Cosa determina esattamente la profondità di campo?

Ci sono diverse domande qui sulla definizione della profondità di campo , sulla lunghezza focale e sulla distanza del soggetto . E ovviamente c'è il modo in cui il diaframma influisce sulle mie fotografie . E un sacco di come ottengo domande dof super superficiali . Ci sono domande correlate come questa . Ma non c'è una domanda generale, che sia:

Cosa determina esattamente la profondità di campo in una fotografia?

È solo una proprietà dell'obiettivo? Gli obiettivi possono essere progettati per offrire una maggiore profondità di campo per la stessa apertura e lunghezza focale? Cambia con le dimensioni del sensore della fotocamera? Cambia con le dimensioni di stampa? Come si collegano quegli ultimi due?

Ok per un cambiamento, ho intenzione di rinunciare alle formule, alle foto dei righelli e alle definizioni di "ingrandimento" e andrò con ciò che effettivamente sperimentate nella pratica. I principali fattori che contano davvero per le riprese sono:

• Apertura. Gli obiettivi ad ampia apertura offrono una profondità di campo inferiore . Questo è probabilmente il fattore meno controverso! Ciò è importante poiché alcuni obiettivi hanno aperture molto più grandi, ad esempio 18-55 f / 3,5-5,6 rispetto a 50 f / 1,8

• Distanza del soggetto. Questa è una considerazione davvero importante. La profondità di campo diventa drasticamente più bassa quando inizi ad avvicinarti molto . Ciò è importante in quanto a distanze di focalizzazione macro DoF è un grosso problema. Significa anche che puoi ottenere una DOF superficiale indipendentemente dall'apertura se ti avvicini abbastanza, e che se vuoi una DOF profonda in condizioni di scarsa luminosità componi per mettere a fuoco più lontano.

• Lunghezza focale. Ciò non pregiudica la profondità di campo, ma solo in determinati intervalli, quando mantenendo dimensioni del soggetto . Gli obiettivi grandangolari hanno una profondità di campo molto profonda alla maggior parte dei soggetti. Una volta superato un certo punto, DoF cambia molto poco con la lunghezza focale. Questo è di nuovo importante perché se si desidera aumentare / ridurre la DoF, è possibile utilizzare la lunghezza focale per farlo mentre si riempie ancora la cornice con il soggetto.

• Dimensione del sensore Ciò influisce su DoF quando si mantengono la stessa distanza del soggetto e campo visivo tra le dimensioni del sensore . Maggiore è il sensore, minore è la profondità di campo. Le DSLR hanno sensori molto più grandi dei compatti, quindi per lo stesso FoV e rapporto f hanno una DOF più superficiale. Questo è importante perché allo stesso modo le immagini di ritaglio aumentano il DoF quando si mantengono le stesse dimensioni finali di output, poiché è simile all'utilizzo di un sensore più piccolo.

Questa è una domanda eccellente, che ha risposte diverse a seconda del contesto. Hai citato diverse domande specifiche, ognuna delle quali potrebbe giustificare le proprie risposte. Cercherò di affrontarli più come un tutto unificato qui.

D. È solo una proprietà dell'obiettivo?
R. In poche parole, no , anche se se si ignora il CoC, si potrebbe (vista la matematica) argomentare che lo è. La profondità di campo è una cosa "sfocata" e dipende molto dal contesto di visualizzazione. Con ciò intendo che dipende da quanto è grande l'immagine finale visualizzata in relazione alla risoluzione nativa del sensore; l'acuità visiva dello spettatore; l'apertura utilizzata quando si scatta la foto; la distanza dal soggetto quando si scatta.

D. Gli obiettivi possono essere progettati per offrire una maggiore profondità di campo per la stessa apertura e lunghezza focale? A. Data la matematica, dovrei dire di no. Non sono un ingegnere ottico, quindi prendi quello che dico qui con il necessario granello di sale. Tendo a seguire la matematica, che è abbastanza chiara sulla profondità di campo.

D. Cambia con le dimensioni del sensore della fotocamera?
R. In definitiva, dipende qui. Più importante della dimensione del sensore sarebbe il minimo Circle of Confusion (CoC) del mezzo di imaging. Curiosamente, il Circolo di confusione di un mezzo di imaging non è necessariamente un tratto intrinseco, poiché il CoC minimo accettabile è spesso determinato dalla dimensione massima che si intende stampare. I sensori digitali hanno una dimensione minima fissa per il CoC, in quanto le dimensioni di un singolo sensel sono minime quanto qualsiasi singolo punto di luce può ottenere (in un sensore Bayer, la dimensione di un quartetto di sensels è in realtà la risoluzione più piccola).

