Почему на глубину резкости влияет фокусное расстояние?

Question

С уменьшением фокусного расстояния увеличивается и глубина резкости. Почему это? Меня не столько интересует урок физики, сколько меня интересует простое, практичное объяснение.

Answer 1

Уверен, я уже отвечал на этот вопрос раньше, но не могу его найти.

• По мере увеличения фокусного расстояния угол обзора уменьшается.
• При меньшем угле обзора лучи, образующие изображение, ближе к параллельному.
• При меньшем изменении угла между лучами свет должен перемещаться больше, прежде чем он будет достаточно не в фокусе.

Это немного упрощено, но я надеюсь, что по крайней мере это легко визуализировать.

Answer 2

Для этого обсуждения апертура должна рассматриваться как одна и та же, поскольку обсуждаемая нами дисперсия является фокусным расстоянием.

Таким образом, телеобъектив, сфокусированный на том же объекте на том же расстоянии, что и широкоугольный объектив, будет иметь меньшую глубину резкости в результате более высокого увеличения, но угол обзора между двумя изображениями значительно отличается результат. Телеобъектив и широкоугольный объектив, сфокусированные на одном и том же объекте с одинаковым углом зрения, будут иметь одинаковую глубину резкости (есть различия, но они незначительны).

Разница здесь? угол обзора Таким образом, речь идет о вашем расстоянии до объекта, а не о фокусном расстоянии. Варьируйте расстояние, чтобы учесть различия в фокусном расстоянии и глубине резкости, оставаясь практически неизменными. Что меняется, хотя это передний план и фоновые отношения для него. Более широкие углы, как правило, больше фокусируются на фоне, а у телефотографий - больше на переднем плане. Результат такого поведения может создать иллюзию меньшей глубины, поскольку телефото увеличит размытие фона. Это одна из причин того, что фотографы-пейзажисты не стоят на месте с телеобъективом (мутность и другие факторы также могут сыграть свою роль, возможно, более значительную).

Вы можете проверить мою информацию на различных сайтах, которые предлагают калькулятор DoF, таких как, например, DOFMaster . Например: для расстояния 10 м (@ f / 8) 10 мм DoF = бесконечность и 100 мм DoF = 3,08 м. Теперь переместите 100-миллиметровую линзу на 100 м (в 10 раз дальше), и 100-миллиметровая глубина резкости теперь равна бесконечности. Угол обзора объектива 100 мм теперь такой же, как у объектива 10 мм.

Таким образом, широкоугольные объективы не имеют большей глубины резкости, чем телеобъективы, и это демонстрируется тем, что оба демонстрируют один и тот же DoF для одного и того же угла обзора.

Вы можете получить более подробные (и не математические) объяснения в в Кембридже в цвете и Luminous Landscape . Вторая ссылка также содержит примеры изображений, что очень удобно для визуального просмотра.

Answer 3

Почему у более длинных объективов меньшая глубина резкости ... короче, потому что им требуется физически большие апертуры для поддержания того же числа диафрагмы. (помните, что значение диафрагмы f "f" = фокусное расстояние / диафрагма.

Давайте начнем думать о настоящей камере-обскуре. У него нет объектива, поэтому нет фокусного расстояния, и для создания прилично сфокусированного изображения требуется очень маленькое отверстие. если отверстие слишком большое, тогда ничто не будет в фокусе. (т.е. серьезно неглубоко ФО!)

Теперь, если мы поместим линзу перед нашей коробкой с точечным отверстием, нам нужно будет немного открыть апертуру, чтобы пропустить достаточно света - без рассеяния нашего изображения. (помните, что мы должны держать изображение сфокусированным, а длины волн света задаются законами физики).

Таким образом, по мере того, как объектив становится длиннее (при проецировании на тот же датчик), он пропорционально сужается по длине относительно размера его задней части. (запомните датчик одинакового размера) - это делает объектив темнее. Таким образом, чтобы сделать его сопоставимым со способностью захвата света более короткой линзой (то есть с тем же значением f = стоп), диафрагма должна быть увеличена (чтобы больше света проходило к датчику) пропорционально изменению длины.

По мере этого физический размер апертуры (в мм) увеличивается по сравнению с размером датчика. Так что (запомните огромную дыру), становится все сложнее держать вещи в фокусе. Следовательно, более длинные линзы с широкими отверстиями являются сложными, обычно большими по размеру и часто намного более дорогими.

Answer 4

Это отличный вопрос! Я занимаюсь этим уже более 65 лет, и мне еще предстоит прочитать то, что я считаю респектабельным ответом. С этой целью я призываю своих коллег дать хорошее объяснение.

Но подождите, я думаю, что у меня было просветление - в любом случае, позвольте мне попробовать.

