Was genau bestimmt die Schärfentiefe?

Hier gibt es mehrere Fragen zur Definition der Schärfentiefe , zur Brennweite und zur Motiventfernung . Und natürlich gibt es die Grundlagen, wie sich die Blende auf meine Fotos auswirkt . Und viele, wie bekomme ich superflache dof Fragen. Es gibt verwandte Fragen wie diese . Aber es gibt keine allumfassende Frage:

Was genau bestimmt die Schärfentiefe in einem Foto?

Ist es nur eine Eigenschaft der Linse? Können Objektive so konstruiert werden, dass sie bei gleicher Blende und Brennweite eine größere Schärfentiefe bieten? Ändert es sich mit der Größe des Kamerasensors? Ändert es sich mit der Druckgröße? In welcher Beziehung stehen die letzten beiden?

Zur Abwechslung verzichte ich auf Formeln, Fotos von Linealen und Definitionen von "Vergrößerung" und gehe auf das ein, was Sie in der Praxis tatsächlich erleben. Die wichtigsten Faktoren, die für das Schießen tatsächlich wichtig sind, sind:

• Öffnung. Weitwinkelobjektive sorgen für eine geringere Schärfentiefe . Dies ist wahrscheinlich der am wenigsten umstrittene Faktor! Dies ist wichtig, da einige Objektive viel größere Blenden haben, z. B. 18-55 f / 3,5-5,6 gegenüber 50 f / 1,8

• Betreff Entfernung. Dies ist eine wirklich wichtige Überlegung. Die Schärfentiefe wird drastisch flacher, wenn Sie sich wirklich nähern . Dies ist wichtig, da DoF bei Makrofokussierungsentfernungen ein Hauptproblem darstellt. Dies bedeutet auch, dass Sie unabhängig von der Blende einen flachen DoF erzielen können, wenn Sie nah genug dran sind.

• Brennweite. Dies wirkt sich auf die Schärfentiefe aus, jedoch nur in bestimmten Bereichen, wenn die Motivgröße beibehalten wird . Weitwinkelobjektive haben bei den meisten Motiventfernungen eine sehr tiefe Schärfentiefe. Sobald Sie einen bestimmten Punkt überschritten haben, ändert sich der DoF mit der Brennweite nur wenig. Dies ist wieder wichtig, da Sie die Brennweite verwenden können, wenn Sie den DoF erhöhen / verringern möchten, während Sie den Rahmen weiterhin mit Ihrem Motiv füllen.

• Sensorgröße. Dies wirkt sich auf die DoF aus, wenn Sie den gleichen Motivabstand und das gleiche Sichtfeld zwischen den Sensorgrößen beibehalten . Je größer der Sensor, desto geringer die Schärfentiefe. DSLRs haben viel größere Sensoren als Compacts und haben daher bei gleichem FoV- und f-Verhältnis einen flacheren DoF. Dies ist wichtig, da das Zuschneiden von Bildern bei Beibehaltung derselben endgültigen Ausgabegröße den DoF erhöht, da dies der Verwendung eines kleineren Sensors ähnelt.

Dies ist eine ausgezeichnete Frage, die je nach Kontext unterschiedliche Antworten hat. Sie haben mehrere spezifische Fragen angesprochen, die jeweils eine eigene Antwort rechtfertigen könnten. Ich werde versuchen, sie hier als Ganzes anzusprechen.

F. Ist es nur eine Eigenschaft des Objektivs?
A. Einfach ausgedrückt, nein , obwohl man, wenn man CoC ignoriert, (unter Berücksichtigung der Mathematik) das Argument vorbringen könnte, dass es ist. Die Schärfentiefe ist eine "unscharfe" Sache und hängt stark vom Betrachtungskontext ab. Damit meine ich, dass es davon abhängt, wie groß das angezeigte Endbild im Verhältnis zur nativen Auflösung des Sensors ist. die Sehschärfe des Betrachters; die bei der Aufnahme verwendete Blende; die Entfernung zum Motiv bei der Aufnahme.

Frage: Können Objektive so konstruiert werden, dass sie bei gleicher Blende und Brennweite eine größere Schärfentiefe bieten? A. Angesichts der Mathematik müsste ich nein sagen. Ich bin kein Optiker, nehmen Sie das, was ich hier sage, mit dem nötigen Salzkorn. Ich neige jedoch dazu, der Mathematik zu folgen, was die Schärfentiefe ziemlich deutlich macht.

F. Ändert es sich mit der Größe des Kamerasensors?
A. Letztendlich kommt es hier darauf an. Wichtiger als die Größe des Sensors wäre der minimale Konfusionskreis (CoC) des Bildgebungsmediums. Interessanterweise ist der Verwirrungskreis eines Imaging-Mediums nicht unbedingt ein Merkmal, da die minimale akzeptable CoC häufig durch die maximale Größe bestimmt wird, mit der Sie drucken möchten. Digitale Sensoren haben eine festgelegte Mindestgröße für CoC, da die Größe eines einzelnen Sensors so klein ist, wie es ein einzelner Lichtpunkt kann (bei einem Bayer-Sensor ist die Größe eines Quartetts von Sensoren tatsächlich die kleinste Auflösung).

F. Ändert es sich mit der Druckgröße?
A. Gegeben die Antwort auf die vorherige Frage, möglicherweise. Wenn Sie ein Bild über oder sogar unter der "nativen" Druckgröße skalieren, kann sich dies darauf auswirken, welchen Wert Sie für die minimale akzeptable CoC verwenden. Ja, die Größe (n), mit der Sie drucken möchten, spielen eine Rolle. Ich würde jedoch sagen, dass die Rolle im Allgemeinen geringfügig ist, es sei denn, Sie drucken mit sehr großen Größen.

