In che modo un teleconvertitore influisce sulla profondità di campo?

Sono consapevole che un teleconvertitore ridurrà la quantità di luce che raggiunge il film o il sensore in una fotocamera e come tale senti persone che si aggirano intorno a cose come "Con un teleconvertitore 2x questo 300mm f / 2.8 diventa un 600mm f / 5.6".

Dato che l'apertura non è fisicamente diversa, mi chiedo come ciò influisca sulla profondità di campo (e sugli effetti associati come il bokeh). Avrebbe senso che la profondità di campo rimanga la stessa e che l'immagine sia semplicemente ritagliata.

È solo un'altra di queste cose che le persone dicono, che può essere utile per i calcoli dell'esposizione o c'è davvero un cambiamento nell'immagine prodotta?

Versione TL; DR: i teleconvertitori non influiscono sulla profondità di campo a nessuna distanza. Trasformano letteralmente il tuo obiettivo 300 f / 2.8 in un obiettivo 600 f / 5.6. Qualsiasi obiettivo 600 f / 5.6, con o senza teleconvertimento, avrà la stessa profondità di campo di un obiettivo 300 f / 2.8.

C'è molta confusione sulla relazione tra profondità di campo, apertura, f-stop e lunghezza focale. In realtà, è tutto molto semplice:

La profondità di campo è determinata dalla distanza focale e dalla dimensione apparente dell'elemento frontale dell'obiettivo.

Per diametro apparente , intendo la larghezza dell'area dell'elemento anteriore che non è bloccata dall'apertura.

Puoi effettivamente vedere quanto è grande questo diametro apparente, guardando la parte anteriore di un obiettivo mentre è staccato e l'apertura è aperta.

La relazione tra f-stop, lunghezza focale e diametro apparente dell'obiettivo è la seguente:

(Dimensione dell'apertura in mm) = (Lunghezza focale in mm) ÷ (f-stop)

Per esempio:

• Il diametro apparente di un obiettivo 210mm impostato su f / 4.5 è 47mm,
• Il diametro apparente di un obiettivo da 70 mm impostato su f / 4,5 è 15,5 mm,
• Il diametro apparente di un obiettivo da 70 mm impostato su f / 8 è 8,75 mm,
• E il diametro apparente di un obiettivo da 18 mm impostato su f / 3.5 è un misero 5,1 mm.

Ora, torniamo alla profondità di campo. La profondità di campo è la distanza davanti e dietro la distanza focalizzata che è ancora "accettabilmente" messa a fuoco. Poiché il livello di sfocatura accettabile differisce da persona a persona, un modo migliore per analizzare la profondità di campo è attraverso il cerchio della confusione.

Ecco una comoda foto dalla pagina di Wikipedia su Circle of Confusion:

Il cerchio di confusione è l'area sul sensore che viene colpita dalla luce da un singolo punto. Se ti trovi di fronte o dietro il piano di messa a fuoco, il tuo cerchio di confusione diventa più grande. Al piano di messa a fuoco, il cerchio di confusione è (idealmente, ma mai in pratica) zero.

La rapidità con cui il tuo cerchio di confusione cresce man mano che ti allontani dal piano di messa a fuoco è un fattore di una cosa sola: l'angolo tra le linee convergenti più larghe (il bordo della dimensione apparente dell'obiettivo). Ora, questo significa alcune cose:

• Se sei focalizzato 10 volte più lontano, devi andare circa 10 volte più lontano dal piano di messa a fuoco per ottenere lo stesso cambiamento nel tuo cerchio di confusione
• Due obiettivi focalizzati alla stessa distanza, con le stesse dimensioni apparenti, comporteranno lo stesso cambiamento nel tuo cerchio di confusione (e quindi la stessa profondità di campo).

