Quanto può essere migliorato l'ingrandimento dell'obiettivo senza ridurre significativamente la qualità dell'immagine?


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Attualmente possiedo solo un obiettivo macro con ingrandimento 1X (35mm F / 2.8) ma sto giocando con un obiettivo Canon MP-E 65mm noleggiato che può arrivare a 5X. La fotografia a quell'ingrandimento è un mondo a parte!

La domanda è quindi quanto posso aumentare l'ingrandimento del Macro da 35 mm attraverso tubi di prolunga o altri adattatori macro senza perdere la qualità dell'immagine? Cosa sarebbe necessario per andare oltre 2-3X se possibile?


Non è possibile aumentarlo affatto oltre il 1x / 1: 1 di cui è già capace da solo senza perdere la qualità dell'immagine.
dpollitt,

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@dpollit Penso che tu possa, fintanto che l'obiettivo si risolve più di quanto il mezzo di imaging possa catturare.
Imre,

Risposte:


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Dovresti stare bene impilando su un intero set di tubi di prolunga. Aumenterai la diffrazione, tuttavia ingrandirai anche il tuo soggetto di un fattore maggiore, possibile molte volte di più ... quindi i dettagli fini spiccano ancora più di quanto farebbero a un livello di ingrandimento inferiore perché gli effetti della diffrazione rimangono più piccoli di i dettagli ingranditi (fino a un certo punto ... la diffrazione crescerà più velocemente dell'ingrandimento dei dettagli, tuttavia molto prima che arrivi al punto in cui il disco arioso è più grande dei dettagli originali, altre cose limiteranno la tua capacità di continuare ad estendersi.) Le sfaccettature di un occhio di insetti diventano gigantesche e i dettagli di EACH FACET potrebbero essere visibili con un ingrandimento sufficiente, al punto in cui si estendono su grandi gruppi di pixel ... dove il disco arioso di diffrazione può estendersi solo su un paio di pixel.

Per amor di esperimenti, diciamo che l'ipotetico insetto è in realtà il nostro argomento. Diciamo che stiamo girando con una fotocamera APS-C 18mp, con ingrandimento 1: 1. Diciamo che le sfaccettature degli occhi dei nostri soggetti si estendono su aree di 8x8 pixel (molto piccole!)

Se stai scattando 35mm 1: 1 @ f / 5.6 e fai uno schiaffo su un tubo di prolunga da 25mm. Il guadagno dell'ingrandimento è estensione / lunghezza focale, quindi l'aggiunta di un ingrandimento di 25 mm / 35 mm o 0,714x in più. L'ingrandimento influisce sull'effettivo f-stop a cui stai sparando. Con un ingrandimento di 1,0x, si verificano già alcuni degli effetti e l'apertura effettiva è f / 11. Con l'ingrandimento aggiuntivo, il tuo f-stop effettivo è f/5.6 * (1 + 1.714), o f / 15. Le sfaccettature degli occhi dei soggetti ora hanno una dimensione di circa 26x26 pixel e la diffrazione interessa circa 4 pixel.

Allo stesso modo, 50mm di estensione sarebbero 1,43x di ingrandimento aggiuntivo (50/35), quindi f-stop efficace è f/5.6 * (1 + 2.43), o f / 19. La diffrazione a quel livello è visibile e avrà un impatto moderato sul QI, ma non tanto vicino quanto le aberrazioni ottiche saranno af / 2.8. Tuttavia, ciò non influisce sulla qualità finale della tua immagine, poiché anche il tuo soggetto è cresciuto nei dettagli. Le sfaccettature dell'occhio del soggetto sono ora di circa 43x43 pixel e la diffrazione sta interessando aree di circa 6 pixel.

