Profundidade de campo
A profundidade de campo (DOF) é a distância entre os objetos mais próximos e os mais distantes que estão em foco nítido aceitável em uma imagem capturada com uma câmera.
Fatores que afetam a profundidade de campo
Para câmeras que só podem focalizar a distância de um objeto por vez, a profundidade de campo é a distância entre os objetos mais próximos e os mais distantes que estão em foco nítido aceitável. "Foco nítido aceitável" é definido usando uma propriedade chamada "círculo de confusão".
A profundidade de campo pode ser determinada pela distância focal, distância até o assunto, tamanho aceitável do círculo de confusão e abertura. As limitações de profundidade de campo às vezes podem ser superadas com várias técnicas e equipamentos. A profundidade de campo aproximada pode ser dada por:
- DOF? ? 2u2Ncf2{displaystyle {text{DOF}}approx {frac {2u^{2}Nc}{f^{2}}}}}}
para um determinado círculo de confusão (c), distância focal (f), número f (N) e distância até o assunto (u).
À medida que a distância ou o tamanho do círculo de confusão aceitável aumenta, a profundidade de campo aumenta; no entanto, aumentar o tamanho da abertura ou aumentar a distância focal reduz a profundidade de campo. A profundidade de campo muda linearmente com o número F e o círculo de confusão, mas muda proporcionalmente ao quadrado da distância focal e à distância do objeto. Como resultado, as fotos tiradas a uma distância extremamente próxima têm uma profundidade de campo proporcionalmente muito menor.
O tamanho do sensor afeta o DOF de maneiras contraintuitivas. Como o círculo de confusão está diretamente ligado ao tamanho do sensor, diminuir o tamanho do sensor mantendo a distância focal e a abertura constantes diminuirá a profundidade de campo (pelo fator de corte). A imagem resultante, entretanto, terá um campo de visão diferente. Se a distância focal for alterada para manter o campo de visão, a mudança na distância focal contrariará a diminuição do DOF do sensor menor e aumentará a profundidade de campo (também pelo fator de corte).
Efeito da abertura da lente
Para um determinado enquadramento de assunto e posição da câmera, o DOF é controlado pelo diâmetro de abertura da lente, que geralmente é especificado como o número f (a relação entre a distância focal da lente e o diâmetro da abertura). Reduzir o diâmetro da abertura (aumentar o número f) aumenta o DOF porque apenas a luz que viaja em ângulos mais rasos passa pela abertura. Como os ângulos são rasos, os raios de luz ficam dentro do círculo de confusão aceitável para uma distância maior.
Para um determinado tamanho da imagem do assunto no plano focal, o mesmo número f em qualquer lente de distância focal fornecerá a mesma profundidade de campo. Isso fica evidente na equação DOF, observando que a razão u/f é constante para tamanho de imagem constante. Por exemplo, se a distância focal for duplicada, a distância do assunto também será dobrada para manter o mesmo tamanho da imagem do assunto. Essa observação contrasta com a noção comum de que "distância focal é duas vezes mais importante para desfocar do que f/stop", que se aplica a uma distância constante do assunto, em oposição ao tamanho constante da imagem.
As imagens em movimento fazem uso limitado do controle de abertura; para produzir uma qualidade de imagem consistente de tomada a tomada, os diretores de fotografia geralmente escolhem uma única configuração de abertura para interiores e outra para exteriores e ajustam a exposição por meio do uso de filtros de câmera ou níveis de luz. As configurações de abertura são ajustadas com mais frequência em fotografia, onde as variações de profundidade de campo são usadas para produzir uma variedade de efeitos especiais.
Efeito do círculo de confusão
O foco preciso só é possível a uma distância exata da lente; a essa distância, um objeto pontual produzirá uma imagem pontual. Caso contrário, um objeto pontual produzirá um ponto de desfoque em forma de abertura, normalmente e aproximadamente um círculo. Quando este ponto circular é suficientemente pequeno, é visualmente indistinguível de um ponto e parece estar em foco. O diâmetro do maior círculo indistinguível de um ponto é conhecido como círculo de confusão aceitável, ou informalmente, simplesmente como círculo de confusão. Os pontos que produzem um ponto de desfoque menor do que esse círculo aceitável de confusão são considerados aceitavelmente nítidos.
