Jak telekonwerter wpływa na głębię ostrości?

Wiem, że telekonwerter zmniejszy ilość światła docierającego do filmu lub czujnika w kamerze, i jako taki słyszysz ludzi, którzy krążą wokół takich rzeczy jak: „Przy telekonwerterze 2x ten 300 mm f / 2.8 staje się 600 mm f / 5.6”.

Biorąc pod uwagę fakt, że apertura nie różni się fizycznie, zastanawiam się, w jaki sposób wpływa to na głębię ostrości (i związane z nią efekty, takie jak bokeh). Sensowne byłoby, aby głębia pola pozostała taka sama, a obraz został jedynie przycięty.

Czy to tylko jedna z tych rzeczy, które mówią ludzie, które mogą być przydatne do obliczeń ekspozycji, czy też rzeczywiście powstaje zmiana w wytwarzanym obrazie?

Wersja TL; DR: Telekonwertery nie wpływają na głębię pola w żadnej odległości. Dosłownie przekształcają obiektyw 300 f / 2.8 w obiektyw 600 f / 5.6. Dowolny obiektyw 600 f / 5.6, telekonwerterowany lub nie, będzie miał taką samą głębię ostrości jak obiektyw 300 f / 2.8.

Istnieje wiele nieporozumień na temat związku między głębią ostrości, przysłoną, ogranicznikiem f i długością ogniskowej. W rzeczywistości wszystko jest bardzo proste:

Głębokość pola zależy od odległości ogniskowej i pozornego rozmiaru przedniego elementu soczewki.

Przez pozorną średnicę mam na myśli szerokość obszaru przedniego elementu, który nie jest blokowany przez otwór.

Rzeczywiście możesz zobaczyć, jak duża jest ta pozorna średnica, patrząc na przód obiektywu, gdy jest on odłączony, a przysłona jest otwarta.

Zależność między wartością przysłony, ogniskową i pozorną średnicą obiektywu jest następująca:

(Rozmiar przysłony w mm) = (Ogniskowa w mm) ÷ (przysłona)

Na przykład:

• Pozorna średnica obiektywu 210 mm ustawionego na f / 4.5 wynosi 47 mm,
• Pozorna średnica obiektywu 70 mm ustawionego na f / 4.5 wynosi 15,5 mm,
• Pozorna średnica obiektywu 70 mm ustawionego na f / 8 wynosi 8,75 mm,
• A pozorna średnica obiektywu 18 mm ustawionego na f / 3.5 jest marna 5,1 mm.

Wróćmy do głębi ostrości. Głębia ostrości to odległość przed i za ogniskową, która jest nadal „akceptowalna” w ogniskowaniu. Ponieważ poziom akceptowalnego rozmycia różni się w zależności od osoby, lepszym sposobem analizy głębi ostrości jest krąg zamieszania.

Oto przydatne zdjęcie ze strony Wikipedii w Circle of Confusion:

Krąg pomieszania to obszar na czujniku, który jest uderzany przez światło z jednego punktu. Jeśli znajdujesz się przed lub za płaszczyzną ogniskowania, wtedy twój krąg pomieszania staje się większy. W płaszczyźnie ogniskowania krąg zamieszania wynosi (najlepiej, ale nigdy w praktyce) zero.

Szybkość narastania kręgu pomieszania podczas oddalania się od płaszczyzny ostrości jest tylko jednym czynnikiem: kąt między najszerszymi zbieżnymi liniami (krawędzią pozornego rozmiaru soczewki). Oznacza to kilka rzeczy:

• Jeśli jesteś skupiony 10 razy dalej, musisz iść około 10 razy dalej od płaszczyzny ogniskowania, aby uzyskać tę samą zmianę w swoim kręgu zamieszania
• Dwie soczewki zogniskowane w tej samej odległości, o tym samym pozornym rozmiarze, spowodują tę samą zmianę w kręgu zamieszania (a zatem tę samą głębię ostrości).

