Alan derinliği odak uzaklığından neden etkileniyor?

Odak uzaklığı azaldıkça alan derinliği de artar. Bu neden? Bir fizik dersiyle o kadar çok ilgilenmiyorum ki, basit, yeryüzüne bir açıklama ile ilgileniyorum.

Bunu daha önce cevapladığımdan eminim ama bulamıyorum.

• Odak uzaklığı uzadıkça görüş açısı da küçülür.
• Daha küçük bir görüş açısıyla, görüntüyü oluşturan ışınlar paralel olmaya daha yakındır .
• Işınlar arasında daha az açı değişimi ile, ışığın yeterince odaklanmadan önce daha fazla seyahat etmesi gerekir.

Bu biraz basitleştirilmiş ama umarım en azından görselleştirmek kolaydır.

Bu tartışma için diyafram aynı olarak düşünülmelidir, çünkü tartıştığımız varyans odak uzaklığıdır.

Bu nedenle, geniş açılı bir mercekle aynı mesafeye odaklanan bir telefoto mercek, daha yüksek büyütme sonucunda daha sığ bir alan derinliğine sahip olacaktır, ancak iki görüntü arasındaki görüş açısı sonuç olarak büyük ölçüde farklıdır. Bir telefoto lens ve aynı konuya aynı görüş açısına odaklanmış geniş açılı bir lens, aynı alan derinliğine sahip olacaktır (varyasyon vardır, ancak ihmal edilebilir).

Buradaki fark? bakış açısı. Yani, bu konuya olan mesafenizle ilgilidir, gerçekten, odak uzaklığı değil. Odak uzaklığındaki ve alan derinliğindeki farklılıkları karşılamak için mesafeyi değiştirin ve neredeyse aynı kalır. Değişen, bunun için ön plan ve arka plan oranları. Daha geniş açılar daha fazla arka planın odaklanma eğilimindedir ve telefotolar daha çok ön plana sahiptir. Bu davranışın sonucu, telefoto arka plan bulanıklığını büyüteceğinden daha sığ derinlik yanılsaması yaratabilir. Manzara fotoğrafçılarının bir telefoto ile geri çekilmemelerinin bir nedeni budur (pus ve diğer faktörler de muhtemelen daha önemli bir rol oynayacaktır).

Bilgilerimi örneğin DOFMaster gibi bir DoF hesap makinesi sunan çeşitli sitelerde test edebilirsiniz . Örneğin: 10m'lik bir mesafe için (@ f / 8) 10mm DoF = Sonsuz ve 100mm DoF = 3.08m. Şimdi, 100 mm lensi 100 metreye (10 kat daha uzak) hareket ettirin ve 100 mm DoF artık sonsuza eşittir. 100 mm lensin görüş açısı şimdi 10 mm lens ile aynıdır.

Özet olarak, geniş açılı lensler telefoto lenslerden daha fazla alan derinliğine sahip değildir ve bu, her ikisi de aynı görüş açısı için aynı DoF'ı göstererek gösterilir.

Cambridge'de Renkli ve Aydınlık Manzara'da daha ayrıntılı (ve matematik odaklı değil ) açıklamalar alabilirsiniz . İkinci bağlantıda görsel görüntüler de var, görsel olarak görmek için kullanışlı.

Alan derinliği yalnızca gerçek diyafram açıklığından etkilenir, ancak gerçek diyafram açıklığı durma noktası değildir. "Diyafram" dediğimizde, aslında diyafram büyüklüğü değil, "diyafram oranı" veya "f-stop" anlamına gelir.

Bu "diyafram oranı" , görüntü parlaklığını hesaplamak için gereken şeydir, ancak alan derinliğini hesaplamak için gerçek diyafram boyutuna ihtiyaç vardır.

Herhangi bir f-stop değeri için, odak uzaklığı ne kadar uzun olursa, gerçek diyafram açıklığı boyutu mm cinsinden o kadar büyük olur .

F durağı, açıklığın odak uzunluğuna oranıdır ve ile hesaplanır f-stop = focal-length / aperture.

