Tại sao độ sâu của trường bị ảnh hưởng bởi độ dài tiêu cự?

Khi tiêu cự giảm, độ sâu của trường cũng tăng theo. Tại sao lại thế này? Tôi không hứng thú lắm với một bài học vật lý vì tôi quan tâm đến một lời giải thích đơn giản, thực tế.

Khá chắc chắn rằng tôi đã trả lời này trước đây nhưng tôi không thể tìm thấy nó.

• Khi tiêu cự dài hơn, góc nhìn sẽ nhỏ hơn.
• Với góc nhìn nhỏ hơn, các tia tạo thành hình ảnh gần với song song hơn.
• Với ít sự thay đổi góc giữa các tia, ánh sáng phải truyền đi nhiều hơn trước khi đủ tiêu cự.

Đây là một chút đơn giản hóa nhưng tôi hy vọng nó dễ dàng hình dung ít nhất.

Đối với cuộc thảo luận này, khẩu độ nên được coi là giống nhau, vì phương sai mà chúng ta đang thảo luận là tiêu cự.

Vì vậy, một ống kính tele tập trung vào cùng một đối tượng từ cùng một khoảng cách với ống kính góc rộng sẽ có độ sâu của trường thấp hơn do độ phóng đại cao hơn, nhưng kết quả góc nhìn giữa hai hình ảnh rất khác nhau. Một ống kính tele và một ống kính góc rộng tập trung vào cùng một đối tượng có cùng góc nhìn, sẽ có cùng độ sâu trường ảnh (có sự thay đổi nhưng không thể bỏ qua).

Sự khác biệt ở đây? góc nhìn. Vì vậy, đây là khoảng cách của bạn đến chủ đề, thực sự, không cụ thể là độ dài tiêu cự. Thay đổi khoảng cách để phù hợp với sự khác biệt về độ dài tiêu cự và độ sâu trường ảnh gần như giữ nguyên. Điều gì làm thay đổi, mặc dù là tỷ lệ tiền cảnh và hậu cảnh cho nó. Các góc rộng hơn có xu hướng lấy nét nền nhiều hơn và tele có xu hướng có nhiều tiền cảnh hơn. Kết quả của hành vi này có thể tạo ra ảo ảnh về độ sâu nông hơn vì ống kính tele sẽ phóng to mờ hậu cảnh. Đó là một lý do mà các nhiếp ảnh gia phong cảnh không thể quay lại với ống kính tele (khói mù và các yếu tố khác cũng có vai trò, có lẽ là quan trọng hơn).

Bạn có thể kiểm tra thông tin của tôi tại các trang web khác nhau cung cấp máy tính DoF, chẳng hạn như DOFMaster chẳng hạn. Ví dụ: đối với khoảng cách 10m (@ f / 8) thì 10 mm DoF = Infinite và 100mm DoF = 3.08m. Bây giờ, di chuyển ống kính 100mm đến 100m (xa hơn 10 lần) và DoF 100mm bây giờ bằng vô hạn. Góc ngắm của ống kính 100mm hiện tại giống với ống kính 10 mm.

Tóm lại, ống kính góc rộng không có độ sâu trường ảnh lớn hơn ống kính tele và điều này được thể hiện bằng cả hai hiển thị cùng một DoF cho cùng một góc nhìn.

Bạn có thể nhận được một số giải thích chi tiết hơn (và không theo định hướng toán học) tại Cambridge về Màu sắc và Phong cảnh Sáng . Liên kết thứ hai cũng có hình ảnh mẫu, loại tiện dụng để nhìn thấy nó.

Độ sâu của trường chỉ bị ảnh hưởng bởi kích thước khẩu độ thực tế, nhưng kích thước khẩu độ thực tế không phải là điểm dừng. Khi chúng ta nói "khẩu độ", chúng ta thực sự có nghĩa là "tỷ lệ khẩu độ" hoặc "f-stop", không phải kích thước khẩu độ.

Đây "khẩu độ tỷ lệ" là những gì được yêu cầu để độ sáng hình ảnh tính toán, nhưng kích thước khẩu độ thực tế là cần phải tính toán độ sâu của lĩnh vực.

Đối với bất kỳ giá trị f-stop đã cho nào, độ dài tiêu cự càng dài thì kích thước khẩu độ thực tế tính bằng mm càng lớn .

Điểm dừng F là tỷ lệ của khẩu độ so với tiêu cự và được tính bằng f-stop = focal-length / aperture.

Để có được kích thước khẩu độ thực tế từ điểm dừng ... aperture-size = (1 / f-stop) * focal-length

Vì vậy, đối với ống kính 50mm F1.4 .. kích thước khẩu độ chính xác = 1 (1,4 * 50) = kích thước khẩu độ 35mm.

