Можно ли использовать «кроп-фактор» меньшего датчика для расчета точного увеличения глубины резкости?

Если APS-C и аналогичные цифровые камеры с датчиком кадрирования обладают эффектом увеличения фокусного расстояния, так что объектив 50 мм имеет видимое фокусное расстояние ближе к полю обзора 80 мм на полнокадровой камере, но в то же время глубина поля зрения для камеры с меньшим сенсором больше походит на глубину резкости, которую 50-миллиметровый объектив будет производить на полнокадровой камере (с той же апертурой), тогда это, по-видимому, предполагает концепцию «эффекта разделения апертуры».

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

Может кто-то с лучшим пониманием физики, участвующей в разъяснении этого для меня. Я никогда не видел, чтобы эта концепция явно упоминалась где-либо, поэтому я немного подозреваю ее.

Этот ответ на другой вопрос подробно рассмотрен в математике. И есть статья в Википедии с разделом, посвященным получению «одного и того же изображения» с различными форматами камеры . Короче говоря, это приблизительно верно, что регулировка фокусного расстояния и диафрагмы с помощью соотношения 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 критическим для уравнения DoF, нарушая эквивалентность.

И статья Википедии случайно упоминает, но не уточняет еще один важный момент. Предполагается, что для одного и того же размера печати приемлемый круг путаницы (примерно, 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 на свой фактор пикантности .) ²

Вы упоминаете «не рассматривая экспозицию», и теперь вы можете подумать (как и я): подождите, подождите. Если обрезка + увеличение применяются к «эффективной» апертуре для глубины резкости, почему это не относится к экспозиции? Хорошо известно , что основные параметры экспозиции являются универсальными для всех форматов , от крохотной точки и побегов зеркалков всего пути 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 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 (так что у нас есть, например, 8 × 10 отпечатков из этой точки и снимаем в соответствии с большим форматом), мы сохраняем экспозицию одинаковой, даже если фактические фотоны, записанные на область, «растянуты». 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 две ступени меньше фактической записи света. Но мы не делаем это на две ступени темнее, конечно.

_{Примечания:}

_{[1]: На самом деле, изменяя число f /, вы удерживаете абсолютную апертуру объектива постоянной, поскольку число f / является фокусным расстоянием по абсолютному диаметру диафрагмы .}

_{[2]: Этот фактор также разрушается, 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, остались в стороне.}

_{[4]: В принципе, нет такого понятия, как бесплатный обед . Это приводит к тому, что шум становится более очевидным, и разумно предположить, что это увеличение аналогично тому, как фактор кадрирования также применяется к шуму, очевидному от усиления ISO.}

Точно так же, как использование камеры кадрирования не изменяет фокусное расстояние (это свойство объектива, а не камеры), но изменяет поле зрения, эффект разделения диафрагмы отсутствует , объектив с диафрагмой f / 2,8 объектива 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), умноженным на коэффициент кадрирования ,

Чем больше датчик, тем меньше глубина резкости для определенной диафрагмы, 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 ту же глубину резкости с полнокадровой камерой, что и с коэффициентом обрезки, 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 понадобится фокусное расстояние 53 мм и диафрагма f / 24 на полнокадровой камере.

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 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 переменных без указания этих предположений. Это приводит к серьезным недоразумениям относительно отношения фокусного расстояния , диафрагмы , размера сенсора , расстояния съемки , размера дисплея , расстояния просмотра и даже остроты зрения зрителя до глубины резкости (DoF) . Все эти факторы вместе определяют глубину резкости изображения. Это потому, что DoF это восприятиекакой 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 создают размытый круг , размер которого варьируется 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 круг размытия все еще воспринимается зрителем как точка как точка .

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 одного и того же 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, а 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 DoF два изображения будут одинаковыми. Если любая из этих переменных изменится без соответствующего изменения других, DoF также будет изменен.

В остальной части этого ответа мы будем предполагать, 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 объектив 50 мм к обеим камерам и сделаете снимок одного и того же объекта с одного и того же расстояния в f / 2 (при условии, что все остальные настройки одинаковы), обрежете изображение датчика FF до 2400 X 1600 пикселей и напечатайте оба изображения на бумаге 6 "X 4" эти два изображения будут практически идентичны, а глубина резкости будет одинаковой на обеих фотографиях.

Если вы прикрепите один и тот же объектив 50 мм к обеим камерам и сделаете снимок одного и того же объекта с одного и того же расстояния в f / 2 (при условии, что все остальные настройки одинаковы) и напечатаете все оба изображения на бумаге 6 "X 4", будут некоторые заметные различия. Изображение с FF-камеры будет иметь более широкое поле зрения (FoV), объект будет меньше, а DoF будет больше, чем изображение с CB-камеры. 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 размытого кругана такую ​​же сумму. 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 мы обрежем центр отпечатка 9 "X 6" до отпечатка 6 "X 4", у нас снова будут почти идентичные отпечатки.

Если мы прикрепим один и тот же объектив 50 мм 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 формата 6 "X 4", будут 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 FF-камеры и 15 футов с использованием CB-камеры, то вот итоговые вычисления DoF:

• 50 мм при f / 2 от 10 'на FF: от 9,33' до 10,8 '. DoF 1.45 '(17,4 "). DoF колеблется от 8" перед 9,6 "за 10' точкой фокусировки (PoF).
• 50 мм при f / 2 от 15 'на CB: 14,0' до 16,2 '. DoF 2,18 '(26,16 "). Степень свободы колеблется от 12" перед 14,4 "за 15" PoF.

Эти расчеты основаны на путанице (CoC) 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 - 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.Все это означает, что на уровне пиксельного подглядывания размытость фокуса будет видна даже для объектов в пределах принятого DoF, потому что допустимый 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.

Меньший датчик не изменяет 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-миллиметрового объектива на датчике кадрирования 1.6 выглядит как 80-миллиметровое на полнокадровом датчике - но это просто выглядит так, потому что вы видите только центр 50-миллиметрового изображения, фокусное расстояние по-прежнему составляет 50 мм, и полученное изображение эквивалентно центру 50-миллиметрового изображения, а не истинному 80-миллиметровому объективу.

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. (очевидно, не то же самое, что 80 мм f / 8)

Не существует «эффекта множителя фокусного расстояния», точка. Фокусное расстояние объектива НЕ изменяется магическим образом, поскольку вы используете сенсор меньшего или большего размера, он остается неизменным.

Все, что вы получаете, это изображение, вырезанное из того, 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.

Другими словами, объектив 50 мм f / 1,8 на камере APS-C будет действовать больше как 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-мм эквиваленте, поскольку уровень шума и в некоторой степени уровни шума изображения обеспокоены тем, что предполагают одинаковую скорость затвора и рефрейминг для компенсации и т. д.

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

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

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

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, которое содержит интеллект.

Чтобы мы назвали некоторую часть изображения «острой», это изображение должно состоять из кругов, которые настолько малы, 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.

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 Depth-Of-Field с использованием этих двух размеров круга:

50 мм при фокусировке f / 1,8 10 футов DOF 9,05 - 11,2 фута круг путаницы 0,05 мм 80 мм при фокусе F / 2,8 10 футов DOF 9,05 - 11,2 фута круг путаницы 0,08 мм

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

50 мм при фокусе f / 4 10 футов DOF 8,07 - 13,2 фута круг путаницы 0,05 80 мм при фокусе F / 6 10 футов DOF 8,09 - 13,1 фута 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!