Como um teleconversor afeta a profundidade de campo?

21

Sei que um teleconversor reduzirá a quantidade de luz que chega ao filme ou sensor em uma câmera e, como tal, você ouve pessoas se unindo em torno de coisas como "Com um teleconversor 2x, esse 300mm f / 2.8 torna-se 600mm f / 5.6".

Como a abertura não é fisicamente diferente, pergunto-me como isso afeta a profundidade de campo (e efeitos associados, como bokeh). Faz sentido que a profundidade de campo permaneça a mesma e que a imagem seja apenas cortada.

É apenas mais uma dessas coisas que as pessoas dizem, que pode ser conveniente para os cálculos de exposição, ou há realmente uma alteração na imagem produzida?

Rowland Shaw
fonte

Respostas:

17

Versão TL; DR: os teleconversores não afetam a profundidade de campo a uma determinada distância. Eles literalmente transformam sua lente 300 f / 2.8 em uma lente 600 f / 5.6. Qualquer lente de 600 f / 5.6, teleconvertida ou não, terá a mesma profundidade de campo que uma lente de 300 f / 2.8.

Há muita confusão sobre a relação entre profundidade de campo, abertura, f-stop e distância focal. Na realidade, é tudo muito simples:

A profundidade de campo é determinada pela distância focal e pelo tamanho aparente do elemento frontal da lente.

Por diâmetro aparente , quero dizer a largura da área do elemento frontal que não é bloqueada pela abertura.

Você pode realmente ver quão grande é esse diâmetro aparente, olhando para a frente de uma lente enquanto ela é removida e a abertura é mantida aberta.

A relação entre f-stop, distância focal e diâmetro aparente da lente é a seguinte:

(Tamanho da abertura em mm) = (Distância focal em mm) ÷ (parada f)

Por exemplo:

  • O diâmetro aparente de uma lente de 210 mm definida como f / 4.5 é de 47 mm,
  • O diâmetro aparente de uma lente de 70 mm definida como f / 4.5 é de 15,5 mm,
  • O diâmetro aparente de uma lente de 70 mm definida como f / 8 é 8,75 mm,
  • E o diâmetro aparente de uma lente de 18 mm definida como f / 3.5 é insignificante em 5.1 mm.

Agora, de volta à profundidade de campo. Profundidade de campo é a distância na frente e atrás da distância focalizada que ainda está "aceitável" em foco. Como o nível de desfoque aceitável difere de pessoa para pessoa, a melhor maneira de analisar a profundidade de campo é através do círculo de confusão.

Aqui está uma imagem útil da página da Wikipedia no Circle of Confusion: Um diagrama explicando o círculo de confusão

O círculo de confusão é a área no sensor que é atingida pela luz a partir de um único ponto. Se você estiver na frente ou atrás do plano de foco, seu círculo de confusão aumentará. No plano do foco, o círculo de confusão é (idealmente, mas nunca na prática) zero.

A rapidez com que seu círculo de confusão aumenta à medida que você se afasta do plano de foco é um fator de apenas uma coisa: o ângulo entre as linhas convergentes mais amplas (a borda do tamanho aparente da lente). Agora, isso significa algumas coisas:

  • Se você estiver focado 10 vezes mais longe, precisará ir aproximadamente 10 vezes mais longe do plano de foco para obter a mesma mudança em seu círculo de confusão.
  • Duas lentes focadas na mesma distância, com o mesmo tamanho aparente, resultarão na mesma mudança no seu círculo de confusão (e, portanto, na mesma profundidade de campo).

Por outro lado, isso também desmascara várias crenças comuns sobre a profundidade de campo:

  • Duas lentes no mesmo f-stop não têm necessariamente a mesma profundidade de campo. A lente mais longa terá uma profundidade de campo mais curta, porque possui um tamanho aparente maior. (Desculpe, Matt.)
  • Teleconversores, cortes e sensores menores não afetam a profundidade de campo em um determinado tamanho aparente (f-stop e distância focal).

Tire duas fotos: uma com 35mm f / 1.8 e outra com 210mm f / 11. Agora, corte a imagem de 35 mm para ter o mesmo campo de visão da outra imagem. Eles terão quase exatamente a mesma profundidade de campo. Aqui está: texto alternativo

