O que exatamente determina a profundidade de campo?
Existem várias perguntas aqui sobre a definição de profundidade de campo , distância focal e distância do assunto . E é claro que há o básico de como a abertura afeta minhas fotografias . E bastante como eu recebo perguntas superficiais de DOF . Há perguntas relacionadas como esta . Mas não há perguntas que se façam de ponta a ponta:
O que exatamente determina a profundidade de campo em uma fotografia?
É apenas uma propriedade da lente? As lentes podem ser projetadas para proporcionar maior profundidade de campo para a mesma abertura e distância focal? Isso muda com o tamanho do sensor da câmera? Isso muda com o tamanho da impressão? Como esses dois últimos se relacionam?
Veja também esta pergunta relacionada: Como posso maximizar o efeito "fundo desfocado, assunto nítido" (bokeh)?
— Mattdm 12/12/12
@ Rob Melhor descrever o que você está vinculando do que dizer quem sugeriu o link. :)
— mattdm 29/01
Ok, para variar, vou dispensar as fórmulas, fotos das réguas e definições de "ampliação" e acompanhar o que você realmente experimenta na prática. Os principais fatores que realmente importam para fotografar são:
Abertura. As lentes de grande abertura oferecem uma profundidade de campo menor . Este é provavelmente o fator menos controverso! Isso é importante, pois algumas lentes têm aberturas muito maiores, por exemplo, 18-55 f / 3.5-5.6 vs. 50 f / 1.8
Distância do sujeito. Esta é uma consideração realmente importante. A profundidade de campo fica drasticamente mais rasa quando você começa a ficar realmente próximo . Isso é importante, pois a distâncias macro-focadas o DOF é um grande problema. Isso também significa que você pode obter DOF raso, independentemente da abertura, se chegar perto o suficiente, e que, se você quiser DOF profundo com pouca luz, componha para focar mais longe.
Comprimento focal. Isso não afeta a profundidade de campo, mas apenas em determinadas faixas, ao manter tamanho do assunto . As lentes amplas têm profundidade de campo muito profunda na maioria das distâncias dos objetos. Depois de passar de um certo ponto, o DOF muda muito pouco com a distância focal. Isso é importante novamente, porque se você quiser aumentar / diminuir o DOF, pode usar a distância focal para fazer isso enquanto ainda preenche o quadro com o assunto.
Tamanho do sensor. Isso afeta o DoF quando você mantém a mesma distância do assunto e campo de visão entre os tamanhos dos sensores . Quanto maior o sensor, menor a profundidade de campo. As DSLRs têm sensores muito maiores que os compactos, e, para o mesmo FoV e f-ratio, eles têm DOF mais raso. Isso é importante porque, pelo mesmo token, as imagens de corte aumentam a DOF ao manter o mesmo tamanho de saída final, pois é semelhante ao uso de um sensor menor.
Você não pode resumir tudo isso em dois fatores: a abertura e o tamanho do objeto no sensor?
— 10119 Kristof Claes
+1 por jogar fora os números e torná-lo prático - sempre me perguntei como alguém pode julgar que algo está dentro ou fora de foco em três casas decimais com uma cara séria.
@Kristof você pode, mas acho que isso acaba confundindo as pessoas, em vez disso, eu queria me concentrar em como quatro entradas comuns podem ser usadas para manipular o DOF em condições normais de gravação.
@ Kristof pode ser resumido em um único conceito: a distância hiperfocal. Mas é muito mais intuitivo de usar os fatores dadas por Matt
O último ponto é um tanto incorreto / pouco claro. Dados diferentes tamanhos de sensor, mas manter o mesmo campo de visão realmente significa alterar as distâncias focais, abordadas em um ponto anterior. Alterar o tamanho do sensor para uma distância focal determinada ou fixa não altera o DOF, pois o DOF é uma função dos parâmetros da lente (distância focal, f / # e distância do objeto).
Essa é uma excelente pergunta e com respostas diferentes, dependendo do contexto. Você mencionou várias perguntas específicas, cada uma das quais poderia justificar suas próprias respostas. Vou tentar abordá-los mais como um todo unificado aqui.
P. É apenas uma propriedade da lente?
R. Simplificando, não , embora se você ignora o CoC, alguém pode (dado a matemática) argumentar que é. A profundidade de campo é uma coisa "confusa" e depende muito do contexto de visualização. Com isso, quero dizer que depende do tamanho da imagem final sendo visualizada em relação à resolução nativa do sensor; a acuidade visual do espectador; a abertura usada ao tirar a foto; a distância do assunto ao tirar a foto.
P. As lentes podem ser projetadas para proporcionar maior profundidade de campo para a mesma abertura e distância focal? R. Dada a matemática, eu teria que dizer não. Eu não sou um engenheiro óptico, então leve o que digo aqui com o grão de sal necessário. Eu costumo seguir a matemática, o que é bastante claro sobre a profundidade de campo.
