Warum beeinflusst die Blendengröße die Schärfentiefe in der Fotografie?

Der Effekt, den die Blende auf die Schärfentiefe gibt, wird durch den "verbrauchten Teil des Objektivs" verursacht.

Da ein Linsensystem nur einen bestimmten Punkt scharfstellen kann, bedarf es eines Tricks, um eine hohe Schärfentiefe zu erzielen. Dafür sorgt (nicht nur, aber auch) die kleine Blende.

Die Reduzierung des verbrauchten Teils des Objektivs führt zu weniger Aberrationen für die nicht perfekt fokussierten Lichtwege. Sie sehen, wie die Teile (1) und (3) im Bild besser fokussiert auf die "Fotoplatte" (5) abgebildet werden. Die Lichtwege aus (2) bleiben unbeeinflusst, da diese perfekt fokussiert sind. Wenn Sie einen kleineren Teil des Objektivs verwenden, wird Ihr Bild dunkler, wie der dunklere Hintergrund der "Fotoplatte" rechts zeigt.

Bildquelle: https://en.wikipedia.org/wiki/File:Depth_of_field_illustration.svg

Wenn Sie eine intuitive Antwort wünschen, gibt die Schärfentiefe das Entfernungsintervall an, in dem das Bild ungefähr scharf ist. Wenn Sie die Blende verkleinern, verengt sich der Lichtkegel. Das bedeutet, dass Sie feststellen würden, dass die Verwirrungskreise kleiner sind. Daher hat sich der Entfernungsbereich, in dem das Bild fokussiert ist, vergrößert.

Eine Formel für den Fernfeldfall (große Entfernungen) wäre:

$\mathbf{DoF}=\frac{2Hs}{H^2-s^2}$

Wo$H$ist die hyperfokale Distanz:$H=\frac{f}{\#fd}$,$f$ist die Brennweite,$\#f$die f-Zahl und$d$ist die Größe des Verwirrungskreises.

Schärfentiefe ist ein Wahrnehmungsphänomen, das das HVS (Human Visual System) berücksichtigt. Es ist wirklich ein Spiel von "wie viel Unschärfe können wir haben, bis es anstößig wird?" Es gibt nur eine "Ebene" (normalerweise wirklich ein Segment einer Kugel), die im Fokus ist. An diesem Punkt arbeitet das Abbildungssystem in Übereinstimmung mit Verlusten wie atmosphärischen und der MTF (Modulationsübertragungsfunktion) des Objektivs.

Wenn sich ein Objekt von dieser Ebene wegbewegt, wird es sofort „unscharf“, und es gibt eine Punktverteilungsfunktion, die eine wachsende Scheibe beschreibt, die in manchen Kreisen (kein Wortspiel beabsichtigt) als „Kreis der Verwirrung“ bezeichnet wird.

Bei kleineren Öffnungen, die zentrale Teile der Linse verwenden, nimmt das Licht einen kürzeren (und gleichmäßigeren) Weg durch die Linse. Dies trägt dazu bei, die Punktverteilungsfunktion zu reduzieren, die den Verwirrungskreis (und nicht immer einen Kreis) beschreibt. Die Punktbildfunktion eines optischen Systems wird auch als Impulsantwort bezeichnet.

Das resultierende Bild ist eines, das die Faltung des Zielbildes und der Punktverteilungsfunktion ist. Zumindest für nicht kohärente Bildgebung. Die Wahrnehmung der Schärfentiefe ist also linear mit Blende und Brennweite.

Leider hat die Schärfentiefe ihre Grenzen, und eine sehr, sehr kleine Blende bietet keine nahezu unendliche Schärfentiefe, da die Beugung eine größere Rolle bei der Unschärfe des Bildes spielt, wenn die Blende kleiner wird.

Was also wirklich mit der Schärfentiefe passiert, ist, dass Objekte außerhalb der fokussierten Ebene nicht wirklich scharf sind, sondern die Unschärfe als vernachlässigbar angesehen wird. Stellen Sie sich das so vor: Ein Thumbnail-Foto mag klar aussehen, aber wenn es auf ein 8x10-Zoll-Foto erweitert wird, kann es inakzeptabel verschwommen sein. Eine akzeptable Schärfentiefe ist also eine Bestimmung der Auswirkung eines nicht fokussierten Bildes auf das Beobachter, angesichts des optischen Systems (Atmosphäre, Objektiv, Sensor/Film und Rendering-/Druckprozess) und der Wahrnehmungsperspektive (wie groß ist das betrachtete Bild).

In der praktischen Anwendung kann eine sogenannte hyperfokale Einstellung auf einem Objektiv ein akzeptables Bild einer Szene ergeben, wenn sie auf einem kleinformatigen Display oder Ausdruck betrachtet wird, aber wenn sie erweitert oder vergrößert wird, ergibt sich ein unscharferes Aussehen als es ist Realität durch die "Schärfentiefe" nicht vollständig im Fokus.

Als Fotograf und Physiker versuche ich, dieses Phänomen meinem befreundeten Musiker zu erklären, der sich gerade eine teure Kamera gekauft hat.

Das Beste, was mir einfällt, ist im Extremfall eine Lochkamera mit unendlicher Schärfentiefe. Wenn wir ein Objektiv davor halten und die Blende erweitern, nähert es sich der bekannten Situation mit der durch die Brennweite bestimmten Objekt- und Bildentfernung.