Чи можна використовувати “коефіцієнт врожаю” меншого датчика для обчислення точного збільшення глибини різкості?

Якщо цифрові фотоапарати APS-C та подібні цифрові камери мають ефект збільшення, що збільшує фокусну відстань, таким чином, що 50-мм об'єктив має очевидну фокусну відстань ближче до поля зору 80-мм на повнокадровій камері, і в той же час глибину Поле для меншої датчикової камери більше нагадує глибину різкості, яку 50-мм-об'єктив створював би на повній кадрі камери (використовуючи ту ж діафрагму), то це, здавалося б, підказує концепцію "ефекту поділу діафрагми".

Іншими словами, 50-мм об'єктив f / 1,8 на камері APS-C діяв би більше, як об'єктив розміром 80 мм f / 2,8 (приблизно 1,8 * 1,6х) в еквіваленті 35 мм - для глибини різкості, не враховуючи експозиції.

Чи може хтось із кращим розумінням фізики, що займається, прояснить це для мене. Я ніколи не бачив, щоб цю концепцію явно згадували, тому я трохи підозрюю її.

Ця відповідь на інше питання детально описується на математиці, що стоїть за цим. А ще є стаття у Вікіпедії із розділом, який конкретно стосується отримання "тієї ж картини" з різними форматами камер . Коротше кажучи, приблизно вірно, що коригування фокусної відстані та діафрагми за співвідношенням розмірів формату (коефіцієнт обрізання) дасть вам однакову картину. ¹

Але це руйнується, якщо об'єкт знаходиться в макро діапазоні камери більшого формату (фокус дійсно близький). У цьому випадку збільшення (і, отже, фактичний розмір датчика) стає вирішальним для рівняння DoF, порушуючи еквівалентність.

І стаття у Вікіпедії випадково згадує, але не пояснює іншого важливого моменту. Припущення полягає в тому, що для одного і того ж розміру друку прийнятне коло плутанини (приблизно, прийнятний рівень розмиття все ще розглядається у фокусі) точно змінюватиметься з розміром формату. Це насправді не може бути правдою, і ви можете сподіватися (наприклад) отримати більшу фактичну роздільну здатність від повнорозмірного датчика. У цьому випадку еквівалентність також не є дійсною, але, на щастя, постійно. (Ви просто повинні помножити на свій коефіцієнт вибору .) ²

Ви згадуєте "не зважаючи на витримку", і тепер ви можете думати (як я): зачекайте, потримайте. Якщо обрізка та збільшення збільшуються для "ефективної" діафрагми для глибини різкості, чому вона не застосовується до експозиції? Загальновідомо, що основні параметри експозиції є універсальними для всіх форматів , починаючи від крихітної точки і відстрілів до DSLR, аж до великого формату. Якщо ISO 100, f / 5.6, четверта секунда дасть правильну експозицію на одній камері, це буде також і на будь-якій іншій. ³ Отже, що тут відбувається?

Секрет: це тому, що ми «обманюємо» при збільшенні . Звичайно, у всіх випадках експозиція для заданого f-числа на будь-якій ділянці датчика однакова. Не має значення, чи обрізаєте ви, чи просто малий датчик для початку. Але коли ми збільшуємо (щоб у нас, наприклад, 8 × 10 відбитків від цієї точки, і знімали, щоб відповідати великому формату), ми зберігаємо експозицію однаковою, хоча фактичні фотони, записані на область, "розтягнуті". Це також має таку саму відповідність: якщо у вас коефіцієнт обрізання 2 ×, вам потрібно збільшити по 2 × у кожному вимірі, а це означає, що кожен піксель займає 4 × площі оригіналу - або, дві зупинки, менше записаного фактичного світла. Але, звичайно, ми не робимо це на дві зупинки темнішими⁴

_{Виноски:}

_{[1]: Насправді, змінюючи f / число, те, що ви робите, тримає абсолютну діафрагму лінзи постійною, оскільки f / число - фокусна відстань над абсолютним діаметром діафрагми .}