Mathematisch ist klar, warum DoF nicht einfach eine Funktion des Objektivs ist und entweder das Abbildungsmedium oder die Druckgröße aus einer CoS-Perspektive betrifft. Um die Faktoren von DoF klar zu spezifizieren:

Die Schärfentiefe ist eine Funktion der Brennweite, der effektiven Blende, der Entfernung zum Motiv und des minimalen Verwirrungskreises. Der minimale Verwirrungskreis ist der Bereich, in dem die Dinge unscharf werden, da dies entweder als Funktion des Bildmediums oder als Funktion der Druckgröße angesehen werden kann.

Es gibt verschiedene mathematische Formeln, mit denen die Schärfentiefe berechnet werden kann. Leider scheint es keine einzige Formel zu geben, die eine Schärfentiefe in jeder Entfernung zum Motiv präzise erzeugt. Hyperfocal Distanceoder die Entfernung, bei der Sie effektiv den maximalen DoF erhalten, kann folgendermaßen berechnet werden:

H = f ² / (N * c)

Wo:

H = Hyperfokaldistanz
f = Brennweite
N = Blendenzahl (relative Apertur)
c = Verwechslungskreis

Der Kreislauf der Verwirrung ist hier ein eigenartiger Wert, deshalb werden wir später darauf eingehen. Ein nützlicher durchschnittlicher CoC für digitale Sensoren kann bei 0,021 mm angenommen werden . Diese Formel gibt Ihnen die Hyperfokalentfernung an, die Ihnen nicht genau die Schärfentiefe angibt, sondern die Entfernung des Motivs, auf die Sie fokussieren sollten, um die maximale Schärfentiefe zu erzielen. Um den Istwert zu berechnen Depth of Field, benötigen Sie eine zusätzliche Berechnung. Die folgende Formel liefert DoF für mittlere bis große Motiventfernungen, was insbesondere bedeutet, wenn die Entfernung zum Motiv größer als die Brennweite ist (dh keine Makroaufnahmen):

Dn = (H * s) / (H + s)
Df = (H * s) / (H - s) {für s <H

DOF = Df - Dn
DOF = (2 × H × s) / (H ² - s ² ) {für s <H

Wo:

Dn = Nahe Grenze von DoF
Df = Ferne Grenze von DoF
H = Hyperfokalentfernung (vorherige Formel)
s = Motiventfernung (Entfernung, auf die das Objektiv fokussiert ist, ist möglicherweise nicht "das Motiv")

Wenn die Motiventfernung die Hyperfokalentfernung ist:

Df = "unendlich" Dn = H / 2

Wenn die Motiventfernung größer als die Hyperfokalentfernung ist:

Df = unendlich Dn = 'unendlich'

Der Begriff "Unendlichkeit" wird hier nicht im klassischen Sinne verwendet, sondern ist eher ein optisch-technischer Begriff, der einen Brennpunkt jenseits der hyperfokalen Entfernung bedeutet. Die vollständige Formel für die direkte Berechnung des DOF ​​ohne vorherige Berechnung der Hyperfokalentfernung lautet wie folgt (Ersatz für H):

DOF = 2Ncf ² s ² / (f ⁴ - N ² c ² s ² )

Wenn wir die Druckgröße und den Film für einen bestimmten digitalen Sensor mit einer bestimmten Pixeldichte ignorieren , ist die DoF eine Funktion der Brennweite, der relativen Apertur und der Entfernung des Motivs. Daraus lässt sich das Argument ableiten, dass DoF eine reine Funktion der Linse ist, da sich "Objektentfernung" auf die Entfernung bezieht, auf die die Linse fokussiert ist, was auch eine Funktion der Linse sein würde.

Im Durchschnitt kann man davon ausgehen, dass der mit einem digitalen Sensor erreichbare CoC immer das Minimum ist, was heutzutage bei einem Durchschnitt von 0,021 mm liegt, obwohl ein realistischer Bereich APS-C-, APS-H- und Full Frame-Sensoren abdeckt von 0,015 mm bis 0,029 mm . Bei den meisten gängigen Druckformaten (etwa 13 x 19 Zoll oder weniger) beträgt der akzeptable CoC etwa 0,05 mm oder etwa das Doppelte des Durchschnitts für digitale Sensoren. Wenn Sie gerne in sehr großen Formaten drucken, kann der CoC ein Faktor sein (erforderlich) kleiner als 0,01 mm), und Ihr scheinbarer DoF in einer großen Vergrößerung wird kleiner sein, als Sie rechnerisch berechnen.

Die obigen Formeln gelten nur, wenn der Abstand swesentlich größer als die Brennweite des Objektivs ist. Als solches bricht es für die Makrofotografie zusammen. Wenn es um Makrofotografie geht, ist es viel einfacher, DoF in Bezug auf Brennweite, relative Blende und Motivvergrößerung (dh 1,0x) auszudrücken:

DOF = 2Nc * (((m / P) + 1) / m ² )

Wo:

N = Blendenzahl (relative Apertur)
c = Minimum CoC
m = Vergrößerung
P = Pupillenvergrößerung

Abgesehen von der Pupillenvergrößerung ist die Formel ziemlich einfach. Ein echtes, richtig gebautes Makroobjektiv hat weitgehend äquivalente Eintritts- und Austrittspupillen (die Größe der Blende von der Vorderseite des Objektivs (Eingang) und die Größe der Blende von der Rückseite des Objektivs (Ausgang) aus gesehen). , obwohl sie möglicherweise nicht genau identisch sind. In solchen Fällen kann man einen Wert von 1 für P annehmen, es sei denn, Sie haben begründete Zweifel.

