Можно ли использовать «коэффициент обрезки» меньшего датчика для точного увеличения глубины резкости?

Question

Если APS-C и аналогичные цифровые камеры с датчиком кадрирования имеют эффект умножения фокусного расстояния, так что объектив 50 мм имеет видимое фокусное расстояние ближе к полю зрения 80 мм на полнокадровой камере, но при этом если глубина резкости для камеры с меньшим сенсором больше похожа на глубину резкости, которую 50-миллиметровый объектив мог бы создать на полнокадровой камере (с той же апертурой), то это, похоже, предполагает концепцию «эффекта разделения апертуры».

Другими словами, объектив 50 мм f / 1,8 на камере APS-C будет больше походить на объектив 80 мм f / 2,8 (прибл. 1,8 * 1,6x) в эквиваленте 35 мм - для глубины резкости, без учета экспозиции.

Может ли кто-нибудь с лучшим пониманием физики, связанной с этим, разъяснить мне это. Я никогда не видел, чтобы эта концепция явно упоминалась где-либо, поэтому я немного подозреваю ее.

Answer 1

Этот ответ на другой вопрос подробно расскажет о математике, стоящей за этим. И есть статья в Википедии с разделом, конкретно посвященным получению «одной и той же картинки» с различными форматами камеры . Короче говоря, приблизительно верно, что настройка фокусного расстояния и диафрагмы в соответствии с соотношением размеров формата (коэффициента кадрирования) даст вам одинаковое изображение. ¹

Но это нарушается, если объект находится в пределах макро диапазона камеры большего формата (фокусировка очень близка). В этом случае увеличение (и, следовательно, фактический размер датчика) становится критически важным для уравнения DoF, нарушая эквивалентность.

И статья Википедии случайно упоминает, но не уточняет еще один важный момент. Предполагается, что для того же размера печати приемлемый круг путаницы (грубо говоря, приемлемый уровень размытия, все еще рассматриваемый в фокусе) будет масштабироваться точно с размером формата. На самом деле это может не соответствовать действительности, и вы можете надеяться (например) получить большее фактическое разрешение от вашего полнокадрового датчика. В этом случае эквивалентность также недействительна, но, к счастью, на постоянной основе. (Вы просто должны умножить свой коэффициент пикантности .) ²

Вы упоминаете "не рассматривая экспозицию", и теперь вы можете думать (как я): подождите, подождите. Если обрезка + увеличение применяются к «эффективной» апертуре для глубины резкости, почему это не относится к экспозиции? Хорошо известно, что базовые параметры экспозиции являются универсальными для всех форматов , от крошечных точек и снимков до зеркальных фотокамер вплоть до большого формата. Если ISO 100, f / 5,6, second-ая секунда дают правильную экспозицию на одной камере, то будет и на любой другой. ³ Итак, что здесь происходит?

Секрет в том, что потому что мы "обманываем" при увеличении . Конечно, во всех случаях экспозиция для данного f-числа в любой области сенсора одинакова. Неважно, если вы обрезаете или просто имеете маленький датчик для начала. Но когда мы увеличиваем (например, получим, например, 8 × 10 отпечатков из этой точки и снимаем в соответствии с большим форматом), мы сохраняем экспозицию одинаковой, даже если фактические фотоны записаны на область "растянут". Это также имеет такое же соответствие: если у вас есть 2-кратный коэффициент обрезки, вы должны увеличить в 2 раза в каждом измерении, и это означает, что каждый пиксель занимает 4-кратную площадь оригинала - или на два шага меньше фактический свет записан. Но мы не делаем его на две ступени темнее, конечно. ⁴

---

_{Примечания:}

_{[1]: Фактически, изменяя число f /, вы удерживаете абсолютную апертуру объектива постоянной, поскольку число f / является фокусное расстояние по абсолютному диаметру диафрагмы .}

_{[2]: Этот фактор также уменьшается, когда вы приближаетесь к гиперфокальному расстоянию , потому что, как только меньший формат достигает бесконечности, бесконечность, деленная на что-либо, остается бесконечностью.}