Q. Isso muda com o tamanho do sensor da câmera?
R. Em última análise, depende aqui. Mais importante que o tamanho do sensor seria o círculo mínimo de confusão (CoC) do meio de imagem. Curiosamente, o Círculo de Confusão de um meio de imagem não é necessariamente uma característica intrínseca, já que o CoC mínimo aceitável é geralmente determinado pelo tamanho máximo em que você pretende imprimir. Os sensores digitais têm um tamanho mínimo fixo para CoC, já que o tamanho de um único sensor é tão pequeno quanto qualquer ponto de luz pode obter (em um sensor Bayer, o tamanho de um quarteto de sensores é na verdade a menor resolução).
Q. Isso muda com o tamanho da impressão?
A. Dada a resposta à pergunta anterior, possivelmente. Escalar uma imagem acima ou mesmo abaixo do tamanho de impressão "nativo" pode afetar o valor usado para o CoC mínimo aceitável. Portanto, sim, os tamanhos que você pretende imprimir desempenham um papel, no entanto, eu diria que o papel geralmente é menor, a menos que você imprima em tamanhos muito grandes.
Matematicamente, está claro por que o DoF não é simplesmente uma função da lente e envolve o meio de imagem ou o tamanho da impressão da perspectiva de CoS. Para especificar claramente os fatores de DoF:
A profundidade de campo é uma função da distância focal, abertura efetiva, distância ao objeto e círculo mínimo de confusão. O Círculo mínimo de confusão é onde as coisas ficam confusas, pois isso pode ser visto como uma função do meio de imagem ou como uma função do tamanho da impressão.
Existem várias fórmulas matemáticas que podem ser usadas para calcular a profundidade de campo. Infelizmente, não parece haver uma fórmula única que produza com precisão uma profundidade de campo a qualquer distância do assunto. Hyperfocal Distance, ou a distância em que você efetivamente obtém a máxima DOF, pode ser calculada da seguinte forma:
H = f 2 / (N * c)
H = distância hiperfocal
N = número f (abertura relativa)
c = círculo de confusão
O círculo de confusão é um valor peculiar aqui, então discutiremos isso mais tarde. Uma CoC média útil para sensores digitais pode ser assumida em 0,021 mm . Essa fórmula fornece a distância hiperfocal, que não indica exatamente qual é a sua profundidade de campo, mas indica a distância do assunto em que você deve se concentrar para obter a profundidade máxima de campo. Para calcular o real Depth of Field, você precisa de um cálculo adicional. A fórmula abaixo fornecerá DoF para distâncias moderadas a grandes, o que significa mais especificamente quando a distância ao assunto é maior que a distância focal (ou seja, fotos não macro):
Df = (H * s) / (H - s) {para s <H
DOF = (2 * H * s) / (H 2 - s 2 ) {para s <H
Dn = Limite próximo de DoF
Df = Limite distante de DoF
H = Distância hiperfocal (fórmula anterior)
s = Distância do sujeito (distância na qual a lente está focada, pode não ser realmente "o sujeito")
Quando a distância do assunto é a distância hiperfocal:
Df = 'infinito' Dn = H / 2
Quando a distância do assunto é maior que a distância hiperfocal:
Df = infinito Dn = 'infinito'
O termo "infinito" aqui não é usado em seu sentido clássico, mas é mais um termo de engenharia óptica que significa um ponto focal além da distância hiperfocal. A fórmula completa para calcular o DOF diretamente, sem primeiro calcular a distância hiperfocal, da seguinte maneira (substitua H):
DOF = 2Ncf 2 s 2 / (f 4 - N 2 c 2 s 2 )
Se ignorarmos o tamanho da impressão e o filme, para um determinado sensor digital com uma densidade de pixels específica , o DOF é uma função da distância focal, abertura relativa e distância do assunto. A partir disso, pode- se argumentar que o DOF é puramente uma função da lente, pois "distância do sujeito" refere-se à distância na qual a lente está focada, o que também seria uma função da lente.
No caso médio, pode-se presumir que o CoC é sempre o mínimo possível com um sensor digital, que hoje em dia chega a uma média de 0,021 mm, embora uma faixa realista que abrange os sensores APS-C, APS-H e Full Frame cubra em qualquer lugar de 0,015 mm a 0,029 mm . Para os tamanhos de impressão mais comuns, em torno de 13x19 "ou menos, um CoC aceitável é de cerca de 0,05 mm, ou cerca do dobro da média dos sensores digitais. Se você é do tipo que gosta de imprimir em tamanhos muito grandes, o CoC pode ser um fator (exigindo menos de 0,01 mm), e seu DoF aparente em uma grande ampliação será menor do que você calcula matematicamente.