D. Cambia con le dimensioni di stampa?
A. Data la risposta alla domanda precedente, possibilmente. Il ridimensionamento di un'immagine al di sopra o addirittura al di sotto, la sua dimensione di stampa "nativa" può influire sul valore utilizzato per il CoC minimo accettabile. Pertanto, sì, le dimensioni in cui si intende stampare svolgono un ruolo, tuttavia direi che il ruolo è generalmente minore se non si stampa in formati molto grandi.

Matematicamente, è chiaro perché DoF non è semplicemente una funzione dell'obiettivo e coinvolge il mezzo di imaging o le dimensioni di stampa dal punto di vista CoS. Per specificare chiaramente i fattori di DoF:

La profondità di campo è una funzione di Lunghezza focale, Apertura effettiva, Distanza dal soggetto e Cerchio minimo di confusione. Il minimo cerchio di confusione è dove le cose diventano confuse, in quanto ciò può essere visto come una funzione del supporto di imaging o una funzione delle dimensioni di stampa.

Esistono diverse formule matematiche che possono essere utilizzate per calcolare la profondità di campo. Purtroppo, non sembra esserci un'unica formula che produca accuratamente una profondità di campo a qualsiasi distanza dal soggetto. Hyperfocal Distanceo la distanza in cui si ottiene effettivamente il massimo DoF, può essere calcolata in questo modo:

H = f ² / (N * c)

Dove:

H = distanza iperfocale
f = lunghezza focale
N = numero f (apertura relativa)
c = cerchio di confusione

Il cerchio di confusione è un valore bizzarro qui, quindi ne discuteremo più avanti. Un CoC medio utile per sensori digitali può essere assunto a 0,021 mm . Questa formula ti fornisce la distanza iperfocale, che non ti dice esattamente quale sia la tua profondità di campo, ma ti dice la distanza del soggetto che dovresti mettere a fuoco per ottenere la massima profondità di campo. Per calcolare l'effettivo Depth of Field, è necessario un calcolo aggiuntivo. La formula seguente fornirà il DoF per distanze da moderate a grandi, il che significa più specificamente quando la distanza dal soggetto è maggiore della lunghezza focale (ovvero scatti non macro):

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

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

Dove:

Dn = Limite vicino di DoF
Df = Limite lontano di DoF
H = Distanza iperfocale (formula precedente)
s = Distanza del soggetto (distanza alla quale viene messo a fuoco l'obiettivo, potrebbe in realtà non essere "il soggetto")

Quando la distanza del soggetto è la distanza iperfocale:

Df = 'infinito' Dn = H / 2

Quando la distanza del soggetto è maggiore della distanza iperfocale:

Df = infinito Dn = 'infinito'

Il termine "infinito" qui non è usato nel suo senso classico, piuttosto è più un termine di ingegneria ottica che significa un punto focale oltre la distanza iperfocale. La formula completa per il calcolo diretto del DOF, senza prima calcolare la distanza iperfocale, come segue (in sostituzione di H):

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

Se ignoriamo le dimensioni di stampa e la pellicola, per un dato sensore digitale con una densità di pixel specifica , DoF è una funzione di lunghezza focale, apertura relativa e distanza del soggetto. Da ciò, si potrebbe sostenere che DoF è puramente una funzione dell'obiettivo, in quanto "distanza del soggetto" si riferisce alla distanza a cui è focalizzato l' obiettivo , che sarebbe anche una funzione dell'obiettivo.

Nel caso medio, si può presumere che il CoC sia sempre il minimo raggiungibile con un sensore digitale, che in questi giorni arriva a una media di 0,021 mm, sebbene una gamma realistica copra i sensori APS-C, APS-H e Full Frame ovunque da 0,015 mm a 0,029 mm . Per i formati di stampa più comuni, circa 13x19 "o inferiore, un CoC accettabile è di circa 0,05 mm, ovvero circa il doppio della media dei sensori digitali. Se sei il tipo a cui piace stampare in formati molto grandi, il CoC potrebbe essere un fattore (che richiede meno di 0,01 mm) e il tuo DoF apparente in un ingrandimento maggiore sarà più piccolo di quanto calcoli matematicamente.