_{[3]: Предполагается, что та же самая сцена и незначительные отклонения от реальных факторов, таких как пропускание линз в сторону.}

_{[4]: ​​По сути, нет такого понятия, как бесплатный обед . Это приводит к тому, что шум становится более очевидным, и разумно предположить, что это увеличение похоже на коэффициент обрезки , также применяется к шуму, очевидному из усиления ISO.}

Answer 2

Так же, как использование камеры кадрирования не изменяет фокусное расстояние (это свойство объектива, а не камеры), но влияет на поле зрения, эффект разделения диафрагмы отсутствует , a Объектив с диафрагмой f / 2.8 Объектив по-прежнему ведет себя как объектив с диафрагмой f / 2.8 для измерения, однако при сопоставлении поля обзора с полнокадровым датчиком глубина резкости будет такой же, как у объектива с коэффициентом диафрагмы ( f / значение), умноженное на коэффициент кропа.

Answer 3

Чем больше датчик, тем меньше глубина резкости для определенной апертуры, при условии, что вы заполняете рамку объектом. Это потому, что вам нужно либо использовать большее фокусное расстояние, либо приблизиться, чтобы заполнить большую рамку.

Чтобы получить такую ​​же глубину резкости в полнокадровом фотоаппарате, как и в режиме обрезки, вам необходимо умножить как фокусное расстояние, так и диафрагму на коэффициент кадрирования. Поэтому для соответствия 35 мм f / 16 на Nikon APS-C (обрезка 1,5) вам потребуется фокусное расстояние 53 мм и диафрагма f / 24 на полнокадровой камере.

Answer 4

Да, коэффициент кадрирования датчика можно использовать при расчете изменения глубины резкости (DoF) объектива по сравнению с использованием этого объектива в полнокадровой (FF) камере. Но это не всегда приведет к увеличению в DoF. Если снимать с одинакового расстояния и отображать с одинаковым размером, DoF для камеры обрезки будет уменьшен (поскольку виртуальное изображение, проецируемое на сенсор, включая спутанные круги, будет увеличено в большей степени). С другой стороны, если вы отрегулируете расстояние съемки для кадрирования объекта, DoF увеличится.

В этом вопросе так много переменных, с которыми приходится иметь дело, и большинство ответов предполагают несколько, не указывая эти предположения. Это приводит к грубым недоразумениям относительно отношения фокусного расстояния , диафрагмы , размера датчика , расстояния съемки , размера экрана , расстояние просмотра и даже острота зрения зрителя до Глубина резкости (DoF) . Все эти факторы вместе определяют глубину резкости изображения. Это потому, что DoF - это восприятие того, какой диапазон расстояний от фокальной плоскости находится в фокусе. Только одно расстояние от фокальной плоскости фактически находится в фокусе, так что точечный источник света теоретически создаст точку света в фокальной плоскости. Точечные источники света на всех других расстояниях образуют размытую окружность , размер которой изменяется в зависимости от их пропорционального расстояния до фокальной плоскости по сравнению с расстоянием фокусировки. DoF определяется как расстояние между ближним и дальним расстоянием от фокальной плоскости, в котором размытый круг все еще воспринимается как точка зрителем изображения .

Мы задаем такие вопросы, как «Как изменяется глубина резкости при использовании одного и того же объектива на камере с датчиком другого размера?» Правильный ответ: «Это зависит». Это зависит от того, снимаете ли вы с одинакового расстояния (и, следовательно, меняете рамку объекта) или снимаете с разного расстояния, чтобы приблизиться к тому же кадру объекта , Это зависит от того, является ли размер отображения изображения одинаковым или размер отображения изображения изменяется в той же пропорции, что и размеры сенсора. Это зависит от того, что меняется и что остается неизменным в отношении всех перечисленных выше факторов.

Если одно и то же фокусное расстояние используется на одном и том же расстоянии от объекта с одинаковой диафрагмой с использованием одного и того же размера сенсора с одинаковой плотностью пикселей и отпечатано с одинаковым разрешением на бумаге того же размера и просмотрено людьми с одинаковой остротой зрения, то Степень свободы двух изображений будет одинаковой. Если любая из этих переменных изменится без соответствующего изменения других, DoF также будет изменен.