As fórmulas acima se aplicam somente quando a distância sé sensivelmente maior que a distância focal da lente. Como tal, divide-se em macro fotografia. Quando se trata de fotografia macro, é muito mais fácil expressar a DOF em termos de distância focal, abertura relativa e ampliação do assunto (ou seja, 1,0x):
DOF = 2Nc * (((m / P) + 1) / m 2 )
c = CoC mínimo
m = ampliação
P = ampliação da pupila
A fórmula é bastante simples, fora do aspecto de ampliação da pupila. Uma lente macro verdadeira e adequadamente construída terá pupilas de entrada e saída em grande parte equivalentes (o tamanho da abertura vista pela frente da lente (entrada) e o tamanho da abertura vista da parte traseira da lente (saída)) , embora eles possam não ser exatamente idênticos. Nesses casos, pode-se assumir um valor de 1 para P, a menos que você tenha uma dúvida razoável.
Diferentemente do DoF para distâncias de assunto moderadas a grandes, com macro fotografia 1: 1 (ou melhor), você está SEMPRE ampliando para impressão, mesmo se imprimir em 2x3 ". Em tamanhos de impressão comuns, como 8x10, 13x19, etc., o fator Pode-se considerar que o CoC é no mínimo resolúvel para o seu meio de imagem, o que provavelmente ainda não é pequeno o suficiente para compensar o encolhimento aparente do DOF devido ao aumento.
Além de matemática complexa, o DoF pode ser visualizado intuitivamente com um entendimento básico da luz, como a óptica dobra a luz e que efeito a abertura tem na luz.
Como a abertura afeta a profundidade de campo? Em última análise, resume-se aos ângulos dos raios de luz que realmente atingem o plano da imagem. Em uma abertura maior, todos os raios, incluindo os da borda externa da lente, atingem o plano da imagem. O diafragma não bloqueia nenhum raio de luz recebido, portanto o ângulo máximo de luz que pode alcançar o sensor é alto (mais oblíquo). Isso permite que o máximo de CoC seja grande, e a progressão de um ponto de luz focado para o máximo de CoC é rápida:
Em uma abertura mais estreita, o diafragma bloqueia alguma luz da periferia do cone de luz, enquanto a luz do centro é permitida. O ângulo máximo de raios de luz que chega ao sensor é baixo (menos oblíquo). Isso faz com que o CoC máximo seja menor e a progressão de um ponto de luz focado para o CoC máximo é mais lenta. (Em um esforço para manter o diagrama o mais simples possível, o efeito da aberração esférica foi ignorado, portanto o diagrama não é 100% exato, mas ainda deve demonstrar o ponto):
A abertura altera a taxa de crescimento de CoC. Aberturas mais amplas aumentam a taxa na qual os círculos de desfoque fora de foco crescem, portanto o DOF é mais raso. Aberturas mais estreitas reduzem a taxa na qual os círculos de desfocagem fora de foco crescem, portanto o DoF é mais profundo.
Como em tudo, deve-se sempre provar o conceito executando realmente a matemática. Aqui estão alguns resultados intrigantes ao executar as fórmulas acima com o código F # no utilitário de linha de comando F # Interactive (fácil para qualquer um baixar e verificar novamente):
A saída do programa acima é intrigante, pois indica que a profundidade de campo é de fato diretamente influenciada pela distância focal como um fator independente da abertura relativa, assumindo que apenas a distância focal é alterada e tudo o resto permanece igual. Os dois DoF convergem em f / 1.4 ef / 5.6, como demonstrado pelo programa acima:
Resultados intrigantes, se não um pouco intuitivos. Outra convergência ocorre quando as distâncias são ajustadas, o que fornece uma correlação mais intuitiva:
Desculpas. Eu estava tentando manter os conceitos separados para poder manter os diagramas mais simples, no entanto, eles são realmente inexoravelmente ligados na vida real. Minhas tentativas de excluir a abertura do diagrama da distância focal parecem ter tido o efeito oposto, por isso as removi. O ponto real que eu estava tentando enfatizar era simplesmente que o DOF é determinado pela divergência no ângulo da luz entre as fontes de luz do ponto de foco dentro e fora de foco ou pela "taxa de mudança no CoC". Quanto mais rápida a taxa de mudança, mais fino é o índice de resistência.
@ jrista: Eu certamente concordo com isso. Embora adicione alguma complexidade, vale a pena mencionar por que uma mudança na distância focal não afeta o DoF (como as coisas geralmente são medidas). Levei um tempo para descobrir isso.
Tentei adicionar uma explicação curta / simples de como a distância focal afeta o DOF no final da resposta que publiquei. Eu não tenho certeza se é realmente adequado mas - eu Agradecemos quaisquer comentários ...
@jrista: Eu não sei - a única coisa em que consigo pensar é que algumas pessoas consideram automaticamente o total de opostos em "matemática" e "arte", portanto, abordar qualquer coisa artística via matemática os incomoda. Na IMO, isso é muito triste: há muita matemática por trás da maioria das artes (por exemplo, a teoria da música também é quase totalmente matemática). e, nesse caso, eu diria que a própria matemática deve ser considerada uma arte.
