Quando os fotógrafos falam de difracção da lente, estão a referir-se ao facto de uma fotografia crescer progressivamente menos nítida a pequenos valores de abertura – f/16, f/22, e assim por diante. À medida que se pára a lente em aberturas tão pequenas, o mais fino detalhe nas fotografias começa a desfocar-se. Com boas razões, este efeito pode preocupar os fotógrafos principiantes. No entanto, se compreender o impacto da difracção nas suas fotografias, poderá tomar decisões esclarecidas e tirar as fotografias mais nítidas possíveis no campo. Neste artigo, exploraremos o tópico da difracção da lente em detalhe e falaremos sobre diferentes técnicas que pode utilizar para a evitar.
Os efeitos da difracção – que a sua nitidez diminui com aberturas cada vez mais pequenas – são mostrados na comparação abaixo. Tenha em mente que estas são culturas bastante extremas:
A razão pela qual isto ocorre baseia-se nos princípios da física; em suma, à medida que a abertura se torna cada vez menor, as ondas de luz espalham-se e interferem umas com as outras cada vez mais. Isto faz com que pequenos detalhes das suas fotografias se desfaçam.
No entanto, esta explicação é demasiado simples, e ainda pode ser confusa para os fotógrafos principiantes. O que é que, fisicamente, causa difracção? Em que momento é que a difracção começa a desfocar as vossas fotografias? Há alguma coisa que possa fazer para prevenir a difracção? As lentes caras são melhores para controlar a difracção? As respostas a todas estas perguntas serão explicadas em profundidade abaixo.
Tabela de Conteúdos
O que é Difracção?
Na explicação da difracção, pode ser difícil percorrer a linha entre evitar e abraçar referências à física óptica. A maioria dos fotógrafos está mais interessada no conhecimento do dia-a-dia do que em informação de base abrangente, mas é impossível falar de difracção sem descrever como funciona a um nível fundamental. Dito isto, esta secção destina-se a ser compreensível mesmo que não seja um físico; recomendamos a sua leitura, uma vez que fornecerá uma base mais sólida para a sua compreensão da difracção.
No seu mais básico, a difracção é o conceito de que as ondas – incluindo as ondas de luz – podem interferir umas com as outras. De facto, cada vez que as ondas passam por uma fenda, elas irão interferir. Para tornar isto fácil de visualizar, considere as ondas de água. Se deixar cair uma rocha num lago perfeitamente imóvel, irá causar uma ondulação de pequenas ondas. Estas ondas espalham-se em círculos concêntricos, tal como a imagem abaixo:
O que acontece se se criar uma barreira para bloquear o caminho destas ondas? Muito simplesmente, pararia o seu movimento. Isto é aborrecido:
Para o tornar interessante, então, corta-se um buraco na barreira para que a água possa passar. Agora, que tipos de padrões criariam as ondas?
As ondas parecem semelhantes ao que se poderia esperar, embora existam alguns padrões adicionais que se formam para além da onda primária:
Estes padrões adicionais são artefactos da onda que se inclina em torno dos cantos. Surgem porque os dois cantos agem, essencialmente, como fontes individuais de ondas – ondas que podem colidir uma com a outra. Em certas áreas de colisão, as ondas anulam-se mutuamente (interferência destrutiva); é por isso que algumas áreas do diagrama parecem completamente paradas. Noutros locais, porém, as ondas somam-se (interferência construtiva), o que provoca a formação de um padrão adicional para os lados.
Para visualizar isto, digamos que existe um sensor ao longo da extremidade extrema direita do diagrama. Este sensor mede a intensidade das ondas num determinado ponto, o que aumenta com a amplitude da onda. Um gráfico da intensidade é mostrado abaixo:
Claramente, o padrão central é o mais significativo. Os padrões de lado ainda estão presentes, mas não têm quase a mesma intensidade que o padrão do centro. Isto significa que o padrão central é o mais significativo na fotografia, como iremos cobrir dentro de momentos. Por agora, porém, vejamos o que acontece com uma abertura grande versus uma abertura estreita na barreira. Note-se que as imagens abaixo foram simplificadas, e apenas o padrão de onda central está incluído:
A principal diferença entre estas duas imagens é que a abertura menor resulta numa maior propagação de ondas, enquanto que a abertura grande causa muito menos propagação.
