Como o desfoque de fundo (bokeh) se relaciona ao tamanho do sensor?

Esta é uma questão um tanto teórica.

Suponha que eu primeiro tire uma foto de um sujeito usando um sensor DSLR de quadro inteiro, com uma lente (por exemplo, lente principal de 50 mm em f / 3.5).

Agora, suponha que eu troque a câmera por uma DSLR com sensor APS-C (com um fator de corte de 1,6 ×). Eu mantenho a mesma lente (mesma distância focal, mesma abertura) e recuo alguns metros para manter o campo de visão (pelo menos, a mesma ampliação do objeto). Agora tiro uma segunda foto.

Claramente, a profundidade de campo aumentou entre as duas fotos. Mas e o desfoque de fundo (por exemplo, árvores no infinito)? Terei a mesma quantidade de desfoque de fundo ou isso será alterado?

Li em algum lugar que o desfoque de fundo depende do tamanho da abertura física. Nesse caso, a abertura física (distância focal física dividida por f / stop) permanece a mesma. Mas esse número deve ser considerado em relação ao tamanho do sensor? Nesse caso, com o sensor APS-C menor, a abertura física será relativamente maior, o que significaria mais desfoque no fundo. Isso seria bastante contra-intuitivo, pois geralmente consideramos mais difícil obter desfoque de fundo em uma câmera APS-C.

Por favor, indique o raciocínio por trás da resposta. Eu mesmo responderia à pergunta usando esta calculadora de desfoque de fundo, mas não consigo executá-la no meu computador.

Depende de quão grande é a sua distância "infinita". Quando você se afasta do objeto para manter a mesma ampliação, a distância relativa a um objeto em segundo plano se torna menor, ficando menos embaçada.

Apenas por exemplo, vamos supor que você comece com o assunto a 10 pés de distância, e o fundo da distância "infinita" está realmente a 100 pés de distância. Ao alternar para a câmera APS-C, você faz backup em 15 ou 16 pés (dependendo da marca da câmera). No primeiro caso, as árvores estavam 10 vezes mais afastadas que o assunto (e o ponto de foco). No segundo caso, o assunto está a 15 pés e o fundo a 115; portanto, o fundo fica a menos de 8 vezes o ponto de foco.

Se sua distância "infinita" é realmente muito maior, esse efeito pode se tornar pequeno demais para se preocupar. Se você começar com um plano de fundo 10000 vezes mais distante do que o assunto, mova-o para que fique apenas 9999 vezes mais distante, a diferença provavelmente será tão pequena que você não poderá vê-la nem mesmo medi-la.

O desfoque de fundo depende da sua profundidade de campo. Profundidade de campo (DOF) é a distância entre os objetos mais próximos e os mais distantes de uma cena que parecem aceitáveis ​​em uma imagem ( wikipedia ). A fina profundidade de campo permite isolar o assunto: o assunto está focado e o fundo está desfocado. A profundidade de campo depende de vários fatores:

1. Distância focal da lente (35 mm, 200 mm, 50 mm)
2. Abertura da lente (f1.8, f5.6, f8)
3. Tamanho do sensor (APS-C, 35mm, médio formato, grande formato)
4. Distância do assunto e a proporção entre a distância do assunto e a distância do fundo

Com (1), quanto maior a distância focal, menor a DOF. Com (2), quanto maior a abertura (número menor), mais fina será a DOF. Com (3), quanto maior o sensor, mais fina será a DOF. *** Com (4), quanto mais próximo do assunto, mais fina será a DOF.

Exemplo: se você possui uma lente de 200 mm, por exemplo, f2,8, em um sensor de quadro inteiro de 35 mm e o assunto está perto de você (2-3 m), você pode desfocar bastante o fundo.
Inversamente, se você tiver uma lente de 35 mm, em f8, em um dslr recortado (APS-C) e o assunto estiver a 6 m de você, o fundo não ficará realmente desfocado.

*** Não tenho certeza absoluta se isso está correto na teoria, mas na prática, com a mesma configuração no sensor APS-C e no Full Frame, a imagem FF tem DOF mais raso.