Le formule precedenti si applicano solo quando la distanza sè sensibilmente maggiore della lunghezza focale dell'obiettivo. Come tale, si rompe per la macrofotografia. Quando si tratta di macrofotografia, è molto più facile esprimere il DoF in termini di lunghezza focale, apertura relativa e ingrandimento del soggetto (ovvero 1,0x):

DOF = 2Nc * (((m / P) + 1) / m ² )

Dove:

N = numero f (apertura relativa)
c = CoC minimo
m = ingrandimento
P = ingrandimento della pupilla

La formula è abbastanza semplice, al di fuori dell'aspetto di ingrandimento della pupilla. Un vero obiettivo macro correttamente costruito avrà pupille di entrata e uscita sostanzialmente equivalenti (la dimensione dell'apertura vista attraverso la parte anteriore dell'obiettivo (entrata) e la dimensione dell'apertura vista dalla parte posteriore dell'obiettivo (uscita)) , anche se potrebbero non essere esattamente identici. In tali casi, si può assumere un valore di 1 per P, a meno che non si abbia ragionevole dubbio.

A differenza di DoF per le distanze da moderate a grandi, con la macrofotografia 1: 1 (o migliore), si sta SEMPRE allargando la stampa, anche se si stampa a 2x3 ". Nelle dimensioni di stampa comuni come 8x10, 13x19, ecc., Il fattore l'allargamento può essere considerevole: si dovrebbe supporre che il CoC sia al minimo risolvibile per il supporto di imaging, che probabilmente non è ancora abbastanza piccolo da compensare l'apparente contrazione del DoF dovuta all'allargamento.

Matematica complessa a parte, DoF può essere visualizzato in modo intuitivo con una comprensione di base della luce, come l'ottica piega la luce e quale effetto ha l'apertura sulla luce.

In che modo l'apertura influenza la profondità di campo? Alla fine si riduce agli angoli dei raggi di luce che in realtà raggiungono il piano dell'immagine. Ad un'apertura più ampia, tutti i raggi, compresi quelli dal bordo esterno dell'obiettivo, raggiungono il piano dell'immagine. Il diaframma non blocca i raggi di luce in entrata, quindi l'angolo massimo di luce che può raggiungere il sensore è alto (più obliquo). Ciò consente al massimo CoC di essere grande e la progressione da un punto di luce focalizzato al massimo CoC è rapida:

Ad un'apertura più stretta, il diaframma blocca un po 'di luce dalla periferia del cono di luce, mentre è permessa la luce dal centro. L'angolo massimo di raggi di luce che raggiungono il sensore è basso (meno obliquo). Questo fa sì che il CoC massimo sia inferiore e la progressione da un punto di luce focalizzato al CoC massimo è più lenta. (Nel tentativo di mantenere il diagramma il più semplice possibile, l'effetto dell'aberrazione sferica è stato ignorato, quindi il diagramma non è preciso al 100%, ma dovrebbe comunque dimostrare il punto):

Aperture modifica il tasso di crescita del CoC. Aperture più ampie aumentano la velocità con cui crescono i cerchi di sfocatura sfocata, per cui DoF è più superficiale. Aperture più strette riducono la velocità con cui crescono i cerchi di sfocatura sfocata, per cui DoF è più profondo.

prove

Come per tutto, si dovrebbe sempre dimostrare il concetto eseguendo effettivamente la matematica. Ecco alcuni risultati interessanti quando si eseguono le formule sopra con il codice F # nell'utilità della riga di comando F # Interactive (facile da scaricare e ricontrollare per chiunque):

(* 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

L'output del programma sopra è intrigante, in quanto indica che la profondità di campo è effettivamente direttamente influenzata dalla lunghezza focale come fattore indipendente dall'apertura relativa, supponendo che solo la lunghezza focale cambi e che tutto il resto rimanga uguale. Le due DoF convergono in f / 1.4 ef / 5.6, come dimostrato dal programma sopra:

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

Risultati intriganti, anche se un po 'non intuitivi. Un'altra convergenza si verifica quando le distanze vengono regolate, il che fornisce una correlazione più intuitiva:

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

Il commento di @Matt Grum è abbastanza buono: devi stare molto attento a specificare le condizioni, oppure puoi finire con tre persone che dicono cose che sembrano essere in conflitto, ma in realtà stanno solo parlando di condizioni diverse.

Innanzitutto, per definire in modo significativo DoF, è necessario specificare la quantità di "sfocatura" che si desidera accettare come sufficientemente nitida. La profondità di campo è fondamentalmente solo misurando quando qualcosa che è iniziato come un punto nell'originale sarà abbastanza sfocato da diventare più grande di qualsiasi dimensione tu abbia scelto.

