O "fator de corte" de um sensor menor pode ser usado para calcular o aumento exato da profundidade de campo?

Se as câmeras digitais APS-C e similares de sensor de colheita tiverem um efeito multiplicador da distância focal, de modo que uma lente de 50 mm tenha uma distância focal aparente mais próxima do campo de visão de 80 mm em uma câmera full frame e, ao mesmo tempo, a profundidade Como o campo de campo da câmera com sensor menor é mais parecido com a profundidade de campo que uma lente de 50 mm produziria em uma câmera de quadro cheio (usando a mesma abertura), isso parece sugerir o conceito de "efeito de divisão da abertura".

Em outras palavras, uma lente de 50mm f / 1.8 em uma câmera APS-C agiria mais como uma lente de 80mm f / 2.8 (aprox. 1.8 * 1.6x) em equivalente a 35mm - para profundidade de campo, sem considerar a exposição.

Alguém com uma melhor compreensão da física envolvida pode esclarecer isso para mim. Eu nunca vi esse conceito mencionado explicitamente em lugar algum, por isso sou um pouco suspeito.

Esta resposta a outra pergunta entra em detalhes sobre a matemática por trás disso. E há um artigo da Wikipedia com uma seção especificamente sobre como obter a "mesma imagem" com diferentes formatos de câmera . Em resumo, é aproximadamente verdade que o ajuste da distância focal e da abertura pela proporção dos tamanhos de formato (o fator de corte) fornecerá a mesma imagem. ¹

Mas isso ocorre se o assunto estiver dentro do alcance macro da câmera de formato maior (com o foco muito próximo). Nesse caso, a ampliação (e, portanto, o tamanho real do sensor) se torna crucial para a equação DoF, prejudicando a equivalência.

E, o artigo da Wikipedia menciona casualmente, mas não detalha outro ponto importante. A suposição é que, para o mesmo tamanho de impressão, o círculo aceitável de confusão (aproximadamente, o nível aceitável de desfoque ainda considerado no foco) será escalado exatamente com o tamanho do formato. Isso pode não ser verdade e você pode esperar (por exemplo) obter uma maior resolução real do seu sensor de quadro completo. Nesse caso, a equivalência também não é válida, mas felizmente de maneira constante. (Você simplesmente precisa se multiplicar no fator de escolha .) ²

Você menciona "não considerar a exposição" e agora pode estar pensando (como eu fiz): espere, espere. Se recortar + ampliar se aplica à abertura "efetiva" para profundidade de campo, por que não se aplica à exposição? É sabido que os parâmetros básicos de exposição são universais para todos os formatos , desde pequenos pontos e filmagens até DSLRs, até grandes formatos. Se a ISO 100, f / 5.6, second⁄₁₀₀s de segundo fornecer a exposição correta em uma câmera, será em qualquer outra também. ³ Então, o que está acontecendo aqui?

O segredo é: é porque "trapaceamos" quando aumentamos . Obviamente, em todos os casos, a exposição para um determinado número f em qualquer área de um sensor é a mesma. Não importa se você recorta ou apenas possui um pequeno sensor para começar. Mas quando ampliar (de modo que temos, por exemplo, 8 × 10 impressões a partir desse ponto e atirar para corresponder ao formato grande), mantemos a exposição do mesmo, ainda que os fótons reais registrados por área é "esticado". Isso também tem a mesma correspondência: se você tem um fator de corte 2 ×, é necessário aumentar 2 × em cada dimensão, o que significa que cada pixel ocupa 4 × a área do original - ou, duas paradas menos luz real registrada. Mas não o tornamos duas paradas mais escuras, é claro.