Kích thước khẩu độ là kích thước của lỗ mà ánh sáng đi qua. Để chế tạo ống kính 100mm F1.4, cần có khẩu độ 70mm, điều này tạo ra một ống kính có đường kính thực sự lớn.

Vì vậy, khẩu độ thực tế càng lớn, độ sâu trường ảnh càng nhỏ và đối với bất kỳ giá trị f-stop cụ thể nào, độ dài tiêu cự càng dài, độ mở khẩu độ thực tế càng lớn.

F-stop được phát minh để làm cho việc tính toán độ sáng phơi sáng dễ dàng hơn, nhưng thực tế lại phức tạp khi tính toán độ sâu trường ảnh. Nhưng trước máy ảnh tự động, việc tính toán điểm dừng f và tốc độ màn trập mong muốn là có thể thực hiện được, nhưng sẽ là một nỗi đau thực sự nếu làm việc với kích thước khẩu độ thực tế!

Lưu ý: Như một số câu trả lời khác đã thảo luận, khi khoảng cách đến một chủ đề tăng lên, thì ánh sáng từ chủ đề đó sẽ song song hơn. Điều này có nghĩa là một chủ đề càng xa thì độ sâu trường ảnh càng lớn. Điều này sẽ chống lại hiệu ứng của ống kính dài hơn với cùng một điểm dừng có độ sâu trường nhỏ hơn. Hãy xem xét các ống kính 50mm và 100mm f1.4. 100mm có kích thước khẩu độ lớn hơn tính bằng mm, nhưng nếu bạn phải di chuyển xa hơn 2 lần để chụp ảnh, khoảng cách tăng sẽ chống lại kích thước khẩu độ thực tăng và độ sâu trường ảnh sẽ tương tự như sử dụng ống kính 50mm ở khoảng cách gần hơn .

Tại sao các ống kính dài hơn lại có dof ... trong ngắn hạn, bởi vì chúng đòi hỏi khẩu độ lớn hơn về mặt vật lý để duy trì cùng số f-stop. (hãy nhớ, giá trị dừng f "f" = tiêu cự / khẩu độ.

Hãy bắt đầu bằng cách nghĩ về một máy ảnh pinhole thực sự. Nó không có ống kính nên không có tiêu cự và đòi hỏi một lỗ kim rất nhỏ để tạo ra một hình ảnh tập trung tốt. nếu lỗ kim quá lớn thì sẽ không có gì tập trung. (tức là nghiêm túc nông!)

Bây giờ, nếu chúng ta đặt một ống kính trước hộp pinhole của chúng ta, chúng ta cần mở khẩu độ một chút để cho đủ ánh sáng xuyên qua - mà không làm nhiễu hình ảnh của chúng ta. (hãy nhớ rằng chúng ta phải giữ cho hình ảnh tập trung và các bước sóng ánh sáng được thiết lập bởi các định luật vật lý).

Vì vậy, khi ống kính dài hơn (trong khi chiếu lên cùng một cảm biến), nó sẽ hẹp hơn tương đối về chiều dài so với kích thước của mặt sau của nó. (nhớ cảm biến kích thước tương tự) - điều này làm cho ống kính tối hơn. Vì vậy, để làm cho nó có thể so sánh với khả năng bắt sáng của ống kính ngắn hơn (tức là cùng giá trị f = stop), khẩu độ phải được tăng (để cho nhiều ánh sáng đi qua cảm biến) theo tỷ lệ thay đổi độ dài.

Khi tiến trình này, kích thước vật lý của khẩu độ (tính bằng mm) đang tăng lên so với kích thước của cảm biến. Vì vậy (hãy nhớ lỗ kim quá khổ) sẽ khó khăn hơn nhiều để giữ mọi thứ tập trung. Do đó ống kính fl dài hơn với khẩu độ rộng rất phức tạp, thường có kích thước lớn và thường đắt hơn nhiều.

Đây là một câu hỏi hay! Tôi đã ở công cụ này hơn 65 năm và tôi chưa đọc những gì tôi nghĩ là một câu trả lời đáng kính. Để kết thúc này, tôi thách thức các đồng nghiệp của tôi để gửi một lời giải thích tốt.

Nhưng chờ đã, tôi nghĩ rằng tôi đã có sự giác ngộ - dù sao hãy để tôi cho nó đi.

