Что именно определяет глубину резкости?

матдм

Что именно определяет глубину резкости?

Здесь есть несколько вопросов об определении глубины резкости , о фокусном расстоянии и о расстоянии до объекта . И, конечно же, основное влияние диафрагмы на мои фотографии . И множество способов получения супер-поверхностных вопросов о степени свободы. Есть связанные вопросы, подобные этому . Но не стоит задавать окончательный вопрос:

Что именно определяет глубину резкости на фотографии?

Это просто свойство объектива? Можно ли спроектировать линзы, обеспечивающие большую глубину резкости при той же диафрагме и фокусном расстоянии? Изменяется ли он в зависимости от размера сенсора камеры? Изменяется ли он в зависимости от размера печати? Как связаны последние два?

матдм

@Rob Лучше описать, на что вы ссылаетесь, чем говорить, кто предложил ссылку. :)

Мэтт Грум

Хорошо, для разнообразия я воздержусь от формул, фотографий линеек и определений «увеличения» и перейду к тому, что вы действительно испытываете на практике. Основными факторами, которые действительно имеют значение для стрельбы, являются:

  • Диафрагма. Объективы с широкой апертурой обеспечивают меньшую глубину резкости . Это, пожалуй, наименее спорный фактор! Это важно, поскольку у некоторых объективов апертура гораздо больше, например, 18–55 f/3,5–5,6 против 50 f/1,8.

  • Расстояние до объекта. Это действительно важное соображение. Глубина резкости резко уменьшается, когда вы подходите очень близко . Это важно, так как на макро расстояниях фокусировки серьезной проблемой является глубина резкости. Это также означает, что вы можете получить неглубокую глубину резкости независимо от диафрагмы, если вы подойдете достаточно близко, и что, если вы хотите получить глубокую глубину резкости при слабом освещении, сфокусируйтесь дальше.

  • Фокусное расстояние. Это влияет на глубину резкости, но только в определенных диапазонах при сохранении размера объекта . Широкоугольные объективы имеют очень большую глубину резкости на большинстве расстояний до объекта. Как только вы преодолеете определенную точку, глубина резкости очень мало изменится в зависимости от фокусного расстояния. Это снова важно, потому что, если вы хотите увеличить/уменьшить глубину резкости, вы можете использовать фокусное расстояние, чтобы сделать это, все еще заполняя кадр вашим объектом.

  • Размер сенсора. Это влияет на глубину резкости, когда вы поддерживаете одинаковое расстояние до объекта и поле зрения для разных размеров сенсора . Чем больше сенсор, тем меньше глубина резкости. Зеркальные зеркальные фотокамеры имеют гораздо большие сенсоры, чем компакты, поэтому при одинаковом поле зрения и коэффициенте f у них меньшая глубина резкости. Это важно, потому что по той же причине обрезка изображений увеличивает глубину резкости при сохранении того же конечного размера вывода, что сродни использованию сенсора меньшего размера.

Кристоф Клас

Разве вы не можете свести все это к двум факторам: диафрагме и размеру объекта на сенсоре?

пользователь2719

+1 за то, что выбрасываете цифры и делаете их практичными - мне всегда было интересно, как кто-то может судить о том, что что-то находится в фокусе или не в фокусе, с точностью до трех знаков после запятой с невозмутимым лицом.

Мэтт Грум

@Kristof, вы можете, но я считаю, что это сбивает людей с толку, вместо этого я хотел сосредоточиться на том, как можно использовать четыре общих входа для управления глубиной резкости в нормальных условиях съемки.

пау.эсталелла

@Kristof это можно обобщить одним понятием: гиперфокальное расстояние. Но гораздо более интуитивно понятно использовать факторы, данные Мэттом

АндроХ

Отличный ответ, но он не имеет должного отношения к вопросу, ИМХО

дааксикс

Последний пункт несколько неверен/неясен. Учитывая разные размеры сенсоров, но сохранение одного и того же поля зрения на самом деле означает изменение фокусных расстояний, о которых вы говорили в предыдущем пункте. Изменение размера сенсора для заданного или фиксированного фокусного расстояния не меняет ГРИП, поскольку ГРИП зависит от параметров объектива (фокусное расстояние, f/# и расстояние до объекта).

дааксикс

И я забыл добавить определение приемлемого размытия в список параметров, но как только это определено, ГРИП является функцией только объектива, однако приемлемое размытие может зависеть от размера пикселя сенсора...

Майкл С

@daaxix Приемлемое размытие (или, если быть более точным, круг нерезкости ) меняется в зависимости от размера сенсора, если вы предполагаете, что размер дисплея будет одинаковым для фотографий, сделанных с двумя сенсорами разного размера. Когда вы увеличиваете изображение с меньшего датчика до того же размера, что и изображение с большего датчика, вы также увеличиваете круги размытия в большей степени, поэтому вы должны уменьшить размер приемлемого CoC (выраженного как размер, который он имеет). на датчике перед увеличением для отображения) для изображения, сделанного с использованием меньшего датчика.

дааксикс

@MichaelClark, это бессмысленный способ рассмотрения глубины резкости. Я могу взять любую цифровую фотографию и масштабировать ее вверх или вниз. Это не означает, что реальная физическая глубина резкости изменяется или масштаб глубины резкости изменяется по сравнению с масштабом объектов на изображении . Если я снимаю педаль цветка, а затем снимаю весь цветок на большую матрицу с тем же размером пикселя и тем же объективом, глубина резкости будет такой же, но если я масштабирую педаль цветка до размера всего цветка, два изображения действительно несопоставимы.

дааксикс

Говорить о глубине резкости имеет смысл только с точки зрения размера пикселя (измеримого разрешения физического светового поля) или просто приемлемого физического размера размытия.

Майкл С

@daaxix DoF — это значение восприятия . Нет жесткой границы между тем, что в фокусе и что не в фокусе: в фокусе только одно расстояние, все, что ближе или дальше, размыто в той или иной степени. Если вы возьмете то же изображение и распечатаете его в два раза больше, а затем просмотрите его с того же расстояния, что и исходный отпечаток, глубина резкости меньшего отпечатка будет уменьшена до 1/4 на более крупном отпечатке, потому что круги размытия, которые казались размытыми. точки на глазах наблюдателя в более мелком шрифте теперь могут восприниматься как размытие. См. photo.stackexchange.com/a/54122/15871 .