I odwrotnie, podważa to również kilka powszechnych przekonań na temat głębi ostrości:

• Dwie soczewki w tym samym punkcie przysłony niekoniecznie mają tę samą głębię ostrości. Dłuższy obiektyw będzie miał krótszą głębię ostrości, ponieważ ma większy pozorny rozmiar. (Przepraszam, Matt.)
• Telekonwertery, kadrowanie i mniejsze czujniki nie mają żadnego wpływu na głębię ostrości przy danym pozornym rozmiarze (przysłona i ogniskowa).

Zrób dwa zdjęcia: jedno z 35 mm f / 1.8 i jedno z 210 mm f / 11. Teraz przytnij obraz 35 mm, aby mieć takie samo pole widzenia jak drugi obraz. Będą miały prawie dokładnie taką samą głębię ostrości. Proszę bardzo:

Głębia ostrości jest taka jak dla obiektywu F / 5.6 w podanym przez ciebie przykładzie.

Tak, otwór fizycznie się nie zmienił. Jednak stosunek przysłony do ogniskowej wzrósł.

Dlatego promienie światła docierające do czujnika będą mniej ukośne. Powoduje to zwiększenie głębi ostrości.

Nie mogę nic dodać do doskonałego, zwięzłego wyjaśnienia Itai o tym, co się dzieje, jednak przedstawię dowód Reductio ad Absurdum :

Załóżmy, że użycie telekonwertera wydłużyło ogniskową iw rezultacie wpuściło mniej światła, ale nie wpłynęło to na głębię pola . Oprócz wykonania 600 f / 5.6 producent może wziąć istniejącą konstrukcję 300 f / 2.8 i włączyć optykę telekonwertera, ale w tym samym korpusie. Byliby wówczas w stanie zaoferować dwie wersje obiektywu 600 mm, które zachowują się dokładnie tak samo pod względem ekspozycji, ale jeden miałby DOF 600 f / 5.6, a drugi miałby DOF 600 f / 2.8.

Mogą również zastąpić 300 f / 2.8 przez 150 f / 1.4 z wbudowanym telekowerterem i być w stanie zaoferować 3 wersje 600 z różnymi DOF i tak dalej.

W końcu dochodzisz do obiektywu o nieskończenie małej głębi ostrości, ale nadal zachowującego się jak 5.6, co jest wyraźnie absurdalne, dlatego pierwotna propozycja (że DOF nie ulega zmianie przez telekowerter) musi być fałszywa.

Głębia ostrości zależy od odległości ogniskowania i wielkości apertury fizycznej (dobrze wyjaśnione przez Evana Kralla). Dodanie telekonwertera nie zmienia fizycznego rozmiaru apertury; po prostu powiększasz obraz już rzutowany przez obiektyw, a ogniskowa i liczba f rosną razem proporcjonalnie.

Ponieważ rozmiar apertury fizycznej pozostaje niezmieniony, głębia ostrości pozostaje niezmieniona dla danej odległości ogniskowania.

Telekonwerter po prostu rozkłada obraz obiektywu, jak szkło powiększające. Zmienia tylko ramkę, przycinając (udając większą odległość ogniskowania) i poziom oświetlenia, używając równej ilości światła dla większej liczby pikseli. Nie zmienia niczego innego od oryginalnego ujęcia, np. Głębi ostrości lub odległości ostrzenia.

Odpowiem na dwa pytania, na to, które zadałeś, i na to, które powinieneś również zadać. Omówię również różne scenariusze (ta sama odległość obiektu bez kadrowania, ta sama odległość obiektu z kadrowaniem i to samo kadrowanie).

Jak telekonwerter wpływa na głębię ostrości?

Spójrzmy na to. Głębia ostrości wynosi:

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

gdzie fjest ogniskowa, Cjest okręgiem zamieszania, Njest liczbą przysłony i x_djest odległością od obiektu. Jeśli odległość obiektu pozostaje stała i nie zdecydujesz, że z powodu mniejszego przycinania Cnależy zwiększyć, podwojenie ogniskowej podwoi również liczbę przysłony, ale Cpozostanie stałe. Tak więc głębokość pola zostanie zmniejszona o połowę przez telekonwerter. (Jeśli zwiększysz z Cpowodu mniejszej potrzeby przycinania, głębia ostrości pozostanie stała).