В оставшейся части этого ответа мы будем считать, что расстояние просмотра изображения и острота зрения зрителя постоянны. Мы также будем предполагать, что апертуры достаточно велики, чтобы дифракция не вступала в игру. И мы будем предполагать, что любая печать выполняется на том же принтере с тем же числом точек на дюйм, но не обязательно на том же самом разрешении и не обязательно на бумаге того же размера.

Для простоты, давайте рассмотрим пару теоретических камер. Один имеет сенсор 36 мм х 24 мм с разрешением 3600 х 2400 пикселей. Это будет 8.6-мегапиксельный полнокадровый (FF) сенсор. Наша другая камера имеет сенсор 24 мм х 16 мм с разрешением 2400 х 1600 пикселей. Это будет 3,8-мегапиксельная 1,5-кратная масса тела (CB). Обе камеры имеют одинаковый размер пикселя и шаг пикселя. Обе камеры имеют одинаковый дизайн и чувствительность на уровне пикселей. Другими словами, центр 24 мм х 16 мм большего датчика FF идентичен меньшему датчику CB.

Если вы прикрепите один и тот же 50-миллиметровый объектив к обеим камерам и сделаете снимок одного и того же объекта с одинакового расстояния в f / 2 (при условии, что все остальные настройки одинаковы) и обрежете изображение датчика FF до 2400 X 1600 пикселей и Распечатайте оба изображения на бумаге размером 6х4 дюйма, оба изображения будут практически идентичны, а DoF будет одинаковым на обеих фотографиях.

Если вы прикрепите один и тот же 50-миллиметровый объектив к обеим камерам и сделаете снимок одного и того же объекта с одинакового расстояния в f / 2 (при условии, что все остальные настройки одинаковы) и напечатаете все оба изображения на 6 "X 4" На бумаге будут некоторые заметные отличия. Изображение с камеры FF будет иметь более широкое поле зрения (FoV), объект будет меньше, а DoF будет на больше , чем изображение с камеры CB. Это связано с тем, что изображение FF было напечатано с разрешением 600 ppi, а изображение CB было напечатано с разрешением 400 ppi. Увеличивая каждый пиксель камеры CB на 50%, мы также увеличивали размер каждого круга размытия на ту же величину. Это означает, что самый большой круг размытия, проецируемый на датчик CB, который будет восприниматься как точка, на 33% меньше (обратная величина 3/2 равна 2/3), чем на датчике FF. Если бы мы напечатали изображение FF на бумаге 9 "X 6" и изображение CB на бумаге 6 "X 4", DoF был бы одинаковым (оба отпечатаны с разрешением 400 ppi), так же как и размеры объекта на обоих отпечатках. Если затем обрезать центр отпечатка 9 "X 6" до отпечатка 6 "X 4", у нас снова будут почти идентичные отпечатки.

Если мы прикрепим один и тот же 50-миллиметровый объектив к обеим камерам и сделаем снимок с f / 2 для одного и того же объекта на разных расстояниях, чтобы размер объекта был одинаковым, и напечатаем оба изображения на бумаге 6 "X 4", то получится некоторые заметные различия. Перспектива изменится, потому что изображение CB было снято на большем расстоянии от объекта. Объект будет выглядеть сжатым на изображении CB по сравнению с изображением FF. Если детали фона видны, фон также будет отображаться ближе к объекту, чем на изображении от датчика FF. Поскольку 50-миллиметровый объектив был сфокусирован на расстоянии, превышающем 50%, DoF также увеличился на 50%. Если объект съемки находился на расстоянии 10 футов с использованием камеры FF и 15 футов с использованием камеры CB, то в этом случае приводятся следующие расчеты DoF:

• 50 мм при f / 2 от 10 'на FF: от 9,33' до 10,8 '. DoF составляет 1,45 '(17,4 "). DoF находится в диапазоне от 8" до 9,6 "за 10'фокусной точкой (PoF).
• 50 мм при f / 2 от 15 'на CB: от 14,0' до 16,2 '. DoF 2,18 '(26,16 "). Степень свободы варьируется от 12" перед 14,4 "за 15" PoF.