F-durağından gerçek diyafram açıklığını elde etmek için ... aperture-size = (1 / f-stop) * focal-length

Böylece 50mm f1.4 lens için. Gerçek diyafram boyutu = 1 (1.4 * 50) = 35mm diyafram boyutu.

Açıklık boyutu, ışığın içinden geçtiği deliğin boyutudur. 100 mm f1,4 lens oluşturmak için, gerçekten büyük çaplı bir lens yapan 70 mm diyafram gereklidir.

Böylece, gerçek diyafram açıklığı büyüdükçe, alan derinliği küçülür ve herhangi bir f-stop değeri için, odak uzaklığı ne kadar uzun olursa, kullanılan gerçek diyafram açıklığı o kadar büyük olur.

F-stop, pozlama parlaklığının hesaplanmasını kolaylaştırmak için icat edildi, ancak gerçekte alan derinliğini hesaplamayı zorlaştırıyor. Ancak otomatik kameralardan önce, istenen f-stop ve deklanşör hızını hesaplamak uygulanabilirdi, ancak gerçek diyafram açıklığı boyutuyla çalışırken gerçek bir acı olurdu!

Not: Diğer bazı cevaplar tartışıldığı gibi, bir özneye olan mesafe arttıkça, o özneden gelen ışık daha paralel olacaktır. Bu, bir konu ne kadar uzağa alan derinliğinin o kadar fazla olduğu anlamına gelir. Bu, daha küçük bir alan derinliğine sahip aynı f durağına sahip daha uzun lensin etkisine karşı koyacaktır. 50mm ve 100mm f1.4 lensleri düşünün. 100mm'nin mm olarak daha büyük bir diyafram boyutu vardır, ancak fotoğrafı çekmek için 2x daha fazla hareket etmeniz gerekiyorsa, artan mesafe gerçek diyafram boyutunu artıracak ve alan derinliği 50mm lensi daha yakın bir mesafeye kullanmaya benzer. .

Neden daha uzun lenslerde daha sığ dof var ... kısacası, aynı f-stop sayısını korumak için fiziksel olarak daha büyük diyaframlara ihtiyaç duyuyorlar. (unutmayın, f durdurma değeri "f" = odak uzaklığı / diyafram açıklığı.

Gerçek bir iğne deliği kamerası düşünerek başlayalım. Lensi yok, bu yüzden odak uzaklığı yok ve iyi odaklanmış bir görüntü elde etmek için gerçekten küçük bir iğne deliği gerektiriyor. iğne deliği çok büyükse, hiçbir şey odaklanmayacaktır. (yani ciddi sığ dof!)

Şimdi, iğne deliği kutumuzun önüne bir lens koyarsak, görüntümüzü dağıtmadan yeterli ışık girmesini sağlamak için diyaframı biraz açmamız gerekir. (görüntüyü odaklanmış tutmamız gerektiğini ve ışığın dalga boylarının fizik yasaları tarafından belirlendiğini unutmayın).

Bu nedenle, lens uzadıkça (aynı sensöre yansıtma yaparken) arka ucunun boyutuna göre uzunluğu bakımından orantılı olarak daralır. (aynı boyut sensörünü hatırlayın) - bu lensi koyulaştırır. Bu nedenle, daha kısa merceğin (yani aynı f = durma değeri) ışık yakalama kabiliyeti ile karşılaştırılabilir hale gelmesi için, açıklığın uzunluktaki değişiklikle orantılı olarak artırılması (sensöre daha fazla ışık girmesi için) artırılması gerekir.

Bu ilerledikçe, açıklığın fiziksel boyutu (mm cinsinden) sensörün boyutuna göre artar. Yani (büyük boyutlu iğne deliğini unutmayın) şeyleri odakta tutmak çok zorlaşıyor. Bu nedenle, geniş açıklıklara sahip daha uzun fl lensler karmaşıktır, genellikle büyük boyutludur ve genellikle çok daha pahalıdır.

Bu harika bir soru! 65 yıldan fazla bir süredir bu işin içindeyim ve saygın bir cevap olduğunu düşündüğüm şeyi henüz okumadım. Bu amaçla akranlarıma iyi bir açıklama göndermeleri için meydan okuyorum.

Ama bekle, sanırım aydınlanmam oldu - neyse bir denememe izin ver.