Al contrario, questo sminuisce anche diverse convinzioni comuni sulla profondità di campo:

• Due obiettivi con lo stesso f-stop non hanno necessariamente la stessa profondità di campo. L'obiettivo più lungo avrà una profondità di campo più corta, perché ha una dimensione apparente maggiore. (Mi dispiace, Matt.)
• Teleconvertitori, ritaglio e sensori più piccoli non hanno alcun effetto sulla profondità di campo a una data dimensione apparente (f-stop e lunghezza focale).

Scatta due foto: una con un 35mm f / 1.8 e una con un 210mm f / 11. Ora, ritaglia l'immagine 35mm per avere lo stesso campo visivo dell'altra immagine. Avranno quasi esattamente la stessa profondità di campo. Ecco qui:

La profondità di campo è quella di un obiettivo F / 5.6 nell'esempio che affermi.

Sì, l'apertura non è cambiata fisicamente. Tuttavia, il rapporto tra apertura e lunghezza focale è aumentato.

Pertanto, i raggi di luce che raggiungono il sensore saranno meno obliqui. Ciò si traduce in una maggiore profondità di campo.

Non posso aggiungere nulla all'eccellente succinta spiegazione di Itai su ciò che sta accadendo, tuttavia introdurrò una prova di Reductio ad Absurdum :

Supponiamo che l'uso di un teleconvertitore estenda la lunghezza focale e di conseguenza lasci entrare meno luce ma senza influenzare la profondità di campo . Oltre a realizzare una 600 f / 5.6, un produttore potrebbe adottare una progettazione 300 f / 2.8 esistente e incorporare alcune ottiche del teleconvertitore ma nello stesso corpo. Sarebbero quindi in grado di offrire due versioni dell'obiettivo da 600 mm che si comportano esattamente con la stessa esposizione ma uno avrebbe il DOF di un 600 f / 5.6 e uno avrebbe il DOF di un 600 f / 2.8.

Potrebbero anche sostituire il 300 f / 2.8 con un 150 f / 1.4 con telecoverter incorporato ed essere in grado di offrire 3 versioni del 600 con DOF et cetera et cetera diversi.

Alla fine si arriva a un obiettivo con una profondità di campo notevolmente ridotta ma si comporta ancora come un 5.6, il che è chiaramente assurdo, quindi la proposizione originale (che il DOF è invariato da un teleconvertitore) deve essere falsa.

La profondità di campo è determinata dalla distanza di messa a fuoco e dalle dimensioni dell'apertura fisica (ben spiegato da Evan Krall). L'aggiunta di un teleconvertitore non modifica le dimensioni dell'apertura fisica; stai semplicemente ingrandendo l'immagine già proiettata dall'obiettivo e la lunghezza focale e il numero f aumentano insieme in proporzione.

Poiché la dimensione dell'apertura fisica è invariata, la profondità di campo rimane invariata per una data distanza di messa a fuoco.

Un teleconvertitore sta semplicemente diffondendo l'immagine dell'obiettivo, come una lente d'ingrandimento. Cambia la cornice solo ritagliando (falsificando una distanza di messa a fuoco più alta) e il livello di illuminazione usando una quantità uguale di luce per una quantità maggiore di pixel. Non altera nient'altro rispetto allo scatto originale, ad es. DoF o distanza di messa a fuoco.

Risponderò a due domande, quella che hai posto e quella che avresti dovuto porre anche tu. Tratterò anche vari scenari diversi (stessa distanza del soggetto senza ritaglio, stessa distanza del soggetto con ritaglio e stessa inquadratura).

In che modo un teleconvertitore influisce sulla profondità di campo?

Diamo un'occhiata a questo. La profondità di campo è:

DoF = 2 * x_d^2 * N * C / f^2

dove fè la lunghezza focale, Cè il cerchio di confusione, Nè il numero di apertura ed x_dè la distanza del soggetto. Se la distanza del soggetto rimane costante e non si decide che, a causa della riduzione del ritaglio, è Cnecessario aumentare, il raddoppio della lunghezza focale raddoppierà anche il numero di apertura ma Crimarrà costante. Pertanto, la profondità di campo verrà dimezzata dal teleconvertitore. (Se aumenti a Ccausa della minore necessità di ritaglio, la profondità di campo rimarrebbe costante.)

