Чому фокусна відстань впливає на глибину різкості?

Зі зменшенням фокусної відстані збільшується і глибина різкості. Чому це? Мене не так цікавить урок фізики, як мене цікавить просте, ґрунтовне пояснення.

Досить впевнений, що я відповів на це раніше, але не можу його знайти.

• Зі збільшенням фокусної відстані кут зору стає меншим.
• При меншому куті огляду промені, що утворюють зображення, ближче до паралельних.
• При меншій різниці кута між променями світло має більше подорожувати, перш ніж бути достатньо поза фокусом.

Це трохи спрощено, але я сподіваюся, що це легко принаймні уявити.

Для цього обговорення діафрагму слід вважати однаковою, оскільки дисперсія, яку ми обговорюємо, має фокусну відстань.

Так, телеоб'єктив, сфокусований на тому ж об'єкті з тієї ж відстані, що і ширококутний об'єктив, буде мати меншу глибину поля в результаті більшого збільшення, але кут зору між двома зображеннями сильно відрізняється в результаті. Телефотооб'єктив та ширококутний об'єктив, зосереджені на одному об’єкті з однаковим кутом зору, матимуть однакову глибину різкості (є варіація, але вона незначна).

Різниця тут? кут огляду. Отже, мова йде про вашу відстань до предмета, насправді, а не конкретно фокусної відстані. Відстань для розміщення фокусних відстаней та глибини різкості залишається практично однаковою. Що зміниться, хоча це співвідношення переднього плану та фонового зображення. Ширші кути, як правило, мають більше фона у фокусі, а телефотографії мають більше переднього плану. Результат такої поведінки може створити ілюзію меншої глибини, оскільки телефото збільшить розмитість фону. Це одна з причин того, що пейзажні фотографи не відступають назад із телефото (серпанок та інші фактори також відіграватимуть певну роль, мабуть, значно більше).

Ви можете перевірити мою інформацію на різних сайтах, які пропонують калькулятор DoF, наприклад, DOFMaster . Наприклад: для відстані 10м (@ f / 8) тоді 10мм DoF = нескінченний і 100мм DoF = 3,08м. Тепер перемістіть лінзу розміром 100 мм на 100 м (в 10 разів далі) і 100-міліметровий ДОФ тепер дорівнює нескінченності. Кут огляду 100-міліметрової лінзи зараз такий же, як у 10-мм об'єктива.

Підсумовуючи, ширококутні об'єктиви не мають більшої глибини різкості, ніж телеоб'єктиви, і це демонструється, показуючи той же DoF для одного кута зору.

Ви можете отримати більш детальні (а не орієнтовані на математику) пояснення в Cambridge in Color and Luminous Landscape . Друга посилання також має зразкові зображення, вигідні для візуального їх бачення.

На глибину поля впливає лише фактичний розмір діафрагми, але фактичний розмір діафрагми не зупиняється. Коли ми говоримо "діафрагма", ми фактично маємо на увазі "коефіцієнт діафрагми" або "f-стоп", а не розмір діафрагми.

Це "коефіцієнт діафрагми" - це те, що потрібно для обчислення яскравості зображення, але для розрахунку глибини різкості потрібен фактичний розмір діафрагми.

Для будь-якого заданого значення f-стопу, чим більше фокусна відстань, тим більше фактичний розмір діафрагми в мм .

F стоп - це відношення діафрагми до фокусної відстані і обчислюється за f-stop = focal-length / aperture.

Щоб отримати фактичний розмір діафрагми за допомогою f-stop ... aperture-size = (1 / f-stop) * focal-length

Отже, для об'єктива 50 мм f1.4 .. фактичний розмір діафрагми = 1 (1,4 * 50) = розмір діафрагми 35 мм.

Розмір отвору, розмір отвору, через який проходить світло. Для складання об'єктива 100 мм f1.4 необхідна діафрагма 70 мм, що робить об'єктив дійсно великого діаметра.

Отже, чим більша фактична діафрагма, тим менша глибина різкості та для будь-якого заданого значення f-стопу, чим довше фокусна відстань, тим більшим буде власне отвір діафрагми.

F-стоп був винайдений для спрощення обчислення яскравості експозиції, але ускладнює фактично обчислення глибини різкості. Але перед автоматичними камерами обчислення потрібної швидкості зупинки та витримки було спрацьовуючим, але було б справжнім болем, якби працювати з фактичним розміром діафрагми!

Примітка. Оскільки деякі інші відповіді обговорювали, коли відстань до теми збільшується, то світло від цієї теми буде більш паралельним. Це означає, що чим далі предмет є тим більшою є глибина різкості. Це призведе до протидії ефекту довшої лінзи, коли однакова стоп f має меншу глибину різкості. Розглянемо лінзи 50 і 100 мм f1.4. 100 мм має більший розмір діафрагми в мм, але якщо вам доведеться рухатись на 2 рази далі, щоб зробити фотографію, збільшена відстань буде протидіяти збільшеному фактичному розміру діафрагми, а глибина різкості буде аналогічною, як використання об'єктива 50 мм на ближчій відстані .

Чому довші лінзи мають менший розмір dof ... коротше кажучи, тому що вони потребують фізично більших діафрагм, щоб підтримувати той самий номер f-stop. (пам'ятайте, значення f стоп "f" = фокусна відстань / діафрагма.