Facciamo l'esperimento più lontano ... devi fermarti a f / 22 per ottenere abbastanza DOF e la tua estensione con un ingrandimento di 5 volte. Questo ti dà un'apertura effettiva di f/22 * (1 + 5), o f / 132 . A questo punto, gli effetti della diffrazione si estendono su un'area di 150 pixel per un sensore APS-C da 18 mp (che è MOLTO alta risoluzione, circa 116 lp / mm ... coppie di linee / millimetro). Potresti essere incline a pensare al gli effetti della diffrazione ora stanno cancellando tutti i dettagli che hai lavorato così duramente per ottenere. Questo non sarebbe necessariamente il caso, comunque. Il tuo ingrandimento 5x , quasi tre ordini di grandezzamaggiore di quello che avevi prima con un ingrandimento di 2,43x, dove quei dettagli precisi si estendevano su aree di 26x26 pixel. Gli stessi dettagli dovrebbero ora estendersi su più di 250x250 pixel di aree. La diffrazione è cresciuta e probabilmente sfuocerà i dettagli, ma sta interessando aree di circa 50 pixel. Continuerai a estrarre più dettagli di quelli che perdi a causa della diffrazione.

Per rispondere alla tua domanda fondamentale: quanto puoi ingrandire prima di perdere i dettagli? La dimensione del disco arioso crescerà leggermente più velocemente rispetto alla dimensione del dettaglio originale con ingrandimento 1,0x. Ciò è dovuto alla natura non uniforme della diffrazione e al modo in cui interferirà / amplificherà se stesso man mano che il suo effetto cresce. La diffrazione dipende anche dalla lunghezza d'onda della luce ... quindi, mentre finora ho usato la lunghezza d'onda della luce giallo-verde (564 nm) per i miei calcoli, la luce visibile si estende nell'intervallo da circa 340 nm viola a 790 nm rosso intenso. La luce rossa profonda diffrarrà più di altre lunghezze d'onda e produrrà una maggiore diffrazione. Alla fine potresti raggiungere un limite, in cui la diffrazione influenza il QI abbastanza da non ottenere ulteriori benefici. Questo limite è molto lontano oltre il punto in cui altre limitazioni meccaniche ti impediscono di prolungare ulteriormente.

Nella fotografia normale, più si interrompe l'apertura, più gli effetti della diffrazione influiscono sull'immagine. Poiché i dettagli dell'immagine non diventano più grandi quando ci si ferma, più dettagli si perdono con l'aumentare dei dischi ariosi. Quando si tratta di macrofotografia, si ingrandiscono i dettagli quando si aumenta l'estensione ... e mentre si aumenta anche la diffrazione, l' originalei dettagli sono sempre più grandi del disco arioso. Perderai alcuni dettagli man mano che estendi (porterai alla luce dettagli sempre più fini e oltre all'ingrandimento di circa 3 volte, la diffrazione inizierà a influire sulla visibilità dei dettagli più fini rispetto a ciò che hai iniziato con 1,0x.) Alla fine il gli effetti della diffrazione ti impediranno di continuare a ottenere utili guadagni con un ingrandimento aggiuntivo. Ma puoi spingere l'ingrandimento molto lontano. Nel caso generale, è molto più probabile che si verifichi un problema in cui il piano focale finisce troppo vicino o effettivamente all'interno dell'obiettivo prima di incorrere in problemi con diffrazione che interessano il QI in un modo davvero dannoso.


Piuttosto una spiegazione dettagliata! Sulla base della risposta di @ Irme, sospetto che tu stia assumendo un obiettivo perfetto, il che significa che la risoluzione non è limitata da qualcosa di diverso dalla diffrazione. È questo il caso?
Itai,

@Itai: non necessariamente. A f / 5.6 e sotto, le aberrazioni ottiche tendono ad essere mitigate e la diffrazione sta già subendo un tributo maggiore sul QI. Questo sarebbe il motivo per cui non ho usato un'apertura più ampia, poiché è difficile garantire qualcosa di più ampio di circa f / 4-5.6, e in alcuni casi anche in questo caso gli obiettivi sono leggermente più aberrati rispetto a quelli di diffrazione. I numeri di cui sopra presuppongono una diffrazione limitata, che dovrebbe essere il caso nella maggior parte dei casi con quelle aperture.
jrista