Questo di solito cambia con la dimensione con cui si stampa un'immagine: le immagini più grandi vengono normalmente visualizzate da una distanza maggiore, quindi è accettabile una maggiore sfocatura. La maggior parte dei segni sulle lenti, ecc., Sono definiti sulla base di una stampa di circa 8x10 che viene visualizzata a una distanza di circa un braccio (circa un paio di piedi). La matematica per questo funziona abbastanza semplice: iniziare con una stima dell'acuità visiva, che verrà misurata come un angolo. Quindi capisci a che dimensione si adatta quell'angolo ad una distanza specificata.

Supponendo di scegliere un numero per quello e attenerci ad esso, la profondità di campo dipende solo da due fattori: l'apertura e il rapporto di riproduzione. Maggiore è il rapporto di riproduzione (ovvero, più grande è un articolo sul sensore / film rispetto alle sue dimensioni nella vita reale) minore è la profondità di campo. Allo stesso modo, maggiore è l'apertura (apertura di diametro maggiore - numero f / stop minore) minore è la profondità di campo.

Tutti gli altri fattori (le dimensioni del sensore e la lunghezza focale sono le due più ovvie) influenzano la profondità di campo solo nella misura in cui influenzano il rapporto di riproduzione o l'apertura.

Ad esempio, anche un obiettivo molto veloce (grande apertura) con una lunghezza focale ridotta rende abbastanza difficile un elevato rapporto di riproduzione. Ad esempio, se si scatta una foto di una persona con un obiettivo 20mm f / 2, l'obiettivo deve praticamente toccarli prima di ottenere un rapporto di riproduzione molto ampio. All'estremo opposto, le lenti più lunghe spesso sembrano avere una profondità di campo inferiore perché rendono relativamente facile ottenere un rapporto di riproduzione elevato.

Tuttavia, se si mantiene davvero costante il rapporto di riproduzione, la profondità di campo è davvero costante. Ad esempio, se hai un obiettivo da 20 mm e un obiettivo da 200 mm e scatti una foto con ciascuna a (diciamo) f / 4, ma scatta la foto con il 200 mm da 10 volte più lontano, quindi il soggetto ha davvero le stesse dimensioni , i due hanno teoricamente la stessa profondità di campo. Ciò accade così raramente, tuttavia, che è per lo più teorico.

Lo stesso vale per la dimensione del sensore: in teoria, se il rapporto di riproduzione viene mantenuto costante, la dimensione del sensore è completamente irrilevante. Da un punto di vista pratico, tuttavia le dimensioni del sensore sono importanti per un motivo molto semplice: indipendentemente dalle dimensioni del sensore, generalmente desideriamo la stessa inquadratura . Ciò significa che all'aumentare della dimensione del sensore, utilizziamo quasi sempre grandi rapporti di riproduzione. Ad esempio, un tipico colpo di testa e spalle di una persona potrebbe coprire un'altezza, per esempio, di 50 cm (userò la metrica, per abbinare il modo in cui le dimensioni del sensore sono solitamente quotate). Su una fotocamera con vista 8x10, il rapporto di riproduzione è circa 1: 2, con una profondità di campo molto ridotta. Su un sensore di dimensioni complete di 35 mm, il rapporto di riproduzione è di circa 1:14, dando moltopiù profondità di campo. Su una fotocamera compatta con, diciamo, un sensore 6,6x8,8 mm, funziona a circa 1:57.

Se avessimo usato la fotocamera compatta con lo stesso rapporto di riproduzione 1: 2 dell'8x10, avremmo avuto la stessa profondità di campo - ma invece di testa e spalle, avremmo fatto una foto di una parte di un bulbo oculare.

C'è comunque un altro fattore da considerare: con un obiettivo più corto, gli oggetti sullo sfondo diventano più piccoli "più velocemente" rispetto a un obiettivo più lungo. Ad esempio, considera una persona con una recinzione di 20 piedi dietro di loro. Se scatti una foto da 5 piedi di distanza con un obiettivo da 50 mm, il recinto è 5 volte più lontano della persona, quindi appare relativamente piccolo. Se invece usi un obiettivo da 200 mm, devi allontanarti di 20 piedi affinché la persona abbia le stesse dimensioni, ma ora la recinzione è solo due volte più lontana anziché 5 volte più lontana, quindi sembra relativamente grande, rendendo la recinzione (e il grado in cui è sfocata) molto più evidente in una foto.

Edit2: Dal momento che (in un certo senso) ho convinto @jrista a rimuovere il suo diagramma relativo alla lunghezza focale alla profondità di campo, probabilmente dovrei provare a spiegare perché non c'è una relazione tra lunghezza focale e profondità di campo - almeno quando guardi le cose il modo in cui sono normalmente misurati in fotografia.