Esta é uma resposta realmente agradável, e eu aprecio a matemática e os diagramas. Troquei a resposta "aceita" pela menor "apenas as práticas", para que os fotógrafos mais novos interessados ​​na questão vejam isso primeiro.
O comentário de @Matt Grum é bastante bom: você precisa ter muito cuidado para especificar condições ou pode acabar com três pessoas dizendo coisas que parecem conflitar, mas na verdade estão falando apenas de condições diferentes.
Primeiro, para definir o DoF de maneira significativa, você precisa especificar a quantidade de "desfoque" que deseja aceitar como suficientemente nítida. A profundidade de campo é basicamente apenas para medir quando algo que começou como um ponto no original ficará desfocado o suficiente para se tornar maior do que o tamanho que você escolheu.
Normalmente, isso muda com o tamanho em que você imprime uma imagem - as fotos maiores normalmente são visualizadas a uma distância maior, portanto, mais desfoque é aceitável. A maioria das marcações de lentes, etc., é definida com base em uma impressão em torno de 8 x 10 sendo visualizada a uma distância aproximada do braço (cerca de um metro ou dois). A matemática para isso funciona bastante simples: comece com uma estimativa da acuidade visual, que será medida como um ângulo. Então você apenas descobre qual o tamanho desse ângulo a uma distância especificada.
Supondo que escolhemos um número para isso e o cumpramos, a profundidade de campo depende apenas de dois fatores: a abertura e a taxa de reprodução. Quanto maior a taxa de reprodução (ou seja, quanto maior um item aparecer no sensor / filme em comparação com seu tamanho na vida real), menor será a profundidade de campo. Da mesma forma, quanto maior a abertura (maior diâmetro de abertura - menor número f / stop), menor profundidade de campo você obtém.
Todos os outros fatores (tamanho do sensor e distância focal sendo os dois mais óbvios) afetam apenas a profundidade de campo na medida em que afetam a taxa de reprodução ou a abertura.
Por exemplo, mesmo uma lente muito rápida (abertura grande) com uma distância focal curta dificulta bastante a alta taxa de reprodução. Por exemplo, se você tirar uma foto de uma pessoa com uma lente de 20 mm f / 2, ela precisará praticamente tocá-las antes de obter uma taxa de reprodução muito grande. No extremo oposto, as lentes mais longas geralmente parecem ter menos profundidade de campo porque tornam relativamente fácil obter uma grande taxa de reprodução.
No entanto, se você realmente mantém a taxa de reprodução constante, a profundidade de campo é realmente constante. Por exemplo, se você possui uma lente de 20 mm e uma de 200 mm e tira uma foto com cada uma (digamos) f / 4, mas tire a foto com a 200 mm a 10 vezes mais longe, para que o assunto realmente seja do mesmo tamanho , os dois teoricamente têm a mesma profundidade de campo. Isso acontece tão raramente, no entanto, que é principalmente teórico.
O mesmo acontece com o tamanho do sensor: em teoria, se a taxa de reprodução é mantida constante, o tamanho do sensor é completamente irrelevante. Do ponto de vista prático, no entanto, o tamanho do sensor é importante por uma razão muito simples: independentemente do tamanho do sensor, geralmente queremos o mesmo enquadramento . Isso significa que, à medida que o tamanho do sensor aumenta, quase sempre usamos grandes taxas de reprodução. Por exemplo, uma foto típica de uma pessoa na cabeça e nos ombros pode cobrir uma altura de, digamos, 50 cm (usarei a métrica, para combinar como os tamanhos dos sensores são geralmente citados). Em uma câmera de visão de 8 x 10, isso resulta em uma taxa de reprodução de 1: 2, proporcionando muito pouca profundidade de campo. Em um sensor de tamanho completo de 35 mm, a taxa de reprodução é de cerca de 1:14, dando muitomaior profundidade de campo. Em uma câmera compacta com, digamos, um sensor de 6,6x8,8 mm, funciona em cerca de 1:57.
Se usássemos a câmera compacta na mesma proporção de reprodução de 1: 2 que a 8x10, teríamos a mesma profundidade de campo - mas, em vez de cabeça e ombros, tiraríamos uma foto de parte de um globo ocular.
Há mais um fator a considerar: com uma lente mais curta, os objetos em segundo plano ficam muito menores "mais rápidos" do que com uma lente mais longa. Por exemplo, considere uma pessoa com uma cerca de 6 metros atrás deles. Se você tirar uma foto de um metro e meio de distância com uma lente de 50 mm, a cerca estará 5 vezes mais afastada que a pessoa e, portanto, parecerá relativamente pequena. Se você usar uma lente de 200 mm, precisará recuar 20 pés para que a pessoa tenha o mesmo tamanho - mas agora a cerca está apenas duas vezes mais distante, em vez de 5 vezes mais distante, para parecer comparativamente grande, tornando a cerca (e o grau em que ela está embaçada) muito mais aparente em uma foto.
