¿Cómo se relaciona el desenfoque del fondo (bokeh) con el tamaño del sensor?

Esta es una pregunta algo teórica.

Supongamos que primero tomo una foto de un sujeto usando una cámara réflex digital con sensor de fotograma completo, con una lente determinada (por ejemplo, lente principal de 50 mm en f / 3.5).

Ahora suponga que cambio la cámara por una DSLR con sensor APS-C (con un factor de recorte de 1.6 ×). Mantengo la misma lente (misma distancia focal, misma apertura) y retrocedo unos metros para mantener el campo de visión (al menos mantener el mismo aumento del sujeto). Ahora tomo una segunda foto.

Claramente, la profundidad de campo habrá aumentado entre las dos fotos. Pero, ¿qué pasa con el desenfoque del fondo (por ejemplo, árboles en el infinito)? ¿Tendré la misma cantidad de desenfoque de fondo o eso habrá cambiado?

He leído en alguna parte que el desenfoque del fondo depende del tamaño de apertura física. En este caso, la apertura física (distancia focal física dividida entre f / stop) permanece igual. Pero, ¿se debe tomar este número en relación con el tamaño del sensor? En cuyo caso con el sensor APS-C más pequeño, la apertura física será relativamente mayor, lo que significaría más desenfoque del fondo. Esto sería bastante contrario a la intuición, ya que generalmente consideramos que es más difícil obtener el desenfoque del fondo en una cámara APS-C.

Por favor, da el razonamiento detrás de la respuesta. Yo mismo respondería la pregunta usando esta calculadora de desenfoque de fondo, pero no puedo lograr que se ejecute en mi computadora.

Depende de cuán grande sea realmente su distancia "infinita". Cuando retrocede del sujeto para mantener el mismo aumento, la distancia relativa a un objeto de fondo se reduce, por lo que será menos borrosa.

Solo por ejemplo, supongamos que comienza con el sujeto a 10 pies de distancia, y el fondo de distancia "infinita" está realmente a 100 pies de distancia. Cuando cambia a la cámara APS-C, retrocede hasta 15 o 16 pies (dependiendo de la marca de la cámara). En el primer caso, los árboles estaban 10 veces más lejos que el sujeto (y el punto de enfoque). En el segundo caso, el sujeto está a 15 pies y el fondo a 115, por lo que el fondo está a menos de 8 veces más lejos que el punto de enfoque.

Si su distancia "infinita" es realmente mucho mayor, este efecto puede ser demasiado pequeño para preocuparse mucho. Si comienza con un fondo 10000 veces más alejado que el sujeto, luego muévalo para que esté solo 9999 veces más lejos, la diferencia probablemente será tan pequeña que no podrá verlo ni medirlo.

El desenfoque del fondo depende de su profundidad de campo. La profundidad de campo (DOF) es la distancia entre los objetos más cercanos y más lejanos en una escena que aparecen aceptablemente nítidos en una imagen ( wikipedia ). La profundidad de campo delgada le permite aislar al sujeto: el sujeto está enfocado y el fondo está borroso. La profundidad de campo depende de varios factores:

1. Longitud focal de la lente (35 mm, 200 mm, 50 mm)
2. Apertura de lente (f1.8, f5.6, f8)
3. Tamaño del sensor (APS-C, 35 mm, formato medio, formato grande)
4. Distancia del sujeto y la relación entre la distancia del sujeto y la distancia de fondo

Con (1), cuanto más larga es la distancia focal, más delgado es el DOF. Con (2), cuanto mayor es la apertura (menor número), más delgado es el DOF Con (3), más grande es el sensor, más delgado es el DOF. *** Con (4), más cerca está el sujeto, más delgado es el DOF.

Ejemplo: si tiene una lente de 200 mm, por ejemplo, f2.8, en un sensor de fotograma completo de 35 mm, y el sujeto está cerca de usted (2-3 m), puede desenfocar mucho el fondo.
Inversamente, si tiene una lente de 35 mm, en f8, en un dslr recortado (APS-C), y el sujeto está a 6 m de usted, el fondo no se verá borroso.

*** No estoy absolutamente seguro de si esto es correcto en teoría, pero en la práctica, con la misma configuración en el sensor APS-C y Full Frame, la imagen FF tiene un DOF más superficial.