Veja uma comparação entre os gráficos das duas ondas:
Embora inicialmente possa parecer invulgar que uma pequena abertura leve a uma maior propagação das ondas, as ilustrações acima devem mostrar que faz sentido lógico. Essencialmente, aberturas maiores permitem que as ondas passem sem muita interferência. Uma vez que as ondas não são particularmente perturbadas, seguem um caminho relativamente recto em direcção à borda da piscina. As aberturas mais pequenas, contudo, afectam uma onda de forma mais significativa, fazendo com que esta se curve em ângulos mais duros. (Isto é uma ligeira simplificação; para mais informações técnicas, recomendo a leitura da página da Wikipédia sobre o princípio Huygens.)
Finalmente, note-se que uma abertura “pequena” é relativa. De facto, a abertura só causa difracção quando é semelhante em tamanho ao comprimento de onda que passa por ela. É por isso que a luz, que tem um pequeno comprimento de onda, não se difundirá significativamente se passar por uma abertura de dez pés de largura – mesmo que o oceano o faça.
Congratulações! Compreende agora a física da difracção. Na sua abertura mais básica, uma pequena abertura faz com que as ondas se curvem e interferem umas com as outras; isto, por sua vez, espalha o seu sinal.
Difracção em Fotografia
Claramente, a difracção é um conceito importante em física. De facto, uma experiência semelhante (com duas fendas em vez de uma) desempenhou um papel importante na prova de que a luz pode comportar-se como uma onda – uma das descobertas mais importantes da história científica. Mas como é que isto afecta a sua fotografia diária?
Tudo se resume à abertura de uma lente. Mostradas na fotografia acima, as lâminas de abertura de uma lente actuam como uma única fenda que passa ondas de luz. Um padrão de intensidade da luz é exactamente o que se esperaria ver:
Este, no entanto, é um gráfico bidimensional. No mundo real, um ponto de referência de projectos de luz em três dimensões. Assim, um gráfico mais preciso aparece abaixo:
Este padrão tridimensional ocorre sempre que a luz brilha através da abertura da lente da sua câmara. Quando projectado no sensor da sua câmara, parece-se com isto:
A figura acima mostra o que é conhecido como um disco Airy. Isto é, muito simplesmente, o aparecimento de um padrão de difracção quando atinge o sensor da sua câmara. A região central é a mais brilhante, e tem o maior efeito nas suas fotografias.
Não é difícil dizer porque é que este disco Airy pode causar uma fotografia desfocada. Já sabemos que uma pequena abertura – ou, uma pequena abertura – faz com que as ondas se espalhem para fora. Isto significa que, com pequenas aberturas, o disco Airy torna-se muito maior. Se conseguir visualizar o disco Airy como atingindo o sensor da sua câmara, obtém uma imagem com este aspecto, em que a grelha representa os pixels no seu sensor:
Agora, pense numa cena como sendo composta de inúmeras fontes de luz minúsculas. Cada ponto de luz percorre a abertura da sua lente; como resultado, cada parte da sua fotografia projecta-se no seu sensor como um disco Airy. Estes, como mostrado acima, tornam-se mais desfocados com pequenos valores de abertura. Esta é a razão pela qual vê difracção!
Highh- Versus Low-Megapixel Cameras
A comparação acima, mostrando um disco Airy a atingir os pixels do seu sensor, pode levantar uma questão: se os pixels fossem maiores, não seria menos provável que o disco Airy sangrasse por cima?