Im Gegensatz zu DoF für mittlere bis große Motiventfernungen vergrößern Sie bei 1: 1-Makrofotografie (oder besser) IMMER für den Druck, auch wenn Sie mit 2 x 3 Zoll drucken. Bei gängigen Druckformaten wie 8 x 10, 13 x 19 usw. ist dies der Faktor Es ist davon auszugehen, dass der CoC-Wert für Ihr Imaging-Medium mindestens auflösbar ist, was wahrscheinlich immer noch nicht klein genug ist, um den offensichtlichen DoF-Schrumpf aufgrund der Vergrößerung zu kompensieren.

Abgesehen von komplexer Mathematik kann DoF intuitiv mit einem grundlegenden Verständnis von Licht visualisiert werden, wie die Optik das Licht verbiegt und welche Auswirkung die Blende auf das Licht hat.

Wie wirkt sich die Blende auf die Schärfentiefe aus? Letztendlich läuft es auf die Winkel der Lichtstrahlen hinaus, die tatsächlich die Bildebene erreichen. Bei einer größeren Apertur erreichen alle Strahlen, einschließlich derjenigen vom äußeren Rand der Linse, die Bildebene. Die Blende blockiert keine einfallenden Lichtstrahlen, daher ist der maximale Lichtwinkel, der den Sensor erreichen kann, hoch (eher schräg). Dies ermöglicht eine große maximale CoC, und der Übergang von einem fokussierten Lichtpunkt zu maximaler CoC ist schnell:

Bei einer schmaleren Apertur blockiert die Blende etwas Licht von der Peripherie des Lichtkegels, während Licht von der Mitte durchgelassen wird. Der maximale Winkel der Lichtstrahlen, die den Sensor erreichen, ist gering (weniger schräg). Dies führt dazu, dass die maximale CoC kleiner wird und der Übergang von einem fokussierten Lichtpunkt zu maximaler CoC langsamer verläuft. (Um das Diagramm so einfach wie möglich zu halten, wurde der Effekt der sphärischen Aberration ignoriert, sodass das Diagramm nicht 100% genau ist, aber dennoch den Punkt demonstrieren sollte):

Aperture verändert die Wachstumsrate von CoC. Breitere Aperturen erhöhen die Rate, mit der Unschärfekreise außerhalb des Fokus wachsen, weshalb der DoF flacher ist. Engere Blenden verringern die Rate, mit der Unschärfekreise außerhalb des Fokus wachsen, weshalb der DoF tiefer ist.

Beweise

Wie bei allem sollte man das Konzept immer beweisen, indem man die Mathematik ausführt. Hier sind einige interessante Ergebnisse, wenn Sie die obigen Formeln mit F # -Code im F # Interactive-Befehlszeilendienstprogramm ausführen (für jeden einfach herunterzuladen und zu überprüfen):

(* The basic formula for depth of field *)
let dof (N:float) (f:float) (c:float) (s:float) = (2.0 * N * c * f**2. * s**2.)/(f**4. - N**2. * c**2. * s**2.);;

(* The distance to subject. 20 feet / 12 inches / 2.54 cm per in / 10 mm per cm *)
let distance = 20. / 12. / 2.54 / 10.;;

(* A decent average minimum CoC for modern digital sensors *)
let coc = 0.021;;

(* DoF formula that returns depth in feet rather than millimeters *)
let dof_feet (N:float) (f:float) (c:float) (s:float) =
  let dof_mm = dof N f c s
  let dof_f = dof_mm / 10. / 2.54 / 12.
  dof_f;;

dof_feet 1.4 50. coc distance
> val it : float = 2.882371793
dof_feet 2.8 100. coc distance
> val it : float = 1.435623728

Die Ausgabe des obigen Programms ist faszinierend, da es anzeigt, dass die Schärfentiefe in der Tat direkt durch die Brennweite als unabhängiger Faktor von der relativen Blende beeinflusst wird, vorausgesetzt, nur die Brennweite ändert sich und alles andere bleibt gleich. Die beiden DoFs konvergieren bei f / 1.4 und f / 5.6, wie das obige Programm zeigt:

 dof_feet 1.4 50. coc distance
 > val it : float = 2.882371793
 dof_feet 5.6 100. coc distance
 > val it : float = 2.882371793

Faszinierende Ergebnisse, wenn auch nicht ganz intuitiv. Eine weitere Konvergenz tritt auf, wenn die Abstände angepasst werden, was zu einer intuitiveren Korrelation führt:

let d1 = 20. * 12. * 2.54 * 10.;;
let d2 = 40. * 12. * 2.54 * 10.;;

dof_feet 2.8 50. coc d1;;
> val it : float = 5.855489431
dof_feed 2.8 100. coc d2;;
> val it : float = 5.764743587

@Matt Grums Kommentar ist ziemlich gut: Man muss wirklich vorsichtig sein, um Bedingungen zu spezifizieren, oder man kann mit drei Leuten enden, die Dinge zu sagen scheinen, die sich zu widersprechen scheinen, aber wirklich nur über verschiedene Bedingungen sprechen.

