Це відмінне запитання, яке має різні відповіді залежно від контексту. Ви згадали кілька конкретних запитань, на кожне з яких може бути власний відповідь. Я спробую тут розглянути більше їх як єдине ціле.
В. Це лише властивість лінзи?
А. Простіше кажучи, ні , хоча якщо ви ігноруєте CoC, можна було б (зважаючи на математику) зробити аргумент, що це так. Глибина різкості - це "нечітка" річ і багато що залежить від контексту перегляду. Маючи на увазі, я маю на увазі, це залежить від того, наскільки велике кінцеве зображення знаходиться у відношенні до нашої роздільної здатності датчика; гострота зору глядача; діафрагму, яка використовується при зйомці; відстань до предмету під час зйомки.
Q. Чи можуть лінзи бути спроектовані таким чином, щоб надавати більше глибини різкості для тієї ж діафрагми та фокусної відстані?
А. Враховуючи математику, я б сказав "ні". Я не інженер-оптик, тому візьміть те, що я тут кажу, з необхідним зерном солі. Я, як правило, слідкую за математикою, що досить ясно про глибину різкості.
З: Чи змінюється це з розміром датчика камери?
А. Зрештою, це залежить тут. Більш важливим, ніж розмір датчика, був би мінімальний круг сплутаності (CoC) середовища для зображення. Цікаво, що Коло Плутанини середовища для зображення не обов'язково є суттєвою ознакою, оскільки мінімально прийнятний КоК часто визначається максимальним розміром, який Ви маєте намір надрукувати. Цифрові датчики мають фіксований мінімальний розмір для CoC, оскільки розмір одного сенсера такий же невеликий, скільки може отримати будь-яка окрема точка світла (у сенсорі Байєра розмір квартету датців насправді є найменшим дозволом.)
З: Чи змінюється це розмір друку?
А. Зважаючи на відповідь на попереднє питання, можливо. Масштабування зображення вище або навіть нижче, його "рідний" розмір друку може впливати на значення, яке ви використовуєте для мінімально прийнятного кок. Для цього, так, розміри, які ви маєте намір надрукувати, грають певну роль, однак я б сказав, що роль, як правило, незначна, якщо ви не друкуєте дуже великих розмірів.
Математично зрозуміло, чому DoF - це не просто функція об'єктива, а передбачає або середовище зображення, або розмір друку з точки зору CoS. Щоб чітко вказати чинники DoF:
Глибина поля - це функція фокусної відстані, ефективної діафрагми, відстані до предмета та мінімального кола плутанини. Мінімальне коло плутанини - це те, де все стає нечітким, оскільки це може розглядатися як функція середовища зображення, або як функція розміру друку.
Існує кілька математичних формул, за допомогою яких можна обчислити глибину різкості. На жаль, не здається єдиної формули, яка точно виробляє глибину різкості на будь-якій відстані до предмета. Hyperfocal Distanceабо відстань, де ви фактично отримуєте максимальний коефіцієнт корисної дії, можна обчислити так:
H = f 2 / (N * c)
Де:
H = гіперфокальна відстань
f = фокусна відстань
N = f-число (відносна діафрагма)
c = коло плутанини
Коло плутанини тут є химерним значенням, тому ми обговоримо це пізніше. Корисний середній коефіцієнт корисних копалень для цифрових датчиків можна вважати 0,021 мм . Ця формула дає вам гіперфокальну відстань, яка не точно говорить вам, яка ваша глибина різкості, скоріше вона говорить вам предметну відстань, на який слід зосередитись, щоб отримати максимальну глибину різкості. Для обчислення фактичного Depth of Fieldпотрібен додатковий розрахунок. Формула нижче надасть DoF для помірних та великих предметних відстаней, що конкретніше означає, коли відстань до об'єкта суттєво більше, ніж фокусна відстань (тобто немакроматеріалів):
Dn = (H * s) / (H + s)
Df = (H * s) / (H - s) {for s <H
DOF = Df - Dn
DOF = (2 * H * s) / (H 2 - s 2 ) {для s <H
Де:
Dn = Близький межа DoF
Df = Далекий межа DoF
H = Гіперфокальна відстань (попередня формула)
s = Суб'єктна відстань (відстань, на яку лінза фокусується, фактично не може бути "предметом")
Коли предметом відстані є гіперфокальна відстань:
Df = 'нескінченність' Dn = H / 2
Коли предметна відстань більше, ніж гіперфокальна відстань:
Df = нескінченний Dn = 'нескінченність'
Термін "нескінченність" тут не використовується в класичному розумінні, скоріше, це термін оптичної інженерії, що означає фокус за межами гіперфокальної відстані. Повна формула для обчислення DOF безпосередньо, без попереднього обчислення гіперфокальної відстані, наступним чином (заміна H):
DOF = 2Ncf 2 s 2 / (f 4 - N 2 c 2 s 2 )
Якщо ми ігноруємо розмір друку та плівку, для даного цифрового датчика із певною щільністю пікселів DoF - це функція фокусної відстані, відносної діафрагми та відстані предмета. З цього можна зробити аргумент, що DoF - це суто функція лінзи, оскільки "предметна відстань" означає відстань, на яку лінза фокусується, що також було б функцією об'єктива.