In particolare, un'apertura fotografica (al giorno d'oggi) è universalmente misurata come una frazione della lunghezza focale - è scritta come una frazione (f / numero) perché è quello che è.

Ad esempio, è abbastanza noto che a f / 1.4 otterrai meno profondità di campo rispetto a f / 2.8. Ciò che potrebbe non essere immediatamente così ovvio è che (ad esempio) un obiettivo da 50 mm f / 1.4 e un obiettivo da 100 mm f / 2.8 hanno lo stesso diametro effettivo. È l'angolo più ampio con cui i raggi di luce entrano nell'obiettivo da 50 mm che gli dà meno profondità di campo rispetto all'obiettivo da 100 mm, anche se i due hanno esattamente lo stesso diametro fisico.

D'altra parte, se si modifica la lunghezza focale ma si mantiene la stessa apertura fotografica (f / stop), anche la profondità di campo rimane costante perché quando la lunghezza focale aumenta il diametro aumenta proporzionalmente in modo che i raggi di luce si focalizzino sul pellicola / sensore dalle stesse angolazioni.

Probabilmente vale anche la pena sottolineare che questo (credo, comunque) il motivo per cui le lenti catadiottriche sono note per la loro mancanza di profondità di campo. In un obiettivo normale, anche quando si utilizza una grande apertura, parte della luce penetra ancora attraverso la parte centrale dell'obiettivo, quindi una piccola percentuale della luce viene messa a fuoco come se si stesse riprendendo con un'apertura più piccola. Con una lente catadiottrica, tuttavia, hai un ostacolo centrale, che impedisce alla luce di entrare verso il centro, quindi tutta la luce entra dalle parti esterne della lente. Ciò significa che tutta la luce deve essere focalizzata ad un angolo relativamente poco profondo, così come l'immagine sfuoca, essenzialmente tutto ne viene fuori fuoco insieme (o comunque una percentuale molto più alta) invece di avere almeno un po 'che è ancora a fuoco.

A parte questo, penso che valga la pena considerare quale incredibile colpo di brillantezza sia stato iniziare a misurare i diametri degli obiettivi come una frazione della lunghezza focale. In un solo colpo di genio rende due questioni separate (e apparentemente non correlate): esposizione e profondità di campo controllabili e prevedibili. Cercare di prevedere (molto meno il controllo) l'esposizione o la profondità di campo (per non parlare di entrambi) prima che l'innovazione debba essere stata tremendamente difficile in confronto ...

Ci sono solo due fattori che influenzano effettivamente il DOF: apertura e ingrandimento: sì, la distanza di commutazione, la dimensione del sensore, la lunghezza focale, la dimensione del display e la distanza di visualizzazione sembrano avere un effetto, ma sono tutti cambiamenti nella dimensione dell'immagine (il soggetto / parte-che stai guardando) visto dall'occhio che lo vede: l'ingrandimento. Kristof Claes lo ha riassunto alcuni post in precedenza.

Vedi la Guida focale 'Obiettivi' come riferimento se non ci credi.

Ogni rivista amatoriale (e ezine ora) ama dire 'passa a un obiettivo grandangolare per una maggiore profondità di campo' ... ma se mantieni il soggetto della stessa dimensione nel fotogramma (avvicinandoti), le punte nitide hanno gli stessi limiti. Camminare all'indietro con l'obiettivo che hai indossato darà anche più DOF, ma forse ti piace lo scatto nel modo in cui è già impostato?

Quello che potrete vedere sono più graduali cut-off in nitidezza in modo che lo sfondo e in primo piano appaiono più nitide (non tagliente come se all'interno della DOF!) Da qui la bella fuori degli ambiti di focus group con le lenti a lungo e quasi quelle nitide con grandangolo.

Cosa determina esattamente la profondità di campo in una fotografia?

• È solo una proprietà dell'obiettivo?

• Gli obiettivi possono essere progettati per offrire una maggiore profondità di campo per la stessa apertura e lunghezza focale?

• Cambia con le dimensioni del sensore della fotocamera? Cambia con le dimensioni di stampa? Come si collegano quegli ultimi due?

Vedi anche questa domanda: " Come si determina il Cerchio di confusione accettabile per una particolare foto? ".

La seguente risposta è stata originariamente pubblicata (da me) come una risposta sul bokeh di sfondo, ma spiega necessariamente la profondità di campo, con una propensione a spiegare la sfocatura di sfondo e di sfondo.

La risposta originale (più lunga) è qui: https://photo.stackexchange.com/a/96261/37074 - questa è la versione ridotta. La semplice risposta di una frase con un collegamento provoca la conversione della risposta in un commento alla domanda precedente, con il rischio di eliminazione perché si tratta di un commento.