O círculo aceitável de confusão depende de como a imagem final será usada. É geralmente aceito que seja 0,25 mm para uma imagem visualizada a 25 cm de distância.
Para filmes de 35 mm, a área da imagem no filme é de aproximadamente 22 mm por 16 mm. O limite de erro tolerável era tradicionalmente definido em 0,05 mm (0,002 in) de diâmetro, enquanto para filmes de 16 mm, onde o tamanho é cerca de metade do tamanho, a tolerância é mais rigorosa, 0,025 mm (0,001 in). Práticas mais modernas para produções de 35 mm definem o limite do círculo de confusão em 0,025 mm (0,001 pol.).
Movimentos de câmera
O termo "movimentos de câmera" refere-se aos ajustes de rotação (oscilação e inclinação, na terminologia moderna) e deslocamento do suporte da lente e do suporte do filme. Esses recursos estão em uso desde 1800 e ainda estão em uso hoje em câmeras de visualização, câmeras técnicas, câmeras com lentes de controle de inclinação/deslocamento ou perspectiva, etc. Girar a lente ou o sensor faz com que o plano de foco (POF) gire, e também faz com que o campo de foco aceitável gire com a POF; e dependendo do critério DOF, também alterar a forma do campo de foco aceitável. Embora os cálculos para DOF de câmeras com rotação definida como zero tenham sido discutidos, formulados e documentados desde antes da década de 1940, a documentação de cálculos para câmeras com rotação diferente de zero parece ter começado em 1990.
Mais do que no caso da câmera com giro zero, existem vários métodos para formar critérios e configurar cálculos para DOF quando o giro é diferente de zero. Há uma redução gradual da clareza nos objetos conforme eles se afastam da POF e, em alguma superfície virtual plana ou curva, a clareza reduzida torna-se inaceitável. Alguns fotógrafos fazem cálculos ou usam tabelas, alguns usam marcações em seus equipamentos, alguns julgam pela visualização da imagem.
Quando o POF é girado, os limites próximo e distante do DOF podem ser vistos como em forma de cunha, com o ápice da cunha mais próximo da câmera; ou podem ser pensados como paralelos ao POF.
Métodos de cálculo de campo de objeto
As fórmulas tradicionais de profundidade de campo podem ser difíceis de usar na prática. Como alternativa, o mesmo cálculo efetivo pode ser feito sem considerar a distância focal e o número f. Moritz von Rohr e mais tarde Merklinger observam que o diâmetro de abertura absoluto efetivo pode ser usado para uma fórmula semelhante em certas circunstâncias.
Além disso, as fórmulas tradicionais de profundidade de campo assumem círculos de confusão aceitáveis iguais para objetos próximos e distantes. Merklinger sugeriu que objetos distantes geralmente precisam ser muito mais nítidos para serem claramente reconhecíveis, enquanto objetos mais próximos, sendo maiores no filme, não precisam ser tão nítidos. A perda de detalhes em objetos distantes pode ser particularmente perceptível com ampliações extremas. Alcançar essa nitidez adicional em objetos distantes geralmente requer foco além da distância hiperfocal, às vezes quase no infinito. Por exemplo, ao fotografar uma paisagem urbana com um poste de amarração em primeiro plano, essa abordagem, chamada de método de campo de objeto de Merklinger, recomendaria o foco muito próximo ao infinito e a parada para deixar o poste de amarração nítido o suficiente. Com essa abordagem, os objetos em primeiro plano nem sempre podem ser perfeitamente nítidos, mas a perda de nitidez em objetos próximos pode ser aceitável se o reconhecimento de objetos distantes for fundamental.
Outros autores, como Ansel Adams, assumiram a posição oposta, sustentando que uma leve falta de nitidez em objetos de primeiro plano geralmente é mais perturbadora do que uma leve falta de nitidez em partes distantes de uma cena.
Superando as limitações do DOF
Alguns métodos e equipamentos permitem alterar a DOF aparente, e alguns até permitem que a DOF seja determinada após a realização da imagem. Por exemplo, o empilhamento de foco combina várias imagens focadas em planos diferentes, resultando em uma imagem com uma profundidade de campo aparente maior (ou menor, se desejado) do que qualquer uma das imagens de origem individuais. Da mesma forma, para reconstruir a forma tridimensional de um objeto, um mapa de profundidade pode ser gerado a partir de várias fotografias com diferentes profundidades de campo. Xiong e Shafer concluíram, em parte, "...as melhorias nas precisões de variação de foco e variação de desfocagem podem levar a métodos eficientes de recuperação de forma."