У середньому випадку можна припустити, що CoC завжди є мінімально досяжним за допомогою цифрового датчика, який сьогодні накочується в середньому 0,021 мм, хоча реалістичний діапазон охоплює датчики APS-C, APS-H та Full Frame десь від 0,015мм - 0,029мм . Для найбільш поширених розмірів друку, приблизно 13x19 "або менше, прийнятний CoC становить приблизно 0,05 мм, або приблизно вдвічі більше середнього для цифрових датчиків. Якщо ви тип, який любить друкувати дуже великих розмірів, CoC може бути фактором (вимагає менше 0,01 мм), і ваш очевидний коефіцієнт корисної дії при великому збільшенні буде меншим, ніж ви обчислили математично.
Наведені вище формули застосовуються лише тоді, коли відстань sпомітно більша, ніж фокусна відстань лінзи. Як такий, він руйнується для макрофотографії. Що стосується макрофотографії, то набагато простіше виразити DoF у фокусному відстані, відносній діафрагмі та збільшенні об'єкта (тобто 1,0x):
DOF = 2Nc * (((m / P) + 1) / m 2 )
Де:
N = f-число (відносна діафрагма)
c = Мінімальний CoC
m = збільшення
P = збільшення зіниці
Формула досить проста, поза аспектом збільшення зіниці. Справжній, правильно вбудований макрооб'єктив матиме значною мірою еквівалентні вхідні та вихідні зіниці (розмір діафрагми, що дивиться через передню частину лінзи (вхід) та розмір діафрагми, що дивиться зі задньої частини лінзи (вихід)) , хоча вони можуть бути не зовсім однаковими. У таких випадках можна припустити значення P для P, якщо у вас немає розумних сумнівів.
На відміну від DoF для помірних та великих відстаней предмета, макрофотографії 1: 1 (або кращої), ВИНАГО збільшуєте для друку, навіть якщо друкуєте на 2x3 ". При загальних розмірах друку, таких як 8x10, 13x19 тощо, коефіцієнт Можна припустити, що CoC знаходиться на мінімальному рівні розв'язання для вашої середовища зображень, який, ймовірно, недостатньо малий, щоб компенсувати явне зменшення DoF через збільшення.
Окрім складної математики, DoF можна інтуїтивно візуалізувати за допомогою базового розуміння світла, як оптики згинають світло і який діафрагму впливає на світло.
Як діафрагма впливає на глибину різкості? Зрештою вона зводиться до кутів променів світла, які насправді досягають площини зображення. При більш широкій діафрагмі всі промені, в тому числі від зовнішнього краю об'єктива, досягають площини зображення. Діафрагма не блокує жодних вхідних променів світла, тому максимальний кут світла, який може досягати датчика, високий (більш косий). Це дозволяє бути максимальним коксом, а прогресування від зосередженої точки світла до максимального кок є швидким:
При більш вузькому отворі діафрагма НЕ блокує деяке світло з периферії світлового конуса, тоді як світло від центру пропускається наскрізь. Максимальний кут світлових променів, що досягають датчика, низький (менш косий). Це призводить до того, що максимальний КС стає меншим, а прогресування від зосередженої точки світла до максимального КоК відбувається повільніше. (Прагнучи зберегти діаграму максимально просто, ефект сферичної аберації був ігнорований, тому діаграма не на 100% точна, але все ж повинна демонструвати точку):
Діафрагма змінює швидкість росту кок. Ширші діафрагми збільшують швидкість, з якою зростають кола, що розмиваються поза фокусом, для цього DoF дрібніше. Більш вузькі отвори зменшують швидкість, з якою зростають кола, що розмиваються поза фокусом, для цього DoF стає глибшим.
Докази
Як і у всьому, завжди слід доводити концепцію, фактично виконуючи математику. Ось декілька інтригуючих результатів при запуску формул вище з кодом F # в утиліті командного рядка F # (інтерактивна для завантаження та подвійної перевірки):
(* The basic formula for depth of field *)
let dof (N:float) (f:float) (c:float) (s:float) = (2.0 * N * c * f**2. * s**2.)/(f**4. - N**2. * c**2. * s**2.);;
(* The distance to subject. 20 feet / 12 inches / 2.54 cm per in / 10 mm per cm *)
let distance = 20. / 12. / 2.54 / 10.;;
(* A decent average minimum CoC for modern digital sensors *)
let coc = 0.021;;
(* DoF formula that returns depth in feet rather than millimeters *)
let dof_feet (N:float) (f:float) (c:float) (s:float) =
let dof_mm = dof N f c s
let dof_f = dof_mm / 10. / 2.54 / 12.
dof_f;;
dof_feet 1.4 50. coc distance
> val it : float = 2.882371793
dof_feet 2.8 100. coc distance
> val it : float = 1.435623728
Вихід з вищевказаної програми є інтригуючим, оскільки вказує на те, що на глибину різкості дійсно безпосередньо впливає фокусна відстань як незалежний фактор від відносної діафрагми, припускаючи лише зміни фокусної відстані, а все інше залишається рівним. Зростання двох DoF на f / 1.4 та f / 5.6, як показано вищевказаною програмою:
dof_feet 1.4 50. coc distance
> val it : float = 2.882371793
dof_feet 5.6 100. coc distance
> val it : float = 2.882371793
Інтригуючі результати, якщо трохи не інтуїтивно зрозумілі. Ще одна конвергенція виникає, коли відстані регулюються, що забезпечує більш інтуїтивну кореляцію:
let d1 = 20. * 12. * 2.54 * 10.;;
let d2 = 40. * 12. * 2.54 * 10.;;
dof_feet 2.8 50. coc d1;;
> val it : float = 5.855489431
dof_feed 2.8 100. coc d2;;
> val it : float = 5.764743587