Definiamo alcune cose prima di entrare in una spiegazione molto più lunga.

• Profondità di campo : la distanza tra gli oggetti più vicini e più lontani in una scena che appare accettabilmente nitida in un'immagine. Sebbene un obiettivo possa mettere a fuoco con precisione solo a una distanza alla volta, la diminuzione della nitidezza è graduale su ciascun lato della distanza di messa a fuoco, quindi all'interno della DOF, la non nitidezza è impercettibile in normali condizioni di visione.

• Sfondo: l'area dietro il soggetto dell'immagine.

• Primo piano: l'area davanti al soggetto dell'immagine.

• Sfocatura : provocare l'imperfezione della visione, rendere indistinto o confuso, oscurare. L'antimo di affinare.

• Bokeh : la qualità della sfocatura delle aree sfocate dell'immagine al di fuori della profondità di campo quando l'obiettivo è correttamente messo a fuoco sul soggetto.

• Cerchio di confusione : nei raggi ottici idealizzati si presume che i raggi convergano in un punto quando sono perfettamente focalizzati, la forma di un punto sfocato di sfocatura da una lente con un'apertura circolare è un cerchio di luce a spigoli vivi. Un punto di sfocatura più generale presenta bordi morbidi a causa della diffrazione e delle aberrazioni ( Stokseth 1969, paywall ; Merklinger 1992, accessibile ) e può essere non circolare a causa della forma dell'apertura.

  Riconoscendo che gli obiettivi reali non focalizzano perfettamente tutti i raggi anche nelle migliori condizioni, il termine cerchio di minima confusione viene spesso usato per il punto di sfocatura più piccolo che un obiettivo può fare (Ray 2002, 89), ad esempio selezionando una migliore posizione di messa a fuoco che fa un buon compromesso tra le lunghezze focali effettive variabili delle diverse zone dell'obiettivo a causa di aberrazioni sferiche o di altro tipo.

  Il termine cerchio di confusione viene applicato più in generale, alla dimensione del punto sfocato a cui un obiettivo immagini un oggetto. Si riferisce a 1. acuità visiva, 2. condizioni di visualizzazione e 3. ingrandimento dall'immagine originale all'immagine finale. In fotografia, il cerchio di confusione (CoC) viene utilizzato per determinare matematicamente la profondità di campo, la parte di un'immagine che è accettabilmente nitida.

• Dimensioni del sensore :

  • Fotografia: nella fotografia la dimensione del sensore viene misurata in base alla larghezza del film o all'area attiva di un sensore digitale. Il nome 35 mm ha origine con la larghezza totale del film 135 , il film a cartuccia perforata che era il mezzo principale del formato prima dell'invenzione del DSLR full frame. Il formato 135 rimane in uso. Nella fotografia digitale, il formato è diventato noto come full frame. Mentre la dimensione effettiva dell'area utilizzabile della pellicola fotografica da 35 mm è 24w × 36h mm, i 35 millimetri si riferiscono alla dimensione 24 mm più i fori del pignone (usati per far avanzare il film).

  • Video : le dimensioni dei sensori sono espresse in pollici, poiché al momento della divulgazione dei sensori di immagini digitali venivano utilizzate per sostituire i tubi della videocamera. I comuni tubi circolari da 1 "per videocamera avevano un'area rettangolare foto sensibile di circa 16 mm di diagonale, quindi un sensore digitale con una diagonale di 16 mm era un equivalente di 1" tubo video. Il nome di un sensore digitale da 1 "deve essere letto più accuratamente come sensore" equivalente a un tubo da videocamera da un pollice ". Il sensore da 1 "ha una diagonale di 16 mm.

• Oggetto: l'oggetto di cui si intende catturare un'immagine, non necessariamente tutto ciò che appare nella cornice, certamente non Photo Bombers , e spesso non oggetti che appaiono in primo piano e sfondi estremi; quindi l' uso di bokeh o DOF per sfocare oggetti che non sono il soggetto.

• Modulation Transfer Function (MTF) o Spatial Frequency Response (SFR): la risposta di ampiezza relativa di un sistema di imaging in funzione della frequenza spaziale di input. ISO 12233: 2017 specifica i metodi per misurare la risoluzione e l'SFR delle fotocamere elettroniche. Le coppie di linee per millimetro (lp / mm) erano l'unità di frequenza spaziale più comune per la pellicola, ma i cicli / pixel (C / P) e le larghezze di linea / altezza dell'immagine (LW / PH) sono più convenienti per i sensori digitali.

Ora abbiamo le nostre definizioni fuori dai piedi ...

