Как телеконвертер влияет на глубину резкости?

Я знаю, что телеконвертер уменьшит количество света, попадающего на пленку или датчик в камере, и поэтому вы слышите, как люди объезжают такие вещи, как «С 2-кратным телеконвертером это 300 мм f / 2,8 становится 600 мм f / 5,6».

Учитывая, что апертура не отличается физически, мне интересно, как это влияет на глубину резкости (и связанные эффекты, такие как боке). Было бы понятно, что глубина резкости остается неизменной, а изображение просто обрезается.

Это просто еще одна из тех вещей, которые, как говорят люди, может быть удобной для расчета экспозиции, или же на самом деле происходит изменение изображения?

TL; версия DR: телеконверторы не влияют на глубину резкости на любом заданном расстоянии. Они буквально превращают ваш объектив 300 f / 2.8 в объектив 600 f / 5.6. Любая линза 600 f / 5.6, телеконвертированная или нет, будет иметь ту же глубину резкости, что и линза 300 f / 2.8.

Существует большая путаница в отношении взаимосвязи между глубиной резкости, диафрагмой, диафрагмой и фокусным расстоянием. На самом деле все очень просто:

Глубина резкости определяется фокусным расстоянием и видимым размером переднего элемента объектива.

Под видимым диаметром я подразумеваю ширину области переднего элемента, которая не заблокирована отверстием.

Вы можете увидеть, насколько велик этот видимый диаметр, посмотрев на переднюю часть объектива, когда он отсоединен, а диафрагма остается открытой.

Соотношение между диафрагмой, фокусным расстоянием и видимым диаметром линзы выглядит следующим образом:

(Размер апертуры в мм) = (Фокусное расстояние в мм) ÷ (диафрагма)

Например:

• Кажущийся диаметр объектива 210 мм с f / 4.5 составляет 47 мм,
• Видимый диаметр 70-мм объектива с f / 4,5 составляет 15,5 мм,
• Кажущийся диаметр 70-мм объектива с f / 8 составляет 8,75 мм,
• А видимый диаметр объектива 18 мм, установленный на f / 3,5, составляет всего 5,1 мм.

Теперь вернемся к глубине резкости. Глубина резкости - это расстояние впереди и позади сфокусированного расстояния, которое все еще «приемлемо» в фокусе. Так как уровень приемлемого размытия отличается от человека к человеку, лучший способ анализа глубины резкости - это круг путаницы.

Вот удобная картинка со страницы Википедии в Circle of Confusion:

Круг путаницы - это область на датчике, которая попадает под свет из одной точки. Если вы находитесь перед или за плоскостью фокуса, тогда ваш кругозор растёт. В плоскости фокуса круг путаницы равен (в идеале, но не на практике) нулю.

То, насколько быстро увеличивается ваш круг путаницы при удалении от плоскости фокуса, зависит только от одного: угла между самыми широкими сходящимися линиями (краем видимого размера линзы). Теперь это означает несколько вещей:

• Если вы сфокусированы в 10 раз дальше, вы должны пойти примерно в 10 раз дальше от плоскости фокуса, чтобы получить такое же изменение в вашем круге путаницы
• Два объектива, сфокусированные на одинаковом расстоянии, с одинаковым видимым размером, приведут к одинаковому изменению вашего круга путаницы (и, следовательно, к одинаковой глубине резкости).

И наоборот, это также опровергает некоторые распространенные представления о глубине резкости:

• Два объектива на одном и том же диафрагме не обязательно имеют одинаковую глубину резкости. Более длинная линза будет иметь меньшую глубину резкости, потому что она имеет больший видимый размер. (Извините, Мэтт.)
• Телеконверторы, кадрирование и датчики меньшего размера не влияют на глубину резкости при данном видимом размере (диафрагма и фокусное расстояние).

Сделайте два снимка: один с 35 мм f / 1,8, а другой с 210 мм f / 11. Теперь обрежьте 35-миллиметровое изображение, чтобы иметь то же поле обзора, что и другое изображение. Они будут иметь почти одинаковую глубину резкости. Ну вот:

Глубина резкости соответствует объективу F / 5.6 в приведенном вами примере.

Да, апертура не изменилась физически. Однако отношение диафрагмы к фокусному расстоянию увеличилось.

Следовательно, световые лучи, достигающие датчика, будут менее косыми. Это приводит к увеличению глубины резкости.

