Por que a profundidade de campo é afetada pela distância focal?

À medida que a distância focal diminui, a profundidade de campo também aumenta. Por que é isso? Não estou tão interessado em uma aula de física quanto em uma explicação simples e prática.

Tenho certeza de que já respondi a essa pergunta antes, mas não consigo encontrá-la.

• À medida que a distância focal fica mais longa, o ângulo de visão fica menor.
• Com um ângulo de visão menor, os raios que formam a imagem estão mais próximos de serem paralelos.
• Com menos variação de ângulo entre os raios, a luz precisa viajar mais antes de ficar suficientemente desfocada.

Isso é um pouco simplificado, mas espero que seja fácil visualizar pelo menos.

Para esta discussão, a abertura deve ser considerada a mesma, pois a variação que estamos discutindo é a distância focal.

Portanto, uma lente telefoto focada no mesmo assunto e à mesma distância que uma lente grande angular terá uma profundidade de campo menor como resultado de uma ampliação mais alta, mas o ângulo de visão entre as duas imagens é muito diferente. Uma lente telefoto e uma lente grande angular, focadas no mesmo assunto com o mesmo ângulo de visão, terão a mesma profundidade de campo (há variação, mas é insignificante).

A diferença aqui? ângulo de visão. Portanto, trata-se da sua distância para o assunto, realmente, não especificamente da distância focal. Varie a distância para acomodar as diferenças na distância focal e a profundidade de campo permanece praticamente a mesma. O que muda, no entanto, são as proporções de primeiro e segundo plano. Ângulos mais amplos tendem a ter mais fundo em foco e tele-fotos tendem a ter mais o primeiro plano. O resultado desse comportamento pode criar uma ilusão de profundidade menor, pois a telefoto aumentaria o desfoque do fundo. Essa é uma das razões pelas quais os fotógrafos de paisagem não ficam atrás com uma teleobjetiva (a neblina e outros fatores também teriam um papel, provavelmente mais significativo).

Você pode testar minhas informações em vários sites que oferecem uma calculadora de DOF, como o DOFMaster, por exemplo. Por exemplo: para uma distância de 10m (@ f / 8), então 10mm DoF = Infinito e 100mm DoF = 3.08m. Agora, mova a lente de 100 mm para 100 m (10 vezes mais longe) e o DoF de 100 mm agora é igual a infinito. O ângulo de visão da lente de 100 mm agora é o mesmo da lente de 10 mm.

Em resumo, as lentes grande angular não têm mais profundidade de campo do que as teleobjectivas, e isso é demonstrado mostrando as mesmas DOFs para o mesmo ângulo de visão.

Você pode obter explicações mais detalhadas (e não orientadas para a matemática) em Cambridge em Color and Luminous Landscape . O segundo link também possui imagens de exemplo, úteis para visualmente visualizá-lo.

A profundidade de campo é afetada apenas pelo tamanho real da abertura, mas o tamanho real da abertura não é f stop. Quando dizemos "abertura", na verdade queremos dizer "taxa de abertura" ou "f-stop", não tamanho da abertura.

Essa "taxa de abertura" é o que é necessário para calcular o brilho da imagem, mas o tamanho real da abertura é necessário para calcular a profundidade de campo.

Para qualquer valor de f-stop, quanto maior a distância focal, maior o tamanho real da abertura em mm .

F stop é a razão da abertura em relação à distância focal e é calculada por f-stop = focal-length / aperture.

Para obter o tamanho real da abertura de um f-stop ... aperture-size = (1 / f-stop) * focal-length

Portanto, para uma lente 50mm f1.4. Tamanho da abertura real = 1 (1,4 * 50) = tamanho da abertura de 35mm.

O tamanho da abertura é o tamanho do furo pelo qual a luz passa. Para construir uma lente de 100 mm f1.4, é necessária uma abertura de 70 mm, que produz uma lente de diâmetro realmente grande.

Portanto, quanto maior a abertura real, menor a profundidade de campo e, para qualquer valor de f-stop, quanto maior a distância focal, maior a abertura de abertura real em uso.

O F-stop foi inventado para facilitar o cálculo do brilho da exposição, mas complica o cálculo da profundidade de campo. Porém, antes das câmeras automáticas, o cálculo do f-stop e da velocidade do obturador desejáveis ​​era viável, mas seria uma dor real se você trabalhasse com o tamanho real da abertura!

Nota: Como algumas outras respostas discutiram, à medida que a distância para um assunto aumenta, a luz desse assunto será mais paralela. Isso significa que quanto mais longe um assunto, maior a profundidade de campo. Isso contraria o efeito da lente mais longa com o mesmo f stop com menor profundidade de campo. Considere as lentes 50mm e 100mm f1.4. A 100mm possui um tamanho de abertura maior em mm, mas se você precisar se afastar 2x para tirar a foto, a distância aumentada contraria o tamanho real da abertura e a profundidade de campo será semelhante ao uso da lente de 50mm a uma distância mais próxima .

Por que as lentes mais longas têm dof mais raso ... em resumo, porque exigem aberturas fisicamente maiores para manter o mesmo número de f-stop. (lembre-se, o valor de parada f "f" = distância focal / abertura.

