Profundidad de campo
La profundidad de campo (DOF) es la distancia entre los objetos más cercanos y los más lejanos que están en un enfoque nítido aceptable en una imagen capturada con una cámara.
Factores que afectan la profundidad de campo
Para las cámaras que solo pueden enfocar la distancia de un objeto a la vez, la profundidad de campo es la distancia entre los objetos más cercanos y los más lejanos que tienen un enfoque nítido aceptable. "Enfoque nítido aceptable" se define usando una propiedad llamada "círculo de confusión".
La profundidad de campo se puede determinar mediante la distancia focal, la distancia al sujeto, el tamaño aceptable del círculo de confusión y la apertura. Las limitaciones de la profundidad de campo a veces se pueden superar con diversas técnicas y equipos. La profundidad de campo aproximada puede estar dada por:
- DOF.. 2u2Ncf2{displaystyle {text{DOF}approx {frac {2u}Nc}{f^{2}}}}}
para un círculo de confusión dado (c), distancia focal (f), número f (N) y distancia al sujeto (u).
A medida que aumenta la distancia o el tamaño del círculo de confusión aceptable, aumenta la profundidad de campo; sin embargo, aumentar el tamaño de la apertura o aumentar la distancia focal reduce la profundidad de campo. La profundidad de campo cambia linealmente con el número F y el círculo de confusión, pero cambia en proporción al cuadrado de la distancia focal y la distancia al sujeto. Como resultado, las fotos tomadas a muy corta distancia tienen una profundidad de campo proporcionalmente mucho menor.
El tamaño del sensor afecta el DOF de manera contraria a la intuición. Debido a que el círculo de confusión está directamente relacionado con el tamaño del sensor, disminuir el tamaño del sensor mientras se mantienen constantes la distancia focal y la apertura disminuirá la profundidad de campo (por el factor de recorte). Sin embargo, la imagen resultante tendrá un campo de visión diferente. Si se modifica la distancia focal para mantener el campo de visión, el cambio en la distancia focal contrarrestará la disminución de DOF del sensor más pequeño y aumentará la profundidad de campo (también por el factor de recorte).
Efecto de la apertura de la lente
Para el encuadre de un sujeto y la posición de la cámara determinados, el DOF se controla mediante el diámetro de apertura del objetivo, que normalmente se especifica como el número f (la relación entre la distancia focal del objetivo y el diámetro de apertura). Reducir el diámetro de la apertura (aumentar el número f) aumenta el DOF porque solo la luz que viaja en ángulos más bajos pasa a través de la apertura. Debido a que los ángulos son poco profundos, los rayos de luz están dentro del círculo de confusión aceptable para una distancia mayor.
Para un tamaño dado de la imagen del sujeto en el plano focal, el mismo número f en cualquier lente de distancia focal dará la misma profundidad de campo. Esto es evidente a partir de la ecuación DOF al observar que la relación u/f es constante para un tamaño de imagen constante. Por ejemplo, si se duplica la distancia focal, la distancia al sujeto también se duplica para mantener el mismo tamaño de imagen del sujeto. Esta observación contrasta con la noción común de que "la distancia focal es el doble de importante para el desenfoque que f/stop", que se aplica a una distancia constante del sujeto, en lugar de un tamaño de imagen constante.
Las imágenes en movimiento solo hacen un uso limitado del control de apertura; Para producir una calidad de imagen uniforme de una toma a otra, los directores de fotografía suelen elegir una configuración de apertura única para interiores y otra para exteriores, y ajustan la exposición mediante el uso de filtros de cámara o niveles de luz. Los ajustes de apertura se ajustan con más frecuencia en la fotografía fija, donde las variaciones en la profundidad de campo se utilizan para producir una variedad de efectos especiales.
Efecto del círculo de confusión
El enfoque preciso solo es posible a una distancia exacta de la lente; a esa distancia, un objeto puntual producirá una imagen puntual. De lo contrario, un objeto puntual producirá un punto borroso con la forma de la apertura, típicamente y aproximadamente un círculo. Cuando este punto circular es lo suficientemente pequeño, es visualmente indistinguible de un punto y parece estar enfocado. El diámetro del círculo más grande que no se puede distinguir de un punto se conoce como el círculo de confusión aceptable, o informalmente, simplemente como el círculo de confusión. Los puntos que producen un punto borroso más pequeño que este círculo aceptable de confusión se consideran aceptablemente nítidos.
El círculo de confusión aceptable depende de cómo se utilizará la imagen final. Generalmente se acepta que sea de 0,25 mm para una imagen vista desde una distancia de 25 cm.