_{Notas de rodapé:}

_{[1]: De fato, ao alterar o número f /, o que você está fazendo é manter constante a abertura absoluta da lente, pois o número f / é a distância focal sobre o diâmetro absoluto da abertura .}

_{[2]: Esse fator também quebra, à medida que você se aproxima da distância hiperfocal , porque uma vez que o formato menor atinge o infinito, o infinito dividido por qualquer coisa ainda é infinito.}

_{[3]: Supondo exatamente a mesma cena e pequenas variações de fatores do mundo real, como a transmissão da lente de lado.}

_{[4]: Basicamente, não existe almoço grátis . Isso tem o efeito de tornar o ruído mais óbvio, e é uma aproximação razoável dizer que esse aumento é como o fator de colheita também se aplica ao ruído aparente da amplificação ISO.}

Assim como o uso de uma câmera recortada não altera sua distância focal (que é uma propriedade da lente, não da câmera), mas altera o campo de visão, não há efeito de divisão da abertura , uma lente com lente de abertura f / 2.8 ainda é se comporta como uma lente com abertura de lente f / 2.8 para fins de medição, no entanto, ao combinar o campo de visão de um sensor de quadro completo, a profundidade de campo será a mesma que uma lente com taxa de abertura (f / valor) multiplicada pelo fator de corte .

Quanto maior o sensor, menor a profundidade de campo para uma abertura específica, supondo que você esteja preenchendo o quadro com o objeto. Isso ocorre porque você precisa usar uma distância focal maior ou se aproximar para preencher o quadro maior.

Para obter a mesma profundidade de campo com uma câmera full frame que com um fator de corte, é necessário multiplicar a distância focal e a abertura pelo fator de corte. Portanto, para combinar uma 35mm f / 16 em uma Nikon APS-C (corte 1.5), você precisará de uma distância focal de 53mm e de uma abertura de f / 24 na câmera full frame.

Sim, o fator de corte de um sensor pode ser usado ao calcular a alteração na profundidade de campo (DoF) de uma lente em comparação com o uso dessa lente em uma câmera de quadro completo (FF). Mas nem sempre isso leva a um aumento no DOF. Se fotografado da mesma distância e exibido no mesmo tamanho, o DoF para a câmera do corpo de corte será reduzido (porque a imagem virtual projetada no sensor, incluindo os círculos de confusão, será ampliada em maior grau). Se, por outro lado, você ajustar sua distância de filmagem para enquadrar o assunto da mesma forma, o DoF aumentará.

Há muitas variáveis ​​a serem tratadas nesta questão e a maioria das respostas assume várias sem especificar essas suposições. Isso leva a mal-entendidos sobre a relação entre distância focal , abertura , tamanho do sensor , distância de disparo , tamanho da tela , distância de visualização e até a acuidade visual do visualizador em profundidade de campo (DoF) . Todos esses fatores combinados determinarão a profundidade de campo de uma imagem. Isso ocorre porque o DOF é uma percepçãode que faixa de distâncias do plano focal estão em foco. Somente uma distância do plano focal está realmente em foco, de modo que uma fonte de luz pontual produza teoricamente um ponto de luz no plano focal. As fontes de luz pontual em todas as outras distâncias produzem um círculo de desfoque que varia em tamanho com base na distância proporcional ao plano focal em comparação à distância do foco. DoF é definido como o intervalo entre a distância próxima e distante do plano focal que o círculo de desfoque ainda é percebido como um ponto pelo visualizador de uma imagem.

Fazemos perguntas como "Como a profundidade de campo muda ao usar a mesma lente em uma câmera com um sensor de tamanho diferente?" A resposta correta é: "Depende". Depende se você fotografa da mesma distância (e, portanto, altera o enquadramento do assunto) ou fotografa de uma distância diferente para aproximar o mesmo enquadramento do assunto. Depende se o tamanho da imagem é o mesmo ou se o tamanho da imagem é alterado na mesma proporção que os diferentes tamanhos de sensor. Depende do que muda e do que permanece o mesmo em relação a todos os fatores citados acima.