_{[2]: Цей фактор теж руйнується, коли ви наближаєтесь до гіперфокальної відстані , оскільки коли менший формат досягає нескінченності, нескінченність, поділене чим-небудь, все ще нескінченна.}

_{[3]: Якщо припустити точно таку саму сцену та незначні зміни від факторів реального світу, як передача лінз убік.}

_{[4]: В основному, немає такого поняття, як безкоштовний обід . Це призводить до того, що шум стає більш очевидним, і це розумне наближення можна сказати, що таке збільшення схоже на коефіцієнт посіву, який також застосовується до шуму, що спостерігається від посилення ISO.}

Так само, як використання камери обрізання не змінює фокусну відстань (що є властивістю об'єктива, а не камери), але змінює поле зору, ефекту розділення діафрагми немає , об'єктив з діафрагмою f / 2.8 об'єктив все ще поводиться як лінза з об'єктивом діафрагми f / 2.8 для цілей вимірювання, однак при відповідності поля зору датчика повного кадру глибина різкості буде такою ж, як лінза з коефіцієнтом діафрагми (f / значення), помноженим на коефіцієнт обрізання .

Чим більший датчик, тим менша глибина різкості для конкретної діафрагми, припускаючи, що ви заповнюєте кадр об'єктом. Це тому, що вам або потрібно використовувати більшу фокусну відстань, або наблизитись до заповнення більшого кадру.

Щоб отримати таку ж глибину різкості з повнорозмірною камерою, як і з обрізаним фактором, вам потрібно помножити як фокусну відстань, так і діафрагму на коефіцієнт обрізання. Отже, щоб відповідати 35 мм f / 16 для Nikon APS-C (обрізка 1,5), вам знадобиться фокусна відстань у 53 мм та діафрагму f / 24 для повної камери.

Так, коефіцієнт обрізання датчика може бути використаний при обчисленні зміни глибини різкості (DoF) лінзи порівняно з використанням цього об'єктива для повної камери (FF). Але це не завжди призведе до збільшення рівня DoF. Якщо знімати з однакової відстані та відображати однаковий розмір, DoF для камери обрізання корпусу буде зменшено (оскільки віртуальне зображення, що проектується на датчик, включаючи кола заплутаності, буде збільшено в більшій мірі). Якщо, з іншого боку, ви відрегулюєте відстань зйомки для кадрування об'єкта так само, як DoF збільшиться.

У цьому питанні існує стільки змінних, і більшість відповідей передбачає декілька, не уточнюючи цих припущень. Це призводить до грубих непорозумінь щодо співвідношення фокусної відстані , діафрагми , розміру датчика , відстані зйомки , розміру дисплея , відстані перегляду і навіть гостроти зору глядача до глибини поля (DoF) . Всі ці фактори, що поєднуються, визначатимуть Глибину поля зображення. Це тому, що DoF - це сприйняттятого, який діапазон відстаней від фокусної площини знаходиться у фокусі. Лише одна відстань від фокальної площини насправді знаходиться у фокусі, таким чином, точковий джерело світла теоретично виробляє точку світла у фокусній площині. Точкові джерела світла на всіх інших відстанях створюють коло розмиття, яке змінюється за розмірами залежно від їх пропорційної відстані до фокусної площини порівняно з відстані фокусування. DoF визначається як діапазон між близькою та далекою відстані від фокусної площини, яку коло розмиття все ще сприймає глядачем зображення як точку .

Ми задаємо такі питання, як "Як змінюється глибина різкості при використанні одного і того ж об'єктива на камері з датчиком іншого розміру?" Правильна відповідь: "Це залежить". Це залежить від того, чи знімаєте ви з однакової відстані (і тим самим змінюєте обрамлення об'єкта) або знімаєте з різницької відстані, щоб наблизити однакове обрамлення об’єкта. Це залежить від того, чи однаковий розмір зображення зображення або розмір зображення змінюється на ту ж пропорцію, що і різні розміри датчика. Це залежить від того, що змінюється і що залишається однаковим у відношенні до всіх цитованих вище факторів.

