Scherptediepte is een optische illusie

Dit artikel is gecshreven door Johan Elzenga en is gepubliceerd in DIGIFOTO Pro 1.2022

Dat je de hoeveelheid scherptediepte in een foto kunt beïnvloeden door het diafragma, is je vast wel bekend. Hoe kleiner het diafragma, hoe groter de scherptediepte. Maar waaróm wordt de scherptediepte groter als het diafragma kleiner wordt? De meeste fotografen zullen daar waarschijnlijk nog nooit zo bij hebben stilgestaan. Sterker nog, de meeste fotografen zullen vreemd opkijken als ze lezen dat scherptediepte eigenlijk helemaal niet bestaat! Het is een optische illusie... 

Scherptediepte in de praktijk met het meest gefotografeerde boompje van Schotland. De camera stond scherp gesteld op het boompje, maar door het gebruikte diafragma is alles wel zo'n beetje scherp.

‘De meeste fotografen zullen vreemd opkijken als ze lezen dat scherptediepte eigenlijk helemaal niet bestaat!’

Scherpstelvlak

Als je een objectief gebruikt om een voorwerp te projecteren, dan wordt alleen een punt dat precies in het scherpstelvlak ligt (op onze tekening aangeduid als A) ook als een scherp punt op het projectievlak afgebeeld (A'). Bij gebruik van een digitale camera is dat ''projectievlak'' natuurlijk de sensor. Een punt dat dichterbij ligt (B), zal iets achter het projectievlak een scherpe projectie opleveren (B'). En een punt dat verder weg ligt, zal juist een scherpe projectie opleveren die vóór de sensor uitkomt. Om de tekening niet te ingewikkeld te maken, hebben dat laatste punt overigens niet ingetekend. Dit werkt altijd zo, of je nu een simpele enkelvoudige objectief gebruikt zoals op de tekening, of een ingewikkeld objectief met meerdere lensdelen. Zoals we op de tekening kunnen zien, zal punt B dus niet als een scherp punt op de sensor worden geprojecteerd, maar als een vagere cirkel. We noemen dit de ''verstrooiingscirkel''. Hoe verder B van het scherpstelvlak af ligt, hoe groter (en vager) die verstrooiingscirkel wordt. 

Diafragmeren

Als we een diafragma plaatsen en we sluiten dat diafragma grotendeels, dan kan er maar een smalle lichtbundel door de lens heen vallen. Voor de projectie van punt A maakt dat niet uit. Bij punt B verandert er wel iets. De plek waar de scherpe projectie van dit punt ligt (B') verandert uiteraard niet, maar omdat de lichtbundel smaller is geworden, is de verstrooiingscirkel op de sensor kleiner. 

Echte scherptediepte bestaat feitelijk niet. De projectie van B wordt nooit een helemaal scherp punt op de sensor, maar blijft een vage cirkel. Die cirkel wordt wel kleiner en minder vaag als het diafragma kleiner wordt.

Beperking van ons oog

We kunnen dus constateren dat scherptediepte eigenlijk niet bestaat. Je kunt diafragmeren wat je wilt, maar B' zal nooit een echt scherp punt op de sensor opleveren. Onze ogen kunnen echter geen ongelimiteerd kleine details zien. In de praktijk ligt de limiet van wat wij nog kunnen zien op ongeveer 0,2 millimeter (0,01 inch) op ongeveer 50 cm afstand. Als de verstrooiingscirkel B' groter is dan 0,2 millimeter, dan zien we dat B' niet scherp is. Maar als we die cirkel door diafragmeren kleiner wordt dan 0,2 millimeter, dan zien we het verschil niet meer met een echt scherp punt (A') . We zien beide als scherp, en daarmee zien we dus het verschijnsel optreden dat we ''scherptediepte'' noemen: ook een punt dat voor (of achter) het scherpstelvlak ligt wordt in onze ogen als een scherp punt op de sensor geprojecteerd. Scherptediepte is daarmee dus feitelijk een optische illusie. Het bestaat niet echt, maar we zien het wel zo.

