Perché la profondità di campo è influenzata dalla lunghezza focale?

Quando la lunghezza focale diminuisce, aumenta anche la profondità di campo. Perchè è questo? Non sono tanto interessato a una lezione di fisica quanto a una spiegazione semplice e concreta.

Abbastanza sicuro di aver risposto a questo prima ma non riesco a trovarlo.

• Man mano che la lunghezza focale aumenta, l'angolo di visualizzazione si riduce.
• Con un angolo di visione più piccolo, i raggi che formano l'immagine sono più vicini all'essere paralleli.
• Con una minore variazione dell'angolo tra i raggi, la luce deve viaggiare di più prima di essere sufficientemente sfocata.

Questo è un po 'semplificato, ma spero che sia facile da visualizzare almeno.

Per questa discussione, l'apertura dovrebbe essere considerata la stessa, poiché la varianza di cui stiamo discutendo è la lunghezza focale.

Pertanto, un teleobiettivo focalizzato sullo stesso soggetto dalla stessa distanza di un obiettivo grandangolare avrà una profondità di campo inferiore a causa di un ingrandimento maggiore, ma di conseguenza l'angolo di vista tra le due immagini è molto diverso. Un teleobiettivo e un obiettivo grandangolare focalizzati sullo stesso soggetto con lo stesso angolo di visione, avranno la stessa profondità di campo (c'è una variazione ma è trascurabile).

La differenza qui? punto di vista. Quindi, si tratta della tua distanza dal soggetto, in realtà, non specificamente della lunghezza focale. Variare la distanza per adattarsi alle differenze di lunghezza focale e la profondità di campo rimane praticamente la stessa. Ciò che cambia, tuttavia, sono i rapporti di primo piano e di sfondo. Gli angoli più ampi tendono a mettere a fuoco maggiormente lo sfondo e i tele tendono ad avere una maggiore priorità. Il risultato di questo comportamento può creare un'illusione di profondità inferiore poiché il teleobiettivo ingrandirebbe la sfocatura dello sfondo. Questo è uno dei motivi per cui i fotografi di paesaggi non stanno molto indietro con un teleobiettivo (anche la foschia e altri fattori avrebbero un ruolo, probabilmente più significativo).

Puoi testare le mie informazioni su vari siti che offrono ad esempio un calcolatore DoF come DOFMaster . Ad esempio: per una distanza di 10 m (@ f / 8), quindi 10 mm DoF = Infinito e 100 mm DoF = 3,08 m. Ora, sposta l'obiettivo da 100 mm a 100 m (10 volte più lontano) e il DoF da 100 mm è ora uguale a infinito. L'angolo di visione dell'obiettivo da 100 mm è ora lo stesso dell'obiettivo da 10 mm.

In sintesi, gli obiettivi grandangolari non hanno più profondità di campo rispetto ai teleobiettivi e questo è dimostrato da entrambi che mostrano lo stesso DoF per lo stesso angolo visivo.

Puoi ottenere spiegazioni più dettagliate (e non orientate alla matematica) a Cambridge in Color and Luminous Landscape . Il secondo link ha anche immagini di esempio, un po 'utili per vederlo visivamente.

La profondità di campo è influenzata solo dalla dimensione dell'apertura effettiva, ma la dimensione dell'apertura effettiva non si interrompe. Quando diciamo "apertura" intendiamo effettivamente "rapporto di apertura" o "f-stop", non dimensione dell'apertura.

Questo "rapporto di apertura" è ciò che è necessario per calcolare la luminosità dell'immagine, ma per calcolare la profondità di campo è necessaria la dimensione effettiva dell'apertura.

Per ogni dato valore di f-stop, maggiore è la lunghezza focale, maggiore è la dimensione dell'apertura effettiva in mm .

F stop è il rapporto tra apertura e lunghezza focale ed è calcolato da f-stop = focal-length / aperture.