Vamos começar pensando em uma verdadeira câmera pinhole. Ele não possui lente, portanto não possui distância focal e requer um buraco de alfinete realmente pequeno para criar uma imagem focada decente. se o orifício for muito grande, nada estará em foco. (isto é, dof muito superficial!)

Agora, se colocarmos uma lente na frente de nossa caixa de pinhole, precisamos abrir um pouco a abertura para deixar passar luz suficiente - sem difratar nossa imagem. (lembre-se de que precisamos manter a imagem focada e os comprimentos de onda da luz são definidos pelas leis da física).

Assim, à medida que a lente fica mais longa (enquanto projeta no mesmo sensor), ela fica proporcionalmente mais estreita em termos de comprimento em relação ao tamanho de seu back-end. (lembre-se do sensor do mesmo tamanho) - isso torna a lente mais escura. Portanto, para torná-lo comparável à capacidade de captura de luz das lentes mais curtas (ou seja, o mesmo valor de f = stop), a abertura deve ser aumentada (para permitir a entrada de mais luz no sensor) proporcionalmente à mudança no comprimento.

À medida que isso progride, o tamanho físico da abertura (em mm) aumenta em relação ao tamanho do sensor. Então (lembre-se do buraco de grandes dimensões), fica muito mais difícil manter as coisas em foco. Portanto, as lentes fl compridas com aberturas amplas são complexas, geralmente de tamanho grande e geralmente muito mais caras.

Esta é uma grande pergunta! Estou nesse ramo há mais de 65 anos e ainda não li o que considero uma resposta respeitável. Para esse fim, desafio meus colegas a postar uma boa explicação.

Mas espere, acho que tive iluminação - de qualquer maneira, deixe-me tentar.

A lente projeta uma imagem do mundo exterior na superfície do filme ou sensor digital. Se você examinar atentamente essa imagem, descobrirá que ela consiste em inúmeros círculos, cada um variando em intensidade e cor. Quando observamos ou capturamos essa imagem, ela parecerá uniforme e afiada apenas se esses círculos forem pequenos demais para serem percebidos. Estamos falando de círculos de confusão. Assim nomeado, porque sob o microscópio eles são vistos como mal definidos e se sobrepõem. No entanto, quando vistos a uma distância adequada, reconhecemos que eles se fundem para formar uma imagem bonita.

Quando pensamos no tamanho desses círculos, mais cedo ou mais tarde, amanhece que o diâmetro de trabalho do diafragma da íris (a abertura) definirá o cenário de quão grandes são esses círculos quando projetados na superfície no plano focal de nossa Câmera.

Agora sabemos que, se ajustarmos nossa câmera para f / 11 ou f / 16 ou f / 22, reduziremos o diâmetro de trabalho da abertura da câmera. Ao fazer isso, obtemos profundidade de campo porque o resultado são círculos menores de confusão. Agora, o número f e a distância focal estão entrelaçados. O número f é obtido pela divisão da distância focal pelo diâmetro de trabalho da lente. Suponha que você monte 50 mm e defina o número f como f / 16. O diâmetro da abertura de trabalho é de 50 × 16 = 3,125 mm. Esse chicote proporciona profundidade de campo respeitável, porque os círculos de confusão no plano da imagem serão pequenos, desde que a câmera seja focada com precisão.

Agora mude para uma grande angular de 28 mm. Se a velocidade do obturador e o ISO forem mantidos constantes, a mesma configuração de abertura de f / 16 fará isso. No entanto, o que aconteceu com o diâmetro de trabalho do diafragma da íris para atingir o f-16? O diâmetro de trabalho revisado torna-se 28 × 16 = 1,75 mm.

É simples - uma distância focal mais curta no mesmo número f produz uma menor abertura de trabalho e isso resulta em um círculo menor de confusão - assim, a extensão da profundidade de campo se expande.

Tudo tem pontos positivos e negativos. Se o diâmetro de trabalho se tornar super pequeno, o resultado será uma profundidade de campo infinita. O menos é: os demônios gêmeos de difração e interferência entram em cena e a imagem degrada.

Fatorial - A nitidez máxima ocorrerá quando a lente da câmera estiver aproximadamente parada dois f-stops do máximo (totalmente aberta).

Uma explicação bastante simples e boa é a seguinte:

• Quando a distância focal aumenta, na verdade fazemos um zoom-in e, assim, o campo de visão (a área que cabe no quadro) será menor.

• Isso fará com que uma área menor atrás do objeto seja projetada no sensor da câmera.

• Como o tamanho do sensor da câmera é o mesmo, isso significa que os objetos fora de foco do fundo serão esticados mais para preencher a área do sensor. Em outras palavras, os objetos muito embaçados no fundo (que não estão na faixa de foco nos dois casos de distância focal) ficarão mais borrados à medida que forem ampliados / ampliados.

Observe que, para ter o mesmo tamanho de imagem de um objeto no quadro quando dobrarmos a distância focal, também dobraremos a distância para o assunto. Embora isso não importe diretamente aqui, mas isso é necessário apenas para uma melhor comparação. De qualquer forma, o fundo ficará mais desfocado com maior f.