Объектив проецирует изображение внешнего мира на поверхность пленки или цифрового датчика. Если вы внимательно изучите это изображение, вы обнаружите, что оно состоит из бесчисленных кругов, каждый из которых различается по интенсивности и цвету. Когда мы наблюдаем или снимаем это изображение, оно будет выглядеть равномерным и сглаженным, только если эти круги слишком малы для восприятия. Мы говорим о кругах путаницы. Так названы, потому что под микроскопом они видны как плохо определенные, и они перекрываются. Тем не менее, если смотреть с подходящего расстояния, мы понимаем, что они сливаются в красивое изображение.

Когда мы думаем о размере этих кругов, рано или поздно становится ясно, что рабочий диаметр ирисовой диафрагмы (апертура) определит, насколько велики эти круги при проецировании на поверхность в фокусе. Самолет нашей камеры.

Теперь мы знаем, что если мы установим нашу камеру на f / 11 или f / 16 или f / 22, мы уменьшим рабочий диаметр апертуры камеры. При этом мы получаем глубину резкости, потому что в результате получается меньшая путаница. Теперь число f и фокусное расстояние переплетены. Число f получается путем деления фокусного расстояния на рабочий диаметр объектива. Предположим, вы установили 50 мм и установите число f на f / 16. Диаметр рабочего отверстия 50 ÷ 16 = 3,125 мм. Такая резкость обеспечивает респектабельную глубину резкости, поскольку кружки путаницы на плоскости изображения будут крошечными при условии точной фокусировки камеры.

Теперь переключитесь на широкоугольный 28 мм. Если выдержка затвора и ISO поддерживаются постоянными, такая же настройка диафрагмы f / 16 делает это. Однако что случилось с рабочим диаметром ирисовой диафрагмы для достижения f-16? Пересмотренный рабочий диаметр становится 28 ÷ 16 = 1,75 мм.

Это так просто - более короткое фокусное расстояние при том же числе f дает меньшую рабочую апертуру, и это приводит к меньшему кругу путаницы - таким образом, расширяется диапазон глубины резкости.

У всего есть плюсы и минусы. Если рабочий диаметр станет очень маленьким, результатом будет бесконечная глубина резкости. Минус: двойные демоны дифракции и интерференции, и изображение ухудшается.

Факториал - максимальная резкость достигается, когда объектив камеры приблизительно останавливается на две диафрагмы от максимума (широко открыт).

Answer 5

На глубину резкости влияет только фактический размер диафрагмы, но фактический размер диафрагмы не равен f stop. Когда мы говорим «диафрагма», мы на самом деле имеем в виду «коэффициент диафрагмы» или «диафрагму», а не размер диафрагмы.

Это «коэффициент апертуры» - это то, что требуется для расчета яркости изображения, но для расчета глубины резкости необходим фактический размер апертуры.

Для любого заданного значения диафрагмы, чем больше фокусное расстояние, тем больше фактический размер диафрагмы в мм .

F stop - это отношение диафрагмы к фокусному расстоянию, которое рассчитывается по f-stop = focal-length / aperture.

Чтобы получить фактический размер апертуры от диафрагмы ... aperture-size = (1 / f-stop) * focal-length

То есть для объектива 50 мм f1.4. Размер действительной диафрагмы = 1 (1,4 * 50) = Размер диафрагмы 35 мм.

Размер апертуры равен размеру отверстия, через которое проходит свет. Для создания объектива 100 мм f1.4 требуется диафрагма 70 мм, что делает объектив действительно большого диаметра.

Таким образом, чем больше фактическая диафрагма, тем меньше глубина резкости и для любого заданного значения диафрагмы, чем больше фокусное расстояние, тем больше фактическое используемое отверстие диафрагмы.

F-стоп был изобретен для облегчения расчета яркости экспозиции, но усложняет фактический расчет глубины резкости. Но до появления автоматических камер вычисление требуемой диафрагмы и скорости затвора было работоспособным, но это было бы настоящей болью, если работать с реальным размером апертуры!

Примечание. Как уже обсуждали некоторые другие ответы, по мере увеличения расстояния до предмета свет от этого предмета будет более параллельным. Это означает, что чем дальше объект, тем больше глубина резкости. Это будет противодействовать эффекту более длинной линзы с той же самой диафрагмой, имеющей меньшую глубину резкости. Рассмотрим объективы 50 мм и 100 мм f1.4. 100 мм имеет больший размер диафрагмы в мм, но если вам нужно переместить в 2 раза дальше, чтобы сделать снимок, увеличенное расстояние будет противодействовать увеличению фактического размера диафрагмы, и глубина резкости будет аналогична использованию 50 мм объектива на более близком расстоянии. .