Якщо однакова фокусна відстань використовується на одній предметній відстані з однаковою діафрагмою, використовуючи той самий розмір датчика з однаковою щільністю пікселів і друкується з однаковою роздільною здатністю на папері одного розміру і переглядається особами з однаковою гостротою зору, то DoF два зображення будуть однаковими. Якщо будь-яка з цих змінних зміниться без відповідної зміни до інших, DoF також буде змінено.

Для решти цієї відповіді будемо вважати відстань перегляду зображення та гостроту зору глядача постійними. Будемо також вважати, що діафрагми досить великі, що дифракція не вступає в дію. І будемо вважати, що будь-яка друк проводиться на одному принтері при тій же кількості dpi, але не обов'язково однаковій ppi і не обов'язково на папері одного розміру.

Для простоти розглянемо пару теоретичних камер. Один має датчик 36 мм X 24 мм з роздільною здатністю 3600 X 2400 пікселів. Це був би 8,6 МП повний кадр (FF) датчик. Наша інша камера має датчик 24 мм X 16 мм з роздільною здатністю 2400 X 1600 пікселів. Це буде 3,8 Мп 1,5-кратне врожайне тіло (КБ). Обидві камери мають однаковий розмір пікселя та висоту пікселя. Обидві камери мають однаковий дизайн та чутливість на рівні пікселів. Іншими словами, центр 24 мм X 16 мм більшого датчика FF ідентичний меншому датчику CB.

Якщо ви приєднаєте один і той же 50-міліметровий об'єктив до обох камер і сфотографуєте той самий предмет з однакової відстані при f / 2 (якщо припустити, що всі інші параметри однакові), обріжте зображення датчика FF до 2400 X 1600 пікселів і надрукуйте обидва зображення на папері "X 4" два зображення будуть практично однаковими, а DoF буде однаковим на обох фотографіях.

Якщо ви приєднаєте один і той же 50-міліметровий об'єктив до обох камер і сфотографуєте той самий предмет з однакової відстані на f / 2 (якщо припустити, що всі інші параметри однакові) і надрукуйте всі обидва зображення на 6-х "х 4" папері бути деякими помітними відмінностями. Зображення з камери FF матиме ширше поле зору (FoV), об'єкт буде меншим, а коефіцієнт DoF - більшим, ніж зображення із камери CB. Це тому, що FF-зображення було надруковано в 600 ppi, а зображення CB було надруковано при 400 ppi. Збільшивши кожен піксель від камери CB на 50%, ми також збільшили розмір кожного кола розмиттяна стільки ж. Це означає, що найбільше коло розмиття, спроектоване на датчик CB, яке буде сприйматися як точка, на 33% менше (зворотний показник 3/2 - 2/3), ніж на датчику FF. Якби ми друкували FF-зображення на папері 9 "X 6" і CB-зображення на папері 6 "X 4", DoF був би однаковий (обидва надруковані в 400 ppi), як і розміри теми в обох відбитках. Якби ми потім обрізали центр друку 9 "X 6" до друку 6 "X 4", ми знову мали б однакові відбитки.

Якщо ми прикріпимо однаковий 50-міліметровий об'єктив до обох камер і зробимо фотографії на f / 2 одного і того ж об'єкта з різних відстаней, щоб розмір об'єкта був однаковим і надрукували обидва зображення на папері 6 "X 4", будуть помітні відмінності . Точка зору зміниться, оскільки зображення CB було зроблено на більшій відстані від теми. Суб'єкт відображатиметься стиснутим у зображенні CB порівняно із зображенням FF. Якщо видно деталі фону, фон також з’явиться ближче до об'єкта, ніж на зображенні датчика FF. Оскільки 50-міліметрова лінза була сфокусована на 50% більше відстані, DoF також збільшився на 50%. Якщо суб'єкт був у 10 'за допомогою FF камери та 15' за допомогою камери CB, ось отримані розрахунки DoF:

• 50мм @ f / 2 від 10 'на FF: 9,33' до 10,8 '. DoF 1,45 '(17,4 "). ДоФ знаходиться в діапазоні від 8" перед 9,6 "позаду 10' точки фокусування (PoF).
• 50мм @ f / 2 від 15 'на КБ: 14,0' до 16,2 '. Коефіцієнт корисної дії 2,18 '(26,16 "). ДоФ становить від 12" попереду до 14,4 "позаду 15' PoF.