Czasami jednak chcesz zachować równe kadrowanie. Następnie podwojenie ogniskowej będzie odpowiadało podwojeniu odległości obiektu. W ten sposób x_d^2 / f^2pozostaje stały i również Cpozostaje stały. Jednak podwojenie ogniskowej podwoi się N, a zatem głębia ostrości zostanie podwojona przy równomiernym kadrowaniu.

Tak więc, TL; DR: zależy to od tego, czy utrzymujesz równe kadrowanie poprzez zmianę odległości obiektu (różne DoF), czy przycinasz (ta sama DoF), czy też akceptujesz dłuższą ogniskową, otrzymujesz inne zdjęcie (różne DoF, ale w drugi kierunek).

Powinieneś również zapytać:

Jak telekonwerter wpływa na rozmycie tła?

To jest łatwiejsze. Rozmiar dysku rozmycia tła (przy założeniu tła w nieskończoności) wynosi:

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

Otwór przysłony f/Njest utrzymywany przez telekonwerter. m_sto powiększenie obiektu, tzn. rozmiar obiektu na czujniku podzielony przez jego rzeczywisty rozmiar. Jeśli utrzymujesz równe kadrowanie, m_spozostaje stałe, a zatem przy równym kadrowaniu rozmiar dysku rozmycia tła jest stały.

Jeśli jednak nie utrzymujesz równego kadrowania, telekonwerter 2x podwaja się m_s. W ten sposób uzyskasz więcej rozmycia tła.

Ale jeśli utrzymasz tę samą odległość obiektu i przyciąłeś oryginalny obraz 2x, i zdecydujesz, że nie potrzebujesz już kadrowania z powodu telekonwertera, wówczas telekonwerter m_spodwoi go, ale z powodu mniejszego kadrowania szerokość / wysokość / przekątna faktycznie używanego elementu czujnika jest również podwojona, więc rozmiar rozmycia dysku jako procent faktycznie używanej przekątnej pozostaje niezmieniony.

Tak więc, TL; DR: tutaj znowu zależy od tego, czy utrzymujesz równe kadrowanie poprzez zmianę odległości obiektu (to samo rozmycie), czy przycinasz (to samo rozmycie), czy też po prostu akceptujesz dłuższą ogniskową, aby uzyskać inne zdjęcie (inne rozmycie).

Przyjęta odpowiedź jest bardzo ostateczna. To też jest złe. Najpierw określmy, co jest poprawne tutaj:

Wersja TL; DR: Telekonwertery nie wpływają na głębię pola w żadnej odległości.

Źle.

Dosłownie przekształcają obiektyw 300 f / 2.8 w obiektyw 600 f / 5.6.

Poprawny.

Dowolny obiektyw 600 f / 5.6, telekonwerterowany lub nie, będzie miał taką samą głębię ostrości jak obiektyw 300 f / 2.8.

Źle.

Głębokość pola zależy od odległości ogniskowej i pozornego rozmiaru przedniego elementu soczewki.

Częściowo dobrze, częściowo źle. Geometria sceny i jej stosunek do głębi pola są określone przez pozorny rozmiar źrenicy wejściowej soczewki. Źrenica wejściowa ma pozorną wielkość otworu widzianą podczas patrzenia w przednią soczewkę.

Jego średnicę można ustalić, dzieląc ogniskową przez liczbę przysłony.

I tutaj dochodzimy do fundamentalnego błędu w przyjętej odpowiedzi: odpowiedź zakłada, że ​​geometria sceny jest jedynym czynnikiem wpływającym na głębię pola. To nie jest Głębokość pola jest definiowana jako odległość, w której można wykryć wyostrzenie, a wyostrzenie jest zdefiniowane za pomocą kryteriów „koła pomieszania”. Jeśli użyjesz tego samego medium projekcyjnego (ten sam film lub ten sam czujnik) i spojrzysz na wyniki w skali, w której rozdzielczość nośnika określa krąg pomieszania, powiększenie odwzorowania sceny jest bardzo istotne dla wynikowej głębi ostrości.