Edit2: Como convenci o @jrista a remover seu diagrama, relacionando a distância focal à profundidade de campo, provavelmente devo tentar explicar por que não há uma relação entre a distância focal e a profundidade de campo - pelo menos quando você olha para as coisas da maneira como são normalmente medidos na fotografia.
Especificamente, uma abertura fotográfica (hoje em dia) é universalmente medida como uma fração da distância focal - é escrita como uma fração (f / número) porque é isso que é.
Por exemplo, é bem sabido que em f / 1.4 você obtém menos profundidade de campo do que em f / 2.8. O que pode não ser tão óbvio imediatamente é que (por exemplo) uma lente de 50 mm f / 1.4 e uma lente de 100 mm f / 2.8 têm o mesmo diâmetro efetivo. É o ângulo mais amplo no qual os raios de luz entram na lente de 50 mm que oferece menos profundidade de campo que a lente de 100 mm, mesmo que os dois tenham exatamente o mesmo diâmetro físico.
Por outro lado, se você alterar a distância focal, mas manter a mesma abertura fotográfica (f / stop), a profundidade de campo também permanecerá constante porque, à medida que a distância focal aumenta, o diâmetro aumenta proporcionalmente, de modo que os raios de luz fiquem focados na imagem. filme / sensor dos mesmos ângulos.
Provavelmente, também vale a pena ressaltar que é por isso (acredito que seja) que as lentes catadióptricas são notadas por sua falta de profundidade de campo. Em uma lente normal, mesmo quando você está usando uma grande abertura, parte da luz ainda entra pela parte central da lente; portanto, uma pequena porcentagem da luz é focada como se você estivesse fotografando em uma abertura menor. Com uma lente catadióptrica, no entanto, você tem uma obstrução central, que impede a entrada de luz em direção ao centro, de modo que toda a luz entra pelas partes externas da lente. Isso significa que toda a luz deve ser focada em um ângulo relativamente raso; assim, como a imagem fica desfocada, essencialmente todas as isso fica fora de foco juntos (ou uma porcentagem muito maior de qualquer maneira) em vez de ter pelo menos um pouco ainda em foco.
Como um aparte, acho que vale a pena considerar que incrível golpe de brilho foi começar a medir os diâmetros das lentes como uma fração da distância focal. Em um único golpe de gênio, são apresentados dois problemas separados (e aparentemente não relacionados): a exposição e a profundidade do campo controláveis ​​e previsíveis. Tentar prever (muito menos controle) a exposição ou a profundidade de campo (para não mencionar os dois) antes que a inovação deva ter sido tremendamente difícil em comparação ...
@jrista: Isso não me surpreende nada. Na mesma distância, a lente de 100 mm terá o dobro da taxa de reprodução, portanto esperamos menos DOF. A mesma f / stop e a mesma taxa de reprodução fornecerão o mesmo DoF, portanto, com ambos em f / 2.8, esperamos o mesmo DoF quando a 100mm estiver duas vezes mais distante.
@ Jerry: Todas as coisas são iguais, eu acho (com base na sua resposta atualizada) que eu esperaria que um 50 / 1.4 e 100 / 2.8 tivesse o mesmo DOF para uma distância de CoC e assunto comum. No entanto, dada a matemática, você não só precisa reduzir pela metade a abertura em 100 mm, mas também dobrar a distância, para alcançar o mesmo índice de precisão exato. Como tal, sua explicação anterior sobre distância focal e abertura é ... acho que não é imprecisa, apenas falta especificidade. A afirmação só é verdadeira se assumirmos que outra variável, distância, também muda. Se o CoC e a distância são fixos, sua declaração é imprecisa.
@Jerry: Sim, o relacionamento é quadrático, o que eu acho que torna a coisa toda um pouco contra-intuitiva. Eu acho que é mais simples discutir o DOF quando apenas um fator é alterado por vez, em vez de dois. Para um fotógrafo experiente, o relacionamento se torna uma segunda natureza, e é preciso apenas um pensamento fugaz para saber que, se você deseja manter o DOF ao trocar de lente, também precisa mudar a distância. Em uma discussão técnica sobre DoF, no entanto, acho importante esclarecer quais fatores estão mudando e como essas mudanças afetam o resultado. ATBE! :)
@ Jerry: Eu acho que isso seria verdade. Isso significa que você conhece os fatores de ampliação de cada uma das suas lentes a qualquer distância de foco. Algumas lentes possuem escalas de fator de ampliação, no entanto, elas tendem a ser bastante ásperas e imprecisas. A menos que você tenha uma cábula útil ou uma câmera que calcule a ampliação para você, não tenho certeza de quão útil é usar a taxa de reprodução sobre a distância focal e a distância do ponto de vista prático. Ou estou perdendo algo simples sobre o cálculo da ampliação?
@jrista: Eu não acho que isso realmente significa que você precisa conhecer o fator magnético de qualquer lente - você apenas precisa reconhecer que, para uma determinada câmera, um enquadramento mais rígido reduz o DoF - e a troca de lentes não muda isso; contanto que você mova / aplique zoom para manter o mesmo enquadramento, você obterá o mesmo documento, a menos que altere a abertura.