Per ottenere la dimensione dell'apertura effettiva da un f-stop ... aperture-size = (1 / f-stop) * focal-length

Quindi per un obiettivo da 50 mm f1,4 .. dimensione apertura effettiva = 1 (1,4 * 50) = dimensione apertura 35 mm.

La dimensione dell'apertura è la dimensione del foro attraverso cui passa la luce. Per costruire un obiettivo da 100 mm f1.4, è necessaria un'apertura di 70 mm, che rende un obiettivo di diametro davvero grande.

Quindi maggiore è l'apertura effettiva, minore è la profondità di campo e per ogni dato valore di f-stop, maggiore è la lunghezza focale, maggiore è l'apertura di apertura effettiva utilizzata.

F-stop è stato inventato per facilitare il calcolo della luminosità dell'esposizione, ma complica effettivamente il calcolo della profondità di campo. Ma prima delle macchine fotografiche automatiche, il calcolo dell'f-stop e della velocità dell'otturatore desiderati era praticabile, ma sarebbe stato un vero dolore se lavorare con le dimensioni dell'apertura effettiva!

Nota: come alcune altre risposte hanno discusso, all'aumentare della distanza da un soggetto, la luce da tale soggetto sarà più parallela. Ciò significa che più un soggetto è lontano, maggiore è la profondità di campo. Ciò contrasterà l'effetto dell'obiettivo più lungo con lo stesso f stop con una profondità di campo minore. Considera gli obiettivi f1.4 da 50 mm e 100 mm. Il 100mm ha una dimensione di apertura maggiore in mm, ma se per scattare la foto devi spostarti di 2 volte più lontano, la distanza maggiore compenserà la dimensione effettiva del diaframma e la profondità di campo sarà simile all'utilizzo dell'obiettivo 50mm a una distanza più vicina .

Perché gli obiettivi più lunghi hanno un dof più basso ... in breve, perché richiedono aperture fisicamente più grandi per mantenere lo stesso numero di f-stop. (ricordare, il valore di stop f "f" = lunghezza focale / apertura.

Cominciamo pensando a una vera fotocamera a foro stenopeico. Non ha obiettivi quindi nessuna lunghezza focale e richiede un foro stenopeico veramente piccolo per creare un'immagine decente a fuoco. se il foro stenopeico è troppo grande, nulla sarà messo a fuoco. (vale a dire dof seriamente superficiale!)

Ora, se mettiamo un obiettivo davanti alla nostra scatola a foro stenopeico, dobbiamo aprire un po 'il diaframma in modo da far passare abbastanza luce, senza diffondere la nostra immagine. (ricorda che dobbiamo mantenere l'immagine focalizzata e le lunghezze d'onda della luce sono stabilite dalle leggi della fisica).

Quindi, quando l'obiettivo si allunga (mentre si proietta sullo stesso sensore) diventa proporzionalmente più stretto in termini di lunghezza rispetto alla dimensione del suo back-end. (ricorda il sensore delle stesse dimensioni) - questo rende l'obiettivo più scuro. Quindi, per renderlo paragonabile alla capacità di cattura della luce dell'obiettivo più corto (cioè lo stesso valore f = stop) l'apertura deve essere aumentata (per far passare più luce al sensore) in proporzione al cambiamento di lunghezza.

Man mano che questo procede, la dimensione fisica dell'apertura (in mm) aumenta in relazione alla dimensione del sensore. Quindi (ricorda il foro stenopeico sovradimensionato) diventa molto più difficile mantenere le cose a fuoco. Quindi le lenti fl più lunghe con ampie aperture sono complesse, di solito di grandi dimensioni e spesso molto più costose.

Questa è un'ottima domanda! Sono stato a questa roba per più di 65 anni e devo ancora leggere quella che penso sia una risposta rispettabile. A tal fine, sfido i miei colleghi a pubblicare una buona spiegazione.

