Как размытие фона (боке) связано с размером сенсора?

Это несколько теоретический вопрос.

Предположим, что сначала я делаю фотографию объекта, используя полноразмерный сенсор DSLR, с заданным объективом (скажем, 50-мм объектив с объективом f / 3,5).

Теперь предположим, что я заменил камеру на сенсорную зеркальную камеру APS-C (с коэффициентом кадрирования 1,6 ×). Я сохраняю один и тот же объектив (такое же фокусное расстояние, одинаковую диафрагму) и отступаю на несколько метров, чтобы сохранить поле зрения (по крайней мере, сохранить такое же увеличение объекта). Я сейчас сделаю второе фото.

Очевидно, что между двумя фотографиями увеличится глубина резкости. Но как насчет размытия фона (например, деревья на бесконечности)? Будет ли у меня такое же количество размытия фона или оно изменилось?

Я где-то читал, что размытие фона зависит от размера физической апертуры. В этом случае физическая диафрагма (физическое фокусное расстояние, деленное на f / stop) остается неизменной. Но следует ли принимать это число в зависимости от размера датчика? В этом случае с меньшим сенсором APS-C физическая апертура будет относительно больше, что будет означать большее размытие фона. Это было бы довольно нелогичным, так как мы обычно считаем более сложным получить размытие фона на камере APS-C.

Пожалуйста, дайте обоснование ответа. Я бы сам ответил на вопрос, используя этот калькулятор размытия фона, но мне не удалось заставить его работать на моем компьютере.

Это зависит от того, насколько велико ваше «бесконечное» расстояние. Когда вы отодвигаетесь от объекта, чтобы сохранить то же увеличение, относительное расстояние до фонового объекта становится меньше, поэтому оно будет менее размытым.

Например, давайте предположим, что вы начинаете с объекта на расстоянии 10 футов, а фон «бесконечного» расстояния действительно находится на расстоянии 100 футов. При переключении на камеру APS-C вы отступаете на 15 или 16 футов (в зависимости от марки камеры). В первом случае деревья были в 10 раз дальше, чем объект (и точка фокусировки). Во втором случае объект находится на 15 футах, а фон - на 115, поэтому фон находится менее чем в 8 раз дальше, чем точка фокусировки.

Если ваше «бесконечное» расстояние на самом деле намного больше, этот эффект может стать слишком маленьким, чтобы о нем заботиться. Если вы начинаете с фона в 10000 раз дальше, чем объект, а затем двигаетесь так, чтобы он находился всего в 9999 раз дальше, разница, вероятно, будет настолько мала, что вы не сможете увидеть или даже измерить ее.

Размытие фона зависит от вашей глубины резкости. Глубина резкости (DOF) - это расстояние между ближайшими и самыми дальними объектами в сцене, которые кажутся достаточно резкими на изображении ( википедия ). Тонкая глубина резкости позволяет выделить объект съемки: объект находится в фокусе, а фон размыт. Глубина резкости зависит от нескольких факторов:

1. Фокусное расстояние объектива (35 мм, 200 мм, 50 мм)
2. Диафрагма объектива (f1.8, f5.6, f8)
3. Размер сенсора (APS-C, 35 мм, средний формат, большой формат)
4. Расстояние до объекта и отношение расстояния до объекта к расстоянию до фона

С (1), чем больше фокусное расстояние, тем меньше DOF. С помощью (2), чем больше диафрагма (меньшее число), тем тоньше DOF. С (3), чем больше датчик, тем меньше DOF. *** С помощью (4), чем ближе объект, тем меньше DOF.

Пример: если у вас 200-мм объектив, например, f2.8, на 35-мм полнокадровом датчике, и объект находится рядом с вами (2-3 м), вы можете довольно сильно размыть фон.
И наоборот, если у вас 35-мм объектив, на f8, на кадрированном dslr (APS-C), а объект находится на расстоянии 6 метров от вас, фон на самом деле не будет размытым.