дааксикс

@MichaelClark, я инженер-оптик. Вы правы в том, что размер круга размытия можно определить субъективно (есть также некоторые объективные способы его определения, см. Критерий Рэлея). Отпечатки и просмотр, однако, являются функциями масштабирования, пост-съемки изображения, а не размером сенсора!

Майкл С

Итак, если мы делаем два изображения с одним и тем же объектом, объективом с фиксированным фокусным расстоянием, диафрагмой и расстоянием съемки на двух разных камерах с одинаковым размером сенсора, но с разным разрешением / размером пикселей, вы говорите, если оба просматриваются с одинаковым размером, скажем? 16x20, тот, что снят камерой с большим/меньшим количеством пикселей, будет иметь меньшую или большую глубину резкости? Предполагая, что разрешение 16x20 не соответствует пределу разрешения объектива или сенсора, глубина резкости на обоих изображениях будет одинаковой .

Майкл С

«Отпечатки и просмотр, однако, являются функциями масштабирования, пост-съемки изображения, а не размером сенсора!» Правильно, они не являются функциями размера сенсора, но на них влияет размер сенсора в том смысле, что размер сенсора влияет на величину увеличения, необходимого для просмотра при определенном размере, и, таким образом , они влияют на воспринимаемую глубину резкости при просмотре! DoF - это только восприятие . Перефразируя Эйнштейна, «DoF — это иллюзия, хотя и очень стойкая». Только одна плоскость (или часть сферы) находится в самом резком фокусе любой оптической системы.

Майкл С

Остальное в той или иной степени не в фокусе. Вы настаиваете на том, что единственной истинной мерой глубины резкости является «... размер пикселя (измеримое разрешение физического светового поля) или просто приемлемый размер физического размытия». Это полностью игнорирует определение и цель фотографии, как определено здесь, а именно создание изображений, видимых человеческим глазом, для художественных целей. При просмотре человеческими глазами размер дисплея и расстояние, масштабирование из-за размера и разрешения сенсора, даже острота зрения человека-зрителя — все это влияет на глубину резкости , воспринимаемую зрителем.

Майкл С

@daaxix В академической среде оптика определяет глубину резкости на основе способности оптической системы обнаруживать различия. Рассматриваемые системы обычно могут обнаруживать очень незначительные различия. В фотографии пределы способности системы человеческого зрения обнаруживать различия должны быть включены в систему. Таким образом, размер дисплея, расстояние просмотра и т. д. применимы к определению глубины резкости в фотографии , в отличие от лабораторной оптики , где вещи можно измерить гораздо точнее, чем пределы системы человеческого глаза/мозга.

джриста

Это отличный вопрос, и на него могут быть разные ответы в зависимости от контекста. Вы упомянули несколько конкретных вопросов, на каждый из которых могут быть даны собственные ответы. Я постараюсь рассмотреть их здесь как единое целое.


В. Это просто свойство объектива?
A. Проще говоря, нет , хотя, если вы игнорируете CoC, можно (учитывая математику) утверждать, что это так. Глубина резкости — это «нечеткая» вещь, и она во многом зависит от контекста просмотра. Под этим я подразумеваю, что это зависит от того, насколько велико конечное просматриваемое изображение по отношению к исходному разрешению сенсора; острота зрения зрителя; диафрагма, используемая при съемке; расстояние до объекта при съемке.

В. Можно ли спроектировать объективы, обеспечивающие большую глубину резкости при той же диафрагме и фокусном расстоянии? А. Учитывая математику, я бы сказал нет. Я не инженер-оптик, поэтому отнеситесь к тому, что я говорю здесь, с необходимой долей скептицизма. Однако я склонен следовать математике, которая довольно ясно говорит о глубине резкости.

В. Изменяется ли он в зависимости от размера сенсора камеры?
А. В конечном счете, здесь все зависит. Более важным, чем размер датчика, будет минимальный кружок нерезкости (CoC) носителя изображения. Любопытно, что круг путаницы носителя изображения не обязательно является его внутренней чертой, поскольку минимально приемлемый CoC часто определяется максимальным размером, который вы собираетесь печатать. Цифровые датчики имеют фиксированный минимальный размер для CoC, поскольку размер одного датчика настолько мал, насколько может быть любая отдельная точка света (в датчике Байера размер квартета датчиков на самом деле является наименьшим разрешением).

В. Меняется ли он в зависимости от размера печати?
А. Учитывая ответ на предыдущий вопрос, возможно. Масштабирование изображения выше или даже ниже его «родного» размера печати может повлиять на то, какое значение вы используете для минимально приемлемого CoC. Таким образом, да, размеры, которые вы собираетесь печатать, играют роль, однако я бы сказал, что роль, как правило, незначительна, если только вы не печатаете очень большие размеры.


С математической точки зрения ясно, почему глубина резкости не является просто функцией объектива и зависит либо от носителя изображения, либо от размера отпечатка с точки зрения CoS. Чтобы четко указать факторы DoF:

Глубина резкости зависит от фокусного расстояния, эффективной диафрагмы, расстояния до объекта и минимального круга нерезкости. Минимальный круг путаницы — это когда все становится нечетким, поскольку это можно рассматривать либо как функцию носителя изображения, либо как функцию размера отпечатка.

Существует несколько математических формул, которые можно использовать для расчета глубины резкости. К сожалению, похоже, не существует единой формулы, которая бы точно определяла глубину резкости на любом расстоянии от объекта. Hyperfocal Distance, или расстояние, на котором вы эффективно получаете максимальную глубину резкости, можно рассчитать следующим образом:

Н = f 2 / (Н * с)

Где:

H = гиперфокальное расстояние
f = фокусное расстояние
N = число f (относительная апертура)
c = круг нерезкости

Круг нерезкости — это необычное значение, поэтому мы обсудим это позже. Полезное среднее значение CoC для цифровых датчиков можно принять равным 0,021 мм . Эта формула дает вам гиперфокальное расстояние, которое не точно говорит вам, какова ваша глубина резкости, а скорее указывает вам расстояние до объекта, на котором вы должны сфокусироваться, чтобы получить максимальную глубину резкости. Для расчета фактического Depth of Fieldнужен дополнительный расчет. Приведенная ниже формула обеспечивает глубину резкости для средних и больших расстояний до объекта, что, в частности, означает, когда расстояние до объекта больше, чем фокусное расстояние (т. е. не макросъемка):