Evan Krall
fonte
Em primeiro lugar, não é preciso pedir desculpas - eu estava falando de duas lentes com a mesma distância focal e não de duas com diferentes distâncias focais. Em segundo lugar, sua afirmação de que um telecoverter não afeta a profundidade de campo pode ser um pouco enganadora nesse caso, pois a questão é "um 300 f / 2.8 com um conversor 2x tem o DOF de 600 f / 2.8 ou 600 f / 5,6 ", portanto afeta o DOF no sentido de que o tamanho da abertura relativa mudou.
precisa
E a resposta é que um 300 f / 2.8 com um conversor 2x atua EXATAMENTE como um 600 f / 5.6 - tanto na capacidade de captação de luz quanto na profundidade de campo.
Evan Krall
Excelente resposta. Obrigado por trazer o CoC à mistura. Deve-se observar que o CoC é afetado pelo meio de imagem, razão pela qual a maioria dos cálculos de DOF envolve o mínimo de CoC do meio de imagem, além da distância focal e abertura. Este não é realmente um fator para reduções ou impressões diretas em resolução nativa, mas é um fator importante para ampliações. Você pode encontrar fórmulas aqui: en.wikipedia.org/wiki/Depth_of_field (em DOF Formulas.)
jrista
4
Deve-se notar também que, de acordo com Leslie D. Strobel, em seu livro "View camera técnica", por volta da página 150, ele fornece fortes evidências e algumas contas matemáticas indicando que o recorte afecta a quantidade de DOF presente na imagem final . Embora a DOF fisicamente projetada por uma lente não seja alterada, a percepção do visualizador de uma imagem final não deve ser ignorada ao calcular a DOF. Leia mais aqui: books.google.com/…
jrista
6

A profundidade de campo é a de uma lente F / 5.6 no exemplo que você indicar.

Sim, a abertura não mudou fisicamente. No entanto, a proporção de abertura para distância focal aumentou.

Portanto, os raios de luz que atingem o sensor serão menos oblíquos. Isso resulta em maior profundidade de campo.

Itai
fonte
Por essa lógica, você obtém menos profundidade de campo cortando uma imagem existente?
Rowland Shaw
1
@Rowland - Não. O corte não afeta o ângulo em que a luz entra na lente porque não aumenta a distância focal. É o mesmo ao montar uma lente em câmeras com diferentes tamanhos de sensor, você obtém um campo de visão "recortado", mas não mudou a distância focal.
Itai
Mas não vai ser o mesmo campo de visão na parte central de um tiro em 300 milímetros em comparação com uma lente de 600 milímetros
Rowland Shaw
1
@Rowland - A profundidade de campo pode ser definida apenas pelo tamanho da abertura e pela distância focal. Quanto você recorta altera o campo de visão da imagem (não a lente), mas não afeta a profundidade de campo. Se você precisar de mais explicações, sugiro que você verifique como a profundidade de campo funciona. Caso contrário, pode terminar uma discussão muito longa aqui :) #
Itai
Cortar afeta o DOF aparente , no entanto. Se você capturar uma imagem em tamanho cheio que está principalmente em foco no centro e desfocada nas bordas superior e inferior, o corte INTRODUZIRÁ uma alteração no DOF que é aparente na imagem (supondo que a versão cortada e a versão FF sejam dimensionado para o mesmo tamanho). O sensor também desempenha um papel específico nos cálculos de DOF, do ponto de vista do CoC. Um pixel menor permite CoC mais fino, o que afeta a DOF ao aumentar para impressão. A maioria das fórmulas oficiais de DOF leva em consideração o CoC (que é uma função do meio de imagem), assim como o comprimento e a abertura.
jrista
6

Não posso acrescentar nada à excelente explicação sucinta de Itai sobre o que está acontecendo, no entanto, apresentarei uma prova de Reductio ad Absurdum :

Suponha que o uso de um teleconversor estenda a distância focal e, como resultado, deixe entrar menos luz, mas sem afetar a profundidade de campo . Além de fabricar uma 600 f / 5.6, um fabricante pode usar um design de 300 f / 2.8 existente e incorporar algumas ópticas de teleconversor, mas no mesmo corpo. Eles poderiam oferecer duas versões da lente de 600 mm que se comportam exatamente da mesma maneira que a exposição, mas uma teria a DOF de 600 f / 5.6 e a outra teria a DOF de 600 f / 2.8.

Eles também poderiam substituir o 300 f / 2.8 por um 150 f / 1.4 pelo telecoverter incorporado e poder oferecer 3 versões do 600 com DOF et cetera et cetera diferentes.

Eventualmente, você chega a uma lente com profundidade de campo infinitamente pequena, mas ainda se comportando como uma 5.6, o que é claramente absurdo; portanto, a proposição original (de que o DOF é inalterado por um telecobridor) deve ser falsa.