Se a mesma distância focal for usada na mesma distância de assunto e com a mesma abertura, usando o mesmo tamanho de sensor com a mesma densidade de pixels e impressa com a mesma resolução no mesmo tamanho de papel e visualizada por pessoas com a mesma acuidade visual, o DoF de as duas imagens serão as mesmas. Se qualquer uma dessas variáveis ​​for alterada sem uma alteração correspondente às outras, o DoF também será alterado.

Para o restante desta resposta, assumiremos que a distância de visualização da imagem e a acuidade visual do visualizador são constantes. Também assumiremos que as aberturas são grandes o suficiente para que a difração não entre em jogo. E assumiremos que qualquer impressão é feita na mesma impressora no mesmo número de dpi, mas não necessariamente no mesmo ppi e não necessariamente no mesmo tamanho de papel.

Por uma questão de simplicidade, vamos considerar algumas câmeras teóricas. Um deles possui um sensor de 36 mm x 24 mm com uma resolução de 3600 x 2400 pixels. Este seria um sensor de 8.6MP full frame (FF). Nossa outra câmera possui um sensor de 24 mm x 16 mm com uma resolução de 2400 x 1600 pixels. Este seria um corpo de cultura de 3,8 MP 1,5x (CB). Ambas as câmeras têm o mesmo tamanho e densidade de pixels. Ambas as câmeras têm o mesmo design e sensibilidade no nível de pixel. Em outras palavras, o centro de 24 mm x 16 mm do sensor FF maior é idêntico ao sensor CB menor.

Se você conectar a mesma lente de 50 mm às duas câmeras e tirar uma foto do mesmo assunto da mesma distância em f / 2 (supondo que todas as outras configurações sejam iguais), corte a imagem do sensor FF em 2400 x 1600 pixels e imprima as duas imagens em papel 6 "X 4", as duas imagens serão praticamente idênticas e o DoF será o mesmo nas duas fotos.

Se você conectar a mesma lente de 50 mm às duas câmeras e tirar uma foto do mesmo assunto da mesma distância em f / 2 (assumindo que todas as outras configurações sejam iguais) e imprimir todas as duas imagens em papel 6 "X 4", haverá algumas diferenças visíveis. A imagem da câmera FF terá um campo de visão mais amplo (FoV), o assunto será menor e o DoF será maior que a imagem da câmera CB. Isso ocorre porque a imagem FF foi impressa em 600 ppi e a imagem CB foi impressa em 400 ppi. Ao aumentar cada pixel da câmera CB em 50%, também aumentamos o tamanho de cada círculo de desfoquepela mesma quantidade. Isso significa que o maior círculo de desfoque projetado no sensor CB que será percebido como um ponto é 33% menor (o recíproco de 3/2 é 2/3) do que no sensor FF. Se tivéssemos impresso a imagem FF em papel 9 "X 6" e a imagem CB em papel 6 "X 4", o DoF teria sido o mesmo (ambos impressos a 400 ppi), assim como os tamanhos de assunto em ambas as impressões. Se aparássemos o centro da impressão de 9 "X 6" para uma impressão de 6 "X 4", teríamos novamente impressões quase idênticas.

Se colocarmos a mesma lente de 50 mm nas duas câmeras e tirar uma foto em f / 2 do mesmo assunto a distâncias diferentes, para que o tamanho do assunto seja o mesmo e imprimir as duas imagens em papel 6 "X 4", haverá algumas diferenças visíveis . A perspectiva mudou porque a imagem CB foi tirada a uma distância maior do assunto. O assunto aparecerá compactado na imagem CB em comparação com a imagem FF. Se os detalhes do plano de fundo estiverem visíveis, o plano de fundo também aparecerá mais próximo do objeto do que na imagem do sensor FF. Como a lente de 50 mm estava focada a uma distância 50% maior, o DoF também aumentou em 50%. Se o assunto estava em 10 'usando a câmera FF e 15' usando a câmera CB, aqui estão os cálculos de DoF resultantes:

• 50mm @ f / 2 de 10 'em FF: 9,33' a 10,8 '. DoF de 1,45 '(17,4 "). O DoF varia de 8" na frente a 9,6 "atrás do ponto de foco de 10' (PoF).
• 50mm @ f / 2 de 15 'no CB: 14,0' a 16,2 '. DoF de 2,18 '(26,16 "). O DoF varia de 12" à frente de 14,4 "atrás do PoF de 15'.