Leia mais: http://en.wikipedia.org/wiki/Depth_of_field

Em teoria, você terá exatamente o mesmo desfoque de fundo nos dois casos. Na prática, isso só funciona se os antecedentes forem muito distantes (muito além do assunto), como apontado por Jerry Coffin. Se essa condição não for atendida, o corpo do APS-C exibirá um pouco menos de desfoque no fundo.

A maneira mais fácil de entender isso é modelar uma luz de fundo como fonte pontual no infinito, que será renderizada como um "disco de bokeh" na imagem. O nível de desfoque do fundo pode ser medido pela razão entre o diâmetro deste disco e o tamanho total do quadro. Essa relação é a mesma que a relação entre o diâmetro da pupila de entrada e o tamanho do campo de visão à distância em que a lente está focada.

Abaixo está o meu esquema de baixa qualidade. Espero que isso torne as coisas mais claras. Considere que a imagem que você obtém é apenas uma versão reduzida do que você tem no plano de foco. O feixe em vermelho é o feixe de luz proveniente da fonte pontual e passando pela pupila de entrada. O material que chamei de "disco de bokeh" é onde esse feixe cruza o plano de foco. Ele tem exatamente o mesmo diâmetro que a pupila de entrada, desde que a fonte seja longe o suficiente e seja a contraparte do disco bokeh do lado do objeto. O disco bokeh real vive no espaço da imagem e é a imagem do disco desenhada aqui.

Edit : A abordagem que utilizo aqui se baseia apenas em parâmetros do lado do objeto: o campo de visão e o diâmetro da pupila de entrada. Essa escolha geralmente torna os cálculos de desfoque (incluindo profundidade de campo) muito mais simples do que as abordagens convencionais que envolvem o formato do sensor, a distância focal e o número f: esses parâmetros do "lado escuro" não são necessários quando os parâmetros do lado do objeto são conhecidos. .

Para aqueles que não estão familiarizados com essa maneira de pensar “fora da caixa”, recomendo vivamente o artigo Profundidade de campo fora da caixa , de Richard F. Lyon. Embora esse artigo lide principalmente com a questão da profundidade de campo, a abordagem é muito geral e pode ser aplicada com muita facilidade à computação do desfoque de fundo.

Sim, o bokeh é proporcional à largura física da abertura da lente.

Digamos que você se concentre em um objeto de campo próximo a uma distância finita = Z e tenha uma combinação de câmera / lente que fornece um campo de visão (FOV) com meia largura angular = Q graus. Se você definir bokeh como a proporção do diâmetro do círculo de desfoque B (imagem desfocada de um ponto de fundo no infinito) com a largura do quadro de imagem W, então

                     bokeh   =   B / W    ~    R / ( Z  * tanQ )

onde R é o raio da abertura da lente - ou seja, metade do diâmetro (Nota: Na equação acima, Z deve ser tecnicamente Z - F, onde F é a distância focal da lente, mas você geralmente pode ignorar o F ao olhar para longe). objeto distante).

Portanto, se você tiver duas câmeras, uma DSLR grande e uma pequena câmera "aponte e dispare", ambas com o mesmo FOV angular (ou seja, as lentes têm o mesmo equivalente a 35 mm), a câmera com a lente de maior diâmetro fornecerá mais bokeh. Isso é independente do tamanho do sensor da câmera.

A profundidade de campo depende de dois fatores: distância ao assunto e tamanho da abertura física (calculada pela distância focal dividida pelo número f). A profundidade de campo aumenta à medida que você se afasta do assunto e diminui à medida que aumenta o tamanho da abertura física . O tamanho do sensor não afeta diretamente o bokeh, pois a imagem projetada pela lente não muda quando usada em um formato de sensor diferente; diferentes formatos de sensor simplesmente usam partes diferentes do círculo da imagem. Sensores maiores permitem profundidade de campo mais rasa porque é necessária uma distância focal mais longa para obter o mesmo campo de visão, e uma distância focal maior resulta em uma abertura física maior e, portanto, em uma profundidade de campo mais rasa.