@Itai: un'altra informazione. A f / 5.6, la risoluzione spaziale dell'obiettivo è al massimo di 123 lp / mm. I sensori a più alta densità di Canon, il 18MP APS-C, si risolvono al massimo a 116lp / mm. Probabilmente dovresti fermarti a circa f / 6.5 per abbinare l'obiettivo al sensore dal punto di vista della diffrazione. Nulla di più di questo, e l'obiettivo sarà limitato per la diffrazione più del sensore. La maggior parte dei sensori non è nemmeno in grado di risolvere una tale risoluzione spaziale, tuttavia ... la maggior parte dei sensori full-frame si risolvono intorno a 70-80 lp / mm. Al momento, penso che l'unica cosa che si risolva di più è l'APS-C 24mp di Sony ... ma ha i suoi problemi
jrista

Puoi trovare un utile diagramma delle risoluzioni dell'obiettivo a diffrazione limitata a LL nella Tabella 1 . Usa la colonna MTF 50% ... la colonna MTF 9% è correlata alla vista umana massima assoluta in grado di risolvere, che è un po 'meglio di ciò che i sensori o tutti, ma gli obiettivi migliori e più specializzati sono in grado di risolvere.
jrista

Grazie per tutti gli aggiornamenti. Ha molto senso, ma potrei essere confuso. Stai dicendo che l'ingrandimento può essere aumentato dai tubi di prolunga senza perdere molta qualità fino a quando la distanza di messa a fuoco non è più esterna all'obiettivo?
Itai

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Prima di tutto, l'aggiunta di tubi di prolunga porterà la parte anteriore dell'obiettivo più lontano dal corpo, mentre avvicina il piano focalizzato. C'è un limite a quanto puoi estendere fino a quando l'obiettivo non si adatta fisicamente tra il piano focalizzato e il corpo della fotocamera. Un obiettivo macro da 35 mm ha già una messa a fuoco molto ravvicinata, quindi la lunghezza fisica dell'obiettivo limita la tua estensione.

Quando si utilizzano tubi di prolunga, si sposta l'obiettivo lontano dalla superficie di imaging (pellicola o sensore). La distanza maggiore significa che il cerchio dell'immagine proiettata sarà più grande e ne stai usando una parte più piccola, quindi per ottenere la stessa risoluzione, l'obiettivo deve ora proiettare l'immagine con maggiore precisione. L' estensione intrinseca di un obiettivo macro 35: 1: 1 è di 70 mm; dovrete aggiungere altri 70 mm di tubi di prolunga al doppio ingrandimento, ma ciò richiede anche il doppio del potere di risoluzione per ottenere la stessa qualità di proiezione.

Pertanto, inizierai a perdere la qualità dell'immagine quando la risoluzione dell'obiettivo divisa per il fattore di estensione scende al di sotto della risoluzione a cui hai bisogno dell'immagine. Da lì in poi, potresti usare il ritaglio.

Allo stesso modo, la fotografia ad anello di inversione è limitata dalla potenza di risoluzione dell'obiettivo invertito (che è ottimizzato per risoluzioni come il tuo sensore ha, non 2-3 volte di più). Ottenere un elevato ingrandimento senza ottica appositamente progettato per questo è molto economico e semplice (stampare un ritaglio e accettare la risoluzione più bassa) o impossibile.


È un modo interessante di vederlo. Quindi quale sarebbe la distanza di messa a fuoco con l'estensione 35 mm, metà? C'è un punto in cui, con un'estensione sufficiente, la messa a fuoco è fisicamente impossibile perché sarebbe all'interno dell'obiettivo?
Itai,

Non so come calcolare il cambiamento della distanza di messa a fuoco, quindi l'ho posto come una nuova domanda . Finora, so solo dalla pratica che l'estensione estende il piano focale più vicino, quindi inevitabilmente ci deve essere un punto in cui incontra il vetro anteriore.
Imre,

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Ottieni un obiettivo grandangolare da 28 mm di seconda mano e invertilo. Quindi aggiungere i tubi di prolunga a piacere.

In alternativa, utilizzare obiettivi da vicino.


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Questo non risponde alla domanda.
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