Qual é a causa desse efeito bokeh não uniforme?

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Um amigo meu está pensando em comprar uma câmera TLR de filme de médio formato usada (uma Mamiya C330 ), e ele me mostrou algumas das fotos de teste que havia tirado com ela. Fiquei impressionado com o bokeh curiosamente não uniforme em algumas fotos, como esta:

Foto com bokeh não uniforme
(O rosto do sujeito ficou borrado por questão de privacidade, já que eles não são meus filhos.)

Se você observar o plano de fundo, especialmente as árvores na parte superior da imagem, poderá ver claramente que o bokeh não é circular, mas elíptico, e que o longo eixo da elipse parece ser ortogonal à linha do centro da tela. imagem. Parece quase um borrão de movimento circular, como se a câmera tivesse sido girada durante a foto, mas a falta de borrão no primeiro plano deixa claro que não é.

Gosto do efeito, principalmente da maneira como ele chama a atenção para o centro da imagem. (Não é tão eficaz neste tiro particular, já que não há forte tema central para o olho a ser desenhado para , mas em algumas das outras fotos com uma composição mais central funcionou muito bem.) O que eu estou querendo saber, no entanto, é o que está causando isso e existe um nome para ele?

Eu posso ver como isso pode surgir da maneira como a luz viaja na diagonal pela íris perto das bordas da imagem, enfatizada pelo formato de filme relativamente grande (minha própria câmera, com a qual eu nunca percebi esse efeito, é uma Nikon DSLR com um sensor APS-C relativamente pequeno), mas isso é realmente tudo o que existe, ou há algo mais complicado acontecendo? E como eu poderia conseguir deliberadamente o mesmo efeito , sem mudar para o formato médio?

Ps. Aqui está um close da parte superior da foto acima (clique para ampliar):

Close-up de bokeh não uniforme

A foto foi tirada com a lente Mamiya-Sekor 80mm f / 2.8. Infelizmente, não sei as configurações exatas de abertura e velocidade do obturador usadas.

Ilmari Karonen
fonte
Durante eclipses solares parciais, vi lacunas entre as folhas das árvores agirem como câmeras pinhole e projetar imagens do crescente sol no chão. Então, eu tenho que me perguntar se as formas do bokeh estão sendo influenciadas pelas formas dos espaços entre as folhas (que, é claro, não serão círculos perfeitos), assim como pelas lentes.
Zwol
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@Zack: Eles certamente são (geralmente, a forma de um ponto de bokeh é uma convolução da forma da fonte de luz e da função de espalhamento do ponto da câmera), mas tenho quase certeza de que as lacunas reais entre as folhas não foram organizadas no padrão circular mostrado na foto.
Ilmari Karonen

Respostas:

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A forma do bokeh está relacionada à forma aparente da abertura da lente.

Em frente, isso produzirá um bokeh que é aproximadamente um círculo. À medida que o assunto se afasta do centro do campo, o bokeh começa a parecer uma lasca do círculo.

Isso pode ser reduzido ao parar a lente.

lentes

Mais sobre isso pode ser lido em Shape of the blur patch e efeito de olho de gato .

Para conseguir esse efeito, você precisa de um campo de visão mais amplo na lente (uma lente longa nunca verá a abertura de um ângulo acentuado) e fotografe bem aberto.


A ótica disso pode ser entendida observando os raios de luz através do sistema de lentes:

caminho da luz através da lente

No entanto, não é tão simples assim, como a própria construção da lente também desempenha a forma do bokeh.

quatro lentes, quatro bokeh

A única diferença entre as quatro imagens é a lente. Cada lente possui diferentes tamanhos de pupila frontal e traseira, além de formato e contagem de lâminas. Se esse efeito não foi causado pelas lentes, isso indicaria outros fenômenos. Mas, em vez disso, vemos uma diferença entre diferentes lentes na mesma câmera, indicando que a construção da lente é a causa da forma e o local em que devemos procurar entender a natureza desse bokeh.

Por fim, o bokeh do olho de gato é uma forma de vinheta mecânica semelhante a quando o para-sol da lente é muito longo para a lente e bloqueia parte da cena.