Tuttavia, a volte vuoi mantenere la stessa inquadratura. Quindi, un raddoppio della lunghezza focale corrisponderà a un raddoppio della distanza del soggetto. Pertanto, x_d^2 / f^2rimane costante e Crimane costante. Tuttavia, un raddoppio della lunghezza focale raddoppierà Ne, quindi, la profondità di campo sarà raddoppiata con uguale inquadratura.

Quindi, TL; DR: dipende dal fatto che tu mantenga la stessa inquadratura cambiando la distanza del soggetto (DoF diverso), se ritagli (stesso DoF) o se accetti solo una lunghezza focale più lunga ti dà un'immagine diversa (DoF diverso, ma in l'altra direzione).

Avresti dovuto anche chiedere:

In che modo un teleconvertitore influisce sulla sfocatura dello sfondo?

Questo è più facile La dimensione del disco di sfocatura dello sfondo (supponendo che lo sfondo sia infinito) è:

b = f * m_s / N = (f/N) * m_s

L'apertura del diaframma f/Nè gestita da un teleconvertitore. m_sè l'ingrandimento del soggetto, ovvero la dimensione del soggetto sul sensore divisa per la sua dimensione effettiva. Se si mantiene la stessa inquadratura, m_srimane costante e quindi, a parità di inquadratura, la dimensione del disco di sfocatura dello sfondo è costante.

Tuttavia, se non si mantiene la stessa inquadratura, il teleconvertitore 2x raddoppia m_s. Pertanto, otterrai più sfocatura dello sfondo.

Tuttavia, se mantieni la stessa distanza del soggetto e ritagli l'immagine originale di 2x e decidi che non è più necessario ritagliare a causa del teleconvertitore, m_sviene raddoppiato dal teleconvertitore ma a causa di un ritaglio minore, la larghezza / altezza / anche la diagonale del pezzo del sensore effettivamente utilizzato viene raddoppiata, quindi la sfocatura delle dimensioni del disco in quanto la percentuale della diagonale del pezzo del sensore effettivamente usata rimane la stessa.

Quindi, TL; DR: qui dipende di nuovo se si mantiene la stessa inquadratura cambiando la distanza del soggetto (stessa sfocatura), se si ritaglia (stessa sfocatura) o se si accetta solo una lunghezza focale più lunga per ottenere un'immagine diversa (sfocatura diversa).

La risposta accettata è molto definitiva. È anche sbagliato. Per prima cosa dichiariamo cosa è corretto qui:

Versione TL; DR: i teleconvertitori non influiscono sulla profondità di campo a nessuna distanza.

Sbagliato.

Trasformano letteralmente il tuo obiettivo 300 f / 2.8 in un obiettivo 600 f / 5.6.

Corretta.

Qualsiasi obiettivo 600 f / 5.6, con o senza teleconvertimento, avrà la stessa profondità di campo di un obiettivo 300 f / 2.8.

Sbagliato.

La profondità di campo è determinata dalla distanza focale e dalla dimensione apparente dell'elemento frontale dell'obiettivo.

In parte giusto, in parte sbagliato. La geometria della scena e la sua relazione con la profondità di campo è determinata dalla dimensione apparente della pupilla d'ingresso dell'obiettivo. La pupilla d'ingresso ha la dimensione apparente dell'apertura vista quando si guarda nell'obiettivo anteriore.

Il suo diametro può essere determinato dividendo la lunghezza focale per il numero di apertura.