Na verdade, isso é completamente verdade! Os pixels grandes – aqueles que são maiores que o disco Airy – não mostram difracção com as mesmas aberturas que uma câmara de pixels pequenos. Talvez eu possa parar em f/11 na Nikon D700 de 12 megapixels antes de notar qualquer difracção, enquanto a D800/D810 de 36 megapixels mostraria difracção visível em qualquer abertura menor que f/5,6. No entanto, estes números não são fixados em pedra; recomendo que teste a sua própria câmara para ver quando a difracção começa a crescer notoriamente (e, mais importante, quando começa a crescer censurável).
No entanto, isto não é um problema com sensores de alta resolução. De facto, se todos os seus ajustes forem os mesmos, um sensor de alta resolução captará sempre mais detalhes do que um sensor de baixa resolução do mesmo tamanho. Mais pixels nunca levarão a um menor detalhe, mesmo na mais ínfima das aberturas. Isto significa que, se imprimir as suas fotos no mesmo tamanho, uma foto Nikon D800/D810 terá sempre mais detalhe do que uma foto Nikon D700, tudo o resto igual.
Que, se comprar a Nikon D800/D810, as probabilidades são boas de querer imprimir grandes ou píxeis. Se for este o seu caso, a difracção é absolutamente maior do que seria com um sensor de baixa resolução! Para obter a melhor nitidez possível de um D800/D810, deve prestar atenção se a sua abertura for menor do que cerca de f/8. Mais uma vez, recomendo que teste você mesmo os limites exactos da sua câmara.
Small Versus Large Sensors
Diz-se frequentemente que as câmaras de sensores de colheitas (i.e, câmaras DX Nikon) mostram mais facilmente a difracção do que as câmaras de fotogramas completos (FX Nikon). Isto é um mito, ou é verdade?
P>Comecemos pelo que sabemos. Numa determinada abertura numa lente, o disco Airy terá sempre o mesmo tamanho físico. Não importa que sensor se utilize; esta é uma propriedade da física que depende apenas da abertura em si. Por exemplo, quer eu coloque uma lente de 50mm f/1.8 na estrutura completa D750 ou no sensor de cultura D3300, o tamanho da projecção do seu disco Airy será idêntico (assumindo a mesma abertura).
Então, onde está a confusão? A questão irisa-se com o facto de o mesmo disco Airy ocupar uma maior percentagem de uma câmara de sensor de colheitas do que uma câmara de fotograma completo. Dê uma olhada ao exemplo abaixo:
De facto, com um tamanho de impressão igual, uma câmara DX mostrará mais difracção do que uma câmara FX. Isto porque o sensor DX é essencialmente uma colheita do sensor FX; por outras palavras, amplia tudo na sua fotografia – incluindo a difracção – tal como a colheita em pós-produção.
A quantidade de difracção adicional é a mesma que o seu factor de colheita. Assim, para uma câmara com 1,5x sensor de corte, multiplique a sua abertura por 1,5 de modo a ver a difracção equivalente numa câmara de fotograma completo. Por exemplo, o disco Airy a f/11 numa câmara DX ocupa aproximadamente a mesma percentagem do seu sensor que o disco Airy a f/16 numa câmara de fotograma completo.
Obtendo, se usar uma câmara DX, pode não imprimir tão grande como imprimiria com uma câmara FX. Para muitos fotógrafos, então, não há diferença prática; as impressões mais pequenas de uma câmara DX cancelam a difracção adicional. Se imprimir em tamanhos grandes com uma câmara DX, esteja ciente de que a difracção será mais significativa numa dada abertura.
Diffraction and Depth of Field
Diffraction diminui a nitidez de uma fotografia em pequenas aberturas. No entanto, ao mesmo tempo, pequenas aberturas aumentam a quantidade de profundidade de campo numa fotografia. Isto não é uma contradição, embora possa ser confuso no início. Veja, por exemplo, a comparação abaixo:
Como se pode ver, a fotografia f/22 tem muito mais da cena dentro da sua profundidade de campo. Se eu quiser que todo este assunto seja nítido, é muito melhor do que a fotografia em f/5.6. Contudo, vamos olhar mais de perto para o ponto de focagem:
Como pode ver, a fotografia f/5.6 é significativamente mais nítida. (Clique na imagem para a ver mais claramente.)