Outra abordagem é a varredura de foco. O plano focal é varrido por toda a faixa relevante durante uma única exposição. Isso cria uma imagem desfocada, mas com um núcleo de convolução que é quase independente da profundidade do objeto, de modo que o desfoque é quase totalmente removido após a deconvolução computacional. Isso tem o benefício adicional de reduzir drasticamente o desfoque de movimento.
Outras tecnologias usam uma combinação de design de lente e pós-processamento: A codificação Wavefront é um método pelo qual aberrações controladas são adicionadas ao sistema óptico para que o foco e a profundidade de campo possam ser melhorados posteriormente no processo.
O design da lente pode ser ainda mais alterado: na apodização de cor, a lente é modificada de forma que cada canal de cor tenha uma abertura de lente diferente. Por exemplo, o canal vermelho pode ser f/2.4, verde pode ser f/2.4, enquanto o canal azul pode ser f/5.6. Portanto, o canal azul terá uma profundidade de campo maior do que as outras cores. O processamento de imagem identifica regiões desfocadas nos canais vermelho e verde e nessas regiões copia os dados de borda mais nítida do canal azul. O resultado é uma imagem que combina as melhores características dos diferentes números f.
No extremo, uma câmera pleno-óptica captura informações de campo de luz 4D sobre uma cena, para que o foco e a profundidade de campo possam ser alterados após a foto ser tirada.
Difração e DOF
A difração faz com que as imagens percam nitidez em números F altos e, portanto, limita a profundidade de campo potencial. Na fotografia geral, isso raramente é um problema; como grandes números f normalmente requerem longos tempos de exposição, o desfoque de movimento pode causar maior perda de nitidez do que a perda por difração. No entanto, a difração é um problema maior na fotografia de close-up, e a troca entre DOF e nitidez geral pode se tornar bastante perceptível, pois os fotógrafos estão tentando maximizar a profundidade de campo com aberturas muito pequenas.
Hansma e Peterson discutiram a determinação dos efeitos combinados de desfocagem e difração usando uma combinação de raiz quadrada dos pontos de desfoque individuais. A abordagem do Hansma determina o número f que dará a máxima nitidez possível; A abordagem de Peterson determina o número f mínimo que dará a nitidez desejada na imagem final e produz uma profundidade de campo máxima para a qual a nitidez desejada pode ser alcançada. Em combinação, os dois métodos podem ser considerados como fornecendo um número f máximo e mínimo para uma determinada situação, com o fotógrafo livre para escolher qualquer valor dentro do intervalo, como condições (por exemplo, possível desfoque de movimento) permite. Gibson dá uma discussão semelhante, considerando adicionalmente os efeitos de desfoque das aberrações da lente da câmera, ampliação da difração e aberrações da lente, a emulsão negativa e o papel de impressão. Couzin deu uma fórmula essencialmente igual à de Hansma para o número f ideal, mas não discutiu sua derivação.
Hopkins, Stokseth e Williams e Becklund discutiram os efeitos combinados usando a função de transferência de modulação.
Escalas DOF
Muitas lentes incluem escalas que indicam o DOF para uma determinada distância de foco e o número f; a lente de 35 mm na imagem é típica. Essa lente inclui escalas de distância em pés e metros; quando uma distância marcada é definida oposta à grande marca de índice branca, o foco é definido para essa distância. A escala DOF abaixo das escalas de distância inclui marcações em ambos os lados do índice que correspondem a números f. Quando a lente é definida para um determinado número f, o DOF se estende entre as distâncias que se alinham com as marcações do número f.
Os fotógrafos podem usar as escalas da lente para trabalhar para trás a partir da profundidade de campo desejada para encontrar a distância de foco e a abertura necessárias. Para a lente de 35 mm mostrada, se fosse desejado que o DOF se estendesse de 1 m a 2 m, o foco seria definido para que a marca de índice fosse centralizada entre as marcas dessas distâncias e a abertura fosse definida como f/11.