Ничего не могу добавить к прекрасному и краткому объяснению того, что происходит, но я приведу доказательство Reductio ad Absurdum :

Предположим, что использование телеконвертера увеличило фокусное расстояние и в результате пропускает меньше света, но не влияет на глубину резкости . Помимо изготовления 600 f / 5.6, производитель мог бы взять существующую конструкцию 300 f / 2.8 и включить в нее некоторую оптику телеконвертера, но в том же корпусе. Тогда они смогут предложить две версии объектива с фокусным расстоянием 600 мм, которые будут вести себя точно так же, но у одного будет DOF 600 f / 5.6, а у другого будет DOF 600 f / 2.8.

Они также могут заменить 300 f / 2.8 на 150 f / 1.4 со встроенным телескопером и иметь возможность предлагать 3 версии 600 с разными степенями свободы и так далее.

В конце концов вы получите объектив с бесконечно малой глубиной резкости, но при этом ведущий себя как 5.6, что явно абсурдно, поэтому первоначальное предположение (что DOF не изменяется телеобнаружителем) должно быть ложным.

Глубина резкости определяется расстоянием фокусировки и размером физической апертуры (хорошо объяснил Эван Кралл). Добавление телеконвертера не меняет размер физической апертуры; Вы просто увеличиваете изображение, уже спроецированное объективом, и фокусное расстояние и число f увеличиваются вместе пропорционально.

Поскольку размер физической апертуры не изменяется, глубина резкости остается неизменной для данного расстояния фокусировки.

Телеконвертер просто растягивает изображение объектива, как увеличительное стекло. Он только изменяет кадр путем кадрирования (имитации большего фокусного расстояния) и уровня освещенности, используя равное количество света для большего количества пикселей. Он не меняет ничего от исходного снимка, например, DoF или фокусное расстояние.

Я отвечу на два вопроса: тот, который вы задали, и тот, который вы также должны были задать. Я также расскажу о различных сценариях (одно и то же расстояние до объекта без кадрирования, такое же расстояние до объекта и кадрирование).

Как телеконвертер влияет на глубину резкости?

Давайте посмотрим на это. Глубина резкости составляет:

DoF = 2 * x_d^2 * N * C / f^2

где fфокусное расстояние, Cкруг путаницы, Nномер диафрагмы и x_dрасстояние до объекта. Если расстояние до объекта остается постоянным, и вы не решаете, что из-за меньшего кадрирования Cследует увеличить фокусное расстояние, то удвоение фокусного расстояния также удвоит число диафрагм, но Cостанется постоянным. Таким образом, глубина резкости будет уменьшена вдвое телеконвертором. (Если вы увеличите Cиз-за меньшего количества необходимых обрезок, глубина резкости останется постоянной.)

Тем не менее, иногда вы хотите сохранить равные кадры. Тогда удвоение фокусного расстояния будет соответствовать удвоению расстояния до объекта. Таким образом, x_d^2 / f^2остается постоянным и Cостается постоянным. Однако удвоение фокусного расстояния удвоится N, и, таким образом, глубина поля будет удвоена с одинаковым кадрированием.

Таким образом, TL; DR: это зависит от того, поддерживаете ли вы одинаковое кадрирование, изменяя расстояние до объекта (различный DoF), обрезаете ли вы (тот же самый DoF) или просто принимаете более длинное фокусное расстояние, вы получаете другую картинку (другой DoF, но в другое направление).

Вы также должны были спросить:

Как телеконвертер влияет на размытие фона?

Это проще Размер диска размытия фона (при условии, что фон на бесконечности) равен:

b = f * m_s / N = (f/N) * m_s

Открытие проема, f/Nподдерживается телеконвертором. m_sявляется предметом увеличения, т.е. размер предмета на датчике, деленный на его фактический размер. Если вы сохраняете одинаковое кадрирование, m_sостается постоянным и, следовательно, при одинаковом кадрировании размер диска размытия фона остается постоянным.

Однако, если вы не сохраняете одинаковое кадрирование, 2x телеконвертор удваивается m_s. Таким образом, вы получите больше размытия фона.

Но если вы сохраняете расстояние до объекта одинаковым и обрезаете исходное изображение в 2 раза, и решаете, что вам больше не нужна обрезка из-за телеконвертера, то m_sон увеличивается вдвое телеконвертором, но из-за меньшего количества обрезки, ширина / высота Диагональ фактически используемого сенсорного элемента также удваивается, поэтому размер диска размытия в процентах от фактически использованного сенсорного блока остается неизменным.

Итак, TL; DR: здесь снова зависит, сохраняете ли вы одинаковое кадрирование, изменяя расстояние до объекта (одно и то же размытие), обрезаете ли вы (то же самое размытие) или просто принимаете более длинное фокусное расстояние, чтобы получить другое изображение (другое размытие).