Esse tipo de bokeh também pode ser visto na aparente alteração da forma nos filtros de forma de bokeh DIY:

imagem imagem

Observe a forma do coração e do mouse mickey na borda do quadro. Se alguém visse a lente a partir dessas fontes de luz pontuais, veria que a forma do coração ou do mouse mickey na câmera é a forma do bokeh (com alguns ajustes adicionais para a forma aparente da pupila) .

scottbb
fonte
Isso parece plausível, mas note que, tanto quanto posso dizer, essas referências são a única fonte dessa reivindicação específica online. E o autor, em sua página biográfica, diz: "Não estou profissionalmente envolvido em fotografia [ou] ótica [...]. Na vida cotidiana, trabalho como acústico subaquático". Agora, também não sou profissional nesses campos, mas como isso contradiz tudo o que li (exceto as postagens na Internet que podem ser rastreadas até lá), gostaria de ver mais referências.
mattdm
@mattdm considere os vários bricolage faça o seu próprio bokeh . A forma da pupila aparente da lente é a forma do bokeh (isso também afeta a contagem e a forma da lâmina do diafragma). E quando você olha para os vários bokeh de bricolage, costuma ver na borda do quadro. i.stack.imgur.com/Bh1Pv.png - isso é explicado pela forma aparente da pupila da lente. (e sim, wikipedia não é tão grande de uma fonte, mas en.wikipedia.org/wiki/Bokeh#cite_ref-11 )
Não estou contestando que você pode fazer bokeh em forma, ou mesmo que esse efeito possa ocorrer próximo à borda da lente. Só acho que não é o que está acontecendo aqui.
mattdm
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Concordamos que a forma do bokeh é a forma da pupila aparente da lente (como o bokeh hexagonal no diafragma com 6 lâminas?) E que a vinheta mecânica (um filtro de bokeh DIY) pode mudar a forma do bokeh? Por que esses dois fatores não explicariam o bokeh do olho de gato?
O que você está descrevendo é uma forma de aberração esférica na lente. Aceitando que esse seja o caso de uma lente, pode-se projetar uma lente mais simples se aceitar uma superfície focal não plana. No entanto, isso por si só não explica o formato do bokeh do olho de gato, que pode ser descrito e compreendido com precisão usando o modelo de vinheta mecânica da área fora de foco. Indo além disso, se alguém quiser uma compreensão real da forma, provavelmente seria uma boa pergunta enviar para a Physics.SE para obter os conhecimentos de óptica e matemática.
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Essa é a curvatura do campo . As lentes simples projetam naturalmente um campo curvo, não plano para combinar com filme ou sensores digitais. As lentes modernas tentam corrigir isso, mas muitos modelos mais antigos não. De fato, às vezes é chamado de "efeito Petzval" após um design clássico famoso por esse visual.

Curiosamente, apenas nesta semana a Sony mostrou protótipos de um sensor digital curvo projetado especificamente por esse motivo - curvando o sensor, a lente pode ser muito mais simples e ainda assim produzir nitidez em todo o quadro.

Há mais informações sobre (e exemplos de) curvatura de campo na minha resposta a Quais características de qualidade de imagem tornam uma lente boa ou ruim? e mais detalhes técnicos em O que significa "Flat Field Focus"? e As lentes possuem planos focais ou esferas focais / elipsóides?


Existe uma teoria predominante da Internet que sustenta que isso se deve principalmente à vinheta óptica - como a resposta atualmente aceita aqui diz: "Em última análise, o bokeh do olho de gato é uma forma de vinheta mecânica semelhante a quando o para-sol da lente é muito longo para a lente". lente e bloqueia parte da cena ". Isso parece razoável, mas contradiz o que eu vi de fontes que não são da Internet. Felizmente, porém, a situação do "pára-sol por muito tempo" é facilmente replicada, então decidi fazer um teste simples.

Eu tenho uma lente de 23mm f / 1.4 e acontece que o capuz de uma lente de 56mm também se encaixa fisicamente. Então, eu fiz uma série de imagens, com: sem capa de lente, a capa de 23 mm, a capa de 56 mm e a capa de 56 mm se estenderam ainda mais através de um pedaço de papel de construção preto e fita de alguns sempre úteis. Em cada caso, ajuste a lente para f / 1.4 e concentre-se no meu simpático assistente de fotografia, Beefy , para obter alguns artefatos óbvios de destaque no plano de fundo. Os resultados:

sem capuz

capa de 23mm correta

Lente de 23 mm com capuz de 56 mm

Capa de 56mm estendida com papel

Nós podemos ver que não é um impacto sobre os círculos bokeh, e nas últimas duas imagens, você pode ver um certo grau de "redemoinho", particularmente no caso de papel-tubo. Mas, o efeito não é muito forte comparado à imagem de amostra aqui (ou à da outra pergunta ), mesmo que os cantos sejam visivelmente bloqueados pelo capô de 56 mm - ou completamente bloqueados pelo tubo. De fato, se eu não estivesse inclinado a procurar por "redemoinho", aqui, eu poderia descrevê-lo como "comprimido ao redor da borda do círculo". A teoria da vinheta física não é adequada; outra coisa está acontecendo nas lentes que produzem esse visual sem perder totalmente os cantos.