• Come possiamo calcolare il CoC :

Da Wikipedia:

CoC (mm) = distanza di visione (cm) / risoluzione desiderata dell'immagine finale (lp / mm) per una distanza di visione di 25 cm / ingrandimento / 25

Ad esempio, per supportare una risoluzione dell'immagine finale equivalente a 5 lp / mm per una distanza di visione di 25 cm quando la distanza di visione prevista è di 50 cm e l'ingrandimento previsto è 8:

CoC = 50/5/8/25 = 0,05 mm

Poiché le dimensioni dell'immagine finale non sono generalmente note al momento dello scatto di una fotografia, è comune assumere una dimensione standard come una larghezza di 25 cm, insieme a un CoC convenzionale di immagine finale di 0,2 mm, che è 1/1250 di la larghezza dell'immagine. Le convenzioni in termini di misura diagonale sono anche comunemente usate. Il DoF calcolato usando queste convenzioni dovrà essere regolato se l'immagine originale viene ritagliata prima di ingrandirla alla dimensione finale dell'immagine, o se le dimensioni e i presupposti di visualizzazione vengono modificati.

Usando la "formula Zeiss", il cerchio di confusione viene talvolta calcolato come d / 1730 dove d è la misura diagonale dell'immagine originale (il formato della fotocamera). Per il formato full frame 35 mm (24 mm × 36 mm, 43 mm diagonale), questo risulta essere 0,025 mm. Un CoC più utilizzato è d / 1500, ovvero 0,029 mm per il formato 35 mm full frame, che corrisponde alla risoluzione di 5 linee per millimetro su una stampa di 30 cm di diagonale. I valori di 0,030 mm e 0,033 mm sono comuni anche per il formato full frame 35 mm. Ai fini pratici, d / 1730, un CoC a immagine finale di 0,2 mm e d / 1500 danno risultati molto simili.

Sono stati utilizzati anche criteri relativi al CoC alla lunghezza focale dell'obiettivo. Kodak (1972), 5) ha raccomandato 2 minuti di arco (il criterio di Snellen di 30 cicli / grado per la visione normale) per la visione critica, fornendo CoC ≈ f / 1720, dove f è la lunghezza focale dell'obiettivo. Per un obiettivo da 50 mm in formato 35 mm a pieno formato, ciò ha fornito CoC ≈ 0,0291 mm. Questo criterio presupponeva evidentemente che un'immagine finale sarebbe stata vista a una distanza "corretta in prospettiva" (ovvero, l'angolo di visione sarebbe lo stesso di quello dell'immagine originale):

Distanza di visione = lunghezza focale dell'obiettivo di ripresa × ingrandimento

Tuttavia, le immagini raramente vengono visualizzate alla distanza "corretta"; lo spettatore di solito non conosce la lunghezza focale dell'obiettivo di ripresa e la distanza "corretta" può essere scomoda o breve. Di conseguenza, i criteri basati sulla lunghezza focale dell'obiettivo hanno generalmente lasciato il posto a criteri (come d / 1500) relativi al formato della fotocamera.

Questo valore COC rappresenta il diametro massimo del punto di sfocatura, misurato sul piano dell'immagine, che sembra essere a fuoco. Un punto con un diametro inferiore a questo valore COC apparirà come un punto di luce e, quindi, a fuoco nell'immagine. I punti con un diametro maggiore appariranno sfocati all'osservatore.

• Non simmetria del DOF:

DOF non è simmetrico. Ciò significa che l'area di messa a fuoco accettabile non ha la stessa distanza lineare prima e dopo il piano focale. Questo perché la luce proveniente da oggetti più vicini converge a una distanza maggiore dietro al piano dell'immagine rispetto alla distanza che converge la luce proveniente da oggetti più lontani prima del piano dell'immagine.

A distanze relativamente ravvicinate, il DOF è quasi simmetrico, con circa la metà dell'area di messa a fuoco esistente prima del piano di messa a fuoco e la metà che appare dopo. Più il piano focale si sposta dal piano dell'immagine, maggiore è lo spostamento della simmetria che favorisce l'area oltre il piano focale. Alla fine, l'obiettivo mette a fuoco sul punto di infinito e il DOF è alla sua massima simmetria, con la stragrande maggioranza dell'area messa a fuoco che va oltre il piano di messa a fuoco all'infinito. Questa distanza è nota come " distanza iperfocale " e ci conduce alla nostra sezione successiva.