Эти расчеты основаны на путанице (CoC), равной 0,03 мм для камеры FF и 0,02 мм для камеры CB. Это связано с тем, что мы печатаем с разрешением 600 ppi для FF и 400 ppi для CB (и пиксели имеют одинаковый размер для 0,01 мм или 10 мкм).

В действительности все мы знаем, что пиксели на большинстве датчиков FF больше, чем на большинстве новых датчиков CB. Они варьируются от 6,92 мкм на 18-мегапиксельной FF Canon 1D X до 7,21 мкм на 16-мегапиксельной D4 до 4,7 мкм на 36-мегапиксельной FF Nikon D800. Тело обрезки увеличивается с 4,16 мкм для 18-мегапиксельной Canon 7D до 3,89 мкм для 24-мегапиксельной Nikon D7100 (D7200 будет около 3,0 мкм) до 5,08 мкм для 14-мегапиксельной Sony SLT Alpha 33. Во всех случаях размер пикселя значительно меньше, чем общепринятый CoC составляет 0,03 мм (30 мкм) для камер FF и 0,02 мм (20 мкм) для камер 1,5x CB. Для 1,6x CB камер Canon обычно используется 0,019 (19 мкм). Максимальный размер пикселей, который Canon использовал в последнее десятилетие, составлял 8,2 мкм для 12,8-мегапиксельной FF 5D и 8,2-мегапиксельной APS-H 1D mkII. Что все это означает, что на уровне пиксельного подглядывания размытость фокуса будет видна даже для объектов в пределах принятого DoF, потому что принятый круг размытия где-то в 4-7 раз больше, чем пиксели на текущих зеркалках. Чтобы вычислить DoF на уровне пикселей, вам нужно использовать CoC, размер пикселей вашей камеры, который будет намного уже, чем большинство калькуляторов DoF.

Answer 5

Меньший датчик не меняет фокусное расстояние или диафрагму, он просто захватывает только центральную часть изображения - это почти то же самое, что снимать полнокадровое изображение и обрезать его, чтобы оставить только центр.

Когда вы берете только центр изображения, оно выглядит как увеличенное - таким образом, поле обзора 50-мм объектива на датчике обрезки 1,6 выглядит как 80-мм на полнокадровом датчике - но это выглядит так, потому что Вы видите только центр 50-миллиметрового изображения, фокусное расстояние по-прежнему составляет 50 мм, а полученное изображение эквивалентно центру 50-миллиметрового изображения, а не истинному объективу 80 мм.

То же самое относится и к диафрагме, 50-мм изображение, полученное при f / 8 на датчике кадрирования, совпадает с центром 50-миллиметрового f / 8-изображения на 35-мм сенсоре, это не то же самое, что 80-миллиметровое изображение, полученное при f / 12 (также не то же самое, что 80 мм f / 8, очевидно)

Answer 6

Я провел несколько сравнений с помощью онлайн-калькулятора глубины резкости. Вы наткнулись на то, чего я не знал; повезло тебе! Как вы обнаружили, умножьте число f / на 1.6, чтобы получить эквивалентную глубину резкости. Я очарован этим, и мне нужно выяснить, почему и почему.

Чтобы сравнить яблоки и апельсины с точки зрения глубины резкости для двух разных форматов, вы должны использовать разные критерии для размера круга путаницы. Мы говорим о том, что объектив обрабатывает каждую точку объекта отдельно, а затем проецирует эту точку на пленку или цифровую микросхему. Этот крошечный круг света является самой маленькой частью оптического изображения, содержащего интеллект.