Dn = (H * s) / (H + s)
Df = (H * s) / (H - s) { для s < H

DOF = Df - Dn
DOF = (2 * H * s) / (H 2 - s 2 ) { для s < H

Где:

Dn = ближний предел глубины резкости
Df = дальний предел глубины резкости
H = гиперфокальное расстояние (предыдущая формула)
s = расстояние до объекта (расстояние, на котором фокусируется объектив, на самом деле может не быть «объектом»)

Когда расстояние до объекта является гиперфокальным расстоянием:

Df = «бесконечность» Dn = H / 2

Когда расстояние до объекта больше, чем гиперфокальное расстояние:

Df = бесконечность Dn = «бесконечность»

Термин «бесконечность» здесь не используется в его классическом смысле, а скорее является термином оптической техники, означающим фокусную точку за гиперфокальным расстоянием. Полная формула для прямого расчета глубины резкости без предварительного расчета гиперфокального расстояния выглядит следующим образом (замените H):

DOF = 2Ncf 2 s 2 / (f 4 - N 2 c 2 s 2 )

Если мы игнорируем размер отпечатка и пленку, для данного цифрового датчика с определенной плотностью пикселей глубина резкости является функцией фокусного расстояния, относительной апертуры и расстояния до объекта. Исходя из этого, можно сделать вывод, что глубина резкости является исключительно функцией объектива, поскольку «расстояние до объекта» относится к расстоянию, на котором фокусируется объектив , что также будет функцией объектива.

В среднем можно предположить, что CoC всегда является минимально достижимым с цифровым датчиком, который в наши дни составляет в среднем 0,021 мм, хотя реальный диапазон, охватывающий датчики APS-C, APS-H и Full Frame, охватывает где-то от 0,015 мм до 0,029 мм . Для наиболее распространенных размеров отпечатков, около 13x19 дюймов или меньше, приемлемое значение CoC составляет около 0,05 мм, что примерно в два раза превышает среднее значение для цифровых датчиков. менее 0,01 мм), и ваша кажущаяся глубина резкости при большом увеличении будет меньше, чем вы рассчитываете математически.


Приведенные выше формулы применимы только тогда, когда расстояние sзаметно больше, чем фокусное расстояние объектива. Таким образом, он ломается для макросъемки. Когда дело доходит до макросъемки, гораздо проще выразить глубину резкости с точки зрения фокусного расстояния, относительной апертуры и увеличения объекта (например, 1,0x):

DOF = 2Nc * (((m/P) + 1)/m 2 )

Где:

N = число f (относительная апертура)
c = минимальный CoC
m = увеличение
P = увеличение зрачка

Формула довольно проста, вне аспекта увеличения зрачка. Настоящий, правильно сконструированный макрообъектив будет иметь в основном одинаковые входной и выходной зрачки (размер апертуры, если смотреть через переднюю часть объектива (вход), и размер апертуры, если смотреть через заднюю часть объектива (выход)) , хотя они могут быть не совсем идентичными. В таких случаях можно принять значение P равным 1, если у вас нет обоснованных сомнений.

В отличие от глубины резкости для средних и больших расстояний до объекта, при макросъемке 1:1 (или лучше) вы ВСЕГДА увеличиваете для печати, даже если вы печатаете с размером 2x3 дюйма. увеличения может быть значительным.Следует предположить, что CoC является минимально разрешимым для вашего носителя изображения, который все еще, вероятно, недостаточно мал, чтобы компенсировать видимое уменьшение глубины резкости из-за увеличения.


Помимо сложной математики, глубину резкости можно визуализировать интуитивно, имея общее представление о свете, о том, как оптика преломляет свет и какое влияние оказывает на свет апертура.

Как диафрагма влияет на глубину резкости? В конечном итоге это сводится к углам лучей света, которые фактически достигают плоскости изображения. При более широкой диафрагме все лучи, в том числе и от внешнего края объектива, достигают плоскости изображения. Диафрагма не блокирует входящие лучи света, поэтому максимальный угол света, который может достичь сенсора, высок (более косой). Это позволяет максимальному CoC быть большим, а переход от сфокусированной точки света к максимальному CoC происходит быстро:

введите описание изображения здесь

При более узкой апертуре диафрагма ДЕЙСТВИТЕЛЬНО блокирует часть света с периферии светового конуса, в то время как свет из центра пропускается. Максимальный угол световых лучей, достигающих сенсора, мал (менее наклонный). Это приводит к тому, что максимальный CoC становится меньше, а переход от сфокусированной точки света к максимальному CoC происходит медленнее. (Чтобы сделать диаграмму как можно более простой, эффект сферической аберрации был проигнорирован, поэтому диаграмма не является на 100% точной, но все же должна продемонстрировать суть):

введите описание изображения здесь

Aperture изменяет скорость роста CoC. Более широкие диафрагмы увеличивают скорость, с которой растут круги размытия вне фокуса, поэтому глубина резкости становится меньше. Более узкие диафрагмы уменьшают скорость, с которой растут круги размытия вне фокуса, поэтому глубина резкости становится глубже.


Доказательства

Как и во всем, всегда нужно доказывать концепцию, фактически выполняя математику. Вот некоторые интригующие результаты при выполнении приведенных выше формул с кодом F# в интерактивной утилите командной строки F# (любой может легко загрузить и перепроверить):

(* The basic formula for depth of field *)
let dof (N:float) (f:float) (c:float) (s:float) = (2.0 * N * c * f**2. * s**2.)/(f**4. - N**2. * c**2. * s**2.);;

(* The distance to subject. 20 feet / 12 inches / 2.54 cm per in / 10 mm per cm *)
let distance = 20. / 12. / 2.54 / 10.;;

(* A decent average minimum CoC for modern digital sensors *)
let coc = 0.021;;

(* DoF formula that returns depth in feet rather than millimeters *)
let dof_feet (N:float) (f:float) (c:float) (s:float) =
  let dof_mm = dof N f c s
  let dof_f = dof_mm / 10. / 2.54 / 12.
  dof_f;;

dof_feet 1.4 50. coc distance
> val it : float = 2.882371793
dof_feet 2.8 100. coc distance
> val it : float = 1.435623728