Isto, claro, não significa que deve tirar todas as fotografias em f/5.6. Se precisar de uma grande profundidade de campo, sinta-se livre para usar aberturas mais pequenas; por vezes, vale a pena reduzir ligeiramente a nitidez da difracção.
Seleccionando a Abertura mais nítida
Há sempre difracção em cada abertura da sua lente. Isto tem de ser verdade; a luz precisa sempre de dobrar através de uma abertura, mesmo que seja muito grande. Contudo, em aberturas largas como f/2,8 ou f/4, o disco Airy é muito mais pequeno do que os pixels da sua fotografia. Isto significa que a difracção é essencialmente impossível de ver em aberturas tão grandes.
No entanto, isto não significa que as aberturas grandes sejam as mais afiadas numa determinada lente. Como provavelmente sabe, uma lente tende a ser mais nítida quando a sua abertura é ligeiramente interrompida para baixo. Por exemplo, a minha lente de 20mm f/1.8 é a mais nítida no centro em f/4. Abaixo está um gráfico de nitidez para uma lente deste tipo:
Então, porque é que o pico numa abertura de f/4 em vez de f/1.8? Isso ultrapassa ligeiramente o âmbito deste artigo, mas a essência é que – em aberturas maiores – mais luz viaja através das bordas de uma lente. Uma vez que o centro de uma lente é a região mais bem corrigida, isto diminui a nitidez da fotografia (e aumenta a sua aberração esférica). Uma abertura menor bloqueia efectivamente a luz que viajou através dos bordos de uma lente, o que melhora a nitidez de uma fotografia.
Este efeito, equilibrado com a diminuição da nitidez da difracção, é a razão pela qual f/4 dá a maior nitidez numa lente como a 20mm f/1.8.
Como se diz qual é a abertura mais nítida na lente? Basta olhar para os resultados testados online. No entanto, não se preocupe muito em disparar sempre para a abertura “perfeita”. Para um, mesmo estes resultados de teste podem ser ambíguos. No gráfico acima, por exemplo, os cantos da lente são na verdade mais nítidos em f/8. Assim, dependendo do seu assunto, pode preferir cantos mais nítidos em vez do centro mais nítido possível.
Ao mesmo tempo, mesmo as aberturas subótimas não são horrivelmente desfocadas. Fiz algumas impressões grandes a partir de fotografias tiradas a f/16, e a sua qualidade é mais do que suficiente para as minhas necessidades. Se precisar de uma abertura como esta – geralmente para aumentar a sua profundidade de campo – não tenha medo de a utilizar.
(Se precisar da maior profundidade de campo possível numa fotografia, como muitos fotógrafos de paisagem, recomendo a leitura sobre a distância hiperfocal. Há muitas semelhanças entre estas duas propriedades da fotografia.)
Difracção evitável
Agora que compreende a difracção, como se certifica de a evitar nas suas fotografias? Infelizmente, a resposta simples é que não pode. A difracção é um resultado da física. Não importa quão boa é a sua lente; a difracção irá roubar a nitidez em aberturas menores, não importa o quê.
P>Pelo que não pode contornar as leis da física, há uma maneira de evitar a difracção nas suas fotografias: use uma abertura maior. Se precisar da fotografia mais nítida absoluta, esta é a única forma de evitar os efeitos da difracção. Está a fotografar uma cena que necessita de uma grande profundidade de campo? Tente empilhar o foco numa abertura de f/5,6 ou f/8, onde a difracção é mínima.
Ao mesmo tempo, se utilizou uma abertura pequena (digamos, f/16 ou f/22), pode melhorar os detalhes aparentes de uma fotografia ao afinar no pós-processamento. Isto não elimina realmente os efeitos da difracção, mas é uma forma simples de melhorar as fotografias tiradas em pequenas aberturas.