Um DoF sinnvoll zu definieren, müssen Sie zunächst den Grad der "Unschärfe" angeben, den Sie als ausreichend scharf akzeptieren möchten. Die Schärfentiefe ist im Grunde genommen nur ein Maß dafür, wann etwas, das als Punkt im Original begann, so unscharf wird, dass es größer wird als die von Ihnen ausgewählte Größe.

Dies ändert sich normalerweise mit der Größe, mit der Sie ein Bild drucken. Größere Bilder werden normalerweise aus größerer Entfernung angezeigt, sodass mehr Unschärfe zulässig ist. Die meisten Linsenmarkierungen usw. basieren auf einem Druck um 8 x 10, der in einem Abstand von ungefähr 30 cm (ein paar Fuß oder so) betrachtet wird. Die Mathematik hierfür ist recht einfach: Beginnen Sie mit einer Schätzung der Sehschärfe, die als Winkel gemessen wird. Dann müssen Sie nur herausfinden, zu welcher Größe dieser Winkel in einem bestimmten Abstand passt.

Angenommen, wir wählen eine Zahl dafür und bleiben dabei, dann hängt die Schärfentiefe nur von zwei Faktoren ab: der Blende und dem Wiedergabeverhältnis. Je größer das Wiedergabeverhältnis ist (dh je größer ein Objekt auf dem Sensor / Film im Vergleich zu seiner tatsächlichen Größe ist), desto geringer ist die Tiefenschärfe. Je größer die Blende (größerer Öffnungsdurchmesser - kleinere Blendenzahl), desto weniger Schärfentiefe erhalten Sie.

Alle anderen Faktoren (Sensorgröße und Brennweite liegen auf der Hand) beeinflussen die Schärfentiefe nur in dem Maße, in dem sie das Wiedergabeverhältnis oder die Blende beeinflussen.

Zum Beispiel macht es selbst ein sehr schnelles Objektiv (mit großer Blende) mit einer kurzen Brennweite ziemlich schwierig, ein hohes Wiedergabeverhältnis zu erzielen. Wenn Sie beispielsweise eine Person mit einem 20-mm-1: 2-Objektiv fotografieren, muss das Objektiv diese praktisch berühren, bevor Sie einen sehr großen Wiedergabewert erhalten. Im Gegensatz dazu scheinen längere Objektive häufig eine geringere Schärfentiefe zu haben, da sie es relativ einfach machen, ein großes Wiedergabeverhältnis zu erzielen.

Wenn Sie das Wiedergabeverhältnis jedoch wirklich konstant halten, ist die Schärfentiefe wirklich konstant. Wenn Sie zum Beispiel ein 20-mm-Objektiv und ein 200-mm-Objektiv haben und jeweils ein Bild mit (sagen wir) 1: 4 aufnehmen, das Bild jedoch mit 200 mm aus einer Entfernung von 10-mal so weit aufnehmen, dass das Motiv wirklich die gleiche Größe hat haben die beiden theoretisch die gleiche Schärfentiefe. Das kommt jedoch so selten vor, dass es meistens theoretisch ist.

Gleiches gilt für die Sensorgröße: Wenn das Wiedergabeverhältnis konstant gehalten wird, ist die Sensorgröße theoretisch völlig irrelevant. Aus praktischer Sicht ist die Sensorgröße jedoch aus einem sehr einfachen Grund von Bedeutung: Unabhängig von der Sensorgröße möchten wir im Allgemeinen die gleiche Rahmung . Das bedeutet, dass wir mit zunehmender Sensorgröße fast immer große Wiedergabeverhältnisse verwenden. Beispielsweise kann eine typische Kopf- und Schulteraufnahme einer Person eine Größe von beispielsweise 50 cm abdecken (ich verwende Metrik, um zu ermitteln, wie die Sensorgrößen normalerweise angegeben werden). Bei einer 8x10-Ansichtskamera ergibt sich ein Abbildungsverhältnis von etwa 1: 2, was eine sehr geringe Schärfentiefe ergibt. Bei einem Sensor mit voller Größe von 35 mm beträgt das Wiedergabeverhältnis etwa 1:14, was viel ergibtmehr schärfentiefe. Bei einer Kompaktkamera mit einem Sensor von beispielsweise 6,6 x 8,8 mm sind es ungefähr 1:57.

Wenn wir die Kompaktkamera mit dem gleichen 1: 2-Abbildungsverhältnis wie die 8x10 verwenden würden, würden wir die gleiche Schärfentiefe erzielen - aber statt Kopf und Schultern würden wir ein Bild von einem Teil eines Augapfels machen.

Es gibt jedoch noch einen weiteren Faktor zu berücksichtigen: Mit einer kürzeren Linse werden Objekte im Hintergrund viel "schneller" kleiner als mit einer längeren Linse. Stellen Sie sich zum Beispiel eine Person vor, die einen Zaun von 20 Fuß hinter sich hat. Wenn Sie ein Bild mit einem 50-mm-Objektiv aus einer Entfernung von einem halben Meter aufnehmen, ist der Zaun fünfmal so weit entfernt wie die Person, sodass er vergleichsweise klein aussieht. Wenn Sie stattdessen ein 200-mm-Objektiv verwenden, müssen Sie einen Abstand von 20 Fuß einhalten, damit die Person dieselbe Größe hat. Jetzt ist der Zaun nur noch doppelt so weit entfernt, anstatt fünfmal so weit, sodass er vergleichsweise groß aussieht. Dadurch wird der Zaun (und der Grad der Unschärfe) auf einem Bild viel deutlicher.