Результат вышеприведенной программы интригует, так как он показывает, что на глубину резкости действительно напрямую влияет фокусное расстояние как независимый фактор от относительной апертуры, предполагая, что изменяется только фокусное расстояние, а все остальное остается неизменным. Две степени свободы сходятся при f/1,4 и f/5,6, как показано в приведенной выше программе:

 dof_feet 1.4 50. coc distance
 > val it : float = 2.882371793
 dof_feet 5.6 100. coc distance
 > val it : float = 2.882371793

Интригующие результаты, хотя и немного неинтуитивные. Другая конвергенция происходит при корректировке расстояний, что обеспечивает более интуитивную корреляцию:

let d1 = 20. * 12. * 2.54 * 10.;;
let d2 = 40. * 12. * 2.54 * 10.;;

dof_feet 2.8 50. coc d1;;
> val it : float = 5.855489431
dof_feed 2.8 100. coc d2;;
> val it : float = 5.764743587

джриста

Извинения. Я пытался разделить концепции, чтобы упростить диаграммы, однако в реальной жизни они действительно неразрывно связаны. Мои попытки исключить диафрагму из диаграммы фокусных расстояний, похоже, дали обратный эффект, поэтому я их убрал. Реальный момент, который я пытался сделать, заключался в том, что глубина резкости в конечном итоге определяется расхождением угла света между точечными источниками света и вне фокуса или «скоростью изменения CoC». Чем выше скорость изменения, тем тоньше глубина резкости.

Джерри Коффин

@jrista: Я, конечно, согласен с этим. Хотя это добавляет некоторую сложность, возможно, стоит упомянуть, почему изменение фокусного расстояния не влияет на глубину резкости (как обычно измеряют). Мне потребовалось некоторое время, чтобы понять это.

Джерри Коффин

Я попытался добавить краткое/простое объяснение того, как фокусное расстояние влияет на глубину резкости, в конце ответа, который я опубликовал. Я не уверен, что это действительно адекватно - буду рад любым комментариям...

джриста

Что с отрицательными голосами ??

Джерри Коффин

@jrista: Я не знаю - единственное, о чем я могу думать, это то, что некоторые люди автоматически считают «математику» и «искусство» полными противоположностями, поэтому обращение к чему-либо художественному с помощью математики их беспокоит. ИМО, хотя это довольно грустно: за большинством произведений искусства стоит много математики (например, теория музыки также почти полностью математическая). и если на то пошло, я бы сказал, что математику следует считать искусством.

джриста

Ну, вопрос был «Что именно определяет глубину резкости на фотографии?», и я не думаю, что вы можете быть по-настоящему точным, не включая математику. В любом случае, я согласен, искусство часто очень математическое на поверхности, и понимание математики (даже если оно приводит к слишком большой точности) может помочь вам в искусстве в долгосрочной перспективе.

матдм

Это действительно отличный ответ, и я ценю математику и диаграммы. Я заменил «принятый» ответ на более короткий «только практический», чтобы новые фотографы, заинтересованные в этом вопросе, увидели это первыми.

Джерри Коффин

Комментарий @Matt Grum довольно хорош: вам нужно быть очень осторожным, чтобы указать условия, иначе вы можете получить три человека, говорящие вещи, которые кажутся конфликтующими, но на самом деле просто говорят о разных условиях.

Во-первых, чтобы осмысленно определить глубину резкости, вам нужно указать количество «размытия», которое вы готовы принять как достаточно резкое. Глубина резкости в основном просто измеряется, когда что-то, что начиналось как точка в оригинале, будет достаточно размыто, чтобы стать больше, чем любой выбранный вами размер.

Это обычно меняется в зависимости от размера, с которым вы печатаете изображение — большие изображения обычно просматриваются с большего расстояния, поэтому допустимо большее размытие. Большинство маркировок линз и т. д. определяются на основе отпечатка размером около 8x10, который просматривается примерно на расстоянии вытянутой руки (пара футов или около того). Математика для этого довольно проста: начните с оценки остроты зрения, которая будет измеряться как угол. Затем вы просто выясняете, какой размер имеет этот угол на указанном расстоянии.

Предполагая, что мы выберем одно число для этого и будем придерживаться его, глубина резкости зависит только от двух факторов: диафрагмы и коэффициента воспроизведения. Чем больше коэффициент воспроизведения (т. е. чем больше объект появляется на сенсоре/пленке по сравнению с его размером в реальной жизни), тем меньшую глубину резкости вы получаете. Точно так же, чем больше диафрагма (больше диаметр отверстия — меньше число f/stop), тем меньше глубина резкости.

Все остальные факторы (размер сенсора и фокусное расстояние являются двумя наиболее очевидными) влияют на глубину резкости только в той мере, в какой они влияют на коэффициент воспроизведения или апертуру.

Например, даже очень светосильный (с большой апертурой) объектив с коротким фокусным расстоянием затрудняет получение высокого коэффициента воспроизведения. Например, если вы фотографируете человека с помощью объектива 20 мм f/2, объектив должен практически касаться человека, прежде чем вы получите очень большой коэффициент воспроизведения. С другой стороны, более длинные объективы часто имеют меньшую глубину резкости, потому что они позволяют относительно легко достичь большого коэффициента воспроизведения.

Однако, если вы действительно сохраняете коэффициент воспроизведения постоянным, глубина резкости действительно постоянна. Например, если у вас есть объектив 20 мм и объектив 200 мм, и вы делаете снимок с каждым, скажем, f/4, но делаете снимок с объективом 200 мм с расстояния в 10 раз больше, чтобы объект действительно был одного размера. , оба теоретически имеют одинаковую глубину резкости. Это случается так редко, однако, что это в основном теоретически.

То же самое относится и к размеру сенсора: теоретически, если коэффициент воспроизведения поддерживается постоянным, размер сенсора совершенно не имеет значения. Однако с практической точки зрения размер сенсора имеет значение по очень простой причине: независимо от размера сенсора мы обычно хотим одинакового кадрирования . Это означает, что по мере увеличения размера сенсора мы почти всегда используем большие коэффициенты воспроизведения. Например, типичный снимок головы и плеч человека может охватывать высоту, скажем, 50 см (я буду использовать метрическую систему, чтобы соответствовать тому, как обычно указываются размеры сенсора). На камере с обзором 8x10 это соответствует коэффициенту воспроизведения примерно 1:2, что дает очень небольшую глубину резкости. На полноразмерном сенсоре 35 мм коэффициент воспроизведения составляет примерно 1:14, что дает многобольше глубины резкости. На компактной камере, скажем, с сенсором 6,6х8,8 мм получается примерно 1:57.