Jeśli użyjesz tego samego obiektywu z tymi samymi ustawieniami na matrycy pełnoklatkowej o rozdzielczości 40 MP, jego głębia ostrości będzie wynosić (zakładając, że obiektyw zapewnia ostrość na poziomie piksela) będzie o połowę mniejsza niż na matrycy pełnoklatkowej o rozdzielczości 10 MP, ale będzie taka sama jak co dostaniesz na 10-megapikselowym czujniku współczynnika uprawy 2. Ignorując pikselację, częściowe obrazy będą nierozróżnialne.

Telekonwerter z kołnierzem w podobnej żyle zachowuje geometrię obrazu: plony będą nierozróżnialne, dopóki zignorujesz pikselację. Jednak pikselacja określa krąg zamieszania, więc przy telekonwerterze 2x zwykle uzyskuje się połowę głębi ostrości, ponieważ piksel jako główny czynnik przyczyniający się do kręgu zamieszania pokrywa teraz drobniejszą siatkę nad oryginałem scena.

W przeciwieństwie do głębi pola, ilościowe rozmycie tła pod względem wielkości piksela wydaje się nie sensowne, ponieważ jego skala jest bardziej istotna w stosunku do skali obiektów obiektu lub rozmiaru klatki. Relacja do cech obiektu nie jest zmieniana przez telekonwerter, w stosunku do ramki, jego zasięg podwaja się, co oznacza, że ​​rozmycie w stosunku do gotowego obrazu jest zwiększone.

Krótko mówiąc: rzeczy są złożone i mniej niż intuicyjne, ale już tak są przed dodaniem telekonwertera do równania. Z powodu tej złożoności musisz bardzo dokładnie określić wartości, o które pytasz, ponieważ są one często używane potocznie w sposób wymienny, ale zachowują się w zupełnie odmienny sposób, patrząc na geometrię sceny, geometrię obrazu i rozdzielczość nośnika.

Jesteś zmieszany:

Biorąc pod uwagę fakt, że apertura nie różni się fizycznie, zastanawiam się, w jaki sposób wpływa to na głębię ostrości (i związane z nią efekty, takie jak bokeh). Sensowne byłoby, aby głębia pola pozostała taka sama, a obraz został jedynie przycięty.

Kadrowanie obrazu zachowuje tę samą głębię ostrości tylko wtedy, gdy wykonano go fizycznie na wydruku, co daje mniejszy kawałek papieru, oglądany w taki sam sposób jak oryginalny papier. Gdy tylko zastosujesz jakiekolwiek powiększenie w celu lepszego zobaczenia szczegółów, głębia ostrości (określona przez rozproszony dysk nieostry staje się widoczny pod kontrolą) staje się mniejsza. Jedynym wyjątkiem jest sytuacja, gdy widoczny jest już bezwzględny czynnik ograniczający, taki jak ziarno filmu lub rozmiar w pikselach.

Telekonwerter od strony kołnierza nie zmienia wielkości źrenicy wejściowej, a zatem działa z tą samą sceną, ale z mniejszym plonem rozmieszczonym na czujniku. Daje to mniej światła na piksel (a zatem podwójną liczbę przysłony), ale z powodu większej liczby pikseli czujnika o połowę mniejszych rozmiarów niż „koło pomieszania”, a zatem o połowę głębsze pole. Chyba że jakość optyczna obiektywu była już na granicy, a dodatkowe piksele nie są w stanie dostarczyć żadnych dodatkowych informacji.

Telekonwerter po stronie filtra to inna sprawa, ponieważ zwiększa skalę źrenicy wejściowej, a zatem zwykle utrzymuje ten sam numer przysłony. Głębokość pola zmniejsza się więc zarówno przez mniejsze plony rozdzielone na tym samym czujniku, jak i przez większy źrenicę wejściową patrzącą na scenę.