Leer más: http://en.wikipedia.org/wiki/Depth_of_field

En teoría, tendrás exactamente lo mismo desenfoque del fondo en ambos casos. En la práctica, esto solo funciona si el fondo está muy lejos (mucho más que el sujeto) como lo señala Jerry Coffin. Si no se cumple esta condición, el cuerpo APS-C le dará un poco menos de desenfoque del fondo.

La forma más fácil de entender esto es modelar una luz de fondo como fuente puntual en el infinito, que se representará como un "disco bokeh" en la imagen. El nivel de desenfoque del fondo se puede medir por la relación del diámetro de este disco con el tamaño total del cuadro. Esta relación resulta ser la misma que la relación entre el diámetro de la pupila de entrada y el tamaño del campo de visión a la distancia a la que se enfoca la lente.

A continuación se muestra mi esqueleto de mierda. Espero que esto aclare las cosas. Tenga en cuenta que la imagen que obtiene es solo una versión reducida de lo que tiene en el plano de enfoque. El haz en rojo es el haz de luz que proviene de la fuente puntual y atraviesa la pupila de entrada. Lo que denominé "disco bokeh" es donde este haz se cruza con el plano de enfoque. Tiene exactamente el mismo diámetro que la pupila de entrada, siempre que la fuente esté lo suficientemente lejos y sea la contraparte del lado del objeto del disco bokeh. El disco bokeh real vive en el espacio de la imagen, y es la imagen del disco dibujado aquí.

Editar : El enfoque que uso aquí se basa solo en parámetros del lado del objeto: el campo de visión y el diámetro de la pupila de entrada. Esta opción a menudo hace que los cálculos de desenfoque (incluida la profundidad de campo) sean más simples que los enfoques convencionales que involucran el formato del sensor, la distancia focal y el número f: estos parámetros del "lado oscuro" no son necesarios una vez que se conocen los parámetros del lado del objeto .

Para aquellos que no están familiarizados con esta forma de pensar "fuera de la caja", les recomiendo el artículo Profundidad de campo fuera de la caja , de Richard F. Lyon. Aunque ese artículo trata principalmente el tema de la profundidad de campo, el enfoque es muy general y se puede aplicar muy fácilmente al cálculo del desenfoque del fondo.

Sí, el bokeh es en realidad proporcional al ancho físico de la abertura de la lente.

Supongamos que se enfoca en un objeto de campo cercano a una distancia finita = Z y tiene un combo de cámara / lente que le brinda un campo de visión (FOV) con medio ancho angular = Q grados. Si define bokeh como la relación del diámetro del círculo de desenfoque B (imagen borrosa de un punto de fondo en el infinito) al ancho del marco de imagen W, entonces

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

donde R es el radio de apertura de la lente, es decir, la mitad del diámetro (Nota: en la ecuación anterior, Z debería ser técnicamente Z - F, donde F es la distancia focal de la lente, pero por lo general puede ignorar la F cuando se mira desde lejos objeto alejado).

Entonces, si tiene dos cámaras, una DSLR grande y una pequeña cámara de apuntar y disparar, ambas con el mismo FOV angular (es decir, las lentes tienen el mismo equivalente de 35 mm), entonces la cámara con la lente de mayor diámetro le dará más bokeh. Esto es independiente del tamaño del sensor de la cámara.

La profundidad de campo depende de dos factores: distancia al sujeto y tamaño de apertura física (calculado por la distancia focal dividida por el número f). La profundidad de campo aumenta a medida que se aleja del sujeto y disminuye a medida que aumenta el tamaño de apertura física . El tamaño del sensor no afecta directamente al bokeh, ya que la imagen proyectada por la lente no cambia cuando se usa en un formato de sensor diferente; diferentes formatos de sensor simplemente usan diferentes porciones del círculo de la imagen. Los sensores más grandes permiten una profundidad de campo menor porque se requiere una mayor distancia focal para lograr el mismo campo de visión, y una mayor distancia focal da como resultado una mayor apertura física y, por lo tanto, una menor profundidad de campo.