E qui arriviamo all'errore fondamentale nella risposta accettata: la risposta presuppone che la geometria della scena sia l'unico fattore della profondità di campo. Non lo è. La profondità di campo è definita come la distanza in cui è possibile rilevare la non nitidezza e la non nitidezza è definita tramite i criteri del "cerchio di confusione". Se si utilizza lo stesso mezzo di proiezione (lo stesso film o lo stesso sensore) e si osservano i risultati in una scala in cui la risoluzione del supporto definisce il cerchio di confusione, l'ingrandimento della rappresentazione della scena è molto rilevante per la profondità di campo risultante.

Se si utilizza lo stesso obiettivo con le stesse impostazioni su un sensore full frame da 40 MP, la sua profondità di campo sarà (supponendo che l'obiettivo produca nitidezza a livello di pixel) sarà la metà di ciò che si ottiene su un sensore full frame da 10 MP ma uguale a cosa otterresti su un sensore con fattore di crop 2 da 10 MP. Ignorando la pixelizzazione, le immagini parziali saranno indistinguibili.

Un teleconvertitore flangiato in una vena simile mantiene la geometria dell'immagine: le colture saranno indistinguibili fintanto che ignorerai la pixelizzazione. Tuttavia, è la pixelazione che definisce il cerchio di confusione, quindi con un teleconvertitore 2x, di solito otterrai metà della profondità di campo perché il pixel come principale contributore al cerchio di confusione ora copre una griglia più fine dell'originale scena.

Contrariamente alla profondità di campo, la quantificazione della sfocatura dello sfondo in termini di dimensioni dei pixel sembra non sensata poiché la sua scala è più rilevante in relazione alla scala delle caratteristiche del soggetto o alle dimensioni della cornice. La relazione con le caratteristiche del soggetto non viene modificata dal teleconvertitore, in relazione al fotogramma, la sua estensione raddoppia, il che significa che la sfocatura in relazione all'immagine finita viene espansa.

In breve: le cose sono complesse e poco intuitive, ma lo sono già prima di aggiungere il teleconvertitore all'equazione. A causa di questa complessità, è necessario specificare con molta attenzione i valori di cui si sta chiedendo poiché sono spesso usati colloquialmente in modo intercambiabile, ma si comportano in modi piuttosto diversi quando si osservano la geometria della scena, la geometria dell'immagine e la risoluzione del mezzo.

Sei confuso:

Dato che l'apertura non è fisicamente diversa, mi chiedo come ciò influisca sulla profondità di campo (e sugli effetti associati come il bokeh). Avrebbe senso che la profondità di campo rimanga la stessa e che l'immagine sia semplicemente ritagliata.

Il ritaglio di un'immagine mantiene la stessa profondità di campo solo quando viene eseguito fisicamente su una stampa, risultando in un pezzo di carta più piccolo, visto allo stesso modo della carta originale. Non appena si impiega qualsiasi tipo di allargamento al fine di vedere meglio i dettagli, la profondità di campo (definita tramite il disco diffuso della non nitidezza che diventa riconoscibile sotto esame) diventa più piccola. L'unica eccezione è quando è già visibile un fattore limitante assoluto, come la grana della pellicola o la dimensione dei pixel.

Un teleconvertitore sul lato della flangia non cambia le dimensioni della pupilla d'ingresso e quindi lavora con la stessa scena ma con un raccolto più piccolo distribuito attraverso il sensore. Ciò gli dà meno luce per pixel (quindi raddoppiando il numero di apertura) ma a causa di più pixel del sensore della metà delle dimensioni del "cerchio di confusione" e quindi della metà della profondità di campo. A meno che la qualità ottica dell'obiettivo non fosse già al limite e i pixel aggiuntivi non siano in grado di fornire ulteriori informazioni.

Un teleconvertitore sul lato filtro è un affare diverso poiché aumenta le dimensioni della pupilla d'ingresso e quindi di solito mantiene lo stesso numero di apertura. Quindi la profondità di campo si riduce quindi sia per il raccolto più piccolo risolto sullo stesso sensore sia per la pupilla di ingresso più grande che osserva la scena.