Как размер датчика влияет на глубину резкости и дифракцию при макросъемке?

Question

Макрофотографы часто останавливаются на очень малых значениях диафрагмы, чтобы максимизировать минимальную глубину резкости при работе на таких близких расстояниях фокусировки. Меньшие датчики имеют большую глубину резкости, чем более крупные датчики на одном и том же диафрагме с аналогичным кадрированием и расстоянием до объекта, но меньшие датчики имеют более высокий шаг пикселя для данного количества пикселей и, таким образом, быстрее подвергаются воздействию дифракции при остановке.

Предполагая, что макросъемщик хотел заполнить кадр 36-миллиметровым насекомым и увеличить результат до того же конечного размера, в результате чего в конечном изображении было бы больше глубины резкости, если бы каждое изображение было сделано с диафрагмой с ограниченной диафрагмой: Nikon D4 (16MP) с макрообъективом Tamron 90 мм f / 2.8 или Olympus OM-D E-M5 с макрообъективом Panasonic 45 мм f / 2.8?

Answer 1

Прежде чем мы обратимся непосредственно к этому вопросу, давайте поговорим о значении дифракционной ограниченной апертуры .

Диафрагма с ограниченной диафрагмой (DLA) применима только при размере просмотра 100%. Это связано с тем, что DLA предполагает Circle of Confusion (CoC) , равный шагу пикселя конкретного датчика. Эффекты дифракции в DLA наблюдаются только в том случае, если результирующее изображение увеличивается настолько, что зритель может дискретно разрешать отдельные пиксели. Для 18-мегапиксельного изображения, просматриваемого на мониторе 23 "HD (1920x1080), которое эквивалентно увеличению при печати 54" x36 "!

Возьмите, например, 20,2-мегапиксельную полнокадровую Canon 6D и сравните ее с 20,2-мегапиксельной APS-C 70D. (У меня есть более легкий доступ к данным для оборудования Canon). Оба имеют одинаковое разрешение: 5472x3648.

• 6D имеет шаг пикселя 6,54 мкм и DLA f / 10,5
• 70D имеет шаг пикселя 4,1 мкм и DLA f / 6,6

Предположим, объектив 100 мм на 70D и объектив 160 мм на 6D. Но тогда это становится немного сложнее, потому что для 36-миллиметрового насекомого, чтобы заполнить рамку на 6D (который имеет датчик 36x24 мм), вам нужно 1: 1 Максимальное увеличение (MM) . Для того же 36-миллиметрового насекомого, чтобы заполнить рамку 70D, вам понадобится MM только 1: 1,6, потому что датчик 70D имеет ширину всего 22,5 мм.

При 160 мм 1: 1 ММ достигается при фокусном расстоянии 16,8 "(MFD интерполируется из спецификации для макрообъектива 180 мм Canon). На 100 мм 1: 1 ММ достигается на расстоянии 12 ", поэтому увеличение 1: 1,6 позволит расстояние 19,2 "

При DLA 6D f / 10,5 (шкаф Av на графике DoF, который я использую f / 11) с использованием объектива 160 мм, сфокусированного на 16,8 ", глубина резкости 0,12 дюйма для печати 8X10 "при просмотре 10 дюймов.

При DLA 70D f / 6,6 (ближайший Av на графике DoF, который я использую f / 6,7) с использованием объектива 100 мм с фокусировкой 19,2 ", глубина резкости 0,19 дюйма для 8X10 "отпечатка при 10 дюймах.

Строго говоря, с точки зрения дифракции в зависимости от глубины резкости, укороченный объектив с меньшим сенсором позволил бы повысить DF на DLA для каждой камеры.

Это, однако, игнорирует влияние шума и шумоподавления на детали, присутствующие в конечном изображении. Диафрагма на 1,5 ступени, более узкая, используемая 6D, меньше, чем преимущество сбора сигнала стоп-сигнала 1,8 большего датчика (1,6 * 1,6 = 2,56 2,56 / √2 = 1,8). Но различия в сенсорной технологии между двумя камерами разных производителей и поколениями сенсорных эволюций вполне могут быть больше, чем очень незначительное преимущество.

В нем также не учитываются различия в фактической форме апертурных ножей различных линз и их влиянии на дифракцию, а также переменные с точки зрения остроты зрения и других оптических качеств между двумя разными линзами. Это может значительно повлиять на качество конечного изображения в гораздо большей степени, чем использование диафрагмы за пределами DLA для получения того же DoF.

---

Поскольку вы теперь изменили свой вопрос с помощью конкретных комбинаций камеры и объектива, мы также рассмотрим это сравнение. Некоторые данные были интерполированы, поскольку мы не смогли найти точные опубликованные спецификации.