Esses cálculos são baseados em um círculo de confusão (CoC) de 0,03 mm para a câmera FF e 0,02 mm para a câmera CB. Isso ocorre porque estamos imprimindo 600 ppi para a FF e 400 ppi para a CB (e os pixels são do mesmo tamanho para ambos - 0,01 mm ou 10 µm).

Na realidade, todos sabemos que os pixels na maioria dos sensores FF são maiores que os pixels na maioria dos sensores CB mais recentes. Eles variam de 6,92µm na Canon 1D X FF de 18MP a 7,21µm na D4 de 16MP a 4,7µm na Nikon D800 de 36MP FF. Os corpos de corte variam de 4,16 µm para a Canon 7D de 18 MP a 3,89 µm para a Nikon D7100 de 24 MP (a D7200 será de cerca de 3,0 µm) e 5,08 µm para a Sony SLT Alpha 33 de 14 MP. Em todos os casos, o tamanho do pixel é consideravelmente menor que o CoC geralmente aceito de 0,03 mm (30 µm) para câmeras FF e 0,02 mm (20 µm) para câmeras CB 1,5x. Para câmeras Canon 1.6x CB, geralmente são utilizados 0,019 (19µm). O maior tamanho de pixels que a Canon usou na última década foi de 8,2 µm para a 12.8MP FF 5D e a 8.2MP APS-H 1D mkII.O que tudo isso significa é que, no nível de visualização de pixels, o desfoque de foco será visível mesmo para objetos dentro do DoF aceito, porque o círculo de desfoque aceito é de 4 a 7 vezes maior que os pixels nas DSLRs atuais. Para calcular o DOF no nível de pixel, você precisaria usar um CoC do tamanho dos pixels da câmera, que seria muito mais estreito do que a maioria das calculadoras de DoF.

O sensor menor não altera a distância focal ou a abertura, apenas captura a parte central da imagem - é quase o mesmo que capturar a imagem em tamanho cheio e cortá-la para deixar apenas o centro.

Quando você tira apenas o centro da imagem, parece que você ampliou o zoom - então o campo de visão de uma lente de 50 mm em um sensor de corte de 1.6 se parece com 80 mm em um sensor de quadro completo - mas é assim porque você só vê o centro da imagem de 50 mm, a distância focal ainda é de 50 mm e a imagem obtida é equivalente ao centro de uma imagem de 50 mm e não a uma lente de 80 mm verdadeira.

O mesmo vale para a abertura, uma imagem de 50 mm tirada em f / 8 em um sensor de corte é igual ao centro de uma imagem de 50 mm f / 8 em um sensor de 35 mm, não é o mesmo que uma imagem de 80 mm tirada em f / 12 (também não é o mesmo que 80mm f / 8 obviamente)

Não há "efeito multiplicador da distância focal", ponto final. A distância focal da lente NÃO muda magicamente porque você usa um sensor menor ou maior; ele permanece exatamente o mesmo.

Tudo o que você obtém é uma imagem cortada daquela que você obteria se tivesse usado a mesma lente para gravar uma imagem em um sensor de tamanho maior. O DOF será, portanto, o mesmo que teria sido se você tivesse usado esse sensor maior também.

Em outras palavras, uma lente de 50mm f / 1.8 em uma câmera APS-C agiria mais como uma lente de 80mm f / 2.8 (aprox. 1.8 * 1.6x) em equivalente a 35mm - para profundidade de campo, sem considerar a exposição.

Sim, uma lente de 50mm f / 1.8 em uma câmera APS-C funcionaria mais como uma lente de 80mm f / 2.8 (aproximadamente 1.8 * 1.6x para Cannon) em equivalente a 35mm, tanto quanto a DOF e, até certo ponto, os níveis de ruído da imagem são em causa, presumindo a mesma velocidade do obturador e reenquadrando para compensar etc.