Para películas de 35 mm, el área de la imagen en la película es de aproximadamente 22 mm por 16 mm. El límite de error tolerable se establecía tradicionalmente en 0,05 mm (0,002 in) de diámetro, mientras que para la película de 16 mm, donde el tamaño es aproximadamente la mitad, la tolerancia es más estricta, 0,025 mm (0,001 in). La práctica más moderna para producciones de 35 mm establece el límite del círculo de confusión en 0,025 mm (0,001 in).
Movimientos de cámara
El término "movimientos de cámara" se refiere a los ajustes de giro (giro e inclinación, en la terminología moderna) y desplazamiento del soporte de la lente y el soporte de la película. Estas características han estado en uso desde la década de 1800 y todavía se usan hoy en día en cámaras de visualización, cámaras técnicas, cámaras con inclinación/desplazamiento o lentes de control de perspectiva, etc. Girar la lente o el sensor hace que el plano de enfoque (POF) gire, y también hace que el campo de enfoque aceptable gire con la POF; y dependiendo de los criterios DOF, para cambiar también la forma del campo de enfoque aceptable. Si bien los cálculos para DOF de cámaras con giro establecido en cero se han discutido, formulado y documentado desde antes de la década de 1940, la documentación de los cálculos para cámaras con giro distinto de cero parece haber comenzado en 1990.
Más que en el caso de la cámara con giro cero, existen varios métodos para formar criterios y configurar cálculos para DOF cuando el giro no es cero. Hay una reducción gradual de la claridad en los objetos a medida que se alejan del POF, y en alguna superficie plana o curva virtual, la claridad reducida se vuelve inaceptable. Algunos fotógrafos hacen cálculos o usan tablas, algunos usan marcas en sus equipos, algunos juzgan al ver la imagen.
Cuando se gira la POF, los límites cercano y lejano de la DOF pueden considerarse en forma de cuña, con el vértice de la cuña más cerca de la cámara; o pueden considerarse como paralelos al POF.
Métodos de cálculo de campos de objetos
Las fórmulas tradicionales de profundidad de campo pueden ser difíciles de usar en la práctica. Como alternativa, se puede realizar el mismo cálculo efectivo sin tener en cuenta la distancia focal y el número f. Moritz von Rohr y más tarde Merklinger observan que el diámetro de apertura absoluto efectivo se puede usar para una fórmula similar en ciertas circunstancias.
Además, las fórmulas tradicionales de profundidad de campo asumen círculos de confusión aceptables iguales para objetos cercanos y lejanos. Merklinger sugirió que los objetos distantes a menudo necesitan ser mucho más nítidos para ser claramente reconocibles, mientras que los objetos más cercanos, al ser más grandes en la película, no necesitan ser tan nítidos. La pérdida de detalle en objetos distantes puede ser particularmente notable con ampliaciones extremas. Lograr esta nitidez adicional en objetos distantes generalmente requiere enfocar más allá de la distancia hiperfocal, a veces casi al infinito. Por ejemplo, si se fotografía un paisaje urbano con un bolardo de tráfico en primer plano, este enfoque, denominado método de campo de objetos por Merklinger, recomendaría enfocar muy cerca del infinito y detenerse para que el bolardo sea lo suficientemente nítido.. Con este enfoque, los objetos de primer plano no siempre se pueden hacer perfectamente nítidos, pero la pérdida de nitidez en los objetos cercanos puede ser aceptable si el reconocimiento de los objetos distantes es primordial.
Otros autores como Ansel Adams han tomado la posición opuesta, sosteniendo que una ligera falta de nitidez en los objetos de primer plano suele ser más perturbadora que una ligera falta de nitidez en partes distantes de una escena.
Superar las limitaciones de DOF
Algunos métodos y equipos permiten alterar el DOF aparente y algunos incluso permiten determinar el DOF después de crear la imagen. Por ejemplo, el apilamiento de enfoque combina varias imágenes enfocadas en diferentes planos, lo que da como resultado una imagen con una profundidad de campo aparente mayor (o menor, si así se desea) que cualquiera de las imágenes de origen individuales. De manera similar, para reconstruir la forma tridimensional de un objeto, se puede generar un mapa de profundidad a partir de múltiples fotografías con diferentes profundidades de campo. Xiong y Shafer concluyeron, en parte, "... las mejoras en las precisiones de rango de enfoque y rango de desenfoque pueden conducir a métodos de recuperación de forma eficientes."