• Nikon D4 имеет шаг пикселя 7,2 мкм и DLA f / 11,5
• Olympus OM-D E-M5 имеет шаг пикселя 3,7 мкм и DLA f / 5,9
• Tamron SP AF 90 мм f / 2.8 Di Macro имеет 1: 1 ММ при MFD 11,4 "
• Panasonic Leica DG Macro-Elmarit 45 мм F2.8 имеет 1: 1 ММ при MFD 6 "

Из-за разницы размеров датчиков (линейный) 2: 1 объектив Panasonic на E-M5 дает увеличение 1: 2 при 12 "

При DLA D4 f / 11,5 (f / 11 на графике) с использованием 90-миллиметрового объектива с фокусом 11,4 ", DoF составляет 0,19 дюйма.

При DLA E-M5 f / 5,9 (f / 5,6 на графике) с использованием 45-мм объектива с фокусировкой 12 ", DoF составляет 0,26 дюйма

Опять же (примерно) 2 ступени разницы в диафрагме компенсируется (примерно) 2 преимуществом стоп-сигнала датчика D4. Также обратите внимание, что, поскольку ваша ошибка 36 мм занимает большой размер сенсора, ширина 4992 пикселя D4 на 7,5% выше, чем ширина E-M5 4640 пикселей. (D4 использует соотношение сторон 3: 2, E-M5 использует соотношение сторон 4: 3)

Answer 2

При обычной съемке, если вы сохраняете угол обзора, положение камеры и размер входного зрачка одинаковыми, глубина резкости и дифракция будут одинаковыми независимо от размера датчика!

Входной зрачок - это фокусное расстояние, деленное на число f, по которому вы снимаете, например, 45 мм f / 2,8 при f / 2,8 имеет входной зрачок 45 / 2,8 = 16 мм. Это размер, на котором ограничитель диафрагмы выглядит при просмотре через передний элемент.

Таким образом, с оборудованием, которое вы перечислите, объектив 90 мм должен обеспечивать то же поле обзора при использовании полного кадра D4. Таким образом, чтобы получить того же 16-мм входного зрачка, вам нужно использовать 90/16 = 5,6, f / 5,6, если вы установите камеру на f / 5,6, вы получите ту же глубину резкости.

А как насчет дифракции?

Абсолютный размер воздушного диска (размытая область, созданная из резкой точки света при прохождении через маленькую апертуру) линейно увеличивается с увеличением числа f, поэтому f / 5.6 на D4 вызывает размытие, которое вдвое больше радиуса у EM5 (у объектива которого f / 2,8), однако, поскольку сенсор на D4 в два раза больше высоты (и ширины), размытие оказывает точно такое же общее влияние на изображение.

Всегда стоит подумать о размытости, резкости и т. Д. пропорционально размеру изображения . Размышляя о дифракции, большинство людей сразу же начинают пытаться проработать воздушные диски и шаг пикселя и запутываются, когда количество пикселей в разных форматах различается. Вместо этого просто подумайте о размытии с точки зрения процента изображения, и такие проблемы исчезнут!

---

Ключевым словом в первом предложении является "в общем стрельбе" . К сожалению, когда вы попадаете на макро территорию, все усложняется, быстро.

Во-первых, значения фокусного расстояния и диафрагмы, указанные для объектива, действительны только для объектива, сфокусированного на бесконечности. Большинство макрообъективов фокусируются ближе, уменьшая фокусное расстояние.

Диафрагма также ведет себя по-разному при больших увеличениях, при этом «эффективная» апертура начинает действовать.

Наконец, играет роль симметрия (разница в размерах между входными и выходными зрачками) объектива, поэтому, не зная, что находится внутри объектива, вы не можете быть уверены в значениях глубины резкости.

Если вы действительно беспокоитесь о глубине резкости и макросъемке, то вам следует подумать о наложении снимков, а не о различных корпусах камеры. Другой датчик может дать небольшое преимущество, но наложение дает огромное преимущество.

Answer 3

Я вполне уверен, что вы не можете решить это без дополнительных переменных. Разрешение, шаг пикселя, расстояние просмотра, расстояние до объекта, фокусное расстояние, глубина объекта - все это влияет на то, как все уравновешивается, и кажется, что оно не является простым линейным способом.

Величина выгоды, которую вы получаете от разности фокусных расстояний, зависит от того, как далеко находится объект от объектива, какова его длина и каковы необходимые фокусные расстояния.

Величина выгоды от увеличения предела дифракции зависит от шага пикселя и разрешения камеры (которая также определяет размер датчика).

Наконец, расстояние просмотра определяет конус путаницы (при условии, что разрешение достаточно, чтобы оно ограничивалось зрением) и уменьшает влияние как дифракционного предела, так и глубины резкости на видимую резкость.