Edit2: Da ich @jrista (irgendwie) überredet habe, sein Diagramm in Bezug auf Brennweite und Schärfentiefe zu entfernen, sollte ich wahrscheinlich versuchen zu erklären, warum es keinen Zusammenhang zwischen Brennweite und Schärfentiefe gibt - zumindest, wenn man sich die Dinge ansieht wie sie normalerweise in der Fotografie gemessen werden.

Insbesondere wird eine fotografische Apertur (heutzutage) allgemein als Bruchteil der Brennweite gemessen - sie wird wie ein Bruchteil (f / number) geschrieben, weil es das ist, was es ist.

Zum Beispiel ist es bekannt, dass Sie bei f / 1.4 weniger Tiefenschärfe erhalten als bei f / 2.8. Was möglicherweise nicht sofort so offensichtlich ist, ist, dass (zum Beispiel) ein 50 mm 1: 1,4-Objektiv und ein 100 mm 1: 2,8-Objektiv den gleichen effektiven Durchmesser haben. Es ist der größere Winkel, unter dem Lichtstrahlen in die 50-mm-Linse eintreten, was die Schärfentiefe geringer macht als bei der 100-mm-Linse, obwohl beide genau den gleichen physikalischen Durchmesser haben.

Wenn Sie andererseits die Brennweite ändern, aber die gleiche Blende beibehalten, bleibt die Schärfentiefe ebenfalls konstant, da der Durchmesser mit zunehmender Brennweite proportional zunimmt, sodass die Lichtstrahlen auf das Objektiv fokussiert werden Film / Sensor aus den gleichen Winkeln.

Es lohnt sich wahrscheinlich auch darauf hinzuweisen, dass katadioptrische Linsen (glaube ich jedenfalls) für ihre geringe Tiefenschärfe bekannt sind. Selbst wenn Sie bei einem normalen Objektiv eine große Blende verwenden, tritt ein Teil des Lichts immer noch durch den mittleren Teil des Objektivs ein, sodass ein kleiner Prozentsatz des Lichts fokussiert wird, als würden Sie bei einer kleineren Blende fotografieren. Bei einer katadioptrischen Linse gibt es jedoch ein zentrales Hindernis, das den Eintritt von Licht in die Mitte verhindert, sodass das gesamte Licht von den äußeren Teilen der Linse eintritt. Dies bedeutet, dass das gesamte Licht in einem relativ flachen Winkel fokussiert werden muss, damit das Bild im Wesentlichen alle unscharf wird davon verschwimmt der Fokus zusammen (oder ein viel höherer Prozentsatz sowieso), anstatt zumindest ein wenig zu haben, das noch im Fokus ist.

Abgesehen davon ist es meiner Meinung nach eine Überlegung wert, wie unglaublich brillant es war, die Durchmesser von Linsen als Bruchteil der Brennweite zu messen. In einem einzigen Geniestreich werden zwei getrennte (und scheinbar nicht miteinander verbundene) Probleme verursacht: Belichtung und Schärfentiefe sind kontrollierbar und vorhersehbar. Der Versuch, die Exposition oder die Schärfentiefe vorherzusagen (ganz zu schweigen von beiden), bevor diese Innovation stattgefunden hat, muss im Vergleich enorm schwierig gewesen sein ...

Es gibt nur zwei Faktoren, die sich tatsächlich auf den DOF auswirken - Blende und Vergrößerung - Ja, Schaltabstand, Sensorgröße, Brennweite, Anzeigegröße und Betrachtungsabstand scheinen eine Auswirkung zu haben, aber alle sind nur Änderungen der Bildgröße (des Motivs) / part-you-looking at) wie von dem Auge gesehen, das es sieht - die Vergrößerung. Kristof Claes hat es einige Beiträge zuvor zusammengefasst.

Wenn Sie es nicht glauben, sehen Sie sich das Focal-Handbuch "Objektive" als Referenz an.

Jedes Amateurmagazin (und jetzt auch jedes E-Zines) sagt gern: "Wechseln Sie für mehr Schärfentiefe zu einem Weitwinkelobjektiv". Wenn Sie jedoch das Motiv im Bild gleich groß halten (indem Sie näher heranrücken), haben Sie scharfe Stellen die gleichen Grenzen. Wenn Sie mit dem Objektiv, auf das Sie gesetzt sind, rückwärts gehen, erhalten Sie auch mehr DOF, aber vielleicht gefällt Ihnen die Aufnahme so, wie sie bereits eingestellt ist?

Was Sie werden sehen , sind graduelle Abschaltungen in Schärfe , so dass der Hintergrund und Vordergrund schärfer erscheint (nicht scharf , als ob in der DOF!) Damit die schönen unscharf Hintergrund mit langen Objektiven und die fast scharf diejenigen mit großen Winkeln.

Was genau bestimmt die Schärfentiefe in einem Foto?

• Ist es nur eine Eigenschaft der Linse?

• Können Objektive so konstruiert werden, dass sie bei gleicher Blende und Brennweite eine größere Schärfentiefe bieten?

• Ändert es sich mit der Größe des Kamerasensors? Ändert es sich mit der Druckgröße? In welcher Beziehung stehen die letzten beiden?

Siehe auch diese Frage: " Wie bestimmen Sie den zulässigen Verwirrungskreis für ein bestimmtes Foto? ".