Otro enfoque es el barrido de enfoque. El plano focal se barre a lo largo de todo el rango relevante durante una sola exposición. Esto crea una imagen borrosa, pero con un núcleo de convolución que es casi independiente de la profundidad del objeto, por lo que el desenfoque se elimina casi por completo después de la desconvolución computacional. Esto tiene el beneficio adicional de reducir drásticamente el desenfoque de movimiento.
Otras tecnologías utilizan una combinación de diseño de lentes y procesamiento posterior: la codificación de frente de onda es un método mediante el cual se agregan aberraciones controladas al sistema óptico para que el enfoque y la profundidad de campo se puedan mejorar más adelante en el proceso.
El diseño de la lente se puede cambiar aún más: en la apodización del color, la lente se modifica de modo que cada canal de color tenga una apertura de lente diferente. Por ejemplo, el canal rojo puede ser f/2.4, el verde puede ser f/2.4, mientras que el canal azul puede ser f/5.6. Por tanto, el canal azul tendrá una mayor profundidad de campo que los demás colores. El procesamiento de imágenes identifica regiones borrosas en los canales rojo y verde y en estas regiones copia los datos de bordes más nítidos del canal azul. El resultado es una imagen que combina las mejores características de los diferentes números f.
En el extremo, una cámara plenoptic captura información de campo de luz 4D sobre una escena, por lo que el enfoque y la profundidad de campo se pueden modificar después de tomar la foto.
Difracción y DOF
La difracción hace que las imágenes pierdan nitidez con números F altos y, por lo tanto, limita la profundidad de campo potencial. En la fotografía general, esto rara vez es un problema; Debido a que los números grandes de f generalmente requieren tiempos de exposición prolongados, el desenfoque de movimiento puede causar una mayor pérdida de nitidez que la pérdida por difracción. Sin embargo, la difracción es un problema mayor en la fotografía de primeros planos, y la compensación entre DOF y la nitidez general puede ser bastante notable cuando los fotógrafos intentan maximizar la profundidad de campo con aperturas muy pequeñas.
Hansma y Peterson han discutido la determinación de los efectos combinados de desenfoque y difracción utilizando una combinación de raíz cuadrada de los puntos de desenfoque individuales. El enfoque de Hansma determina el número f que dará la máxima nitidez posible; El enfoque de Peterson determina el número f mínimo que dará la nitidez deseada en la imagen final y produce una profundidad de campo máxima para la que se puede lograr la nitidez deseada. En combinación, se puede considerar que los dos métodos proporcionan un número f máximo y mínimo para una situación dada, con el fotógrafo libre de elegir cualquier valor dentro del rango, como condiciones (por ejemplo, posible desenfoque de movimiento).) permiso. Gibson brinda una discusión similar, considerando además los efectos de desenfoque de las aberraciones de la lente de la cámara, la difracción y las aberraciones de la lente de aumento, la emulsión negativa y el papel de impresión. Couzin dio una fórmula esencialmente igual a la de Hansma para el número f óptimo, pero no discutió su derivación.
Hopkins, Stokseth y Williams y Becklund han discutido los efectos combinados usando la función de transferencia de modulación.
Escalas DOF
Muchas lentes incluyen escalas que indican el DOF para una distancia de enfoque dada y un número f; la lente de 35 mm en la imagen es típica. Esa lente incluye escalas de distancia en pies y metros; cuando se establece una distancia marcada frente a la marca de índice blanca grande, el enfoque se establece en esa distancia. La escala DOF debajo de las escalas de distancia incluye marcas a ambos lados del índice que corresponden a números f. Cuando la lente se ajusta a un número f dado, el DOF se extiende entre las distancias que se alinean con las marcas del número f.
Los fotógrafos pueden usar las escalas de la lente para trabajar hacia atrás desde la profundidad de campo deseada para encontrar la distancia de enfoque y la apertura necesarias. Para la lente de 35 mm que se muestra, si se deseara que el DOF se extendiera de 1 m a 2 m, el enfoque se establecería de modo que la marca de índice estuviera centrada entre las marcas para esas distancias, y la apertura se establecería en f/11.
En una cámara de vista, el enfoque y el número f se pueden obtener midiendo la profundidad de campo y realizando cálculos simples. Algunas cámaras de visualización incluyen calculadoras DOF que indican el enfoque y el número f sin necesidad de ningún cálculo por parte del fotógrafo.
Distancia hiperfocal
En la óptica y la fotografía, la distancia hiperfocal es una distancia más allá de la cual todos los objetos pueden ser llevados a un enfoque "aceptable". Como la distancia hiperfocal es la distancia de enfoque que da la máxima profundidad de campo, es la distancia más deseable para establecer el enfoque de una cámara de enfoque fijo. La distancia hiperfocal depende totalmente de qué nivel de nitidez se considera aceptable.