*** Я не совсем уверен, является ли это правильным в теории, но на практике, при одинаковой настройке датчика APS-C и Full Frame, изображение FF имеет меньшую глубину резкости.

Узнайте больше: http://en.wikipedia.org/wiki/Depth_of_field

Теоретически, у вас будет одинаковое размытие фона в обоих случаях. На практике это работает, только если фон очень далеко (намного дальше, чем ваш объект), как указал Джерри Коффин. Если это условие не выполняется, то тело APS-C даст вам немного меньше размытия фона.

Самый простой способ понять это - смоделировать фоновый свет как точечный источник на бесконечности, который будет отображаться как «диск боке» на изображении. Уровень размытия фона можно измерить отношением диаметра этого диска к общему размеру кадра. Это соотношение оказывается таким же, как соотношение между диаметром входного зрачка и размером поля зрения на расстоянии, на котором фокусируется линза.

Ниже моя дрянная схема. Надеюсь, это прояснит ситуацию. Учтите, что полученное изображение - это просто уменьшенная версия того, что у вас есть в плоскости фокуса. Луч красного цвета - это луч света, идущий от точечного источника и проходящий через входной зрачок. Материал, который я назвал «диск боке», - это то место, где этот луч пересекает плоскость фокуса. Он имеет точно такой же диаметр, что и входной зрачок, при условии, что источник находится достаточно далеко, и является аналогом со стороны объекта диска боке. Настоящий боке-диск живет в пространстве изображений и является изображением диска, нарисованным здесь.

Изменить : подход, который я использую здесь, опирается только на параметры на стороне объекта: поле зрения и диаметр входного зрачка. Этот выбор часто делает вычисления размытия (включая глубину резкости) намного проще, чем традиционные подходы, использующие формат датчика, фокусное расстояние и число f: эти параметры «темной стороны» не нужны, когда известны параметры на стороне объекта ,

Для тех, кто не знаком с этим нестандартным мышлением, я настоятельно рекомендую статью Ричарда Ф. Лиона « Глубина поля вне коробки ». Несмотря на то, что эта статья посвящена, прежде всего, проблеме глубины резкости, этот подход носит весьма общий характер и может быть очень легко применен для вычисления размытия фона.

Да, боке на самом деле пропорционально физической ширине отверстия объектива.

Скажем, вы сфокусировались на объекте ближнего поля на конечном расстоянии = Z и у вас есть комбо камера / объектив, которое дает вам поле зрения (FOV) с угловой полушириной = Q градусов. Если вы определите боке как отношение диаметра размытой окружности B (размытое изображение точки фона на бесконечности) к ширине рамки изображения W, то

                     bokeh   =   B / W    ~    R / ( Z  * tanQ )

где R - радиус отверстия объектива, то есть половина диаметра (Примечание. В приведенном выше уравнении Z технически должен быть Z - F, где F - фокусное расстояние объектива, но вы обычно можете игнорировать F при взгляде на объект).

Таким образом, если у вас есть две камеры, большая зеркальная фотокамера и маленькая система «наведи и снимай», обе с одинаковым углом обзора (т. Е. Объективы одинакового 35-мм эквивалента), то камера с объективом большего диаметра даст вам больше боке. Это не зависит от размера датчика камеры.

Глубина резкости зависит от двух факторов: расстояния до объекта и размера физической апертуры (рассчитывается по фокусному расстоянию, деленному на число f). Глубина резкости увеличивается при удалении от объекта и уменьшается при увеличении размера физической апертуры . Размер сенсора напрямую не влияет на боке, так как изображение, проецируемое объективом, не изменяется, когда оно используется в другом формате сенсора; разные сенсорные форматы просто используют разные части круга изображения. Датчики большего размера обеспечивают меньшую глубину резкости, поскольку для достижения того же поля зрения требуется большее фокусное расстояние, а более длинное фокусное расстояние приводит к большей физической апертуре и, следовательно, к меньшей глубине поля.