Die folgende Antwort wurde ursprünglich (von mir) als Antwort auf das Hintergrund-Bokeh veröffentlicht, erklärt jedoch notwendigerweise die Schärfentiefe, wobei der Schwerpunkt auf der Erklärung von Vorder- und Hintergrundunschärfe liegt.

Die ursprüngliche (längere) Antwort ist hier: https://photo.stackexchange.com/a/96261/37074 - dies ist die gekürzte Version. Wenn Sie nur einen Satz mit einem Link beantworten, wird die Antwort in einen Kommentar zu der oben genannten Frage umgewandelt, und es besteht die Gefahr, dass sie gelöscht wird, da es sich um einen Kommentar handelt.

Lassen Sie uns ein paar Dinge definieren, bevor wir zu einer viel längeren Erklärung kommen.

• Schärfentiefe : Die Entfernung zwischen dem nächsten und dem am weitesten entfernten Objekt in einer Szene, die in einem Bild akzeptabel scharf erscheint. Obwohl ein Objektiv jeweils nur in einer Entfernung präzise fokussieren kann, nimmt die Schärfe auf jeder Seite der fokussierten Entfernung allmählich ab, so dass innerhalb des DOF ​​die Unschärfe unter normalen Betrachtungsbedingungen nicht wahrnehmbar ist.

• Hintergrund: Der Bereich hinter dem Motiv des Bildes.

• Vordergrund: Der Bereich vor dem Motiv des Bildes.

• Unschärfe : Unvollkommenheit der Sicht verursachen, undeutlich oder verschwommen machen, undeutlich machen. Das Antonyme von Schärfen.

• Bokeh : Die Qualität der Unschärfe der unscharfen Bereiche des Bildes außerhalb der Schärfentiefe, wenn das Objektiv korrekt auf das Motiv fokussiert ist.

• Verwirrungskreis : In idealisierten Strahlenoptiken wird angenommen, dass Strahlen zu einem Punkt konvergieren, wenn sie perfekt fokussiert sind. Die Form eines Unschärfezwischenflecks von einer Linse mit kreisförmiger Apertur ist ein scharfkantiger Lichtkreis. Ein allgemeinerer Unschärfepunkt weist weiche Kanten aufgrund von Beugung und Aberrationen auf ( Stokseth 1969, Paywall ; Merklinger 1992, barrierefrei ) und kann aufgrund der Aperturform unrund sein.

  In Anbetracht der Tatsache, dass echte Objektive nicht alle Strahlen auch unter den besten Bedingungen perfekt fokussieren, wird der Begriff "Kreis der geringsten Verwirrung" häufig für den kleinsten Unschärfepunkt verwendet, den ein Objektiv erzeugen kann (Ray 2002, 89) ist ein guter Kompromiss zwischen den unterschiedlichen effektiven Brennweiten verschiedener Linsenbereiche aufgrund von sphärischen oder anderen Aberrationen.

  Der Begriff Verwirrungskreis wird allgemeiner auf die Größe des unscharfen Punkts angewendet, auf den eine Linse einen Objektpunkt abbildet. Es bezieht sich auf 1. Sehschärfe, 2. Betrachtungsbedingungen und 3. Vergrößerung vom Originalbild auf das endgültige Bild. In der Fotografie wird der Konfusionskreis (CoC) verwendet, um die Schärfentiefe, den Teil eines Bildes, der akzeptabel scharf ist, mathematisch zu bestimmen.

• Sensorgröße :

  • Fotografie: In der Fotografie wird die Sensorgröße basierend auf der Breite des Films oder der aktiven Fläche eines digitalen Sensors gemessen. Der Name 35 mm stammt von der Gesamtbreite des 135er-Films , der perforierten Filmpatrone, die vor der Erfindung der Vollbild-DSLR das Hauptmedium des Formats war. Das Format 135 wird weiterhin verwendet. In der digitalen Fotografie ist das Format als Vollbild bekannt geworden. Während die tatsächliche Größe der Nutzfläche eines fotografischen 35-mm-Films 24 W × 36 H mm beträgt, beziehen sich die 35 Millimeter auf die Abmessung 24 mm zuzüglich der Zahnkranzlöcher (zum Vorschieben des Films).

  • Video : Sensorgrößen werden in Zoll angegeben, da sie zum Zeitpunkt der Verbreitung digitaler Bildsensoren als Ersatz für Videokameraröhren dienten. Die üblichen kreisförmigen 1 "-Videokameraröhren hatten einen rechteckigen lichtempfindlichen Bereich mit einer Diagonale von etwa 16 mm, so dass ein digitaler Sensor mit einer Diagonalen von 16 mm einem 1" -Videoröhrenäquivalent entsprach. Der Name eines 1-Zoll-Digitalsensors sollte genauer als "1-Zoll-Videokameraröhren-Äquivalent" -Sensor gelesen werden. Aktuelle Größenbeschreibungen für digitale Bildsensoren sind die Äquivalenzgröße der Videokameraröhre und nicht die tatsächliche Größe des Sensors. Beispiel: a 1 "Sensor hat eine Diagonale von 16 mm.

• Betreff: Das Objekt, von dem Sie ein Bild aufnehmen möchten, nicht unbedingt alles, was im Rahmen angezeigt wird, ganz sicher keine Fotobomber , und häufig keine Objekte, die im äußersten Vordergrund und im äußersten Hintergrund angezeigt werden . daher die Verwendung von Bokeh oder DOF, um Objekte zu defokussieren, die nicht Gegenstand sind.