Como tal, a mesma lente no mesmo f-stop na mesma distância de foco em dois formatos de sensor diferentes não afetará o grau de desfoque do fundo. São os ajustes necessários pelos diferentes formatos de sensor (distância reduzida ao assunto ou distância focal aumentada no quadro completo em relação ao APS-C) que produz a diferença na profundidade de campo.

Muito foi dito nas respostas anteriores, e só quero adicionar uma comparação visual das configurações de lente específicas sobre as quais você fala na sua pergunta. Como dito anteriormente, a quantidade de desfoque de fundo também depende do tamanho do objeto. Este enredo é para um retrato de cabeça e ombros.

Gráfico de comparação http://files.johannesvanginkel.nl/se_plot.JPG

Como pode ser visto, a câmera FF terá mais desfoque de fundo, mas seus valores convergem no final.

Fonte da imagem: http://howmuchblur.com/#compare-1x-50mm-f3.5-and-1.6x-50mm-f3.5-on-a-0.9m-wide-subject

Aqui você também pode definir outro tamanho de assunto, se desejar.

"Como o desfoque de fundo (bokeh) se relaciona com o tamanho do sensor?"

Resposta curta: Um sensor maior possui um círculo maior de confusão, uma consideração importante no cálculo da profundidade de campo (DOF) e, portanto, faz com que uma abertura maior (abertura maior) tenha uma DOF suficientemente rasa para permitir o desfoque do ponto fontes (pequenas luzes) em segundo plano; criando um efeito que geralmente é chamado (incorretamente) de bokeh.

Há pouca diferença, que detalharei mais adiante, dados os ajustes apropriados para manter o enquadramento semelhante.

Bokeh é um borrão que também pode ocorrer em primeiro plano e não precisa se restringir a lâmpadas distantes, embora alguns restrinjam o uso desse termo apenas a essas condições. É mais fácil julgar a qualidade do bokeh observando os pontos de luz ao fundo e vendo se eles parecem discos lisos redondos, o fundo não é o único local onde ocorre o bokeh.

O termo bokeh vem da palavra japonesa boke (暈 け ou ボ ケ), que significa "borrão" ou "neblina", ou boke-aji (ボ ケ 味), a "qualidade do borrão". [Nota: não tem nada a ver com pequenas luzes ou fundo vs. primeiro plano, é a qualidade do desfoque fora da profundidade de campo. Por outro lado, o foco é a nitidez dentro da profundidade de campo, particularmente no ponto focal].

Agora você não está feliz por ter sido a versão curta.

Imagem tirada usando uma Nikon 200.0 mm f / 2.0 em uma Nikon D700, sem dúvida uma das melhores lentes que produzem bokeh para fotografia. Crédito: Dustin Diaz .

Licença: Attribution-NonCommercial-NoDerivs 2.0 Genérico (CC BY-NC-ND 2.0)

É fácil encontrar uma lente mais barata e muitas como estas : Hexanon AR 135 / 3.2, Pentacon 135 / 2.8, Rokkor 135 / 2.8, Trioplan 100 / 2.8, Vivitar 135 / 2.8, o fato é que o bokeh produzido por qualquer uma dessas é mais (educadamente) criativo, em oposição à qualidade, e você precisará de um adaptador juntamente com o corte se usar um sensor grande. Um sensor pequeno e uma lente barata podem produzir resultados agradáveis ​​para alguns (muitos?).

A marca do chamado bokeh perfeito é que as fontes pontuais produzirão discos redondos sem anéis ou aberrações no disco e queda gradual na borda. Os discos devem ser arredondados de ponta a ponta da moldura da imagem com uma lente esférica.

Enquanto as lentes anamórficas produzem bokeh oval característico.

Vamos definir algumas coisas antes de entrarmos em uma explicação muito mais longa.

• Fundo: a área atrás do assunto da imagem.

• Primeiro plano: a área em frente ao assunto da imagem.

• Desfoque : Causar imperfeição da visão, tornar indistinto ou nebuloso, obscurecer. O antônimo de afiar.