Ống kính chiếu hình ảnh của thế giới bên ngoài lên bề mặt của phim hoặc cảm biến kỹ thuật số. Nếu bạn kiểm tra chặt chẽ hình ảnh này, bạn sẽ thấy rằng nó bao gồm vô số vòng tròn, mỗi vòng tròn khác nhau về cường độ và màu sắc. Khi chúng ta quan sát hoặc chụp hình ảnh này, nó sẽ có vẻ đồng nhất và sắc nét chỉ khi những vòng tròn này quá nhỏ để có thể cảm nhận được. Chúng ta đang nói về vòng tròn của sự nhầm lẫn. Được đặt tên như vậy, bởi vì dưới kính hiển vi, chúng được xem là không xác định và chúng trùng nhau. Tuy nhiên, khi nhìn từ một khoảng cách phù hợp, chúng tôi nhận ra rằng chúng hợp nhất để tạo thành một hình ảnh đẹp.

Khi chúng ta nghĩ về kích thước của các vòng tròn này, sớm hay muộn, nó sẽ nhận ra rằng đường kính làm việc của màng chắn mống mắt (khẩu độ) sẽ tạo ra giai đoạn như những vòng tròn này lớn như thế nào khi được chiếu trên bề mặt tại mặt phẳng tiêu cự của chúng ta Máy ảnh.

Bây giờ chúng tôi biết rằng nếu chúng tôi đặt máy ảnh của mình thành f / 11 hoặc f / 16 hoặc f / 22, chúng tôi sẽ thu nhỏ đường kính làm việc của khẩu độ của máy ảnh. Khi làm như vậy, chúng tôi đạt được độ sâu trường vì kết quả là các vòng tròn nhầm lẫn nhỏ hơn. Bây giờ số f và độ dài tiêu cự được đan xen. Số f được lấy bằng cách chia độ dài tiêu cự cho đường kính làm việc của ống kính. Giả sử bạn lắp 50mm và đặt số f thành f / 16. Đường kính khẩu độ làm việc là 50 16 = 3.125mm. Một lash-up như vậy mang lại độ sâu trường ảnh đáng nể, bởi vì các vòng tròn nhầm lẫn ở mặt phẳng hình ảnh sẽ rất nhỏ, miễn là máy ảnh được lấy nét chính xác.

Bây giờ chuyển sang một góc rộng 28mm. Nếu tốc độ màn trập và ISO được giữ cố định, cài đặt khẩu độ tương tự của f / 16 sẽ thực hiện hành động này. Tuy nhiên, điều gì đã xảy ra với đường kính làm việc của màng chắn mống mắt để đạt được f-16? Đường kính làm việc được sửa đổi trở thành 28 16 = 1,75mm.

Thật đơn giản --- độ dài tiêu cự ngắn hơn ở cùng một số f mang lại khẩu độ làm việc nhỏ hơn và điều này dẫn đến một vòng tròn nhầm lẫn nhỏ hơn - do đó, độ sâu của trường mở rộng.

Mọi thứ đều có kìm và nhược điểm. Nếu đường kính làm việc trở nên siêu nhỏ, kết quả sẽ là độ sâu trường vô hạn. Điểm trừ là: Hai con quỷ sinh đôi của nhiễu xạ và nhiễu bước vào và hình ảnh xuống cấp.

Yếu tố - Độ sắc nét tối đa sẽ xảy ra khi ống kính máy ảnh bị dừng khoảng hai điểm dừng tối đa (mở rộng).

Một lời giải thích khá đơn giản nhưng tốt như sau:

• Khi độ dài tiêu cự tăng lên, chúng tôi thực sự phóng to và do đó trường nhìn (khu vực phù hợp với khung hình) sẽ nhỏ hơn.

• Điều này sẽ khiến một khu vực nhỏ hơn phía sau đối tượng được chiếu trong cảm biến camera.

• Vì kích thước cảm biến máy ảnh là như nhau, điều này có nghĩa là những vật thể xa tiêu cự từ nền sẽ được kéo dài hơn để lấp đầy khu vực cảm biến. Nói cách khác, những vật thể mờ xa ở hậu cảnh (không nằm trong phạm vi lấy nét trong cả hai trường hợp có độ dài tiêu cự) sẽ bị mờ nhiều hơn khi chúng được phóng to / kéo dài hơn.

Lưu ý rằng để có cùng kích thước hình ảnh của một đối tượng trong khung hình khi chúng ta tăng gấp đôi độ dài tiêu cự, chúng ta cũng nên tăng gấp đôi khoảng cách đến đối tượng. Mặc dù, điều này không quan trọng trực tiếp ở đây nhưng điều này chỉ cần thiết để so sánh tốt hơn. Dù sao, nền sẽ mờ hơn với f cao hơn.