• Modulationsübertragungsfunktion (MTF) oder räumliche Frequenzantwort (SFR): Die relative Amplitudenantwort eines Bildgebungssystems als Funktion der räumlichen Eingangsfrequenz. ISO 12233: 2017 legt Methoden zur Messung der Auflösung und des SFR von elektronischen Standbildkameras fest. Linienpaare pro Millimeter (lp / mm) waren die häufigste räumliche Frequenzeinheit für Filme, aber Zyklen / Pixel (C / P) und Linienbreiten / Bildhöhe (LW / PH) sind für digitale Sensoren praktischer.

Jetzt haben wir unsere Definitionen aus dem Weg ...

• Wie können wir den CoC berechnen :

Aus Wikipedia:

CoC (mm) = Betrachtungsabstand (cm) / gewünschte endgültige Bildauflösung (lp / mm) für einen Betrachtungsabstand von 25 cm / Vergrößerung / 25

So unterstützen Sie beispielsweise eine endgültige Bildauflösung von 5 lp / mm für einen Betrachtungsabstand von 25 cm, wenn der erwartete Betrachtungsabstand 50 cm und die erwartete Vergrößerung 8 beträgt:

CoC = 50/5/8/25 = 0,05 mm

Da die endgültige Bildgröße zum Zeitpunkt der Aufnahme eines Fotos normalerweise nicht bekannt ist, wird üblicherweise eine Standardgröße wie 25 cm Breite zusammen mit einer herkömmlichen endgültigen Bild-CoC von 0,2 mm angenommen, was 1/1250 von entspricht die Bildbreite. Häufig werden auch Konventionen in Bezug auf das Diagonalmaß verwendet. Der mit diesen Konventionen berechnete DoF muss angepasst werden, wenn das Originalbild beschnitten wird, bevor es auf die endgültige Bildgröße vergrößert wird, oder wenn die Größen- und Betrachtungsannahmen geändert werden.

Unter Verwendung der „Zeiss-Formel“ wird der Verwirrungskreis manchmal als d / 1730 berechnet, wobei d das Diagonalmaß des Originalbilds (das Kameraformat) ist. Für das Vollformat 35 mm (24 mm × 36 mm, 43 mm Diagonale) ergibt sich ein Wert von 0,025 mm. Ein weiter verbreitetes CoC ist d / 1500 oder 0,029 mm für das Vollbildformat 35 mm, was einer Auflösung von 5 Linien pro Millimeter auf einem Druck mit einer Diagonale von 30 cm entspricht. Werte von 0,030 mm und 0,033 mm sind auch für das 35-mm-Vollformat üblich. Für praktische Zwecke ergeben d / 1730, ein Endbild-CoC von 0,2 mm und d / 1500 sehr ähnliche Ergebnisse.

Es wurden auch Kriterien verwendet, die CoC mit der Linsenbrennweite in Beziehung setzen. Kodak (1972), 5) empfahl 2 Bogenminuten (das Snellen-Kriterium von 30 Zyklen / Grad für normales Sehen) für die kritische Betrachtung und ergab CoC ≈ f / 1720, wobei f die Brennweite des Objektivs ist. Für ein 50-mm-Objektiv im 35-mm-Vollformat ergab sich ein CoC von 0,0291 mm. Bei diesem Kriterium wurde offensichtlich davon ausgegangen, dass ein endgültiges Bild in „perspektivisch korrekter“ Entfernung betrachtet wird (dh der Blickwinkel entspricht dem des Originalbilds):

Betrachtungsabstand = Brennweite des aufnehmenden Objektivs × Vergrößerung

Bilder werden jedoch selten im „richtigen“ Abstand angezeigt. Normalerweise kennt der Betrachter die Brennweite des Aufnahmeobjektivs nicht und die „richtige“ Entfernung kann unangenehm kurz oder lang sein. Folglich sind Kriterien, die auf der Brennweite des Objektivs basieren, im Allgemeinen Kriterien (wie z. B. d / 1500) gewichen, die sich auf das Kameraformat beziehen.

Dieser COC-Wert gibt den maximalen Unschärfepunktdurchmesser an, der in der Bildebene gemessen wird und scharf zu sein scheint. Ein Fleck mit einem Durchmesser, der kleiner als dieser COC-Wert ist, erscheint als Lichtpunkt und daher im Bild scharf. Flecken mit einem größeren Durchmesser erscheinen dem Betrachter verschwommen.

• Nicht-Symmetrie des DOF:

DOF ist nicht symmetrisch. Dies bedeutet, dass der Bereich mit akzeptablem Fokus vor und nach der Fokusebene nicht den gleichen linearen Abstand hat. Dies liegt daran, dass das Licht von näheren Objekten in einem größeren Abstand hinter der Bildebene konvergiert als der Abstand, den das Licht von weiter entfernten Objekten vor der Bildebene konvergiert.

Bei relativ geringen Abständen ist der DOF nahezu symmetrisch, wobei etwa die Hälfte des Fokusbereichs vor der Fokusebene und die andere Hälfte danach vorhanden ist. Je weiter sich die Fokusebene von der Bildebene entfernt, desto größer ist die Symmetrieverschiebung, die den Bereich jenseits der Fokusebene begünstigt. Schließlich fokussiert die Linse auf den Unendlichkeitspunkt und der DOF ist auf seine maximale Unsymmetrie eingestellt, wobei sich die überwiegende Mehrheit des fokussierten Bereichs außerhalb der Fokusebene bis zur Unendlichkeit befindet. Diese Distanz wird als " hyperfokale Distanz " bezeichnet und führt uns zu unserem nächsten Abschnitt.