Таким образом, один и тот же объектив на одном и том же диафрагме с одинаковым фокусным расстоянием в двух разных форматах сенсора не повлияет на степень размытия фона. Именно настройки, необходимые для различных форматов сенсора (уменьшенное расстояние до объекта или увеличенное фокусное расстояние в полнокадровом режиме относительно APS-C), создают разницу в глубине резкости.

Многое было сказано в предыдущих ответах, и я просто хочу добавить визуальное сравнение конкретных настроек объектива, о которых вы говорите в своем вопросе. Как сказано выше, степень размытия фона также зависит от размера объекта. Этот сюжет для портрета голова и плечи.

Сравнительный график http://files.johannesvanginkel.nl/se_plot.JPG

Как видно, у FF камеры будет больше размытия фона, однако их значения сходятся в конце.

Источник изображения: http://howmuchblur.com/#compare-1x-50mm-f3.5-and-1.6x-50mm-f3.5-on-a-0.9m-wide-subject

Здесь вы также можете установить другой размер объекта, если хотите.

"Как размытие фона (боке) связано с размером сенсора?"

Короткий ответ: больший сенсор имеет большую путаницу, что важно при расчете глубины резкости (DOF), и поэтому большая апертура (большее отверстие) имеет достаточно малую глубину резкости, чтобы позволить размытие точки источники (небольшие огни) на заднем плане; создание эффекта, который часто (неправильно) называют боке.

Существует небольшая разница, о которой я расскажу позже, учитывая соответствующие настройки для поддержания аналогичного кадрирования.

Боке - это размытие, которое также может происходить на переднем плане и не должно ограничиваться дальними лампочками, хотя некоторые ограничивают использование этого термина только этими условиями. Про качество боке легче судить, глядя на точки света на заднем плане и видя, что они выглядят как круглые гладкие диски, фон - не единственное место, где встречается боке.

Термин боке происходит от японского слова boke (暈 け или ボ ケ), что означает «размытие» или «дымка», или boke-aji (ボ ケ 味), «качество размытия». [Примечание: это не имеет ничего общего с крошечными огнями или фоном по сравнению с передним планом, это качество размытия за пределами глубины резкости. И наоборот, фокус - это резкость в глубине резкости, особенно в фокусе].

Разве ты не рад, что это была короткая версия?

Изображение получено с помощью Nikon 200,0 мм f / 2.0 на Nikon D700, возможно, один из лучших объективов для создания боке для фотосъемки. Предоставлено: Дастин Диаз .

Лицензия: Attribution-NonCommercial-NoDerivs 2.0 Generic (CC BY-NC-ND 2.0)

Найти менее дорогую линзу легко, и многим нравятся эти линзы : Hexanon AR 135 / 3.2, Pentacon 135 / 2.8, Rokkor 135 / 2.8, Trioplan 100 / 2.8, Vivitar 135 / 2.8, факт в том, что боке, производимое любым из этих является более (вежливо) креативным, чем качество, и вам понадобится адаптер и обрезка, если вы используете большой сенсор. Небольшой сенсор и недорогая линза могут дать приятные результаты для некоторых (многих?).

Отличительной чертой так называемого идеального боке является то, что точечные источники будут производить круглые тарелки без каких-либо колец или аберраций на диске и постепенного спада на краю. Диски должны быть круглыми от края до края рамки изображения со сферической линзой.

В то время как анаморфные линзы выдают характерное овальное боке.

Давайте определим несколько вещей, прежде чем углубимся в объяснение.

• Фон: область позади объекта изображения.

• Передний план: область перед объектом изображения.

• Размытие : вызвать несовершенство зрения, сделать нечеткое или туманное, затемнить. Антоним точить.

• Боке : качество размытия областей вне фокуса изображения вне глубины резкости, когда объектив правильно сфокусирован на объекте.