Если бы мы использовали компактную камеру с тем же коэффициентом воспроизведения 1:2, что и 8x10, мы бы получили ту же глубину резкости, но вместо головы и плеч мы бы снимали часть одного глазного яблока.

Однако есть еще один фактор, который следует учитывать: с более коротким объективом объекты на заднем плане уменьшаются намного «быстрее», чем с более длинным объективом. Например, рассмотрим человека с забором в 20 футах позади него. Если вы сделаете снимок с расстояния 5 футов с помощью объектива 50 мм, забор окажется в 5 раз дальше, чем человек, поэтому он будет выглядеть сравнительно маленьким. Если вместо этого вы используете 200-миллиметровый объектив, вам нужно отступить на 20 футов, чтобы человек был того же размера, но теперь забор находится только в два раза дальше, а не в 5 раз дальше, поэтому он выглядит сравнительно большим. делает забор (и степень его размытости) более заметным на изображении.

Edit2: Поскольку я (как бы) убедил @jrista удалить его диаграмму, связывающую фокусное расстояние с глубиной резкости, я, вероятно, должен попытаться объяснить, почему нет связи между фокусным расстоянием и глубиной резкости — по крайней мере, когда вы смотрите на вещи как они обычно измеряются в фотографии.

В частности, фотографическая апертура (в настоящее время) повсеместно измеряется как доля фокусного расстояния — она записывается как дробь (f/число), потому что так оно и есть.

Например, хорошо известно, что при f/1.4 вы получите меньшую глубину резкости, чем при f/2.8. Что может быть не так очевидно сразу, так это то, что (например) объектив 50 мм f/1,4 и объектив 100 мм f/2,8 имеют одинаковый эффективный диаметр. Это более широкий угол, под которым световые лучи входят в объектив 50 мм, что дает ему меньшую глубину резкости, чем у объектива 100 мм, даже если они имеют одинаковый физический диаметр.

С другой стороны, если вы измените фокусное расстояние, но сохраните ту же самую фотографическую апертуру (f/stop), глубина резкости также останется постоянной, потому что по мере увеличения фокусного расстояния пропорционально увеличивается диаметр, так что лучи света фокусируются на объективе. пленка/сенсор под одним и тем же углом.

Вероятно, также стоит отметить, что именно поэтому (во всяком случае, я так думаю) катадиоптрические объективы отличаются отсутствием глубины резкости. В обычном объективе, даже когда вы используете большую диафрагму, часть света все равно проходит через центральную часть линзы, поэтому небольшой процент света фокусируется, как если бы вы снимали с меньшей диафрагмой. Однако с катадиоптрической линзой у вас есть центральное препятствие, которое блокирует попадание света к центру, поэтому весь свет попадает от внешних частей линзы. Это означает , что весь свет должен быть сфокусирован под относительно небольшим углом, поэтому, когда изображение выходит из фокуса, практически всеиз них выходит из фокуса вместе (или в любом случае гораздо более высокий процент), вместо того, чтобы иметь хотя бы немного, что все еще в фокусе.

Кроме того, я думаю, что стоит задуматься о том, какой невероятной гениальностью было начать измерять диаметры линз как долю фокусного расстояния. Одним гениальным ходом он делает две отдельные (и, казалось бы, не связанные) проблемы: экспозицию и глубину резкости контролируемыми и предсказуемыми. Попытка предсказать (а тем более контролировать) экспозицию или глубину резкости (не говоря уже о том и другом) до этого новшества должна была быть чрезвычайно сложной по сравнению с этим...

джриста

Хотя я согласен с вами, с точки зрения реального мира, что моя последняя диаграмма требовала диафрагмы f / 0,7, смысл второго набора диаграмм состоял в том, чтобы продемонстрировать, как фокусное расстояние влияет на глубину резкости без учета конкретной диафрагмы (или, сохраняя постоянная абсолютная максимальная диафрагма и только изменение фокусного расстояния). Я согласен, что в конце концов это запутало, поэтому я удалил эти две диаграммы. Надеюсь, теперь ответ стал более ясным.

джриста

Ну, теперь математика начинает кусаться. Я проверил ваши цифры, 50/1,4 и 100/2,8. Учитывая формулу для DOF из моего ответа, на расстоянии 20 футов и CoC 0,021 мм результаты таковы: 50 мм при f / 1,4 = DOF 2,88 фута; 100 мм при f/2,8 = глубина резкости 1,43 фута. Глубина резкости сходилась только при 100 мм при f/5,6, где оба объектива имели глубину резкости 2,88 фута. Я обновил свой ответ некоторым кодом F #, который можно использовать с F# Interactiveинструментом командной строки от Microsoft, если вы хотите дважды проверить мою математику. (Честно говоря, я сам удивлен, что для 100-мм объектива требуется диафрагма f/5,6.)

Джерри Коффин

@jrista: меня это совсем не удивляет. На том же расстоянии у 100-мм объектива коэффициент воспроизведения будет в два раза больше, поэтому мы ожидаем меньшую глубину резкости. Одинаковая диафрагма и одинаковый коэффициент воспроизведения дадут одинаковую глубину резкости, поэтому при f/2,8 мы ожидаем одинаковую глубину резкости, когда 100 мм находится в два раза дальше.

джриста

@Jerry: При прочих равных, я думаю (основываясь на вашем обновленном ответе), что я ожидал, что 50/1.4 и 100/2.8 будут иметь одинаковую глубину резкости для общего CoC и расстояния до объекта. Однако, учитывая математику, вам нужно не только вдвое уменьшить апертуру на 100 мм, но и удвоить расстояние, чтобы добиться такой же точной глубины резкости. Таким образом, ваше предыдущее объяснение фокусного расстояния и диафрагмы ... я думаю, не является неточным, просто ему не хватает конкретики. Утверждение верно только в том случае, если мы предполагаем, что другая переменная, расстояние, также изменяется. Если CoC и расстояние фиксированы, то ваше утверждение неверно.