Matt Grum
fonte
1
Suas suposições não são puramente teóricas. As teleobjectivas da vida real têm um grupo negativo na parte de trás que se comporta como um teleconversor.
Edgar Bonet
sim, ele se comporta exatamente como um telecoverter, de fato, portanto, o nome "tele" "conversor", permite que uma lente padrão tenha uma distância focal maior que a distância física, que é a característica que define uma lente telefoto
Matt Grum
1
Seu argumento é inválido, especificamente "um teria o DOF de 600 f / 5.6 e o ​​outro teria o DOF de 600 f / 2.8". Na realidade, um teria o DOF de 600 f / 5.6 e o ​​outro teria o DOF de 300 f / 2.8 . Aqui está o segredo: A 300 f / 2.8 tem a mesma profundidade de campo que uma 600 f / 5.6, NÃO uma 600 f / 2.8
Evan Krall
1
@Evan Krall, parece que você perdeu o objetivo de Reductio ad Absurdum , meu argumento foi que, assumindo a premissa , você tem uma lente com DOF de 600 f / 2.8 e uma lente com DOF de 600 f / 5.6, como isso é um absurdo. A premissa deve ser falsa. Estou de acordo com as outras respostas a esta pergunta!
Gratidão #
desculpe pessoal, mas quando eu uso uma calculadora DOF uma 300mm f2.8 não é exatamente como uma 600mm f5.6. o número não corresponde ...
1

A profundidade de campo é determinada pela distância de foco e pelo tamanho da abertura física (bem explicado por Evan Krall). A adição de um teleconversor não altera o tamanho da abertura física; você está simplesmente ampliando a imagem já projetada pela lente e a distância focal e o número f aumentam juntos em proporção.

Como o tamanho da abertura física é inalterado, a profundidade de campo é inalterada para uma determinada distância de foco.

bwDraco
fonte
0

Um teleconversor está simplesmente espalhando a imagem da lente, como uma lupa. Ele altera apenas o quadro cortando (falsificando uma distância maior de foco) e o nível de iluminação usando uma quantidade igual de luz para uma quantidade maior de pixels. Não altera mais nada da foto original, por exemplo, o DoF ou a distância do foco.

Bassie-c
fonte
0

Eu responderei duas perguntas, a que você perguntou e a que você também deveria ter perguntado. Também abordarei vários cenários diferentes (mesma distância de assunto sem corte, mesma distância de assunto com corte e mesmo enquadramento).

Como um teleconversor afeta a profundidade de campo?

Vamos dar uma olhada nisso. A profundidade do campo é:

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

onde fé a distância focal, Cé o círculo de confusão, Né o número da abertura e x_dé a distância do assunto. Se a distância do assunto permanecer constante e você não decidir que, devido a menos cortes C, aumente a distância focal, o dobro da distância focal dobrará também o número da abertura, mas Cpermanecerá constante. Assim, a profundidade de campo será reduzida pela metade pelo teleconversor. (Se você aumentar Cdevido a menos necessidade de corte, a profundidade de campo permanecerá constante.)

No entanto, às vezes você deseja manter o enquadramento igual. Então, uma duplicação da distância focal corresponderá a uma duplicação da distância do assunto. Assim, x_d^2 / f^2permanece constante e Cpermanece constante também. No entanto, o dobro da distância focal dobrará Ne, assim, a profundidade de campo será dobrada com o mesmo enquadramento.

Portanto, TL; DR: depende se você mantém o enquadramento igual alterando a distância do assunto (DoF diferente), se você recorta (o mesmo DoF) ou se apenas aceita uma distância focal mais longa, obtém uma imagem diferente (DoF diferente, mas em a outra direção).

Você também deveria ter perguntado:

Como um teleconversor afeta o desfoque de fundo?

Isto é mais fácil. O tamanho do disco de desfoque de fundo (assumindo o fundo no infinito) é:

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

A abertura da abertura f/Né mantida por um teleconversor. m_sé a ampliação do objeto, ou seja, o tamanho do objeto no sensor dividido pelo tamanho real. Se você mantiver o enquadramento igual, m_spermanecerá constante e, portanto, com o enquadramento igual, o tamanho do disco de desfoque de fundo será constante.

No entanto, se você não mantiver o enquadramento igual, o teleconversor 2x dobrará m_s. Assim, você obterá mais desfoque de fundo.

Porém, se você mantiver a distância do assunto igual e cortar a imagem original em 2x e decidir que não precisa mais cortar devido ao teleconversor, ele m_sserá dobrado pelo teleconversor, mas devido a menos cortes, a largura / altura / a diagonal da peça do sensor realmente usada também é dobrada; portanto, borrar o tamanho do disco como uma porcentagem da diagonal da peça do sensor realmente usada permanece igual.