Почнемо з роздумів про справжню камеру для виїмки. Він не має об'єктива, тому не має фокусної відстані, і для того, щоб зробити пристойне зосереджене зображення, потрібна дійсно невелика щілина. якщо щілина занадто велика, то нічого не буде зосереджено. (тобто серйозно дрібний dof!)

Тепер, якщо ми поставимо лінзу перед намистою коробкою, нам потрібно трохи відкрити діафрагму, щоб пропустити достатньо світла - не погіршуючи зображення. (пам'ятайте, що ми повинні тримати зображення зосередженим, а довжина хвилі світла встановлюється законами фізики).

Отже, оскільки об'єктив стає довше (при проектуванні на один і той же датчик), він стає пропорційно вужчим щодо його довжини щодо розміру заднього кінця. (пам’ятайте датчик однакового розміру) - це робить об’єктив темнішим. Таким чином, щоб зробити його порівнянним зі здатністю до захоплення світла коротшої лінзи (тобто таке ж f = значення зупинки), діафрагму необхідно збільшити (щоб пропускати більше світла до датчика) пропорційно зміні довжини.

У міру прогресування фізичний розмір діафрагми (у мм) збільшується щодо розміру датчика. Тож (згадайте велику щілину) набагато складніше тримати речі у фокусі. Отже довші лінзи з широкими отворами складні, зазвичай великі за розміром і часто набагато дорожчі.

Це чудове питання! Я займаюся цим питанням більше 65 років, і я ще не читав те, що, на мою думку, є респектабельним. З цією метою я закликаю своїх однолітків розмістити гарне пояснення.

Але зачекайте, я думаю, що я мав просвітлення - все одно, дозвольте мені пройти.

Об'єктив проектує зображення зовнішнього світу на поверхню плівки або цифрового датчика. Якщо ви уважно вивчите це зображення, то виявите, що воно складається з незліченних кіл, кожне з яких відрізняється за інтенсивністю та кольором. Коли ми спостерігаємо або знімаємо це зображення, воно виявиться рівномірним і чітким лише тоді, коли ці кола занадто малі, щоб їх можна було сприймати. Ми говоримо про кола плутанини. Так названо, тому що під мікроскопом вони розглядаються як неправильно визначені і вони перетинаються. Тим не менше, дивлячись з підходящої відстані, ми визнаємо, що вони зливаються і утворюють гарний образ.

Коли ми думаємо про розміри цих кіл, рано чи пізно світається, що робочий діаметр діафрагми райдужної оболонки (діафрагма) встановить ступінь того, наскільки великі ці кола при проектуванні на поверхню у фокальній площині нашої камера.

Тепер ми знаємо, що якщо встановити камеру на f / 11 або f / 16 або f / 22, ми зменшуємо робочий діаметр діафрагми камери. Роблячи це, ми отримуємо глибину різкості, оскільки результат - менші кола плутанини. Тепер f-число та фокусна відстань переплітаються. F-число виводиться діленням фокусної відстані на робочий діаметр лінзи. Припустимо, ви встановите 50мм і встановите f-число на f / 16. Діаметр робочої діафрагми - 50 ÷ 16 = 3,125 мм. Таке нарощування забезпечує респектабельну глибину різкості, тому що кола плутанини на площині зображення будуть крихітними, якщо камера фокусується точно.

Тепер переключіться на ширококутний 28 мм. Якщо витримка затвора та ISO підтримуються постійними, то ж саме діафрагма f / 16 робить це. Однак що сталося з робочим діаметром діафрагми райдужної оболонки для досягнення f-16? Переглянений робочий діаметр стає 28 ÷ 16 = 1,75 мм.

Це просте --- менша фокусна відстань при однаковій f-кількості дає меншу робочу діафрагму, і це призводить до меншого кола плутанини - таким чином проміжок глибини різкості розширюється.

У всіх є плюси і мінуси. Якщо робочий діаметр стане надто малим, результатом буде нескінченна глибина різкості. Мінус: подвійні демони дифракції та інтерференції вступають, а зображення погіршується.

Факторний - Максимальна різкість буде виникати, коли об'єктив камери приблизно зупиниться на два ф-стопи від максимального (широко відкритий).

Досить просте, але хороше пояснення:

• Коли фокусна відстань збільшилася, ми насправді робимо збільшення і тому поле зору (площа, яка вписується в кадр) буде меншою.

• Це призведе до того, що на датчику камери проеціюється менша площа за об'єктом зйомки.

• Оскільки розмір датчика камери однаковий, це означає, що ті далекі від фокусування об'єкти від фону будуть розтягнуті більше, щоб заповнити область датчика. Іншими словами, ті далеко розмиті об'єкти на задньому плані (які не знаходяться в фокусі фокусу в жодному випадку фокусної відстані) будуть більше розмиті, оскільки вони збільшуються / розтягуються більше.

Зауважте, щоб мати однаковий розмір зображення об'єкта у кадрі, коли ми подвоюємо фокусну відстань, ми також повинні подвоїти відстань до об'єкта. Хоча це тут не має значення, але це потрібно лише для кращого порівняння. У будь-якому випадку, фон буде більш розмитим із високою f.