Джерри Коффин

@jrista: Хм ... Я думал, что подчеркивал коэффициент воспроизведения в начале своего ответа, но, возможно, мне следует немного переписать его, чтобы сделать его еще более заметным.

джриста

Я думаю, что именно здесь «интуитивное» обсуждение глубины резкости ломается и приводит меня к тому, что я хотел изобразить с помощью моего второго набора диаграмм (однако, по-видимому, у меня все было наоборот, поскольку большее фокусное расстояние имеет более короткую глубину резкости. ) При прочих равных условиях фокусное расстояние оказывает независимое влияние на глубину резкости. Предполагая, что диафрагма, CoC и расстояние до объекта фиксированы, удвоение фокусного расстояния с 50 мм до 100 мм не поддерживает ту же глубину резкости, а фактически уменьшает ее в 4 раза. Чтобы сохранить глубину резкости, расстояние и фокусное расстояние должны быть скорректированы на равные коэффициенты.

Джерри Коффин

@jrista: Как показала ваша программа, если расстояние и фокусное расстояние регулируются взаимно, постоянная диафрагма дает постоянную глубину резкости. Что может показаться нелогичным, так это то, что глубина резкости не линейно обратна коэффициенту воспроизведения, а квадратична — удвоение коэффициента воспроизведения дает 1/4 глубины резкости; втрое это дает 1/9 глубины резкости и т. д. Вот почему в макросъемке постоянно используются такие крошечные апертуры. Это также большая часть того, почему разные форматы (например, 35 мм, 6 x 6 см или 4 x 5 дюймов) имеют такой отличительный вид.

джриста

@Jerry: Да, отношения квадратичные, что, я думаю, делает все это немного нелогичным. Я думаю, проще обсуждать DoF, когда за раз меняется только один фактор, а не два. Для опытного фотографа отношения становятся второй натурой, и достаточно лишь мимолетной мысли понять, что если вы хотите сохранить глубину резкости при смене объектива, вам также необходимо изменить расстояние. Однако в технической дискуссии о степени свободы я думаю, что важно четко понимать, какие факторы меняются и как эти изменения влияют на результат. АТБЕ! :)

Джерри Коффин

Если бы глубина резкости была линейно обратной коэффициенту воспроизведения, кажущаяся глубина резкости оставалась бы постоянной для всех форматов — с датчиком меньшего размера вы бы увеличивали больше, поэтому эффективная глубина резкости оставалась бы постоянной. Квадратичная зависимость приводит к видимым различиям.

Джерри Коффин

@jrista: вот почему я подчеркнул коэффициент воспроизведения: он объединяет расстояние и фокусное расстояние, поэтому вам нужно помнить только один фактор. Конечно, если вы хотите получить техническую информацию, ваш ответ добавляет одну деталь, которая игнорируется: когда входной и выходной зрачки не идентичны, это уже не совсем точно (но для большинства фотографий ошибка слишком мала, чтобы обращать на нее внимание) .

джриста

@Jerry: Я думаю, это было бы правдой. Это означало бы, что вы знаете коэффициенты увеличения каждого из ваших объективов на любом расстоянии фокусировки. На некоторых объективах есть шкалы коэффициента увеличения, однако они, как правило, довольно грубы и неточны. Если у вас не было удобной шпаргалки или камеры, которая вычисляла для вас увеличение, я не уверен, насколько полезно использовать коэффициент воспроизведения по фокусному расстоянию и расстоянию с практической точки зрения. Или я упускаю что-то простое в расчете увеличения?

Джерри Коффин

@jrista: Я не думаю, что на самом деле это означает, что вам нужно знать коэффициент увеличения любого объектива — вам просто нужно признать, что для данной камеры более плотное кадрирование уменьшает глубину резкости — и смена объектива этого не изменит; пока вы перемещаете / масштабируете, чтобы сохранить одно и то же кадрирование, вы получите ту же глубину резкости, если не измените диафрагму.

Глебхёрль

Это было самое разъясняющее объяснение, которое я нашел по этому вопросу, спасибо!

Майкл С

+1 за акцент на коэффициенте воспроизведения, который имеет решающее значение для любого понимания глубины резкости.

Дерек Трилло

Есть только два фактора, которые на самом деле влияют на глубину резкости — апертура и увеличение — да, расстояние переключения, размер сенсора, фокусное расстояние, размер дисплея и расстояние просмотра оказывают влияние, но все они просто изменяются в размере изображения (объект /part-вы-смотрите) как его видит глаз, который смотрит на это - увеличение. Кристоф Клаес резюмировал это несколькими сообщениями ранее.

См. книгу Focal Guide «Lenses» в качестве справки, если не верите.

Каждый любительский журнал (а теперь и электронный журнал) любит говорить: «Переключитесь на широкоугольный объектив для большей глубины резкости». те же пределы. Ходьба назад с надетым объективом также даст большую глубину резкости, но, может быть, вам нравится снимок в том виде, в котором он уже настроен?

То, что вы увидите , — это более плавное снижение резкости, так что фон и передний план кажутся более резкими (не резкими , как если бы они были в пределах глубины резкости!), Следовательно, прекрасные не в фокусе фоны с длинными объективами и почти резкие с широкими углами.

матдм

Привет Дерек! Добро пожаловать в Stack Exchange и спасибо за ответ. Это та книга, которую вы имеете в виду?

Майк Соусун

Да, только светосила и увеличение. Я узнал об этом от Герберта Кепплера много лет назад.

Роб

Что именно определяет глубину резкости на фотографии?

  • Это просто свойство объектива?

  • Можно ли спроектировать линзы, обеспечивающие большую глубину резкости при той же диафрагме и фокусном расстоянии?

  • Изменяется ли он в зависимости от размера сенсора камеры? Изменяется ли он в зависимости от размера печати? Как связаны последние два?

См. также этот вопрос: « Как вы определяете допустимый Круг нерезкости для конкретной фотографии? ».

Следующий ответ был первоначально опубликован (мной) как ответ о фоновом боке, но он обязательно объясняет глубину резкости с уклоном на объяснение размытия переднего и заднего плана.

Оригинальный (более длинный) ответ находится здесь: https://photo.stackexchange.com/a/96261/37074 - это сокращенная версия. Простое создание ответа из одного предложения со ссылкой приводит к тому, что ответ преобразуется в комментарий к вышеуказанному вопросу с риском удаления, поскольку это комментарий.

