszenia są mniejsze, a zatem uzyskana głębia ostrości jest większa.
Głębia ostrości uzależniona jest również od odległości zdjęciowej oraz ogniskowej, przy czym są to zależności przeciwstawne. O ile wraz ze wzrostem odległości głębia ostrości rośnie, to wraz z wydłużeniem ogniskowej maleje. Jest to zależność odwrotnie proporcjonalna, co oznacza, że jeśli wraz ze zmianą ogniskowej tak zmienimy odległość od fotografowanego motywu, by miał on tę samą skalę odwzorowania, głębia ostrości pozostanie niezmieniona.

Przy dużym otworze względnym różnica wielkości krążków rozproszenia dla obiektów znajdujących się przed i za płaszczyzną głębi ostrości jest bardzo duża. Skutkiem tego jest niesymetryczny rozkład głębi ostrości: jest ona zawsze większa za fotografowanym przedmiotem niż przed nim.

Zmniejszanie otworu przysłony powoduje, że zwiększa się zakres odległości od płaszczyzny ostrości, dla którego wielkość krążka rozproszenia jest dla nas akceptowalnie mała, a więc zwiększa się głębia ostrości.

Dalsze przymykanie przysłony powoduje zwiększenie głębi ostrości, jednak zawsze pozostanie ona asymetryczna względem płaszczyzny ostrości.

To da się obliczyć
Zależność głębi ostrości od tak wielu czynników powoduje, że trudno ją ocenić „na oko”. Istnieją jednak wzory, które pozwalają ją obliczyć. Głębia ostrości to nic innego jak różnica pomiędzy największą i najmniejszą odległością, dla których zarejestrowany obraz jest zadowalająco ostry, trzeba więc te odległości wyznaczyć.
Pierwszym parametrem, który będzie nam potrzebny, jest dopuszczalna wielkość krążka rozproszenia. Jest to, jak pamiętamy, 1/1000–1/2000 przekątnej pola widzenia ludzkiego oka, a wiec w naszym przypadku filmu bądź matrycy. Następnie potrzebujemy określić tzw. odległość hiperfokalną. Jest to odległość do najbliżej położonego, akceptowalnie ostrego punktu dla obiektywu ustawionego na nieskończoność. Obliczymy ją z następującego wzoru:

lub jego uproszczonej, lecz wystarczająco dokładnej postaci:

gdzie:
f – ogniskowa
A – otwór względny
c – wielkość krążka rozproszenia.
Otrzymane wartości możemy podstawić do wzorów na przedni i tylny zakres głębi ostrości. Są to odpowiednio:

oraz

gdzie:
s – odległość, na którą ustawiona jest ostrość.
Zakres głębi ostrości otrzymujemy w następujący sposób:


Jeśli nie chcemy zagłębiać się w obliczenia, możemy skorzystać z darmowego programu f/Calc (niestety nie uwzględnia on rozmiarów matryc stosowanych w cyfrowych kompaktach) lub z naszego kalkulatora.

Zobacz także:
Kalkulator głębi ostrości
Wyznaczanie odległości hiperfokalnej
Głębia ostrości w lustrzankach cyfrowych
Głębia ostrości w aparatach kompaktowych
Ogniskowa, czyli jak aparat widzi nieskończoność
Ile naprawdę widzi aparat, czyli kąt widzenia obiektywu