Ці розрахунки базуються на колі змішання (CoC) .03 мм для камери FF і .02 мм для камери CB. Це тому, що ми друкуємо в 600 ppi для FF і 400 ppi для CB (і пікселі мають однаковий розмір для обох - 0,01 мм або 10 мкм).

Насправді всі ми знаємо, що пікселі на більшості датчиків ПЧ є більшими за пікселі на більшості новіших датчиків СВ. Вони варіюються від 6,92 мкм на 18MP FF Canon 1D X до 7,21 мкм на 16MP D4 до 4,7 мкм на 36MP FF Nikon D800. Кузови для обрізки переходять від 4,16 мкм для 18MP Canon 7D до 3,89 мкм для 24MP Nikon D7100 (у D7200 буде близько 3,0 мкм) до 5,08 мкм для 14MP MPI SLT Alpha 33. У всіх випадках розмір пікселів значно менший, ніж загальноприйнятий CoC розміром 0,03 мм (30 мкм) для FF-камер та .02 мм (20 мкм) для 1,5-камерних камер. Для камер Canon 1.6x CB зазвичай використовується 0,019 (19 мкм). Найбільші розміри пікселів, які Canon використовував за останнє десятиліття або близько 8,2 мкм для 12,8MP FF 5D та 8,2MP APS-H 1D mkII.Все це означає, що на рівні пікселів розмиття фокусу буде видно навіть для об'єктів у межах прийнятого DoF, оскільки прийняте коло розмиття десь у 4 - 7 разів більше, ніж пікселі на поточних DSLR. Для обчислення DoF на рівні пікселів вам потрібно буде використовувати CoC розміром пікселів камери, який буде набагато вужчим, ніж використовують більшість калькуляторів DoF.

Менший датчик не змінює фокусну відстань або діафрагму, він просто фіксує лише центральну частину зображення - це майже те саме, що робити повне кадрне зображення і обрізати його, щоб залишити лише центр.

Якщо ви робите лише центр зображення, воно виглядає так, як ви збільшили масштаб - тому поле зору 50-мм об'єктива на датчику обрізу 1.6 виглядає як 80-мм на сенсорі повного кадру - але це виглядає так, тому що ви бачите лише центр 50 мм зображення, фокусна відстань все ще 50 мм, а отримане зображення еквівалентно центру 50 мм зображення, а не справжньому 80 мм об'єктиву.

Те ж саме стосується діафрагми, 50-мм зображення, зроблене при f / 8 на датчику обрізання, те саме, що центр зображення 50 мм f / 8 на 35-мм датчику, це не те саме, що зображення 80 мм, зроблене при f / 12 (також не те саме, що 80 мм f / 8 очевидно)

Немає "ефекту множника фокусної відстані", періоду. Фокусна відстань лінзи НЕ магічно змінюється, оскільки ви використовуєте менший або більший датчик, він залишається точно таким же.

Все, що ви отримуєте, - це вирізане з того, яке ви отримали б, якби ви використовували той же об'єктив для запису зображення на сенсор більшого розміру. Таким чином, DOF буде таким самим, як і коли б ви використовували цей великий датчик.

Іншими словами, 50-мм об'єктив f / 1,8 на камері APS-C діяв би більше, як об'єктив розміром 80 мм f / 2,8 (приблизно 1,8 * 1,6х) в еквіваленті 35 мм - для глибини різкості, не враховуючи експозиції.

Так, об'єктив 50 мм f / 1.8 на камері APS-C діяв би більше, ніж об'єктив 80 мм f / 2,8 (приблизно 1,8 * 1,6х для Cannon) в 35-мм еквіваленті, наскільки DOF і певною мірою рівень шуму зображення зацікавлене, припускаючи однакову швидкість затвора та рефреймінг для компенсації тощо.