Além disso, confira este corte na borda superior direita do círculo visível no teste de sombra de papel. As formas de destaque transitam rapidamente de quase circular para meia-lua. São as linhas externas dessas meias-luas que causam o efeito de redemoinho nesta imagem. É difícil dizer nesta amostra, mas na maioria das imagens com o efeito Petzval, a transição é mais gradual. E, apesar do diagrama de linhas que ilustra o contrário, essas formas claramente não são "olho de gato". Novamente, algo mais está causando isso - e é a curvatura do campo.

destaques em close

Portanto, para realmente replicar esse efeito, você pode tentar estender o para-sol da lente, mas para obter melhores resultados, você pode encontrar uma lente clássica real com o design Petzval ou algumas lentes Helios da era soviética mais recentes, mas ainda assim "vintage" , ou pegue a recém-lançada lente artística Petzval da Lomography para montagens Canon EF ou Nikon F.

mattdm
fonte
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Você tem certeza? Eu posso ver como a curvatura do campo alteraria o foco entre o centro e as bordas da imagem, mas não vejo como isso mudaria a forma do bokeh. (Ps. Pesquisei por "curvatura de campo" e encontrei esta página ilustrando diferentes aberrações ópticas. O que vejo nesta foto se parece mais com a ilustração do "astigmatismo sagital", embora não tenha muita certeza se esse é o mesmo efeito visto na foto, também.)
Ilmari Karonen
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Eu tenho quase certeza . Se você entender a física do design óptico, a curvatura do campo e o astigmatismo tangencial e sagital estão todos inter-relacionados e tudo fica bastante complicado - e está fora da minha área de especialização. Observe que, ao pesquisar essas coisas, você obtém principalmente diagramas e gráficos de teste - e páginas sobre astrofotografia. Está tudo bem, mas do ponto de vista de reconhecer esse efeito e replicá-lo, a curvatura do campo petzval é o que você procura.
Mattdm 04/07/2015
Há alguma evidência interessante aqui de que uma lente com excelente correção para a curvatura do campo (Zeiss 85mm Planar) ainda demonstra o bokeh do olho de gato. muitobiglobo.com/…
Michael C
@MichaelClark Sim, não tenho dúvidas de que as vinhetas mecânicas podem afetar a forma dos destaques fora de foco, incluindo a criação de um efeito de olho de gato. Mas não acho que essa seja a fonte (ou pelo menos não a única) do visual Petzval, que é mais suave e difundida.
mattdm
Eu acho que é uma combinação de vinheta mecânica e curvatura de campo e / ou astigmatismo. Observe que, quando você aumenta a quantidade de vinhetas, empurra as bordas para mais perto do centro, comprimindo o efeito. Que 23mm f / 1.4 específica você estava usando?
Michael C
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Para construir sobre as outras respostas, isso é realmente causado por uma lente com petzval não corrigido. Também está com vinheta, mas mais em um plano que no outro. Aqui você pode ver um gráfico de interceptação de raios para uma lente tessar de grande formato, também conhecidos como gráficos RIM ou curvas H'-TanU '. Em um gráfico RIM da linha é cortada, isso indica vinhetas. Você notará que este exemplo é vinheado no plano tangencial, mas não no plano sagital. Isso faz com que o ponto e, quando desfocado, o bokeh seja maior no plano sagital do que no plano tangencial.

Esta é a mesma condição que o seu exemplo tem, então acredito que a lente em particular tenha petzval não corrigida, bem como vinhetas "assimétricas", como eu poderia chamá-la.

Brandon Dube
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Então, o formato característico dos destaques dos olhos de gato é devido às vinhetas, conforme explicado na resposta de @ MichaelT? É possível obter a aparência "swirly" sem vinhetas - por exemplo, apenas a curvatura do campo? Por outro lado, essa aparência pode ocorrer quando há apenas vinhetas e nenhuma curvatura de campo?
Mattdm 06/07/2015
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Um caso forte o suficiente de qualquer um o produziria, mas as coisas teriam que ficar razoavelmente extremas para serem replicadas por alguém isoladamente. A forma "esmagada" deste exemplo (mais larga do que alta) não é possível sem vinhetas ou astigmatismo.
precisa
Brandon, você é um recurso fenomenal! Você pode fornecer links para entender os gráficos da RIM? Por exemplo, como eles são gerados: somente numericamente ou podem ser amostrados a partir de uma lente real? E a que corresponde o eixo x de cada gráfico? Se não houver boas fontes para explicar isso, você pode inseri-lo como um Q e responder aqui.
feetwet
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@feetwet, embora não seja explicitamente um guia para a leitura de plotagens da RIM, escrevi um artigo para a photozone usando-as extensivamente aqui . Também há alguns detalhes aqui . O eixo X é o local da pupila; portanto, o lado esquerdo é a borda inferior e o lado direito é a borda superior. Entre em contato se tiver outras perguntas sobre eles.
Brandon Dube