Em uma câmera de visualização, o foco e o número f podem ser obtidos medindo a profundidade de campo e realizando cálculos simples. Algumas câmeras de visualização incluem calculadoras DOF que indicam o foco e o número f sem a necessidade de qualquer cálculo por parte do fotógrafo.
Distância hiperfocal
Em óptica e fotografia, a distância hiperfocal é uma distância além da qual todos os objetos podem ser trazidos para um foco "aceitável". Como a distância hiperfocal é a distância de foco dando a profundidade máxima do campo, é a distância mais desejável para definir o foco de uma câmera de foco fixo. A distância hiperfocal depende inteiramente de que nível de nitidez é considerado aceitável.
A distância hiperfocal tem uma propriedade chamada "profundezas econômicas do campo", onde uma lente focada em um objeto cuja distância está à distância hiperfocal H. H. H. terá uma profundidade de campo de H. H. H./2 ao infinito, se a lente estiver focada em H. H. H./2, a profundidade do campo se estenderá de H. H. H./3 para H. H. H.; se a lente estiver focada em H. H. H./3, a profundidade do campo se estenderá de H. H. H./4 para H. H. H./2, etc.
Thomas Sutton e George Dawson escreveram pela primeira vez sobre a distância hiperfocal em 1867. Louis. Derr em 1906 pode ter sido o primeiro a obter uma fórmula para a distância hiperfocal. Rudolf Kingslake escreveu em 1951 sobre os dois métodos de medição da distância hiperfocal.
Algumas câmeras têm sua distância hiperfocal marcada no mostrador de foco. Por exemplo, no mostrador de focagem Minox LX há um ponto vermelho entre 2 m e infinito; quando a lente é definida no ponto vermelho, ou seja, focada na distância hiperfocal, a profundidade do campo se estende de 2 m a infinito. Algumas lentes têm marcas que indicam a faixa hiperfocal para as paradas específicas.Distribuição próxima:longa
O DOF além do assunto é sempre maior do que o DOF na frente do assunto. Quando o assunto está na distância hiperfocal ou além, o DOF distante é infinito, então a proporção é 1:∞; à medida que a distância do objeto diminui, a relação DOF perto:longe aumenta, aproximando-se da unidade em alta ampliação. Para grandes aberturas em distâncias típicas de retrato, a proporção ainda está próxima de 1:1.
Fórmulas DOF
Esta seção cobre algumas fórmulas adicionais para avaliar a profundidade de campo; no entanto, todos eles estão sujeitos a suposições simplificadoras significativas: por exemplo, eles assumem a aproximação paraxial da óptica gaussiana. Eles são adequados para fotografia prática, os designers de lentes usariam significativamente mais complexos.
Foco e número f dos limites DOF
Para dados próximos e distantes limites DOF DN- Sim. Não. e DF- Sim. (F), o número f necessário é menor quando o foco é definido para
- S= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =2DNDFDN+DF,{displaystyle s={frac {2D_{mathrm Não. (F) D_{mathrm {F} }}}}
a média harmônica das distâncias próximas e distantes. Na prática, isso é equivalente à média aritmética para profundidades rasas de campo. Às vezes, os usuários de câmera de visualização referem-se à diferença vN- Sim. - Sim. vF- Não. - Não. como o foco.
Desfoque de primeiro plano e fundo
Se um assunto estiver à distância SNão. e o primeiro plano ou fundo está à distância DNão., que a distância entre o sujeito e o primeiro plano ou fundo seja indicada por
- xD= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =|D- Sim. - Sim. S|.{displaystyle x_{mathrm {d} }=|D-s|.}
O diâmetro do disco desfocado b)Não. de um detalhe à distância xD{displaystyle x_{mathrm {d} }} do sujeito pode ser expresso como uma função da ampliação do assunto mS(s), distância focal fNão., NNão., ou alternativamente a abertura DNão., segundo
- b)= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =fmSNxDS± ± xD= = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = = =DmSxDD.Não. b={frac {fm_{mathrm {s} }}{N}}{frac {x_{mathrm {d} }}{spm x_{mathrm {d} }=dm_{mathrm {s} }{frac {x_{mathrm {d} }}{D}}.}
O sinal de menos se aplica a um objeto em primeiro plano e o sinal de mais se aplica a um objeto em segundo plano.
O rubor aumenta com a distância do sujeito; quando b)Não. é menos do que o círculo de confusão, o detalhe está dentro da profundidade do campo.