• Bokeh : a qualidade do desfoque das áreas fora de foco da imagem fora da profundidade de campo quando a lente está corretamente focada no objeto.

• Círculo de confusão : na ótica idealizada dos raios, presume-se que os raios convergem para um ponto quando perfeitamente focados, a forma de um ponto desfocado de desfocagem de uma lente com uma abertura circular é um círculo rígido de luz. Um ponto de desfoque mais geral tem bordas suaves devido à difração e aberrações ( Stokseth 1969, paywall ; Merklinger 1992, acessível ) e pode ser não circular devido ao formato da abertura.

  Reconhecendo que as lentes reais não focalizam todos os raios perfeitamente, mesmo nas melhores condições, o termo círculo de menor confusão é frequentemente usado para o menor ponto de desfoque que uma lente pode fazer (Ray 2002, 89), por exemplo, escolhendo a melhor posição de foco que faz um bom compromisso entre as diferentes distâncias focais efetivas de diferentes zonas da lente devido a aberrações esféricas ou outras.

  O termo círculo de confusão é aplicado de maneira mais geral ao tamanho do ponto fora de foco para o qual uma lente imagina um ponto de objeto. Relaciona-se a 1. acuidade visual, 2. condições de visualização e 3. ampliação da imagem original para a imagem final. Na fotografia, o círculo de confusão (CoC) é usado para determinar matematicamente a profundidade de campo, a parte de uma imagem que é aceitavelmente nítida.

• Profundidade de campo : a distância entre os objetos mais próximos e os mais distantes de uma cena que parecem aceitáveis ​​em uma imagem. Embora uma lente possa focalizar com precisão apenas uma distância de cada vez, a diminuição da nitidez é gradual em cada lado da distância focalizada, de modo que, dentro da DOF, a nitidez é imperceptível sob condições normais de visualização.

• Tamanho do sensor :

  • Fotografia: Na fotografia, o tamanho do sensor é medido com base na largura do filme ou na área ativa de um sensor digital. O nome 35 mm se origina da largura total do filme 135 , o filme perfurado para cartuchos que era o meio primário do formato anterior à invenção da DSLR de quadro completo. O termo formato 135 permanece em uso. Na fotografia digital, o formato passou a ser conhecido como full frame. Enquanto o tamanho real da área utilizável do filme fotográfico de 35 mm é 24w × 36h mm, os 35 milímetros referem-se à dimensão 24 mm mais os orifícios da roda dentada (usados ​​para avançar o filme).

  • Vídeo : os tamanhos dos sensores são expressos em notação em polegadas porque, no momento da popularização dos sensores de imagem digital, eles eram usados ​​para substituir os tubos das câmeras de vídeo. Os tubos circulares comuns de câmera de vídeo de 1 "tinham uma área retangular fotossensível com cerca de 16 mm na diagonal; portanto, um sensor digital com tamanho diagonal de 16 mm era equivalente a um tubo de vídeo de 1". O nome de um sensor digital de 1 "deve ser lido com mais precisão como sensor" equivalente a um tubo de câmera de vídeo de uma polegada ". Os descritores atuais do tamanho do sensor de imagem digital são o tamanho da equivalência do tubo da câmera de vídeo, não o tamanho real do sensor. Por exemplo, um O sensor de 1 "tem uma medida diagonal de 16 mm.

• Assunto: O objeto do qual você pretende capturar uma imagem, não necessariamente tudo o que aparece no quadro, certamente não os Bombardeiros Fotográficos , e muitas vezes não os objetos que aparecem em situações extremas; portanto, o uso de bokeh ou DOF para desfocar objetos que não são o assunto.

• Função de Transferência de Modulação (MTF) ou Resposta de Freqüência Espacial (SFR): A resposta de amplitude relativa de um sistema de imagem como uma função da frequência espacial de entrada. A ISO 12233: 2017 especifica métodos para medir a resolução e a SFR das câmeras fotográficas eletrônicas. Pares de linhas por milímetro (lp / mm) foi a unidade de frequência espacial mais comum para filmes, mas os ciclos / pixel (C / P) e as larguras das linhas / altura da imagem (LW / PH) são mais convenientes para os sensores digitais.

