Quanto a ampliação da lente pode ser melhorada sem diminuir significativamente a qualidade da imagem?

Você deve fazer um bom empilhamento em todo um conjunto de tubos de extensão. Você aumentará a difração, mas também aumentará o assunto por um fator maior, possível várias vezes mais ... para que detalhes finos ainda se destaquem mais do que em um nível de ampliação mais baixo, porque os efeitos da difração permanecem menores que os detalhes ampliados (até um certo ponto ... a difração aumentará mais rapidamente do que a ampliação de detalhes, no entanto, muito antes de chegar ao ponto em que o disco arejado é maior que os detalhes originais, outras coisas limitarão sua capacidade de continuar estendendo.) As facetas do olho de um inseto se tornam gigantescas, e os detalhes de CADA FACET podem ser visíveis com ampliação suficiente, a ponto de abranger grandes aglomerados de pixels ... onde o disco arejado de difração pode abranger apenas alguns pixels.

Para experimentos, digamos que o inseto hipotético seja realmente o nosso assunto. Digamos que estamos filmando com uma câmera APS-C de 18mp, com ampliação de 1: 1. Vamos dizer que as facetas dos olhos dos nossos assuntos abrangem áreas de 8x8 pixels (muito pequenas!)

Se você estiver filmando 35mm 1: 1 @ f / 5.6 e bata em um tubo de extensão de 25mm. O ganho de ampliação é de extensão / comprimento focal, portanto você adiciona 25 mm / 35 mm ou 0,714x mais ampliação. A ampliação afeta o f-stop eficaz em que você está fotografando. Com uma ampliação de 1,0x, você já está experimentando alguns dos efeitos e sua abertura efetiva é f / 11. Com a ampliação adicional, seu f-stop efetivo é f/5.6 * (1 + 1.714)ou f / 15. Agora, as facetas dos olhos do sujeito têm cerca de 26 x 26 pixels e a difração está afetando cerca de 4 áreas de pixel.

Da mesma forma, 50 mm de extensão seriam uma ampliação adicional de 1,43x (50/35), de modo que f-stop efetivo é f/5.6 * (1 + 2.43), ou f / 19. A difração nesse nível é visível e terá um impacto moderado no QI, mas não tão ruim quanto as aberrações ópticas serão em f / 2.8. No entanto, ainda não está afetando a qualidade final da sua imagem ... já que o assunto também cresceu em detalhes. As facetas dos olhos do seu assunto agora têm cerca de 43x43 pixels e a difração está afetando cerca de 6 áreas de pixel.

Vamos levar o experimento para mais longe ... você precisa parar em f / 22 para obter DOF suficiente e sua extensão é ampliada em 5x. Isso fornece uma abertura efetiva de f/22 * (1 + 5), ou f / 132 . Nesse ponto, os efeitos da difração abrangeriam cerca de uma área de 150 pixels para um sensor APS-C de 18mp (que é MUITO alta resolução, cerca de 116 lp / mm ... pares de linhas / milímetro). os efeitos da difração agora estão obliterando todos os detalhes que você trabalhou duro para obter. Mas isso não seria necessariamente o caso. Você está com uma ampliação de 5x , quase três ordens de magnitudemaior do que você estava na ampliação de 2,43x antes, onde esses detalhes abrangiam áreas de 26x26 pixels. Os mesmos detalhes devem abranger mais de 250 x 250 áreas de pixel agora. A difração aumentou e provavelmente desfocará os detalhes, mas está afetando cerca de 50 áreas de pixel. Você ainda extrairá mais detalhes do que perde para a difração.

Para responder à sua pergunta fundamental: quanto você pode ampliar antes de perder detalhes? O tamanho do disco arejado aumentará um pouco mais rápido que o tamanho dos detalhes originais com ampliação de 1,0x. Isso se deve à natureza não uniforme da difração e à maneira como ela interfere / se amplifica à medida que seu efeito aumenta. A difração também depende do comprimento de onda da luz ... então, embora eu tenha usado o comprimento de onda da luz verde-amarela (564nm) para meus cálculos até agora, a luz visível abrange o intervalo de cerca de 340nm violeta a 790nm vermelho escuro. A luz vermelha profunda difrata mais do que outros comprimentos de onda e produz uma maior difração. Você pode eventualmente atingir um limite, em que a difração afeta o QI o suficiente para que você não obtenha mais benefícios. Esse limite é muito longe além do ponto em que outras limitações mecânicas o impedem de estender mais.