Portanto, TL; DR: depende aqui novamente se você mantém o enquadramento igual alterando a distância do assunto (mesma desfocagem), se você recorta (a mesma desfocagem) ou se apenas aceita uma distância focal maior e obtém uma imagem diferente (desfocagem diferente).

juhist
fonte
0

A resposta aceita é muito definitiva. Também está errado. Vamos primeiro declarar o que é correto aqui:

Versão TL; DR: os teleconversores não afetam a profundidade de campo a uma determinada distância.

Errado.

Eles literalmente transformam sua lente 300 f / 2.8 em uma lente 600 f / 5.6.

Corrigir.

Qualquer lente de 600 f / 5.6, teleconvertida ou não, terá a mesma profundidade de campo que uma lente de 300 f / 2.8.

Errado.

A profundidade de campo é determinada pela distância focal e pelo tamanho aparente do elemento frontal da lente.

Parcialmente certo, parcialmente errado. A geometria da cena e sua relação com a profundidade de campo são determinadas pelo tamanho aparente da pupila de entrada da lente. A pupila de entrada tem o tamanho aparente da abertura, como visto ao olhar para a lente frontal.

Seu diâmetro pode ser determinado dividindo a distância focal através do número da abertura.

E aqui chegamos ao erro fundamental na resposta aceita: a resposta assume que a geometria da cena é o único fator para a profundidade de campo. Não é. A profundidade de campo é definida como a distância em que você pode detectar a nitidez e a nitidez é definida pelo critério do "círculo de confusão". Se você usar o mesmo meio de projeção (o mesmo filme ou o mesmo sensor) e observar os resultados em uma escala em que a resolução da mídia define o círculo de confusão, a ampliação da representação da cena é muito relevante para a profundidade de campo resultante.

Se você usar a mesma lente com as mesmas configurações em um sensor de quadro completo de 40MP, sua profundidade de campo será (supondo que a lente produz nitidez no nível de pixel) será metade do que você obtém em um sensor de quadro completo de 10MP, mas o mesmo que o que você obteria em um sensor de fator de colheita 2 de 10MP. Ignorando a pixelização, as imagens parciais serão indistinguíveis.

Um teleconversor em flange em uma veia semelhante mantém a geometria da imagem: as colheitas serão indistinguíveis enquanto você ignorar a pixelização. No entanto, é a pixelização que define o círculo de confusão; portanto, com um teleconversor 2x, você normalmente obtém metade da profundidade de campo porque o pixel como principal contribuinte para o círculo de confusão agora cobre uma grade mais fina sobre o original cena.

Ao contrário da profundidade de campo, a quantificação do desfoque de fundo em termos do tamanho do pixel parece não sensorial, pois sua escala é mais relevante em relação à escala dos recursos do objeto ou ao tamanho do quadro. A relação com as características do objeto não é alterada pelo teleconversor; em relação ao quadro, sua extensão dobra, o que significa que a desfocagem em relação à imagem final é ampliada.

Resumindo: as coisas são complexas e menos intuitivas, mas já o são antes de adicionar o teleconversor à equação. Devido a essa complexidade, é necessário especificar com muito cuidado os valores dos quais você está se perguntando, pois eles costumam ser usados ​​coloquialmente de maneira intercambiável, mas se comportam de maneiras bem diferentes ao observar a geometria da cena, a geometria da imagem e a resolução do meio.


fonte
0

Você esta confuso:

Como a abertura não é fisicamente diferente, pergunto-me como isso afeta a profundidade de campo (e efeitos associados, como bokeh). Faz sentido que a profundidade de campo permaneça a mesma e que a imagem seja apenas cortada.

O corte de uma imagem só retém a mesma profundidade de campo quando feito fisicamente em uma impressão, resultando em um pedaço de papel menor, visualizado da mesma maneira que o papel original. Assim que você emprega qualquer tipo de ampliação para ver melhor os detalhes, a profundidade de campo (definida através do disco espalhado de nitidez que se torna discernível sob escrutínio) se torna menor. A única exceção é quando já existe um fator limitante absoluto visível, como granulação de filme ou tamanho de pixel.

Um teleconversor do lado da flange não altera o tamanho da pupila de entrada e, portanto, trabalha com a mesma cena, mas com uma colheita menor distribuída pelo sensor. Isso fornece menos luz por pixel (portanto, o dobro do número da abertura), mas devido a mais pixels do sensor com metade do tamanho do "círculo de confusão" e, portanto, metade da profundidade de campo. A menos que a qualidade ótica da lente já esteja no limite e os pixels adicionais não possam fornecer informações adicionais.

Um teleconversor do lado do filtro é um negócio diferente, pois aumenta o tamanho da pupila de entrada e, portanto, geralmente mantém o mesmo número de abertura. Portanto, a profundidade de campo fica menor tanto pela menor colheita resolvida no mesmo sensor quanto pela pupila de entrada maior que olha a cena.

Comunidade
fonte