• Круг путаницы : в идеализированной лучевой оптике предполагается, что лучи сходятся к точке, когда они идеально сфокусированы, а форма пятна размытия расфокусированного объектива с круглой апертурой представляет собой круг с резкими краями света. Более общее пятно размытия имеет мягкие края из-за дифракции и аберраций ( Stokseth 1969, paywall ; Merklinger 1992, доступный ) и может быть некруглым из-за формы апертуры.

  Признавая, что настоящие объективы не обеспечивают идеальную фокусировку всех лучей даже в самых лучших условиях, термин «круг с наименьшей путаницей» часто используется для наименьшего пятна размытия, которое может создать объектив (Ray 2002, 89), например, путем выбора наилучшего положения фокусировки, которое делает хороший компромисс между различными эффективными фокусными расстояниями разных зон объектива из-за сферических или других аберраций.

  Термин «круг путаницы» применяется в более широком смысле к размеру не сфокусированного пятна, на котором объектив изображает точку объекта. Это касается: 1. остроты зрения, 2. условий просмотра и 3. увеличения исходного изображения до конечного. В фотографии круг путаницы (CoC) используется для математического определения глубины резкости, части изображения, которая является приемлемо резкой.

• Глубина резкости : расстояние между ближайшими и самыми дальними объектами в сцене, которые выглядят приемлемо четкими на изображении. Хотя объектив может точно фокусироваться только на одном расстоянии за раз, снижение резкости происходит постепенно с каждой стороны фокусированного расстояния, так что в пределах DOF нерезкость не заметна в нормальных условиях просмотра.

• Размер датчика :

  • Фотография: в фотографии размер сенсора измеряется на основе ширины пленки или активной области цифрового сенсора. Название 35 мм происходит от общей ширины пленки 135 , перфорированной пленки картриджа, которая была основным носителем формата до изобретения полнокадровой DSLR. Термин 135 формат остается в использовании. В цифровой фотографии формат стал известен как полнокадровый. В то время как фактический размер полезной площади фотопленки 35 мм составляет 24 х 36 ч, 35 мм относится к размеру 24 мм плюс отверстия звездочки (используются для продвижения пленки).

  • Видео : размеры датчиков выражаются в дюймах, потому что во время популяризации цифровых датчиков изображения они использовались для замены трубок видеокамер. Обычные 1 "круглые трубки видеокамеры имели прямоугольную фоточувствительную область с диагональю около 16 мм, поэтому цифровой датчик с диагональю 16 мм был эквивалентен 1" видеокабеле. Название 1-дюймового цифрового датчика следует более точно понимать как «однодюймовый эквивалент трубки с видеокамерой». Текущие дескрипторы размера цифрового датчика изображения - это эквивалентный размер трубки видеокамеры, а не фактический размер датчика. Например, 1 "сенсор имеет диагональ 16 мм.

• Предмет: объект, который вы намереваетесь запечатлеть, не обязательно все, что появляется в кадре, конечно же, не фотобомбардировщики , и часто не объекты, появляющиеся на крайнем заднем плане и фоне; таким образом, использование bokeh или DOF для расфокусировки объектов, которые не являются объектом.

• Функция передачи модуляции (MTF) или пространственная частотная характеристика (SFR): относительная амплитудная характеристика системы формирования изображения как функция входной пространственной частоты. ISO 12233: 2017 определяет методы измерения разрешения и SFR электронных фотокамер. Пары линий на миллиметр (lp / mm) были наиболее распространенной пространственной частотной единицей для пленки, но циклы / пиксель (C / P) и ширина линий / высота изображения (LW / PH) более удобны для цифровых датчиков.

Теперь у нас есть наши определения из пути ...