Давайте определим несколько вещей, прежде чем мы перейдем к более длинному объяснению.

  • Глубина резкости : расстояние между ближайшими и самыми дальними объектами сцены, которые выглядят достаточно резкими на изображении. Хотя объектив может точно сфокусироваться только на одном расстоянии за раз, снижение резкости происходит постепенно по обе стороны от фокусируемого расстояния, так что в пределах ГРИП нерезкость незаметна при нормальных условиях просмотра.

  • Фон: область позади объекта изображения.

  • Передний план: область перед объектом изображения.

  • Размытие : Приводить к несовершенству зрения, делать его нечетким или туманным, затемнять. Антоним к слову точить.

  • Боке : качество размытия не в фокусе областей изображения за пределами глубины резкости, когда объектив правильно сфокусирован на объекте.

  • Круг нерезкости : в идеализированной лучевой оптике предполагается, что лучи сходятся в точку, когда они идеально сфокусированы, форма пятна размытия расфокусировки от линзы с круглой апертурой представляет собой круг света с четкими краями. Более общее пятно размытия имеет мягкие края из-за дифракции и аберраций ( Stokseth 1969, платный доступ ; Merklinger 1992, доступный ) и может быть некруглой из-за формы апертуры.

    Признавая, что настоящие линзы не идеально фокусируют все лучи даже в самых лучших условиях, термин круг наименьшего нерезкости часто используется для обозначения наименьшего пятна размытия, которое может создать линза (Ray 2002, 89), например, путем выбора наилучшего положения фокуса, которое дает хороший компромисс между разными эффективными фокусными расстояниями разных зон объектива из-за сферических или других аберраций.

    Термин «кружок нерезкости» применяется в более общем смысле к размеру нерезкого пятна, в котором объектив отображает точку объекта. Это относится к 1. остроте зрения, 2. условиям просмотра и 3. увеличению исходного изображения до конечного изображения. В фотографии кружок нерезкости (CoC) используется для математического определения глубины резкости, части изображения, которая является приемлемо резкой.

  • Размер датчика :

    • Фотография: в фотографии размер сенсора измеряется на основе ширины пленки или активной области цифрового сенсора. Название 35 мм происходит от общей ширины пленки 135, пленки с перфорированным картриджем, которая была основным носителем формата до изобретения полнокадровой цифровой зеркальной фотокамеры. Формат термина 135 остается в использовании. В цифровой фотографии этот формат известен как полный кадр. В то время как фактический размер полезной площади фотопленки 35 мм составляет 24 мм × 36 мм, 35 ​​миллиметров относятся к размеру 24 мм плюс отверстия для звездочки (используемые для продвижения пленки).

    • Видео : размеры сенсора выражены в дюймах, потому что во время популяризации цифровых сенсоров изображения они использовались для замены трубок видеокамер. Обычные 1-дюймовые круглые трубки видеокамеры имели прямоугольную светочувствительную область с диагональю около 16 мм, поэтому цифровой датчик с диагональю 16 мм был эквивалентен 1-дюймовой видеотрубке. Название 1-дюймового цифрового сенсора следует более точно читать как «сенсор, эквивалентный трубке видеокамеры с одним дюймом». Текущие дескрипторы размера сенсора цифрового изображения представляют собой размер, эквивалентный трубке видеокамеры, а не фактический размер сенсора. Например, Сенсор размером 1 дюйм имеет размер по диагонали 16 мм.

  • Субъект: объект, изображение которого вы собираетесь запечатлеть, не обязательно все, что появляется в кадре, и уж точно не фотобомбардировщики , и часто не объекты, появляющиеся на переднем и заднем плане; таким образом, использование боке или глубины резкости для расфокусировки объектов, которые не являются предметом.

  • Передаточная функция модуляции (MTF) или пространственная частотная характеристика (SFR): относительная амплитудная характеристика системы визуализации как функция входной пространственной частоты. ISO 12233:2017 определяет методы измерения разрешения и SFR электронных фотокамер. Пара линий на миллиметр (lp/mm) была наиболее распространенной единицей пространственной частоты для пленки, но циклы/пиксель (C/P) и ширина линии/высота изображения (LW/PH) более удобны для цифровых датчиков.


Теперь у нас есть наши определения в стороне ...

Из Википедии:

CoC (мм) = расстояние просмотра (см) / желаемое конечное разрешение изображения (лп/мм) для расстояния просмотра 25 см / увеличение / 25

Например, для поддержки конечного разрешения изображения, эквивалентного 5 пар линий/мм, для расстояния просмотра 25 см, когда ожидаемое расстояние просмотра составляет 50 см, а ожидаемое увеличение равно 8:

CoC = 50/5/8/25 = 0,05 мм

Поскольку окончательный размер изображения обычно не известен во время фотосъемки, принято исходить из стандартного размера, такого как ширина 25 см, наряду с обычным значением CoC конечного изображения, равным 0,2 мм, что составляет 1/1250 ширина изображения. Также широко используются соглашения относительно диагональной меры. Глубину резкости, вычисленную с использованием этих соглашений, необходимо будет скорректировать, если исходное изображение обрезается перед увеличением до окончательного размера изображения или если изменяются предположения о размере и просмотре.

Используя «формулу Цейса», кружок нерезкости иногда рассчитывается как d/1730, где d — диагональ исходного изображения (формат камеры). Для полнокадрового формата 35 мм (24 мм × 36 мм, диагональ 43 мм) это значение составляет 0,025 мм. Более широко используемый CoC - d / 1500, или 0,029 мм для полнокадрового формата 35 мм, что соответствует разрешению 5 линий на миллиметр на отпечатке диагональю 30 см. Значения 0,030 мм и 0,033 мм также являются общими для полнокадрового формата 35 мм. Для практических целей d/1730, центр тяжести конечного изображения 0,2 мм и d/1500 дают очень похожие результаты.