Lens, dış dünyanın görüntüsünü filmin veya dijital sensörün yüzeyine yansıtır. Bu görüntüyü yakından incelerseniz, her birinin yoğunluğu ve rengi değişen sayısız daireden oluştuğunu göreceksiniz. Bu görüntüyü gözlemlediğimizde veya yakaladığımızda, sadece bu daireler algılanamayacak kadar küçükse, tekdüze ve keskin bir şekilde ortaya çıkacaktır. Karışıklık çemberlerinden bahsediyoruz. Yani, çünkü mikroskop altında, kötü tanımlanmış olarak görülürler ve üst üste gelirler. Bununla birlikte, uygun bir mesafeden bakıldığında, iyi görünümlü bir görüntü oluşturmak için birleştiklerinin farkındayız.

Bu dairelerin boyutunu düşündüğümüzde, er ya da geç, iris diyaframının (diyafram) çalışma çapının, bu dairelerin odak düzlemimizdeki yüzeye yansıtıldığında ne kadar büyük olduğu konusunda sahneyi belirleyeceği göze çarpmaktadır. kamera.

Şimdi biliyoruz ki kameramızı f / 11 veya f / 16 veya f / 22 olarak ayarlarsak, kamera açıklığının çalışma çapını daraltırız. Bunu yaparken alan derinliği kazanırız, çünkü sonuç daha küçük karışıklık çemberi olur. Şimdi f sayısı ve odak uzaklığı iç içedir. F sayısı, odak uzunluğunun lensin çalışma çapına bölünmesiyle elde edilir. 50 mm taktığınızı ve f sayısını f / 16 olarak ayarladığınızı varsayalım. Çalışma açıklığı çapı 50 ÷ 16 = 3.125 mm'dir. Böyle bir bağlama, saygın alan derinliği sağlar, çünkü kamera doğru şekilde odaklanması koşuluyla, görüntü düzlemindeki karışıklık daireleri küçük olacaktır.

Şimdi 28 mm geniş açıya geçin. Obtüratör hızı ve ISO sabit tutulursa, f / 16 ile aynı diyafram ayarı bunu yapar. Ancak iris diyaframının çalışma çapına f-16 elde etmek için ne oldu? Revize edilen çalışma çapı 28 ÷ 16 = 1.75mm olur.

Bu kadar basit --- aynı f-sayısındaki daha kısa odak uzunluğu daha küçük çalışma diyaframı sağlar ve bu daha küçük bir karışıklık çemberi ile sonuçlanır - böylece alan derinliği aralığı genişler.

Her şeyin artıları ve eksileri vardır. Çalışma çapı süper küçülürse, sonuç sonsuz alan derinliği olacaktır. Eksi: Kırınım ve girişimin ikiz şeytanları devreye girer ve görüntü bozulur.

Faktöriyel - Maksimum netlik, kamera objektifi maksimumdan (f açık) iki f-stop yaklaşık olarak durdurulduğunda ortaya çıkar.

Oldukça basit ama iyi bir açıklama aşağıdaki gibidir:

• Odak uzaklığı arttığında, aslında bir yakınlaştırma yaparız ve böylece görüş alanı (çerçeveye uyan alan) daha küçük olur.

• Bu, kamera sensörüne yansıtılan konunun arkasında daha az alan olmasına neden olur.

• Kamera sensörü boyutu aynı olduğundan, arka plandaki odak dışı nesnelerin sensör alanını doldurmak için daha fazla gerileceği anlamına gelir. Başka bir deyişle, arka planda (her iki odak uzaklığı durumunda odak aralığında olmayan) çok bulanık nesneler, daha fazla büyüdükçe / gerildikçe daha fazla bulanıklaşacaktır.

Odak uzunluğunu iki katına çıkardığımızda çerçevede bir nesnenin aynı görüntü boyutuna sahip olmamız için, nesneye olan mesafeyi de iki katına çıkarmamız gerektiğini unutmayın. Bununla birlikte, bu doğrudan burada önemli değil, ancak bu sadece daha iyi karşılaştırma için gereklidir. Her neyse, arka plan daha yüksek f ile daha bulanık olacaktır.