• Как мы можем рассчитать CoC :

Из Википедии:

CoC (мм) = расстояние просмотра (см) / желаемое разрешение конечного изображения (lp / мм) для расстояния просмотра 25 см / увеличение / 25

Например, чтобы поддержать окончательное разрешение изображения, эквивалентное 5 lp / mm для расстояния просмотра 25 см, когда ожидаемое расстояние просмотра составляет 50 см, а ожидаемое увеличение составляет 8:

CoC = 50/5/8/25 = 0,05 мм

Поскольку размер конечного изображения обычно не известен во время съемки, обычно принято считать стандартный размер, например ширину 25 см, вместе с традиционным значением CoC конечного изображения 0,2 мм, что составляет 1/1250 от ширина изображения. Условные обозначения по диагонали также широко используются. Степень свободы, вычисленную с использованием этих условных обозначений, необходимо будет скорректировать, если исходное изображение обрезается перед увеличением до окончательного размера изображения или если размер и допущения при просмотре изменены.

Используя «формулу Цейсса», круг путаницы иногда рассчитывается как d / 1730, где d - это диагональная мера исходного изображения (формат камеры). Для полнокадрового формата 35 мм (24 мм × 36 мм, диагональ 43 мм) получается 0,025 мм. Более широко используемый CoC - это d / 1500, или 0,029 мм для полнокадрового формата 35 мм, что соответствует разрешению 5 строк на миллиметр на отпечатке с диагональю 30 см. Значения 0,030 мм и 0,033 мм также являются общими для полнокадрового формата 35 мм. Для практических целей d / 1730, CoC для конечного изображения 0,2 мм и d / 1500 дают очень похожие результаты.

Критерии, относящиеся CoC к фокусному расстоянию объектива, также были использованы. Kodak (1972), 5) рекомендовал 2 минуты дуги (критерий Снеллена 30 циклов / градус для нормального зрения) для критического обзора, давая CoC ≈ f / 1720, где f - фокусное расстояние объектива. Для объектива 50 мм в полнокадровом формате 35 мм это давало CoC ≈ 0,0291 мм. Этот критерий, очевидно, предполагал, что конечное изображение будет просматриваться на «правильном в перспективе» расстоянии (т. Е. Угол обзора будет таким же, как и у исходного изображения):

Расстояние просмотра = фокусное расстояние снимаемого объектива × увеличение

Однако изображения редко просматриваются на «правильном» расстоянии; Зритель обычно не знает фокусного расстояния снимаемого объектива, и «правильное» расстояние может быть неудобно коротким или длинным. Следовательно, критерии, основанные на фокусном расстоянии объектива, обычно уступают критериям (таким как d / 1500), связанным с форматом камеры.

Это значение COC представляет максимальный диаметр пятна размытия, измеренный на плоскости изображения, которая выглядит в фокусе. Пятно с диаметром, меньшим, чем это значение COC, будет отображаться как точка света и, следовательно, в фокусе на изображении. Пятна с большим диаметром будут выглядеть размытыми для наблюдателя.

• Несимметрия DOF:

DOF не является симметричным. Это означает, что область приемлемой фокусировки не имеет одинакового линейного расстояния до и после фокальной плоскости. Это происходит потому, что свет от более близких объектов сходится на большем расстоянии позади плоскости изображения, чем расстояние, на которое свет от более удаленных объектов сходится до плоскости изображения.

На относительно близких расстояниях DOF почти симметричен: около половины зоны фокусировки существует до плоскости фокусировки, а половина - после. Чем дальше смещается фокальная плоскость от плоскости изображения, тем больше смещение симметрии в пользу области за фокальной плоскостью. В конце концов, линза фокусируется в бесконечной точке, и DOF достигает максимальной диссимметрии, причем подавляющее большинство фокусируемой области находится за плоскостью фокуса до бесконечности. Это расстояние известно как « гиперфокальное расстояние » и приводит нас к следующему разделу.

Гиперфокальное расстояние определяется как расстояние, когда объектив сфокусирован на бесконечности, где объекты от половины этого расстояния до бесконечности будут в фокусе для конкретной линзы. В качестве альтернативы гиперфокальное расстояние может относиться к ближайшему расстоянию, на которое может быть сфокусирован объектив для данной апертуры, в то время как объекты на расстоянии (бесконечность) будут оставаться резкими.