Existem apenas dois fatores que realmente afetam a DOF - abertura e ampliação - sim, a distância de comutação, tamanho do sensor, distância focal, tamanho da tela e distância de visualização parecem ter efeito, mas todas são apenas alterações no tamanho da imagem (o assunto / parte-que-você está vendo) como vista pelo olho que a vê - a ampliação. Kristof Claes resumiu algumas postagens anteriormente.
Veja o livro do Guia Focal 'Lentes' como uma referência, se você não acredita.
Toda revista amadora (e ezine agora) gosta de dizer 'mude para uma lente grande angular para obter mais profundidade de campo' ... mas se você mantiver o assunto do mesmo tamanho no quadro (aproximando-se mais), as partes nítidas terão os mesmos limites. Andar para trás com a lente que você colocou também dará mais DOF, mas talvez você goste da foto do jeito que ela já está configurada?
O que você vai ver são mais graduais cut-offs em nitidez para que o fundo e de primeiro plano aparecem com mais nitidez (não afiada como se dentro do DOF!), Portanto, o encantador fora de foco fundos com lentes compridas e os quase queridos nítidas com ângulos largos.
— Derek Trillo
Oi Derek! Bem-vindo ao Stack Exchange e obrigado pela resposta. É a esse livro que você está se referindo?
Sim, apenas abertura e ampliação. Aprendi isso com Herbert Keppler há muitos anos.
— Mike Sowsun
É apenas uma propriedade da lente?
As lentes podem ser projetadas para proporcionar maior profundidade de campo para a mesma abertura e distância focal?
Isso muda com o tamanho do sensor da câmera? Isso muda com o tamanho da impressão? Como esses dois últimos se relacionam?
Veja também esta pergunta: " Como você determina o Círculo de Confusão aceitável para uma foto em particular? ".
A resposta a seguir foi originalmente publicada (por mim) como uma resposta sobre o bokeh de fundo, mas necessariamente explica a profundidade de campo, com um viés para explicar a desfocagem anterior e de fundo.
A resposta original (mais longa) está aqui: https://photo.stackexchange.com/a/96261/37074 - esta é a versão resumida. Simplesmente responder uma frase com um link faz com que a resposta seja convertida em comentário para a pergunta acima, com risco de exclusão porque é um comentário.
Vamos definir algumas coisas antes de entrarmos em uma explicação muito mais longa.
Profundidade de campo : a distância entre os objetos mais próximos e os mais distantes de uma cena que parecem aceitáveis ​​em uma imagem. Embora uma lente possa focalizar com precisão apenas uma distância de cada vez, a diminuição da nitidez é gradual em cada lado da distância focalizada, de modo que, dentro da DOF, a nitidez é imperceptível sob condições normais de visualização.
Fundo: a área atrás do assunto da imagem.
Primeiro plano: a área em frente ao assunto da imagem.
Desfoque : Causar imperfeição da visão, tornar indistinto ou nebuloso, obscurecer. O antônimo de afiar.
Bokeh : a qualidade do desfoque das áreas fora de foco da imagem fora da profundidade de campo quando a lente está corretamente focada no objeto.
Círculo de confusão : na ótica idealizada dos raios, presume-se que os raios convergem para um ponto quando perfeitamente focados, a forma de um ponto desfocado de desfocagem de uma lente com uma abertura circular é um círculo rígido de luz. Um ponto de desfoque mais geral tem bordas suaves devido à difração e aberrações ( Stokseth 1969, paywall ; Merklinger 1992, acessível ) e pode ser não circular devido ao formato da abertura.
Reconhecendo que as lentes reais não focalizam todos os raios perfeitamente, mesmo nas melhores condições, o termo círculo de menor confusão é frequentemente usado para o menor ponto de desfoque que uma lente pode fazer (Ray 2002, 89), por exemplo, escolhendo a melhor posição de foco que faz um bom compromisso entre as diferentes distâncias focais efetivas de diferentes zonas da lente devido a aberrações esféricas ou outras.
O termo círculo de confusão é aplicado de maneira mais geral ao tamanho do ponto fora de foco para o qual uma lente imagina um ponto de objeto. Relaciona-se a 1. acuidade visual, 2. condições de visualização e 3. ampliação da imagem original para a imagem final. Na fotografia, o círculo de confusão (CoC) é usado para determinar matematicamente a profundidade de campo, a parte de uma imagem que é aceitavelmente nítida.
Tamanho do sensor :
Fotografia: Na fotografia, o tamanho do sensor é medido com base na largura do filme ou na área ativa de um sensor digital. O nome 35 mm se origina da largura total do filme 135 , o filme perfurado para cartuchos que era o meio primário do formato anterior à invenção da DSLR de quadro completo. O termo formato 135 permanece em uso. Na fotografia digital, o formato passou a ser conhecido como full frame. Enquanto o tamanho real da área utilizável do filme fotográfico de 35 mm é 24w × 36h mm, os 35 milímetros referem-se à dimensão 24 mm mais os orifícios da roda dentada (usados ​​para avançar o filme).