Como tal, la misma lente en el mismo f-stop a la misma distancia de enfoque en dos formatos de sensor diferentes no afectará el grado de desenfoque del fondo. Son los ajustes necesarios por los diferentes formatos de sensor (distancia reducida al sujeto o mayor distancia focal en el cuadro completo en relación con APS-C) lo que produce la diferencia en la profundidad de campo.

Se ha dicho mucho en las respuestas anteriores, y solo quiero agregar una comparación visual de la configuración específica de la lente de la que habla en su pregunta. Como se dijo anteriormente, la cantidad de desenfoque del fondo también depende del tamaño del sujeto. Esta trama es para un retrato de cabeza y hombros.

Gráfico de comparación http://files.johannesvanginkel.nl/se_plot.JPG

Como se puede ver, la cámara FF tendrá más desenfoque del fondo, sin embargo, sus valores convergen al final.

Fuente de la imagen: http://howmuchblur.com/#compare-1x-50mm-f3.5-and-1.6x-50mm-f3.5-on-a-0.9m-wide-subject

Aquí también puede establecer otro tamaño de sujeto si lo desea.

"¿Cómo se relaciona el desenfoque del fondo (bokeh) con el tamaño del sensor?"

Respuesta corta: un sensor más grande tiene un círculo de confusión más grande, una consideración importante en el cálculo de la profundidad de campo (DOF) y, por lo tanto, hace que una abertura más grande (abertura más grande) tenga un DOF suficientemente poco profundo como para permitir el desenfoque del punto fuentes (luces pequeñas) en el fondo; creando un efecto que a menudo (incorrectamente) se llama bokeh.

Hay poca diferencia, que detallo más adelante, dados los ajustes apropiados para mantener una estructura similar.

Bokeh es un desenfoque que también puede ocurrir en primer plano y no necesita restringirse a bombillas distantes, aunque algunos restringen el uso de ese término solo a esas condiciones. Es más fácil juzgar la calidad del bokeh mirando los puntos de luz en el fondo y viendo si se ven como discos lisos redondos, el fondo no es el único lugar donde se produce el bokeh.

El término bokeh proviene de la palabra japonesa boke (暈 け o ボ ケ), que significa "desenfoque" o "neblina", o boke-aji (ボ ケ 味), la "calidad de desenfoque". [Nota: no tiene nada que ver con pequeñas luces o fondo frente a primer plano, es la calidad del desenfoque fuera de la profundidad de campo. Por el contrario, el enfoque es la nitidez dentro de la profundidad de campo, particularmente en el punto focal].

Ahora, ¿no te alegra que haya sido la versión corta?

Imagen tomada con una Nikon 200.0 mm f / 2.0 en una Nikon D700, posiblemente una de las mejores lentes que producen bokeh para fotografía. Crédito: Dustin Diaz .

Licencia: Reconocimiento-No comercial-Sin derivaciones 2.0 Genérico (CC BY-NC-ND 2.0)

Encontrar una lente menos costosa es fácil y muchas como estas lentes : Hexanon AR 135 / 3.2, Pentacon 135 / 2.8, Rokkor 135 / 2.8, Trioplan 100 / 2.8, Vivitar 135 / 2.8, el hecho es que el bokeh producido por cualquiera de esos es más (cortésmente) creativo en comparación con la calidad y necesitará un adaptador junto con el recorte si usa un sensor grande. Un sensor pequeño y una lente económica pueden producir resultados agradables para algunos (¿muchos?).

La marca del llamado bokeh perfecto es que las fuentes puntuales producirán platillos redondos sin anillos ni aberraciones en el disco y una caída gradual en el borde. Los discos deben ser redondos de borde a borde del marco de la imagen con una lente esférica.

Mientras que las lentes anamórficas producen un bokeh ovalado característico.

Definamos algunas cosas antes de entrar en una explicación mucho más larga.

• Fondo: el área detrás del sujeto de la imagen.

• Primer plano: el área frente al sujeto de la imagen.

• Desenfoque : para causar imperfección de la visión, para hacer confusa o confusa, para oscurecer. El antónimo de afilar.

• Bokeh : la calidad del desenfoque de las áreas fuera de foco de la imagen fuera de la profundidad de campo cuando la lente se enfoca correctamente en el sujeto.