Niet alleen de reflectie vormt hier een beetje een optische illusie, de scherptediepte is dat ook. Als je heel ver zou inzoomen op deze foto, zou je zien dat voorgrond en achtergrond niet tegelijk scherp kunnen zijn terwijl dat hier wel zo lijkt.

Geen alles of niets

Als je kijkt naar scherptediepte-tabellen, of je gebruikt een app om de scherptediepte te berekenen, dan krijg je vaak de indruk dat binnen de berekende scherptedieptezone alles gewoon scherp is. Maar in werkelijkheid is de situatie anders. Objecten die niet precies in het scherpstelvlak liggen worden met een bepaalde verstrooiingscirkel weergegeven, en wat de scherptediepte-tabel aangeeft is de zone waarbinnen die cirkel kleiner blijft dan 0,2 millimeter. Maar hoe dichter je aan de rand van de zone zit, hoe dichter je bij die 0,2 millimeter uitkomt. Je kunt dus beter spreken over een zone met ''acceptabele scherpte'', waarbij dan geldt dat de scherpte steeds minder acceptabel wordt naarmate je dichter bij de rand van die zone komt. Waarom is dit nu belangrijk? Als je een foto op posterformaat afdrukt, zullen de verstrooiingscirkels groter zijn dan wanneer je diezelfde foto op A4 formaat print. De reden waarom je normaal gesproken toch ongeveer dezelfde scherptediepte zult zien, is omdat je een poster ook op een grotere afstand bekijkt. Maar stel nu dat je publiek heel dicht bij de poster gaat staan om bepaalde details nog te zien? Dan zien ze opeens ook een kleinere scherptediepte…

Bij deze foto werd ervoor gekozen om de scherpte exact op het plantje te leggen, zodat dit ook scherp blijft als iemand dichter bij de foto staat dan verwacht. Dat de achtergrond daardoor duidelijk minder scherp wordt nemen we voor lief. Het plantje wordt er bovendien door geaccentueerd.

Hyperfocale afstand

De ''hyperfocale afstand'' is een belangrijk hulpmiddel voor met name landschapsfotografen, die maximale scherptediepte willen krijgen zonder het diafragma extreem ver te moeten sluiten. Dat werkt als volgt. Als je alles vanaf bijvoorbeeld 1 meter tot oneindig scherp wilt hebben, dan moet je niet op die afstand van 1 meter scherpstellen, maar een stukje daar achter. Doordat een deel van de scherptediepte vóór de scherpstelafstand zal vallen, kan je zo een scherptediepte bereiken die precies van 1 meter tot oneindig loopt. In de praktijk blijkt dat je moet scherpstellen op 2x de afstand die je naar voren toe net nog scherp wilt hebben, dus in dit voorbeeld op 2 x 1 meter = 2 meter. Vervolgens kies je dan een diafragma dat bij scherpstelling op 2 meter een scherptediepte geeft die naar achteren tot oneindig loopt. Daarvoor gebruik je zo'n speciale app of een simpele scherptedieptetabel. We concluderen hiermee dat dit f/10 is. In de praktijk stel je dus f/11 in. De scherptediepte loopt nu van 0,92 meter tot oneindig. Maar daar moeten we wel een kanttekening bij plaatsen. De hoogste scherpte ligt nu op 2 meter, want daar heb je op scherp gesteld. De rest van de scherptedieptezone is weer die ''acceptabele scherpte'' en vereist dat het publiek een ''normale'' kijkafstand heeft. Als er een bepaald punt in de foto is dat verreweg het belangrijkste onderwerp vormt, dan moet je jezelf afvragen of je dat punt niet toch als scherpstelpunt moet nemen, en het diafragma dan maar moet aanpassen aan die iets ongunstigere situatie. Dan weet je namelijk zeker dat dit punt ook scherp blijft als het publiek jouw fotoposter van 20 cm afstand bekijkt... Dit is een kwestie van een afweging maken.