Так, проміжок глибини різкості рівномірно та обернено пропорційний коефіцієнту посіву (при умові, що всі інші рівні (фокусна відстань та відстань фокусування та f / стоп рівні), і припускаючи, що CoC обчислюється з діагоналі датчика.

Це легко помітити в калькуляторі за адресою http://www.scantips.com/lights/dof.html

Це пояснюється тим, що DOF заснований на остаточному збільшенні зображення, а менші датчики потребують більшого збільшення (для порівняння одного розміру).

Я здійснив порівняння, використовуючи он-лайн калькулятор глибини поля. Ви потрапили на щось, чого я не знав; добре тобі! Як ви виявили, помножити f / число на 1.6 працює на еквівалентну глибину поля. Мене це захоплює, і мені потрібно розслідувати, чому і чому.

Щоб порівняти яблука та апельсини за глибиною різкості для двох різних форматів, ви повинні використовувати різні критерії щодо розміру кола плутанини. Ми говоримо про те, що об'єктив обробляє кожну точку на об'єкті окремо, а потім проектує цю точку на плівку чи цифровий чіп. Це крихітне коло світла - це найменша частка оптичного зображення, що містить інтелект.

Для того, щоб ми проголосили якусь частину зображення як "гостру", це зображення повинно складатися з настільки крихітних кіл, що ми не можемо їх зробити як диск, ми бачимо крапку без розмірів. Газетні малюнки зроблені із занадто великими крапками чорнила, ми говоримо, що газетні зображення не є різкими. Наскільки великий розмір кіл плутанини? Вони повинні бути діаметром 0,5 мм або менше, якщо дивитися з нормальної відстані читання. Це означає, що для повного кадру (FX) повинен бути об'єктив, який проектує кола, які є досить маленькими, щоб терпіти збільшення. Kodak використовував коло розміром 1/1750 фокусної відстані, а Leica використовував 1/1500 фокусної відстані для вирішальної роботи. Використання частки фокусної відстані - це стандартний галузевий спосіб зробити обчислення, оскільки він здебільшого враховує ступінь розширення, необхідний для виготовлення друку або відображення комп'ютера 8X10.

Зараз стандарти Kodak і Leica занадто суворі, тому галузь зазвичай використовує 1/1000 фокусної відстані для щоденної роботи. Це досягає розміру кола 0,05 мм для об'єктива 50 мм і розміру кола 0,08 мм для 80 мм.

Отриманий з лінії комп’ютера на глибині поля з використанням цих двох розмірів кола:

50мм @ f / 1,8 зосереджено 10 футів DOF 9,05 через 11,2 футів коло плутанини 0,05 мм 80 мм @ f / 2,8 зосереджено 10 футів DOF 9,05 через 11,2 футів коло розгубленості 0,08 мм

50 мм @ f11 зосереджено 10 футів DOF 5,96 через 31,1 футів коло плутанини 0,05 мм 80 мм @ f / 18 зосереджено 10 футів DOF 6 через 30 футів коло плутанини 0,08 мм

50мм @ f / 4 зосереджено 10 футів DOF 8,07 через 13,2 футів коло плутанини 0,05 80 мм @ f / 6,4 зосереджено 10 футів DOF 8,09 через 13,1 футів коло плутанини 0,08

Коефіцієнт врожаю 1,6 фактично є коефіцієнтом множення або збільшення. Рамка FX вимірює 24 мм на 36 мм, діагональна міра - 43,3 мм. Ваш APS-C вимірює 15 мм на 22,5 мм з діагоналлю 27,0 Коефіцієнт становить 43,3 ÷ 27,0 = 1,6 (обрізання або коефіцієнт збільшення). До речі, це 1 / 1,6 X 100 = 62,5%. APS-C становить 625% від розміру FX.

Багато математики, я називаю це gobbledygook! Я можу це сказати - сьогодні виповнилося 79 років!