• Círculo de confusión : en la óptica de rayos idealizada, se supone que los rayos convergen en un punto cuando están perfectamente enfocados, la forma de un punto de desenfoque desenfocado de una lente con una apertura circular es un círculo de luz de bordes duros. Un punto de desenfoque más general tiene bordes suaves debido a la difracción y las aberraciones ( Stokseth 1969, paywall ; Merklinger 1992, accesible ), y puede no ser circular debido a la forma de la abertura.

  Reconociendo que las lentes reales no enfocan todos los rayos perfectamente incluso en las mejores condiciones, el término círculo de menor confusión se usa a menudo para el punto de desenfoque más pequeño que puede hacer una lente (Ray 2002, 89), por ejemplo, al elegir una mejor posición de enfoque que hace un buen compromiso entre las diferentes distancias focales efectivas de diferentes zonas de lentes debido a aberraciones esféricas u otras.

  El término círculo de confusión se aplica de manera más general al tamaño del punto desenfocado en el que una lente toma imágenes de un punto de objeto. Se relaciona con 1. agudeza visual, 2. condiciones de visualización y 3. ampliación de la imagen original a la imagen final. En fotografía, el círculo de confusión (CoC) se usa para determinar matemáticamente la profundidad de campo, la parte de una imagen que es aceptablemente nítida.

• Profundidad de campo : la distancia entre los objetos más cercanos y más lejanos en una escena que aparecen aceptablemente nítidos en una imagen. Aunque una lente puede enfocar con precisión a solo una distancia a la vez, la disminución de la nitidez es gradual en cada lado de la distancia enfocada, de modo que dentro del DOF, la falta de nitidez es imperceptible en condiciones normales de visión.

• Tamaño del sensor :

  • Fotografía: en fotografía, el tamaño del sensor se mide en función del ancho de la película o del área activa de un sensor digital. El nombre de 35 mm se origina con el ancho total de la película 135 , la película de cartucho perforado que era el medio principal del formato antes de la invención de la DSLR de fotograma completo. El término formato 135 permanece en uso. En fotografía digital, el formato se conoce como fotograma completo. Si bien el tamaño real del área utilizable de la película fotográfica de 35 mm es de 24w × 36h mm, los 35 milímetros se refieren a la dimensión de 24 mm más los agujeros de las ruedas dentadas (utilizados para avanzar la película).

  • Video : los tamaños de los sensores se expresan en notación de pulgadas porque en el momento de la popularización de los sensores de imágenes digitales se usaban para reemplazar los tubos de las cámaras de video. Los tubos de cámara de video circulares comunes de 1 "tenían un área fotosensible rectangular de aproximadamente 16 mm de diagonal, por lo que un sensor digital con un tamaño de diagonal de 16 mm era equivalente a un tubo de video de 1". El nombre de un sensor digital de 1 "debe leerse con mayor precisión como sensor de" equivalente de tubo de cámara de video de una pulgada ". Los descriptores actuales del tamaño del sensor de imagen digital son el tamaño de equivalencia del tubo de la cámara de video, no el tamaño real del sensor. Por ejemplo, un El sensor de 1 "tiene una medida diagonal de 16 mm.

• Asunto: El objeto del que pretende capturar una imagen, no necesariamente todo lo que aparece en el cuadro, ciertamente no Photo Bombers , y con frecuencia no objetos que aparecen en los extremos y fondos extremos; así, el uso de bokeh o DOF para desenfocar objetos que no son el sujeto.

• Función de transferencia de modulación (MTF) o respuesta de frecuencia espacial (SFR): la respuesta de amplitud relativa de un sistema de imágenes en función de la frecuencia espacial de entrada. ISO 12233: 2017 especifica métodos para medir la resolución y el SFR de las cámaras electrónicas de imagen fija. Los pares de líneas por milímetro (lp / mm) eran la unidad de frecuencia espacial más común para la película, pero los ciclos / píxel (C / P) y los anchos de línea / altura de la imagen (LW / PH) son más convenientes para los sensores digitales.

Ahora tenemos nuestras definiciones fuera del camino ...

• ¿Cómo podemos calcular el CoC ?