Vídeo : os tamanhos dos sensores são expressos em notação em polegadas porque, no momento da popularização dos sensores de imagem digital, eles eram usados ​​para substituir os tubos das câmeras de vídeo. Os tubos circulares comuns de câmera de vídeo de 1 "tinham uma área retangular fotossensível com cerca de 16 mm na diagonal; portanto, um sensor digital com tamanho diagonal de 16 mm era equivalente a um tubo de vídeo de 1". O nome de um sensor digital de 1 "deve ser lido com mais precisão como sensor" equivalente a um tubo de câmera de vídeo de uma polegada ". Os descritores atuais do tamanho do sensor de imagem digital são o tamanho da equivalência do tubo da câmera de vídeo, não o tamanho real do sensor. Por exemplo, um O sensor de 1 "tem uma medida diagonal de 16 mm.
Assunto: O objeto do qual você pretende capturar uma imagem, não necessariamente tudo o que aparece no quadro, certamente não os Bombardeiros Fotográficos , e muitas vezes não os objetos que aparecem em situações extremas; portanto, o uso de bokeh ou DOF para desfocar objetos que não são o assunto.
Função de Transferência de Modulação (MTF) ou Resposta de Freqüência Espacial (SFR): A resposta de amplitude relativa de um sistema de imagem como uma função da frequência espacial de entrada. A ISO 12233: 2017 especifica métodos para medir a resolução e a SFR das câmeras fotográficas eletrônicas. Pares de linhas por milímetro (lp / mm) foi a unidade de frequência espacial mais comum para filmes, mas os ciclos / pixel (C / P) e as larguras das linhas / altura da imagem (LW / PH) são mais convenientes para os sensores digitais.
Agora, temos nossas definições fora do caminho ...
Como podemos calcular o CoC :
CoC (mm) = distância de visualização (cm) / resolução de imagem final desejada (lp / mm) para uma distância de visualização de 25 cm / ampliação / 25
Por exemplo, para suportar uma resolução de imagem final equivalente a 5 lp / mm para uma distância de visualização de 25 cm quando a distância de visualização prevista é de 50 cm e o aumento previsto é 8:
CoC = 50/5/8/25 = 0,05 mm
Como o tamanho da imagem final geralmente não é conhecido no momento da fotografia, é comum assumir um tamanho padrão, como 25 cm de largura, juntamente com um CoC convencional de imagem final de 0,2 mm, que é 1/1250 de a largura da imagem. Convenções em termos de medida diagonal também são comumente usadas. O DoF calculado usando essas convenções precisará ser ajustado se a imagem original for cortada antes de aumentar para o tamanho final da imagem ou se o tamanho e as suposições de visualização forem alteradas.
Usando a "fórmula Zeiss", o círculo de confusão às vezes é calculado como d / 1730, onde d é a medida diagonal da imagem original (o formato da câmera). No formato de quadro inteiro 35 mm (24 mm × 36 mm, 43 mm na diagonal), esse valor é 0,025 mm. Um CoC mais amplamente usado é d / 1500, ou 0,029 mm para o formato full frame de 35 mm, o que corresponde à resolução de 5 linhas por milímetro em uma impressão de 30 cm na diagonal. Valores de 0,030 mm e 0,033 mm também são comuns no formato full frame de 35 mm. Para fins práticos, d / 1730, um CoC de imagem final de 0,2 mm, e d / 1500 fornecem resultados muito semelhantes.
Também foram utilizados critérios relacionados ao CoC à distância focal da lente. Kodak (1972), 5) recomendou 2 minutos de arco (critério de Snellen de 30 ciclos / grau para visão normal) para visualização crítica, fornecendo CoC C f / 1720, em que f é a distância focal da lente. Para uma lente de 50 mm no formato de quadro inteiro 35 mm, isso deu CoC ± 0,0291 mm. Este critério assumiu evidentemente que uma imagem final seria visualizada à distância "correta da perspectiva" (ou seja, o ângulo de visão seria o mesmo da imagem original):
Distância de visualização = distância focal da lente × ampliação
No entanto, as imagens raramente são visualizadas na distância "correta"; o espectador geralmente não sabe a distância focal da lente de captura e a distância "correta" pode ser desconfortavelmente curta ou longa. Consequentemente, os critérios baseados na distância focal da lente geralmente deram lugar a critérios (como d / 1500) relacionados ao formato da câmera.
Esse valor de COC representa o diâmetro máximo do ponto de desfoque, medido no plano da imagem, que parece estar em foco. Um ponto com um diâmetro menor que esse valor de COC aparecerá como um ponto de luz e, portanto, em foco na imagem. Pontos com um diâmetro maior parecerão embaçados para o observador.