Scherptediepte in theorie en in praktijk. Boven de scherptediepte als je scherp stelt op de grashalm. De boom is dan niet meer scherp (bij dit gekozen diafragma). In het midden gebruiken we de 'hyperfocale afstand', waarmee we zowel de grashalm als de boom scherp kunnen krijgen. Onder de realiteit: zowel de grashalm als de boom vallen weliswaar binnen de scherptediepte (rode kleur), maar het punt met de hoogste scherpte ligt ergens in het niemandsland tussen die twee in…

Waterval in Noorwegen. Bij deze foto stelde ik toch scherp op de voorste rotsblok, en zocht daarna het diafragma erbij om alles scherp te krijgen. Volgens het principe van de hyperfocale afstand zou je misschien iets achter die punt kunnen scherp stellen, maar het rotsblok is m.i. hier te belangrijk om niet in de absolute scherpte te hebben.

Focusstack

Soms is zelfs maximaal diafragmeren niet genoeg voor de gewenste scherptediepte. Vooral bij macro gebeurt dat snel. Dan kan Photoshop te hulp schieten via een zogenaamde ''focusstack''. Zet de camera op statief en maakt een serie foto's waarbij je de scherpstelling steeds een beetje verlegt. Zo krijg je een serie foto's die qua scherpstelling variëren van scherpgesteld op het voorste punt tot het achterste punt. Je moet dus wel een camera hebben waarmee je handmatig kunt scherpstellen! En als je dit buiten doet en takken of gras in beeld hebt, dan moet het wel windstil zijn. 

Doublet Pool in Yellowstone National Park. Drie opnamen met een 120mm brandpuntafstand bij f/8.0 en verschillende scherpstelpunten. Zoals te verwachten is geen enkele foto van voor tot achter scherp. Zelfs met f/16 zou dat niet lukken.

Nu gaan we de foto's in Photoshop samenvoegen tot één bestand, met iedere foto in een aparte laag. Photoshop heeft daar een automatische routine voor, die je vindt onder ''Bestand > Scripts > Bestanden laden naar stapel...''. Klik op ''Bladeren'' om de bestanden te laden. Zet ''Poging om bronbestanden automatisch uit te lijnen'' aan, zelfs al gebruikte je een statief. Als je de scherpstelling verlegt, zal bij veel objectieven namelijk ook de grootte van het beeld iets veranderen (vooral bij macro). Bij automatisch uitlijnen doet Photoshop daarom meer dan alleen de foto's netjes boven elkaar zetten, het vervormt de foto's ook zo dat verschillen in grootte worden gecorrigeerd.

'Soms is zelfs maximaal diafragmeren niet genoeg voor de gewenste scherptediepte'

Selecteer nu alle lagen in het lagenpalet en kies je ''Bewerken > Lagen automatisch overvloeien''. Je krijgt nu een klein dialoogvenster te zien, waarin je ''Afbeeldingen stapelen'' en ''Naadloze tinten en kleuren'' aanklikt. Photoshop maakt nu voor iedere laag een masker aan, en probeert per laag alleen de scherpe delen zichtbaar te maken. Hoewel Photoshop meestal meteen al een verrassend goed resultaat geeft, moet je bijna altijd nog wel kleine stukjes bijwerken om het echt een perfecte foto te maken. Je kunt dit doen door de individuele maskers bij te werken, maar meestal is het gemakkelijker om het beeld tot één laag terug te brengen (Laag – Eén laag maken) en dan die imperfecties met het kloonstempel aan te pakken.

Doublet Pool in Yellowstone National Park. Nu is alles van voor de achteren scherp. Daar was dan ook wel een focusstack van in totaal acht opnamen voor nodig.

Dit artikel is gecshreven door Johan Elzenga en is gepubliceerd in DIGIFOTO Pro 1.2022