Em teoria, é possível corrigir a difracção através de um processo de afiação conhecido como afiação de desconvolução. Este tipo de afiação é mais eficaz quando se tem um modelo perfeito da lente em questão, incluindo as suas características ópticas exactas. Por esta razão, a afiação genérica de desconvolução não reduz os efeitos da difracção a um grau significativo; sabe-se, contudo, que a NASA utiliza tal método para melhorar a nitidez das fotografias do telescópio Hubble. (Alguns fabricantes de câmaras, incluindo o Pentax, podem ter uma opção de menu de redução da difracção; no entanto, isto não é mais do que uma máscara padrão de não afiação cozinhada no seu ficheiro RAW). Se quiser testar a afiação da desconvolução, aumente o mais possível a barra deslizante “Detalhe” tanto quanto possível em Sala de luz ou em Bruto da câmara. Claro que não será específico para a sua lente, o que seria necessário para uma verdadeira redução da difracção.
No entanto, embora possa afiar as suas fotografias no pós-processamento, a melhor maneira de diminuir a difracção é simplesmente usar uma abertura maior.
Extra Informação
Apertura é um tópico técnico; assim como a interacção entre a luz e o seu sensor de câmara. Alguma da informação acima é apresentada como o melhor cenário possível, e a realidade pode ser um pouco mais complexa. A maioria das informações seguintes não afectará a aparência real das suas fotografias, mas vale a pena cobrir alguns destes casos especiais.
Por exemplo, a luz com grandes comprimentos de onda difundirá mais facilmente do que a luz com comprimentos de onda mais curtos; isto significa que a luz vermelha (com um comprimento de onda de cerca de 650 nm) conduz a um disco Airy maior do que a luz azul (cerca de 475 nm) na mesma abertura. Assim, em teoria, verá um pouco menos de desfocagem da difracção se trabalhar com luz extremamente azul; na prática, este efeito é suficientemente pequeno que tem pouco impacto nas suas fotografias.
Também, na maioria das câmaras, os pixels que se combinam para fazer uma fotografia não detectam todos os mesmos comprimentos de onda de luz. Para sensores com um conjunto de pixels da Bayer (incluindo Nikon, Canon, e Sony DSLR/ câmaras sem espelho), o número de pixels com sensibilidade verde é o dobro do número de pixels vermelhos e azuis. Isto significa que o diagrama de pixels apresentado anteriormente é uma ligeira simplificação; contudo, isto não altera o facto de que a desfocagem da difracção aumenta devido ao tamanho do disco Airy.
Finalmente, a representação do disco Airy neste artigo é um pouco mais simples do que apareceria no mundo real. Acima, mostrei-o como uma série de anéis concêntricos; na realidade, porém, isso só ocorreria se a abertura fosse perfeitamente circular. A maioria das lentes tem sete, oito, ou nove lâminas de abertura, que (mesmo quando curvadas) não são propriamente círculos. Assim, o “disco Airy” torna-se um “octógono Airy”. Contudo, não há nenhuma diferença prática na aparência da difracção nas suas fotografias; as suas fotografias ficarão tão desfocadas como se parasse na lente.
Se tiver alguma pergunta sobre os pontos mais finos da difracção, sinta-se à vontade para fazer uma pergunta na secção de comentários; um único artigo é demasiado curto para explicar tudo o que há a saber sobre um tópico tão complexo.
Conclusion
Dadas todas estas advertências técnicas, a difracção pode parecer um tópico fora do comum a ser discutido. No entanto, os seus efeitos são claros e significativos nas suas fotografias, e valem bem a pena considerá-los enquanto se tira fotografias. Especialmente para fotógrafos de paisagem e arquitectura – ou qualquer pessoa que queira tirar fotografias nítidas com uma grande profundidade de campo – é importante compreender as contrapartidas que advêm de fotografar a uma pequena abertura.
Diffraction está presente em todas as suas fotografias, e – se não tiver cuidado – pode roubar alguma nitidez das suas imagens favoritas. No entanto, uma vez que veja os seus efeitos na prática, a difracção tornar-se-á uma segunda natureza.