Agora, temos nossas definições fora do caminho ...

• Como podemos calcular o CoC :

Da Wikipedia:

CoC (mm) = distância de visualização (cm) / resolução de imagem final desejada (lp / mm) para uma distância de visualização de 25 cm / ampliação / 25

Por exemplo, para suportar uma resolução de imagem final equivalente a 5 lp / mm para uma distância de visualização de 25 cm quando a distância de visualização prevista é de 50 cm e o aumento previsto é 8:

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

Como o tamanho da imagem final geralmente não é conhecido no momento da fotografia, é comum assumir um tamanho padrão, como 25 cm de largura, juntamente com um CoC convencional de imagem final de 0,2 mm, que é 1/1250 de a largura da imagem. Convenções em termos de medida diagonal também são comumente usadas. O DoF calculado usando essas convenções precisará ser ajustado se a imagem original for cortada antes de aumentar para o tamanho final da imagem ou se o tamanho e as suposições de visualização forem alteradas.

Usando a “fórmula Zeiss”, o círculo de confusão às vezes é calculado como d / 1730, onde d é a medida diagonal da imagem original (o formato da câmera). No formato de quadro inteiro 35 mm (24 mm × 36 mm, 43 mm na diagonal), esse valor é 0,025 mm. Um CoC mais amplamente usado é d / 1500, ou 0,029 mm para o formato full frame de 35 mm, o que corresponde à resolução de 5 linhas por milímetro em uma impressão de 30 cm na diagonal. Valores de 0,030 mm e 0,033 mm também são comuns no formato full frame de 35 mm. Para fins práticos, d / 1730, um CoC de imagem final de 0,2 mm, e d / 1500 fornecem resultados muito semelhantes.

Também foram utilizados critérios relacionados ao CoC à distância focal da lente. Kodak (1972), 5) recomendou 2 minutos de arco (critério de Snellen de 30 ciclos / grau para visão normal) para visualização crítica, fornecendo CoC ≈ f / 1720, em que f é a distância focal da lente. Para uma lente de 50 mm no formato de quadro inteiro 35 mm, isso deu CoC ± 0,0291 mm. Este critério assumiu evidentemente que uma imagem final seria visualizada à distância "correta da perspectiva" (ou seja, o ângulo de visão seria o mesmo da imagem original):

Distância de visualização = distância focal da lente × ampliação

No entanto, as imagens raramente são visualizadas na distância "correta"; o espectador geralmente não sabe a distância focal da lente de captura e a distância "correta" pode ser desconfortavelmente curta ou longa. Consequentemente, os critérios baseados na distância focal da lente geralmente deram lugar a critérios (como d / 1500) relacionados ao formato da câmera.

Esse valor de COC representa o diâmetro máximo do ponto de desfoque, medido no plano da imagem, que parece estar em foco. Um ponto com um diâmetro menor que esse valor de COC aparecerá como um ponto de luz e, portanto, em foco na imagem. Pontos com um diâmetro maior parecerão embaçados para o observador.

• Não simetria do DOF:

DOF não é simétrico. Isso significa que a área de foco aceitável não tem a mesma distância linear antes e depois do plano focal. Isso ocorre porque a luz dos objetos mais próximos converge a uma distância maior à ré do plano da imagem do que a distância em que a luz dos objetos mais distantes converge antes do plano da imagem.

A distâncias relativamente próximas, o DOF é quase simétrico, com cerca de metade da área de foco existente antes do plano de foco e metade aparecendo depois. Quanto mais o plano focal se move do plano da imagem, maior a mudança na simetria, favorecendo a área além do plano focal. Eventualmente, a lente foca no ponto infinito e a DOF está em sua dissimetria máxima, com a grande maioria da área focada além do plano de foco até o infinito. Essa distância é conhecida como “ distância hiperfocal ” e nos leva à próxima seção.