Não simetria do DOF:
DOF não é simétrico. Isso significa que a área de foco aceitável não tem a mesma distância linear antes e depois do plano focal. Isso ocorre porque a luz dos objetos mais próximos converge a uma distância maior à ré do plano da imagem do que a distância em que a luz dos objetos mais distantes converge antes do plano da imagem.
A distâncias relativamente próximas, o DOF é quase simétrico, com cerca de metade da área de foco existente antes do plano de foco e metade aparecendo depois. Quanto mais o plano focal se move do plano da imagem, maior a mudança na simetria, favorecendo a área além do plano focal. Eventualmente, a lente foca no ponto infinito e a DOF está em sua dissimetria máxima, com a grande maioria da área focada além do plano de foco até o infinito. Essa distância é conhecida como " distância hiperfocal " e nos leva à próxima seção.
A distância hiperfocal é definida como a distância, quando a lente está focada no infinito, onde objetos de metade dessa distância até o infinito estarão focados em uma lente específica. Como alternativa, a distância hiperfocal pode se referir à distância mais próxima que uma lente pode ser focada para uma determinada abertura, enquanto objetos a uma distância (infinito) permanecerão nítidos.
A distância hiperfocal é variável e uma função da abertura, distância focal e COC acima mencionado. Quanto menor a abertura da lente, mais próxima fica a distância hiperfocal. A distância hiperfocal é usada nos cálculos usados ​​para calcular o DOF.
Cálculo da distância hiperfocal :
Existem quatro fatores que determinam a DOF:
Círculo de confusão (COC)
Distância do foco (distância entre a lente e o objeto)
DOF = Ponto distante - Ponto próximo
O DOF simplesmente diz ao fotógrafo a que distâncias anteriores e posteriores da distância do foco ocorrerá a desfocagem. Não especifica quão desfocada ou qual a "qualidade" dessas áreas. O design da lente, o design do diafragma e o plano de fundo definem as características do desfoque - sua intensidade, textura e qualidade.
Quanto menor a distância focal da sua lente, maior o DOF.
Quanto maior a distância focal da sua lente, menor a DOF.
Se o tamanho do sensor não aparecer em nenhum lugar nessas fórmulas, como ele altera o DOF?
Existem várias maneiras sorrateiras de formatar sneak de tamanho na matemática do DOF:
É por causa do fator de corte e da distância focal resultante, juntamente com a abertura necessária para a capacidade de coleta de luz do sensor, que causa o maior efeito em seus cálculos.
Um sensor de resolução mais alta e uma lente de melhor qualidade produzirão bokeh melhor, mas mesmo um sensor e lente do tamanho de um celular podem produzir bokeh razoavelmente aceitável.
O uso da mesma lente de distância focal em uma câmera APS-C e em tamanho cheio na mesma distância de sujeito a câmera produz dois quadros de imagem diferentes e faz com que a distância e a espessura do DOF (profundidade, do campo) sejam diferentes.
Trocar de lente ou mudar de assunto para a câmera de acordo com o fator de corte ao alternar entre uma câmera APS-C e full frame para manter resultados de enquadramento idênticos em um DOF semelhante. Mover sua posição para manter o enquadramento idêntico favorece um pouco o sensor de quadro completo (para um DOF maior), é apenas ao trocar as lentes para combinar com o fator de corte e manter o enquadramento que o sensor maior obtém um DOF mais estreito (e não muito).
É a vantagem da abertura que torna o sensor de quadro completo uma escolha melhor e mais cara, tanto para câmera quanto para lentes e, geralmente, para recursos (o FPS não é um deles, nem tamanho e peso).
Ir a um sensor de tamanho médio em vez de um sensor minúsculo beneficia ainda mais o sensor maior, mas o bokeh provavelmente não é o melhor caso de uso para justificar 20x + vezes a diferença de preço.
O maior número de pixels por ponto de luz certamente produzirá um bokeh mais suave, mas também se aproximaria com uma pequena câmera com sensor. Você pode cobrar mais proporcionalidade pelo uso de equipamentos mais caros, se você ganhar dinheiro com suas fotos ou vídeos; caso contrário, um pouco de trabalho com os pés ou lentes adicionais de menor custo economizarão muito dinheiro investindo em um sistema de formato maior.
Links centrados no bokeh, com explicações sobre a profundidade de campo:
A B&H tem um artigo de 3 partes sobre DOF: Profundidade de Campo, Parte I: O Básico , Parte II: A Matemática e Parte III: Os Mitos .
Seção Wikipedia: Primeiro plano e desfoque de fundo .
Confira este artigo " Staging Foregrounds ", de RJ Kern, no desfoque em primeiro plano, que inclui muitas fotos com desfoque em segundo plano e em primeiro plano.
Mais importante, "bokeh" não é simplesmente "desfoque de fundo", mas tudo fora do DOF; mesmo em primeiro plano . É que pequenas luzes à distância são mais fáceis de avaliar a qualidade do bokeh.