De Wikipedia:

CoC (mm) = distancia de visualización (cm) / resolución de imagen final deseada (lp / mm) para una distancia de visualización / ampliación de 25 cm / 25

Por ejemplo, para admitir una resolución de imagen final equivalente a 5 lp / mm para una distancia de visualización de 25 cm cuando la distancia de visualización prevista es de 50 cm y la ampliación prevista es de 8:

CoC = 50/5/8/25 = 0.05 mm

Dado que el tamaño de la imagen final generalmente no se conoce al momento de tomar una fotografía, es común asumir un tamaño estándar como 25 cm de ancho, junto con un CoC de imagen final convencional de 0.2 mm, que es 1/1250 de El ancho de la imagen. Las convenciones en términos de la medida diagonal también se usan comúnmente. La DoF calculada usando estas convenciones deberá ajustarse si la imagen original se recorta antes de agrandarla al tamaño final de la imagen, o si el tamaño y los supuestos de visualización se alteran.

Usando la "fórmula Zeiss", el círculo de confusión a veces se calcula como d / 1730, donde d es la medida diagonal de la imagen original (el formato de la cámara). Para el formato de fotograma completo de 35 mm (24 mm × 36 mm, 43 mm en diagonal), esto resulta ser 0.025 mm. Un CoC más utilizado es d / 1500, o 0.029 mm para formato de fotograma completo de 35 mm, que corresponde a la resolución de 5 líneas por milímetro en una impresión de 30 cm de diagonal. Los valores de 0,030 mm y 0,033 mm también son comunes para el formato de fotograma completo de 35 mm. Para fines prácticos, d / 1730, un CoC de imagen final de 0.2 mm y d / 1500 dan resultados muy similares.

También se han utilizado los criterios que relacionan el CoC con la distancia focal de la lente. Kodak (1972), 5) recomendó 2 minutos de arco (el criterio de Snellen de 30 ciclos / grado para visión normal) para visión crítica, dando CoC ≈ f / 1720, donde f es la distancia focal de la lente. Para una lente de 50 mm en formato de fotograma completo de 35 mm, esto dio CoC ≈ 0.0291 mm. Este criterio evidentemente suponía que una imagen final se vería a una distancia "correcta en perspectiva" (es decir, el ángulo de visión sería el mismo que el de la imagen original):

Distancia de visualización = distancia focal de tomar la lente × ampliación

Sin embargo, las imágenes rara vez se ven a la distancia "correcta"; el espectador generalmente no conoce la distancia focal de la lente de captura, y la distancia "correcta" puede ser incómodamente corta o larga. En consecuencia, los criterios basados ​​en la distancia focal del objetivo generalmente han dado paso a criterios (como d / 1500) relacionados con el formato de la cámara.

Este valor de COC representa el diámetro máximo del punto de desenfoque, medido en el plano de la imagen, que parece estar enfocado. Un punto con un diámetro menor que este valor COC aparecerá como un punto de luz y, por lo tanto, enfocado en la imagen. Las manchas con un diámetro mayor aparecerán borrosas para el observador.

• No simetría del DOF:

DOF no es simétrico. Esto significa que el área de enfoque aceptable no tiene la misma distancia lineal antes y después del plano focal. Esto se debe a que la luz de los objetos más cercanos converge a una distancia mayor a popa del plano de la imagen que la distancia que la luz de los objetos más lejanos converge antes del plano de la imagen.

A distancias relativamente cortas, el DOF es casi simétrico, con aproximadamente la mitad del área de enfoque existente antes del plano de enfoque y la otra mitad apareciendo después. Cuanto más se aleje el plano focal del plano de la imagen, mayor será el cambio de simetría que favorecerá el área más allá del plano focal. Eventualmente, la lente enfoca en el punto infinito y el DOF está en su máxima disimetría, con la gran mayoría del área enfocada más allá del plano de enfoque hasta el infinito. Esta distancia se conoce como la " distancia hiperfocal " y nos lleva a nuestra siguiente sección.

La distancia hiperfocal se define como la distancia, cuando la lente está enfocada en el infinito, donde los objetos desde la mitad de esta distancia hasta el infinito estarán enfocados para una lente en particular. Alternativamente, la distancia hiperfocal puede referirse a la distancia más cercana a la que se puede enfocar una lente para una abertura determinada, mientras que los objetos a una distancia (infinito) permanecerán nítidos.