Na fotografia normal, quanto mais você interrompe a abertura, mais os efeitos da difração afetam a imagem. Como os detalhes da imagem não aumentam à medida que você pára, mais detalhes são perdidos à medida que os discos arejados crescem. No que diz respeito à fotografia macro, você aumenta os detalhes à medida que aumenta a extensão ... e enquanto aumenta a difração, o originalos detalhes são sempre maiores que o disco arejado. Você perderá alguns detalhes ao estender (você estará trazendo detalhes cada vez mais finos e, além da ampliação de cerca de 3x, a difração começará a afetar a visibilidade dos detalhes mais finos do que os que você iniciou na versão 1.0x). os efeitos da difração impedirão que você continue a obter ganhos úteis com ampliação adicional. Mas você pode levar a ampliação muito longe. No caso geral, é muito mais provável que você encontre o problema em que seu plano focal acaba muito perto ou dentro da lente antes de encontrar problemas com a difração que afeta o QI de uma maneira realmente prejudicial.

jrista
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Uma explicação bastante detalhada! Com base na resposta da @ Irme, suspeito que você esteja assumindo uma lente perfeita, o que significa que a resolução não é limitada por outra coisa senão difração. É esse o caso?

Itai

@ Itai: Não necessariamente. Em f / 5.6 e abaixo, as aberrações ópticas tendem a ser mitigadas e a difração já está afetando mais o QI. Essa seria a razão pela qual eu não usei uma abertura mais larga, pois é difícil garantir algo maior que cerca de f / 4-5.6, e em alguns casos, mesmo assim, as lentes são um pouco mais ligadas à aberração do que à difração. Os números acima assumem difração limitada, o que deve ser o caso na realidade com a maioria das lentes nessas aberturas.

jrista

@ Itai: Outra informação. Em f / 5.6, a resolução espacial da lente é no máximo 123lp / mm. Os sensores de maior densidade da Canon, o APS-C de 18mp, são resolvidos no máximo 116lp / mm. Você provavelmente teria que parar em torno de f / 6.5 para combinar a lente com o sensor do ponto de vista da difração. Qualquer coisa além disso, e a lente será mais limitada por difração do que o sensor. A maioria dos sensores nem consegue resolver tanta resolução espacial ... a maioria dos sensores de quadro completo resolve em torno de 70-80lp / mm. No momento, eu acho que a única coisa que resolve mais é 24mp da Sony APS-C ... mas tem suas próprias questões

jrista

Você pode encontrar um gráfico prático de resoluções de lente com difração limitada em LL na Tabela 1 . Use a coluna MTF 50% ... a coluna MTF 9% está relacionada ao máximo que a visão humana pode resolver, o que é um pouco melhor do que sensores ou todos, exceto as melhores e mais especializadas lentes podem resolver.

jrista

Obrigado por todas as atualizações. Faz muito sentido, mas eu posso estar confuso. Você está dizendo que a ampliação pode ser aumentada por tubos de extensão sem perder muita qualidade até que a distância do foco não esteja mais fora da lente?

Itai

Primeiro de tudo, a adição de tubos de extensão trará a frente da lente para mais longe do corpo, enquanto aproxima o plano focalizado. Há um limite de quanto você pode estender até que sua lente não se encaixe fisicamente entre o plano focalizado e o corpo da câmera. Uma lente macro de 35 mm já está muito focada, de modo que o comprimento físico da lente limita o quanto você pode estendê-la.

Ao usar tubos de extensão, você está afastando a lente da superfície da imagem (filme ou sensor). A distância maior significa que o círculo da imagem projetada será maior e você estará usando uma parte menor - portanto, para obter a mesma resolução, sua lente deve agora projetar a imagem com mais precisão. A extensão intrínseca de uma lente macro 1: 1 de 35 mm é de 70 mm; você precisará adicionar outros 70 mm de tubos de extensão para aumentar a ampliação, mas isso também exige o dobro da capacidade de resolução para obter a mesma qualidade de projeção.

Portanto, você começará a perder a qualidade da imagem quando a resolução da sua lente dividida pelo fator de extensão cair abaixo da resolução em que você precisa . A partir daí, você pode usar o corte.

Da mesma forma, a fotografia do anel de reversão é restringida pelo poder de resolução da lente invertida (que é otimizada para resoluções como o seu sensor possui, não 2-3 vezes mais). Obter alta ampliação sem óptica especialmente projetada para isso é muito barato e simples (imprimir uma colheita e aceitar a resolução mais baixa) ou impossível.

Imre
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Essa é uma maneira interessante de ver isso. Então, qual seria a distância do foco com a extensão de 35 mm, metade? Existe um momento em que, com extensão suficiente, o foco é fisicamente impossível porque estaria dentro da lente?

Itai

Não sei como calcular a alteração da distância de foco, por isso fiz uma nova pergunta . Até agora, só sei da prática que estender aproxima o plano focal, então, inevitavelmente, deve haver um ponto em que ele encontra o vidro frontal.

Imre

Quanto a ampliação da lente pode ser melhorada sem diminuir significativamente a qualidade da imagem?

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