Также использовались критерии, связывающие CoC с фокусным расстоянием объектива. Kodak (1972), 5) рекомендовал 2 угловые минуты (критерий Снеллена 30 циклов/градус для нормального зрения) для критических наблюдений, что дает CoC ≈ f/1720, где f — фокусное расстояние объектива. Для объектива 50 мм на полнокадровом формате 35 мм это дало CoC ≈ 0,0291 мм. Этот критерий, очевидно, предполагал, что финальное изображение будет просматриваться с «правильного в перспективе» расстояния (т. е. угол обзора будет таким же, как и у исходного изображения):

Расстояние просмотра = фокусное расстояние объектива × увеличение

Однако изображения редко просматриваются с «правильного» расстояния; зритель обычно не знает фокусного расстояния снимающей линзы, и «правильное» расстояние может быть неудобно коротким или длинным. Следовательно, критерии, основанные на фокусном расстоянии объектива, обычно уступают место критериям (например, d / 1500), связанным с форматом камеры.

Это значение COC представляет собой максимальный диаметр пятна размытия, измеренный в плоскости изображения, которая выглядит в фокусе. Пятно с диаметром меньше этого значения COC будет выглядеть как точка света и, следовательно, в фокусе изображения. Пятна большего диаметра будут казаться наблюдателю размытыми.

  • Несимметричность степени свободы:

DOF не симметричен. Это означает, что область приемлемого фокуса не имеет одинакового линейного расстояния до и после фокальной плоскости. Это связано с тем, что свет от более близких объектов сходится на большем расстоянии позади плоскости изображения, чем расстояние, на котором сходится свет от более дальних объектов до плоскости изображения.

На относительно близких расстояниях глубина резкости почти симметрична: примерно половина области фокусировки существует до плоскости фокусировки, а половина появляется после нее. Чем дальше фокальная плоскость перемещается от плоскости изображения, тем больше сдвиг симметрии в пользу области за фокальной плоскостью. В конце концов, линза фокусируется в точке бесконечности, а ГРИП достигает максимальной асимметрии, при этом подавляющая часть сфокусированной области находится за плоскостью фокусировки в бесконечность. Это расстояние известно как « гиперфокальное расстояние » и приводит нас к следующему разделу.

Гиперфокальное расстояние определяется как расстояние, при котором объектив сфокусирован на бесконечность, при котором объекты от половины этого расстояния до бесконечности будут в фокусе для конкретного объектива. В качестве альтернативы гиперфокальное расстояние может относиться к ближайшему расстоянию, на которое объектив может быть сфокусирован для данной диафрагмы, в то время как объекты на расстоянии (бесконечность) останутся четкими.

Гиперфокальное расстояние является переменным и зависит от апертуры, фокусного расстояния и вышеупомянутого COC. Чем меньше вы делаете апертуру объектива, тем ближе к объективу становится гиперфокальное расстояние. Гиперфокальное расстояние используется в расчетах, используемых для расчета глубины резкости.

Из Википедии:

Этот веб-сайт SE, похоже, не поддерживает Mathjax

Есть четыре фактора, которые определяют DOF:

  1. Круг путаницы (COC)
  2. Диафрагма объектива
  3. Фокусное расстояние объектива
  4. Фокусное расстояние (расстояние между объективом и объектом)

DOF = дальняя точка – ближняя точка

DOF, ближняя и дальняя точка

ГРИП просто сообщает фотографу, на каком расстоянии до и после расстояния фокусировки будет происходить размытие. Он не указывает, насколько размытыми или какого «качества» будут эти области. Конструкция объектива, конструкция диафрагмы и ваш фон определяют характеристики размытия — его интенсивность, текстуру и качество.

Чем короче фокусное расстояние вашего объектива, тем длиннее ГРИП.

Чем больше фокусное расстояние вашего объектива, тем меньше глубина резкости.

Если размер сенсора нигде не фигурирует в этих формулах, как он влияет на глубину резкости?

Есть несколько скрытых способов, которыми размер формата проникает в математику DOF:

Enlargement factor

Focal Length

Subject-to-camera / focal distance

Это связано с кроп-фактором и результирующим фокусным расстоянием, а также с необходимой апертурой для светосилы сенсора, что оказывает наибольшее влияние на ваши расчеты.

Сенсор с более высоким разрешением и объектив лучшего качества обеспечат лучшее боке, но даже сенсор и объектив размером с мобильный телефон могут создать достаточно приемлемое боке.

Использование объектива с одинаковым фокусным расстоянием на камере APS-C и полнокадровой камере на одном и том же расстоянии от объекта до камеры дает два разных кадра изображения и приводит к тому, что расстояние глубины резкости и толщина (глубина поля) различаются.

Переключение объективов или смена объекта на камеру в соответствии с кроп-фактором при переключении между APS-C и полнокадровой камерой для сохранения идентичных результатов кадрирования с одинаковой глубиной резкости. Изменение вашего положения для сохранения идентичного кадрирования немного благоприятствует полнокадровому датчику (для большей глубины резкости), и только при смене объектива в соответствии с коэффициентом кадрирования и сохранении кадрирования больший датчик получает более узкую глубину резкости (и не намного).

Преимущество диафрагмы делает полнокадровый сенсор лучшим и более дорогим выбором как для камеры, так и для объективов, а часто и для функций (частота кадров не входит в их число, а также размер и вес).

Переход к сенсору среднего размера вместо крошечного сенсора дает дополнительные преимущества сенсору большего размера, но боке, вероятно, не лучший вариант использования, чтобы оправдать разницу в цене в 20+ раз.

Большее количество пикселей на световую точку, безусловно, создаст более плавное боке, но то же самое произойдет и с камерой с маленьким сенсором. Вы можете взимать более высокую плату за пропорциональность за использование более дорогого оборудования , если вы зарабатываете деньги на своих фотографиях или видео, в противном случае небольшая работа с ногами или дополнительные недорогие объективы сэкономят вам много денег по сравнению с инвестициями в систему большего формата.


Ссылки, ориентированные на боке, с пояснениями о глубине резкости:

У B&H есть статья из 3 частей о ГРИП: Глубина резкости, Часть I: Основы , Часть II: Математика и Часть III: Мифы .

Раздел Википедии: Размытие переднего плана и фона .

Ознакомьтесь с этой статьей RJ Kern " Staging Foregrounds " о размытии переднего плана, которая включает множество фотографий с размытием фона и переднего плана.

Самое главное, «боке» — это не просто «размытие фона», а все размытие вне ГРИП; даже на переднем плане . Дело в том, что по небольшим огням на расстоянии легче судить о качестве боке.

Боке на переднем плане