La distancia hiperfocal es variable y una función de la apertura, la distancia focal y el COC antes mencionado. Cuanto más pequeña sea la apertura de la lente, más cerca de la lente se vuelve la distancia hiperfocal. La distancia hiperfocal se utiliza en los cálculos utilizados para calcular DOF.

• Cálculo de la distancia hiperfocal :

De Wikipedia:

Hay cuatro factores que determinan el DOF:

1. Círculo de confusión (COC)
2. Apertura de la lente
3. Longitud focal de la lente
4. Distancia de enfoque (distancia entre lente y sujeto)

DOF = Punto lejano - Punto cercano

DOF simplemente le dice al fotógrafo a qué distancias antes y después de la distancia de enfoque se producirá borrosidad. No especifica qué tan borrosas o qué "calidad" serán esas áreas. El diseño de la lente, el diseño del diafragma y su fondo definen las características del desenfoque: su intensidad, textura y calidad.

Cuanto más corta es la distancia focal de su lente, más largo es el DOF.

Cuanto más larga sea la distancia focal de su lente, más corto será el DOF.

Si el tamaño del sensor no aparece en ninguna parte de estas fórmulas, ¿cómo altera el DOF?

Hay varias formas furtivas de que el tamaño del formato se cuela en las matemáticas del DOF:

Enlargement factor

Focal Length

Subject-to-camera / focal distance

Es debido al factor de recorte y la longitud focal resultante junto con la apertura necesaria para la capacidad de captación de luz del sensor que le da el mayor efecto en sus cálculos.

Un sensor de mayor resolución y una lente de mejor calidad producirán un mejor bokeh, pero incluso un sensor y una lente del tamaño de un teléfono celular pueden producir un bokeh razonablemente aceptable.

El uso de la misma lente de distancia focal en una cámara de fotograma completo y APS-C a la misma distancia de sujeto a cámara produce dos marcos de imagen diferentes y hace que la distancia y el grosor del DOF (profundidad del campo) difieran.

Cambiar lentes o cambiar de sujeto a cámara de acuerdo con el factor de recorte al cambiar entre una cámara APS-C y una cámara de fotograma completo para mantener resultados de encuadre idénticos en un DOF similar. Mover su posición para mantener un encuadre idéntico favorece ligeramente el sensor de fotograma completo (para un mayor DOF), es solo cuando se cambian las lentes para que coincidan con el factor de recorte y mantener el encuadre que el sensor más grande obtiene un DOF más estrecho (y no mucho).

Es la ventaja de la apertura lo que hace que el sensor de fotograma completo sea una opción mejor y más costosa tanto para la cámara como para las lentes y, a menudo, para las funciones (FPS no es una de ellas, ni el tamaño y el peso).

Ir a un sensor de tamaño mediano sobre un sensor pequeño ofrece más ventajas que el sensor más grande, pero es probable que el bokeh no sea el mejor caso de uso para justificar una diferencia de precio de 20 veces o más.

La mayor cantidad de píxeles por punto de luz ciertamente producirá un bokeh más suave, pero también se acercaría con una pequeña cámara con sensor. Puede cobrar más proporcionalmente por el uso de equipos más caros si gana dinero con sus fotos o videos, de lo contrario, un poco de trabajo de pies o lentes adicionales de menor costo le ahorrará mucho dinero al invertir en un sistema de formato más grande.

Sección de Wikipedia: desenfoque de primer plano y fondo .

Consulte este artículo " Puesta en escena en primer plano " de RJ Kern sobre desenfoque de primer plano, que incluye muchas fotos con desenfoque de fondo y primer plano.

B&H tiene un artículo de 3 partes sobre DOF: Profundidad de campo, Parte I: Conceptos básicos , Parte II: Matemáticas y Parte III: Los mitos .

Lo que es más importante, "bokeh" no es simplemente "desenfoque de fondo" sino que todo se desenfoca fuera del DOF; incluso en primer plano . Es que las luces pequeñas a distancia son más fáciles de juzgar por la calidad del bokeh.