La distanza iperfocale è definita come la distanza, quando l'obiettivo è focalizzato su infinito, dove gli oggetti da metà di questa distanza all'infinito saranno messi a fuoco per un particolare obiettivo. In alternativa, la distanza iperfocale può riferirsi alla distanza più vicina alla quale un obiettivo può essere messo a fuoco per una data apertura mentre gli oggetti a una distanza (infinito) rimarranno nitidi.

La distanza iperfocale è variabile e una funzione dell'apertura, della lunghezza focale e del COC di cui sopra. Più piccola è l'apertura dell'obiettivo, più vicina all'obiettivo diventa la distanza iperfocale. La distanza iperfocale viene utilizzata nei calcoli utilizzati per calcolare il DOF.

• Calcolo della distanza iperfocale :

Da Wikipedia:

Esistono quattro fattori che determinano DOF:

1. Circolo di confusione (COC)
2. Apertura dell'obiettivo
3. Lunghezza focale dell'obiettivo
4. Distanza di messa a fuoco (distanza tra obiettivo e soggetto)

DOF = Punto lontano - Punto vicino

DOF dice semplicemente al fotografo a quali distanze prima e dopo la distanza di messa a fuoco si verificherà la sfocatura. Non specifica quanto sfocate o quale "qualità" saranno quelle aree. Il design dell'obiettivo, il design del diaframma e lo sfondo definiscono le caratteristiche della sfocatura: intensità, consistenza e qualità.

Più corta è la lunghezza focale dell'obiettivo, più lungo è il DOF.

Maggiore è la lunghezza focale dell'obiettivo, più breve è il DOF.

Se la dimensione del sensore non appare da nessuna parte in queste formule, come altera il DOF?

Esistono diversi modi subdoli che formattano le dimensioni di nascosto nella matematica DOF:

Enlargement factor

Focal Length

Subject-to-camera / focal distance

È a causa del fattore di ritaglio e della lunghezza focale risultante insieme all'apertura necessaria per la capacità di raccolta della luce del sensore che dà il massimo effetto sui calcoli.

Un sensore a risoluzione più elevata e un obiettivo di qualità migliore produrranno un bokeh migliore ma anche un sensore e un obiettivo delle dimensioni di un cellulare possono produrre bokeh ragionevolmente accettabile.

L'uso dello stesso obiettivo di lunghezza focale su una fotocamera APS-C e di una fotocamera full frame alla stessa distanza soggetto-fotocamera produce due diversi frammenti di immagine e fa sì che la distanza e lo spessore del DOF (profondità, del campo) differiscano.

Quando si passa da una fotocamera APS-C a una full frame per cambiare i risultati dell'inquadratura in un DOF simile, si alternano gli obiettivi o si cambia soggetto a fotocamera in base al fattore di ritaglio. Spostare la propria posizione per mantenere una cornice identica favorisce leggermente il sensore full frame (per un DOF maggiore), è solo quando si cambiano gli obiettivi per adattarsi al fattore di ritaglio e mantenere l'inquadratura che il sensore più grande ottiene un DOF più stretto (e non di molto).

È il vantaggio dell'apertura che rende il sensore full frame una scelta migliore e più costosa sia per la fotocamera che per gli obiettivi e spesso per le caratteristiche (FPS non è uno di questi, né dimensioni e peso).

Passare a un sensore di medie dimensioni su un minuscolo sensore avvantaggia ulteriormente il sensore più grande, ma il bokeh probabilmente non è il caso d'uso migliore per giustificare una differenza di prezzo 20 volte superiore.

Il maggior numero di pixel per punto di luce produrrà sicuramente un bokeh più uniforme, ma si avvicinerebbe di più con una piccola fotocamera con sensore. Puoi aumentare ulteriormente la proporzionalità per l'utilizzo di attrezzature più costose se guadagni con le tue foto o i tuoi video, altrimenti un po 'di gioco di gambe o ulteriori obiettivi a basso costo ti faranno risparmiare un sacco di soldi rispetto all'investimento in un sistema di formato più grande.

Collegamenti centrati sul bokeh, con spiegazioni sulla profondità di campo:

B&H ha un articolo in 3 parti su DOF: Depth of Field, Parte I: The Basics , Part II: The Math e Part III: The Myths .

Sezione di Wikipedia: primo piano e sfocatura dello sfondo .

Dai un'occhiata a questo articolo " Staging Foregrounds " di RJ Kern sulla sfocatura in primo piano, che include molte foto con sfocatura di sfondo e primo piano.

Soprattutto, "bokeh" non è semplicemente "sfocatura dello sfondo", ma tutti sfocatura al di fuori del DOF; anche in primo piano . È che le piccole luci a distanza sono più facili da giudicare dalla qualità del bokeh.