Для того чтобы мы назвали некоторую часть изображения «острой», это изображение должно состоять из таких крошечных кругов, что мы не можем разглядеть их как диск, мы видим точку без измерения. Газетные картинки сделаны слишком большими чернилами, скажем, газетные картинки не четкие. Насколько велик максимальный размер кружков путаницы? Они должны быть диаметром 0,5 мм или меньше, если смотреть с нормального расстояния считывания. Это означает, что у полного кадра (FX) должен быть объектив, который проецирует круги, достаточно малые, чтобы выдержать увеличение. Kodak использовал круг размером 1/1750 от фокусного расстояния, а Leica использовал 1/1500 фокусного расстояния для решающей работы. Использование доли фокусного расстояния - это стандартный отраслевой способ выполнения вычислений, поскольку он в основном учитывает степень увеличения, необходимую для печати 8X10 или дисплея компьютера. Другими словами, размер круга остается ниже 0,5 мм после увеличения миниатюрного изображения и просмотра с нормального расстояния считывания.

Теперь стандарты Kodak и Leica слишком строги, поэтому в промышленности обычно используется 1/1000 фокусного расстояния для повседневной работы. Это позволяет получить размер круга 0,05 мм для объектива 50 мм и размер круга 0,08 мм для объектива 80 мм.

Получено из оперативного компьютера глубины резкости с использованием этих двух размеров круга:

50 мм при f / 1,8, сфокусированный 10 футов DOF 9,05 - 11,2 фута, круг путаницы 0,05 мм 80 мм при f / 2,8 с фокусом 10 футов DOF 9,05 - 11,2 фута круг путаницы 0,08 мм

50 мм @ f11 сфокусировано 10 футов DOF 5,96 - 31,1 фута круг путаницы 0,05 мм 80мм @ f / 18 сфокусировано 10 футов DOF 6-30 футов круг путаницы 0,08 мм

50 мм @ f / 4 сфокусированный 10-футовый DOF 8,07 - 13,2-футовый круг путаницы 0,05 80мм @ f / 6.4 с фокусом 10 футов DOF 8,09 - 13,1 футов круг путаницы 0,08

Фактор кропа 1,6 на самом деле является коэффициентом умножения или увеличения. Рамка FX имеет размеры 24 на 36 мм с диагональю 43,3 мм. Ваш APS-C имеет размеры 15 на 22,5 мм с диагональю 27,0. Соотношение составляет 43,3 ÷ 27,0 = 1,6 (коэффициент обрезки или увеличения). Кстати, это 1 / 1,6 X 100 = 62,5%. APS-C составляет 625% от размера FX.

Много математики, я называю это тряпкой! Я могу сказать это - сегодня исполнилось 79 лет!

Answer 7

Да, диапазон глубины резкости точно и обратно пропорционален кроп-фактору (при условии, что все остальное равно (фокусное расстояние и расстояние фокусировки и f / stop равны), и при условии, что CoC вычисляется по диагонали датчика.

Это легко увидеть в калькуляторе на http://www.scantips.com/lights/dof.html

Это связано с тем, что DOF основан на конечном увеличении изображения, а меньшие датчики требуют большего увеличения (для сравнения при том же размере).

Answer 8

Другими словами, объектив 50 мм f / 1,8 на камере APS-C будет больше походить на объектив 80 мм f / 2,8 (прибл. 1,8 * 1,6x) в эквиваленте 35 мм - для глубины резкости, без учета экспозиции.

Да, объектив 50 мм f / 1,8 на камере APS-C будет больше походить на объектив 80 мм f / 2,8 (прибл. 1,8 * 1,6x для пушек) в 35-миллиметровом эквиваленте до степени DOF и до некоторой степени изображения Уровни шума, предполагающие одинаковую скорость затвора и переоснащение для компенсации и т. д.

Answer 9

Нет "эффекта множителя фокусного расстояния", точка. Фокусное расстояние объектива НЕ изменяется магическим образом, поскольку вы используете сенсор меньшего или большего размера, он остается точно таким же.

Все, что вы получаете - это изображение, обрезанное по сравнению с тем, которое вы получили бы, если бы использовали тот же объектив для записи изображения на сенсор большего размера. Таким образом, DOF будет таким же, как если бы вы использовали этот датчик большего размера.