Принятый ответ очень точный. Это тоже неправильно. Давайте сначала заявим, что здесь правильно:

TL; версия DR: телеконверторы не влияют на глубину резкости на любом заданном расстоянии.

Неправильно.

Они буквально превращают ваш объектив 300 f / 2.8 в объектив 600 f / 5.6.

Правильный.

Любая линза 600 f / 5.6, телеконвертированная или нет, будет иметь ту же глубину резкости, что и линза 300 f / 2.8.

Неправильно.

Глубина резкости определяется фокусным расстоянием и видимым размером переднего элемента объектива.

Отчасти правильно, отчасти неправильно. Геометрия сцены и ее отношение к глубине резкости определяется видимым размером входного зрачка линзы. Входной зрачок - это видимый размер апертуры, видимый при взгляде в переднюю линзу.

Его диаметр можно определить, разделив фокусное расстояние на число диафрагм.

И здесь мы получаем фундаментальную ошибку в принятом ответе: ответ предполагает, что геометрия сцены является единственным фактором глубины резкости. Это не так. Глубина резкости определяется как расстояние, на котором вы можете обнаружить нерезкость, а нерезкость определяется с помощью критерия «круга путаницы». Если вы используете одну и ту же среду проецирования (ту же пленку или тот же датчик) и смотрите на результаты в масштабе, где разрешение носителя определяет круг путаницы, увеличение воспроизведения сцены очень важно для получающейся глубины резкости.

Если вы используете тот же объектив с теми же настройками для 40-мегапиксельного сенсора, его глубина резкости будет (при условии, что объектив обеспечивает резкость на уровне пикселей) будет вдвое меньше, чем у 10-мегапиксельного сенсора, но такая же, как что вы получите на 10MP датчик кроп-фактор 2. Игнорируя пикселизацию, частичные изображения будут неразличимы.

Телеконвертер внутри фланца в аналогичном ключе сохраняет геометрию изображения: кадрирование будет неразличимо, пока вы игнорируете пикселизацию. Тем не менее, именно пикселизация определяет круг путаницы, поэтому при использовании 2-кратного телеконвертера вы, как правило, получаете половину глубины резкости, поскольку пиксель в качестве основного участника круга путаницы теперь покрывает более мелкую сетку по сравнению с оригиналом. сцена.

В отличие от глубины резкости, количественное определение размытия фона с точки зрения размера пикселя кажется бессмысленным, поскольку его масштаб больше соответствует масштабу объектов объекта или размеру кадра. Телеконвертер не изменяет отношение к объектам объекта, по отношению к кадру его степень удваивается, что означает, что размытость по отношению к готовому изображению увеличивается.

Короче говоря: все сложно и не так интуитивно понятно, но это уже так до добавления телеконвертора в уравнение. Из-за этой сложности вам нужно очень осторожно указывать значения, о которых вы спрашиваете, поскольку они часто используются как разговорные, взаимно взаимозаменяемые, но ведут себя совершенно по-разному, глядя на геометрию сцены, геометрию изображения и разрешение носителя.

Ты смущен:

Учитывая, что апертура не отличается физически, мне интересно, как это влияет на глубину резкости (и связанные эффекты, такие как боке). Было бы понятно, что глубина резкости остается неизменной, а изображение просто обрезается.

Обрезка изображения сохраняет только ту же глубину резкости, когда выполняется физически на отпечатке, в результате чего лист бумаги меньшего размера просматривается так же, как и оригинальная бумага. Как только вы используете какое-либо расширение для лучшего просмотра деталей, глубина резкости (определяемая с помощью разбросанного диска нерезкости, становящегося заметной под пристальным вниманием) становится меньше. Единственное исключение - когда уже виден абсолютный ограничивающий фактор, такой как зернистость пленки или размер пикселя.

Телеконвертер на фланцевой стороне не меняет размер входного зрачка и, таким образом, работает с той же сценой, но с меньшей культурой, распределенной по датчику. Это дает ему меньше света на пиксель (таким образом, удваивает число апертуры), но благодаря большему количеству пикселей сенсора вдвое меньше «круга путаницы» и, следовательно, половины глубины резкости. Если только оптическое качество объектива не достигло своего предела, а дополнительные пиксели не могут предоставить никакой дополнительной информации.

Телеконвертер на стороне фильтра - это другое дело, так как он увеличивает размер входного зрачка и, таким образом, обычно поддерживает одно и то же число апертуры. Таким образом, глубина резкости становится меньше как из-за меньшей культуры, разрешенной на том же датчике, так и из-за большего входного зрачка, смотрящего на сцену.