Hyperfokale Entfernung ist definiert als die Entfernung, wenn die Linse auf unendlich fokussiert ist, wobei Objekte von der Hälfte dieser Entfernung bis unendlich für eine bestimmte Linse fokussiert sind. Alternativ kann sich die Hyperfokalentfernung auf die nächstgelegene Entfernung beziehen, um die eine Linse für eine bestimmte Blende fokussiert werden kann, während Objekte in einer Entfernung (unendlich) scharf bleiben.

Die Hyperfokalentfernung ist variabel und eine Funktion der Apertur, der Brennweite und des zuvor erwähnten COC. Je kleiner Sie die Objektivblende einstellen, desto näher am Objektiv wird die Hyperfokalentfernung. Die Hyperfokaldistanz wird in den Berechnungen verwendet, die zur Berechnung des DOF ​​verwendet werden.

• Berechnung der Hyperfokaldistanz :

Aus Wikipedia:

Es gibt vier Faktoren, die den DOF bestimmen:

1. Verwirrungskreis (KKK)
2. Blende der Linse
3. Brennweite des Objektivs
4. Fokusentfernung (Entfernung zwischen Objektiv und Motiv)

DOF = Fernpunkt - Nahpunkt

DOF teilt dem Fotografen einfach mit, in welchen Abständen vor und hinter der Fokusentfernung Unschärfe auftritt. Es gibt nicht an, wie unscharf oder wie „hochwertig“ diese Bereiche sein werden. Das Design der Linse, das Design der Blende und Ihr Hintergrund bestimmen die Eigenschaften der Unschärfe - Intensität, Textur und Qualität.

Je kürzer die Brennweite Ihres Objektivs ist, desto länger ist der DOF.

Je länger die Brennweite Ihres Objektivs ist, desto kürzer ist der DOF.

Wie ändert sich der DOF, wenn die Sensorgröße in diesen Formeln nicht angezeigt wird?

Es gibt verschiedene Methoden, mit denen sich die Formatgröße in die DOF-Mathematik einschleicht:

Enlargement factor

Focal Length

Subject-to-camera / focal distance

Der Zuschnittsfaktor und die daraus resultierende Brennweite sowie die für die Lichtsammelfähigkeit des Sensors erforderliche Blende haben den größten Einfluss auf Ihre Berechnungen.

Ein Sensor mit höherer Auflösung und ein Objektiv mit besserer Qualität produzieren ein besseres Bokeh, aber auch ein Sensor und ein Objektiv in Handygröße können einigermaßen akzeptables Bokeh produzieren.

Die Verwendung eines Objektivs mit gleicher Brennweite bei einer APS-C und einer Vollbildkamera bei gleichem Abstand von Objekt zu Kamera erzeugt zwei unterschiedliche Bildrahmen und bewirkt, dass der DOF-Abstand und die Dicke (Schärfentiefe) unterschiedlich sind.

Wenn Sie zwischen einer APS-C- und einer Vollbildkamera umschalten, um identische Bilder zu erhalten, erhalten Sie einen ähnlichen DOF, wenn Sie die Objektive wechseln oder das Motiv entsprechend dem Zuschneidefaktor wechseln. Wenn Sie Ihre Position verschieben, um einen identischen Bildausschnitt beizubehalten, wird der Vollbildsensor (für einen größeren DOF) leicht bevorzugt. Nur wenn Sie die Linsen wechseln, um den Zuschnittsfaktor und den Bildausschnitt beizubehalten, erhält der größere Sensor einen engeren DOF (und nicht viel).

Es ist der Öffnungsvorteil, der den Vollbildsensor zu einer besseren und teureren Wahl macht, sowohl für Kameras und Objektive als auch häufig für Funktionen (FPS gehören nicht dazu, noch Größe und Gewicht).

Die Entscheidung für einen mittelgroßen Sensor gegenüber einem winzigen Sensor ist ein weiterer Vorteil des größeren Sensors, aber Bokeh ist wahrscheinlich nicht der beste Anwendungsfall, um den 20-fachen Preisunterschied zu rechtfertigen.

Die größere Anzahl von Pixeln pro Lichtpunkt erzeugt sicherlich ein gleichmäßigeres Bokeh, würde sich jedoch mit einer kleinen Sensorkamera annähern. Wenn Sie mit Ihren Fotos oder Videos Geld verdienen, können Sie die Proportionalität für die Verwendung teurerer Geräte erhöhen. Andernfalls sparen Sie durch ein wenig Beinarbeit oder zusätzliche kostengünstige Objektive eine Menge Geld bei der Investition in ein System mit größerem Format.

Bokeh-zentrierte Links mit Erläuterungen zur Schärfentiefe:

B & H hat einen dreiteiligen Artikel über DOF: Schärfentiefe, Teil I: Die Grundlagen , Teil II: Die Mathematik und Teil III: Die Mythen .

Wikipedia-Bereich: Vorder- und Hintergrundunschärfe .

Schauen Sie sich diesen Artikel " Staging Foregrounds " von RJ Kern über " Foreground Blur" an, der viele Fotos mit Hintergrund- und Vordergrundunschärfe enthält.

Am wichtigsten ist, dass "Bokeh" nicht einfach "Hintergrundunschärfe" ist, sondern alles außerhalb des DOF ​​verschwimmt. sogar im Vordergrund . Es ist so, dass kleine Lichter in einiger Entfernung die Bokeh-Qualität leichter beurteilen können.