Ma aspetta, penso di aver avuto l'illuminazione - comunque lasciami fare un tentativo.

L'obiettivo proietta un'immagine del mondo esterno sulla superficie della pellicola o del sensore digitale. Se esaminerai attentamente questa immagine, scoprirai che è composta da innumerevoli cerchi, ognuno dei quali varia in intensità e colore. Quando osserviamo o catturiamo questa immagine, sembrerà uniforme e virata solo se questi cerchi sono troppo piccoli per essere percepiti. Stiamo parlando di circoli di confusione. Così chiamato, perché al microscopio sono visti come mal definiti e si sovrappongono. Tuttavia, se visti da una distanza adeguata, riconosciamo che si fondono per formare un'immagine di bell'aspetto.

Quando pensiamo alle dimensioni di questi cerchi, prima o poi, si accorge che il diametro di lavoro del diaframma a iride (l'apertura) porrà le basi su quanto sono grandi questi cerchi quando proiettati sulla superficie sul piano focale del nostro telecamera.

Ora sappiamo che se impostiamo la nostra fotocamera su f / 11 o f / 16 o f / 22, stiamo riducendo il diametro di lavoro dell'apertura della fotocamera. In tal modo, otteniamo profondità di campo perché il risultato sono piccoli cerchi di confusione. Ora il numero f e la lunghezza focale sono intrecciati. Il numero f viene derivato dividendo la lunghezza focale per il diametro di lavoro dell'obiettivo. Supponiamo di montare un 50mm e impostare il numero f su f / 16. Il diametro dell'apertura di lavoro è 50 ÷ 16 = 3.125mm. Una sferzata di questo tipo offre una profondità di campo rispettabile, perché i cerchi di confusione sul piano dell'immagine saranno minuscoli, a condizione che la fotocamera sia focalizzata accuratamente.

Ora passa a un grandangolo da 28 mm. Se la velocità dell'otturatore e ISO sono mantenute costanti, la stessa impostazione di apertura di f / 16 fa questo gesto. Tuttavia, cosa è successo al diametro di lavoro del diaframma a iride per raggiungere l'f-16? Il diametro di lavoro modificato diventa 28 ÷ 16 = 1,75 mm.

È così semplice --- una lunghezza focale più corta con lo stesso numero f produce un'apertura di lavoro più piccola, e questo si traduce in un più piccolo cerchio di confusione - quindi l'espansione della profondità di campo si espande.

Tutto ha aspetti positivi e negativi. Se il diametro di lavoro diventa super piccolo, il risultato sarà una profondità di campo infinita. Il meno è: i demoni gemelli di diffrazione e interferenza entrano in gioco e l'immagine si degrada.

Fattoriale - La massima nitidezza si verifica quando l'obiettivo della fotocamera viene approssimativamente abbassato di due f-stop dal massimo (a tutta apertura).

Una spiegazione piuttosto semplice ma buona è la seguente:

• Quando la lunghezza focale aumenta, eseguiamo uno zoom in avanti e quindi il campo visivo (l'area che si adatta alla cornice) sarà più piccolo.

• Ciò causerà una minore area dietro al soggetto proiettata nel sensore della fotocamera.

• Poiché le dimensioni del sensore della fotocamera sono le stesse, ciò significa che quegli oggetti molto sfocati dallo sfondo verranno allungati maggiormente per riempire l'area del sensore. In altre parole, quegli oggetti molto sfocati sullo sfondo (che non sono nel campo di messa a fuoco in entrambi i casi di lunghezza focale) saranno sfocati più quando ingranditi / allungati di più.

Si noti che per avere le stesse dimensioni dell'immagine di un oggetto nella cornice quando raddoppiamo la lunghezza focale, dovremmo anche raddoppiare la distanza dal soggetto. Tuttavia, questo non ha importanza direttamente qui, ma è necessario solo per un migliore confronto. Ad ogni modo, lo sfondo sarà più sfocato con una f maggiore.