Sim, a amplitude da profundidade de campo é exatamente e inversamente proporcional ao fator de corte (assumindo que todo o resto é igual (distância focal e distância de foco ef / stop igual)) e assumindo que o CoC seja calculado a partir da diagonal do sensor.

É fácil ver isso na calculadora em http://www.scantips.com/lights/dof.html

Isso ocorre porque o DOF é baseado na ampliação final da imagem e os sensores menores requerem maior ampliação (para comparar no mesmo tamanho).

Fiz algumas comparações usando uma calculadora on-line de profundidade de campo. Você bateu em algo que eu não sabia; bom para você! Como você descobriu, multiplique o número f / 1,6 por 1 para a Profundidade de campo equivalente. Estou fascinado por isso e preciso investigar os porquês e os motivos.

Para comparar maçãs e laranjas quanto à profundidade de campo para dois formatos diferentes, você deve usar critérios diferentes para o tamanho do círculo de confusão. Estamos falando do fato de que uma lente lida com cada ponto do assunto separadamente e depois projeta esse ponto no filme ou no chip digital. Esse pequeno círculo de luz é a menor fração de uma imagem óptica que contém inteligência.

Para que possamos pronunciar uma parte da imagem como "nítida", essa imagem deve consistir em círculos que são tão pequenos que não podemos vê-los como um disco, vemos um ponto sem dimensão. As fotos dos jornais são feitas com pontos de tinta muito grandes, dizemos, as imagens dos jornais não são nítidas. Qual é o tamanho máximo dos círculos de confusão? Eles devem ter 0,5 mm de diâmetro ou menos, conforme visualizados a uma distância normal de leitura. Isso significa que um quadro completo (FX) deve ter uma lente que projete círculos pequenos o suficiente para tolerar o aumento. A Kodak usou um tamanho de círculo de 1/1750 da distância focal e a Leica usou 1/1500 da distância focal, para um trabalho crucial. Usar uma fração da distância focal é a maneira padrão do setor de fazer a computação, pois leva em consideração o grau de ampliação necessário para fazer uma impressão 8X10 ou uma tela de computador.

Agora, os padrões Kodak e Leica são muito rigorosos; portanto, o setor normalmente usa 1/1000 da distância focal para o trabalho diário. Isso resulta em um tamanho de círculo de 0,05 mm para a lente de 50 mm e um tamanho de círculo de 0,08 mm para a 80 mm.

Derivado do computador on-line Depth-Field usando estes dois tamanhos de círculo:

50mm @ f / 1.8 focado 10 pés DOF ​​9,05 a 11,2 pés círculo de confusão 0,05mm 80mm @ f / 2,8 focado 10 pés DOF ​​9,05 a 11,2 pés círculo de confusão 0,08 mm

50mm @ f11 focado 10 pés DOF ​​5.96 a 31.1 pés círculo de confusão 0.05mm 80mm @ f / 18 focado 10 pés DOF ​​6 a 30feet círculo de confusão 0.08mm

50mm @ f / 4 focado 10 pés DOF ​​8,07 a 13,2 pés círculo de confusão 0,05 80mm @ f / 6.4 focado 10 pés DOF ​​8,07 a 13,2 pés círculo de confusão 0,08

O fator de colheita 1.6 é realmente um fator de multiplicação ou ampliação. O quadro FX mede 24 mm por 36 mm com uma medida diagonal de 43,3 mm. O seu APS-C mede 15 mm por 22,5 mm com uma diagonal de 27,0. A proporção é de 43,3 ± 27,0 = 1,6 (fator de corte ou ampliação). A propósito, isso é 1 / 1,6 x 100 = 62,5%. O APS-C é 625% do tamanho de um FX.

Muita matemática, eu chamo isso de gobbledygook! Posso dizer isso - completou 79 hoje!