La distancia hiperfocal tiene una propiedad llamada "profundidades de campo consecutivas", donde una lente enfocada a un objeto cuya distancia está a la distancia hiperfocal H mantendrá una profundidad de campo desde H/2 a infinito, si el objetivo se centra en H/2, la profundidad del campo se extenderá desde H/3 a H; si la lente se centra entonces H/3, la profundidad del campo se extenderá desde H/4 a H/2, etc.
Thomas Sutton y George Dawson primero escribieron sobre la distancia hiperfocal (o "rango focal") en 1867. Louis Derr en 1906 puede haber sido el primero en derivar una fórmula para la distancia hiperfocal. Rudolf Kingslake escribió en 1951 sobre los dos métodos de medición de la distancia hiperfocal.
Algunas cámaras tienen su distancia hiperfocal marcada en el dial focal. Por ejemplo, en el dial de enfoque Minox LX hay un punto rojo entre 2 m y infinito; cuando el objetivo se fija en el punto rojo, es decir, centrado en la distancia hiperfocal, la profundidad del campo se extiende de 2 m a la infinidad. Algunos lentes tienen marcas que indican el rango hiperfocal para las f-stops específicas.Distribución cercana:lejana
El DOF más allá del sujeto siempre es mayor que el DOF frente al sujeto. Cuando el sujeto está a la distancia hiperfocal o más allá, el DOF lejano es infinito, por lo que la relación es 1:∞; a medida que disminuye la distancia del sujeto, aumenta la relación DOF cerca:lejos, acercándose a la unidad con gran aumento. Para aperturas grandes a distancias de retratos típicas, la relación sigue siendo cercana a 1:1.
Fórmulas DOF
Esta sección cubre algunas fórmulas adicionales para evaluar la profundidad de campo; sin embargo, todos están sujetos a suposiciones simplificadoras significativas: por ejemplo, asumen la aproximación paraxial de la óptica gaussiana. Son adecuados para la fotografía práctica, los diseñadores de lentes usarían otros significativamente más complejos.
Foco y número f de los límites DOF
For given near and far DOF limits DN{displaystyle D_{mathrm {N} y DF{displaystyle D_{mathrm {F}, el número f requerido es más pequeño cuando se establece el enfoque
- s=2DNDFDN+DF,{displaystyle s={frac {2D_{mathrm {N}D_{mathrm {F}}{D_{mathrm {N}+D_{mathrm {F}}}}}
el medio armónico de las distancias cercanas y lejanas. En la práctica, esto equivale a la media aritmética para profundidades poco profundas de campo. A veces, los usuarios de la cámara se refieren a la diferencia vN− − vF{displaystyle v_{mathrm {N}-v_{mathrm {F} como concentración.
Desenfoque de primer plano y fondo
Si un sujeto está a distancia s{displaystyle s} y el primer plano o fondo está a distancia D{displaystyle D}, que la distancia entre el sujeto y el primer plano o fondo sea indicada por
- xd=SilencioD− − sSilencio.{displaystyle x_{mathrm {d}fnMicrosoft Sans.}
Diámetro del disco borroso b{displaystyle b} de un detalle a distancia xd{displaystyle x_{mathrm {d}} del tema se puede expresar como una función de la magnificación del sujeto ms{displaystyle m_{mathrm {}}}, longitud focal f{displaystyle f}, f-número N{displaystyle N}, o alternativamente la abertura d{displaystyle d}, según
- b=fmsNxds± ± xd=dmsxdD.{displaystyle B={frac {fm_{mathrm} {N}{frac}{frac} {fn} {fn}} {fn}}} {fn} {fn} {fn} {fn} {fn} {fn} {fn} {fn}fn}fn}fn}}}}}}fn}}}}}fn}}}}fn}fn} {fn} {fn}fn} {fn}fn} {fn}fn}fn}fn}fn}fn}fn}fn}fn}fn}fn}}fn}fn}fn}fn}fn}\fn}fn}fn}fn}fn}fn}fn}fnh}}}fn} {x_{mathrm {d}}{spm x_{mathrm {d} {fnK}}=dm_{m} {fnK} {fnK} {fnK} - Sí.
El signo menos se aplica a un objeto de primer plano y el signo más se aplica a un objeto de fondo.
El borrón aumenta con la distancia del sujeto; cuando b{displaystyle b} es menos que el círculo de confusión, el detalle está dentro de la profundidad del campo.
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