A distância hiperfocal é definida como a distância, quando a lente está focada no infinito, onde objetos de metade dessa distância até o infinito estarão focados em uma lente específica. Como alternativa, a distância hiperfocal pode se referir à distância mais próxima que uma lente pode ser focada para uma determinada abertura, enquanto objetos a uma distância (infinito) permanecerão nítidos.

A distância hiperfocal é variável e uma função da abertura, distância focal e COC acima mencionado. Quanto menor a abertura da lente, mais próxima fica a distância hiperfocal. A distância hiperfocal é usada nos cálculos usados ​​para calcular o DOF.

• Cálculo da distância hiperfocal :

Da Wikipedia:

Existem quatro fatores que determinam a DOF:

1. Círculo de confusão (COC)
2. Abertura da lente
3. Distância focal da lente
4. Distância do foco (distância entre a lente e o assunto)

DOF = Ponto distante - Ponto próximo

O DOF simplesmente diz ao fotógrafo a que distâncias anteriores e posteriores da distância do foco ocorrerá a desfocagem. Não especifica quão desfocada ou qual a "qualidade" dessas áreas. O design da lente, o design do diafragma e o plano de fundo definem as características do desfoque - sua intensidade, textura e qualidade.

Quanto menor a distância focal da sua lente, maior o DOF.

Quanto maior a distância focal da sua lente, menor a DOF.

Se o tamanho do sensor não aparecer em nenhum lugar nessas fórmulas, como ele altera o DOF?

Existem várias maneiras sorrateiras de formatar sneak de tamanho na matemática do DOF:

Enlargement factor

Focal Length

Subject-to-camera / focal distance

É por causa do fator de corte e da distância focal resultante, juntamente com a abertura necessária para a capacidade de coleta de luz do sensor, que causa o maior efeito em seus cálculos.

Um sensor de resolução mais alta e uma lente de melhor qualidade produzirão bokeh melhor, mas mesmo um sensor e lente do tamanho de um celular podem produzir bokeh razoavelmente aceitável.

O uso da mesma lente de distância focal em uma câmera APS-C e em tamanho cheio na mesma distância de sujeito a câmera produz dois quadros de imagem diferentes e faz com que a distância e a espessura do DOF (profundidade, do campo) sejam diferentes.

Trocar de lente ou mudar de assunto para a câmera de acordo com o fator de corte ao alternar entre uma câmera APS-C e full frame para manter resultados de enquadramento idênticos em um DOF semelhante. Mover sua posição para manter o enquadramento idêntico favorece um pouco o sensor de quadro completo (para um DOF maior), é apenas ao trocar as lentes para combinar com o fator de corte e manter o enquadramento que o sensor maior obtém um DOF mais estreito (e não muito).

É a vantagem da abertura que torna o sensor de quadro completo uma escolha melhor e mais cara, tanto para câmera quanto para lentes e, geralmente, para recursos (o FPS não é um deles, nem tamanho e peso).

Ir a um sensor de tamanho médio em vez de um sensor minúsculo beneficia ainda mais o sensor maior, mas o bokeh provavelmente não é o melhor caso de uso para justificar 20x + vezes a diferença de preço.

O maior número de pixels por ponto de luz certamente produzirá um bokeh mais suave, mas também se aproximaria com uma pequena câmera com sensor. Você pode cobrar mais proporcionalidade pelo uso de equipamentos mais caros, se você ganhar dinheiro com suas fotos ou vídeos; caso contrário, um pouco de trabalho com os pés ou lentes adicionais de menor custo economizarão muito dinheiro investindo em um sistema de formato maior.

Seção Wikipedia: Primeiro plano e desfoque de fundo .

Confira este artigo " Staging Foregrounds ", de RJ Kern, no desfoque em primeiro plano, que inclui muitas fotos com desfoque em segundo plano e em primeiro plano.

A B&H tem um artigo de 3 partes sobre DOF: Profundidade de Campo, Parte I: O Básico , Parte II: A Matemática e Parte III: Os Mitos .

Mais importante, "bokeh" não é simplesmente "desfoque de fundo", mas tudo fora do DOF; mesmo em primeiro plano . É que pequenas luzes à distância são mais fáceis de avaliar a qualidade do bokeh.