Гиперфокальное расстояние является переменным и зависит от диафрагмы, фокусного расстояния и вышеупомянутого COC. Чем меньше диафрагма объектива, тем ближе к объективу гиперфокальное расстояние. Гиперфокальное расстояние используется в вычислениях, используемых для вычисления DOF.

• Расчет гиперфокального расстояния :

Из Википедии:

Есть четыре фактора, которые определяют DOF:

1. Круг неразберихи (КОК)
2. Апертура объектива
3. Фокусное расстояние объектива
4. Фокусное расстояние (расстояние между объективом и объектом)

DOF = Дальняя точка - Ближняя точка

DOF просто сообщает фотографу, на каких расстояниях до и после расстояния фокусировки произойдет размытие. В нем не указано, насколько размытыми или какими «качественными» будут эти области. Дизайн объектива, дизайн диафрагмы и ваш фон определяют характеристики размытия - его интенсивность, текстуру и качество.

Чем короче фокусное расстояние вашего объектива, тем больше глубина резкости.

Чем больше фокусное расстояние вашего объектива, тем короче DOF.

Если размер сенсора нигде не фигурирует в этих формулах, как он влияет на DOF?

Есть несколько хитрых способов, позволяющих форматировать размер с помощью DOF:

Enlargement factor

Focal Length

Subject-to-camera / focal distance

Это из-за фактора обрезки и получаемого фокусного расстояния, а также необходимой апертуры для способности датчика собирать свет, что оказывает наибольшее влияние на ваши расчеты.

Сенсор с более высоким разрешением и линза лучшего качества будут давать лучшее боке, но даже сенсор и объектив размером с мобильный телефон могут генерировать достаточно приемлемое боке.

Использование объектива с одинаковым фокусным расстоянием на APS-C и полнокадровой камере на одном и том же расстоянии от объекта до камеры приводит к двум различным кадрам изображения и приводит к тому, что расстояние и толщина DOF (глубина поля) различаются.

Переключение объективов или смена объекта на камеру в соответствии с коэффициентом кадрирования при переключении между APS-C и полнокадровым фотоаппаратом для сохранения идентичных кадров в одинаковом DOF. Перемещение вашей позиции для поддержания идентичного кадрирования немного благоприятствует полному кадру сенсора (для большей степени свободы), только при смене объективов в соответствии с коэффициентом кадрирования и поддержании кадрирования больший сенсор получает более узкую глубину резкости (и не намного).

Именно преимущество диафрагмы делает полнокадровый сенсор лучшим и более дорогим выбором как для камеры, так и для объективов, а часто и для функций (FPS не является ни одним из них, ни размером, ни весом).

Переход к датчику среднего размера по сравнению с крошечным датчиком дополнительно дает преимущество более крупному датчику, но, скорее всего, боке не лучший вариант для оправдания разницы в цене в 20 и более раз.

Большее количество пикселей на одну точку света, безусловно, приведет к более плавному боке, но так будет и при приближении к маленькой сенсорной камере. Вы можете взимать больше пропорциональности за использование более дорогого оборудования, если вы зарабатываете деньги на своих фотографиях или видео, в противном случае небольшая работа или дополнительные линзы с более низкой стоимостью сэкономят вам много денег по сравнению с инвестициями в систему большего формата.

Раздел Википедии: Передний план и размытие фона .

Прочтите эту статью « Постановка переднего плана» Р. Дж. Керна о размытии переднего плана, которая включает в себя множество фотографий с размытием фона и переднего плана.

У B & H есть статья из 3 частей на тему DOF: Глубина резкости, Часть I: Основы , Часть II: Математика и Часть III: Мифы .

Самое главное, что «боке» - это не просто размытие фона, а размытие вне DOF; даже на переднем плане . Дело в том, что маленькие фонари на расстоянии легче судить о качестве боке.