Was genau bestimmt die Schärfentiefe?

Ok, ich verzichte zur Abwechslung mal auf die Formeln, Linealfotos und Definitionen von „Vergrößerung“ und gehe auf das ein, was man in der Praxis tatsächlich erlebt. Die wichtigsten Faktoren, die beim Schießen tatsächlich eine Rolle spielen, sind:

• Öffnung. Objektive mit großer Blendenöffnung 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

• Motivabstand. Dies ist eine wirklich wichtige Überlegung. Die Schärfentiefe wird drastisch geringer, wenn Sie anfangen, wirklich nah heranzukommen . Dies ist wichtig, da DoF bei Makro-Fokussierentfernungen ein großes Problem darstellt. Es bedeutet auch, dass Sie unabhängig von der Blende einen flachen DoF erhalten können, wenn Sie nahe genug herangehen, und dass Sie, wenn Sie einen tiefen DoF bei schlechten Lichtverhältnissen wünschen, weiter entfernt fokussieren können.

• 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 DoF nur noch sehr wenig mit der Brennweite. Dies ist wiederum wichtig, denn wenn Sie DoF erhöhen / verringern möchten, können Sie dies mit der Brennweite tun, während Sie den Rahmen immer noch mit Ihrem Motiv füllen.

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

Dies ist eine ausgezeichnete Frage, die je nach Kontext unterschiedliche Antworten hat. Sie haben mehrere spezifische Fragen erwähnt, von denen jede ihre eigene Antwort rechtfertigen könnte. Ich werde versuchen, sie hier eher als einheitliches Ganzes anzusprechen.

F. Ist es nur eine Eigenschaft des Objektivs?
A. Einfach gesagt, nein , obwohl man, wenn man CoC ignoriert, (angesichts der Mathematik) argumentieren könnte, dass dies der Fall ist. Die Schärfentiefe ist eine "unscharfe" Sache und hängt stark vom Betrachtungskontext ab. Damit meine ich, dass es davon abhängt, wie groß das endgültig betrachtete Bild 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.

F. Können Objektive so konstruiert werden, dass sie bei gleicher Blende und Brennweite mehr Schärfentiefe bieten? A. Angesichts der Mathematik müsste ich nein sagen. Ich bin kein optischer Ingenieur, also nehmen Sie das, was ich hier sage, mit dem nötigen Körnchen Salz. Ich neige jedoch dazu, der Mathematik zu folgen, die ziemlich klar über die Schärfentiefe ist.

F. Ändert es sich mit der Größe des Kamerasensors?
A. Letztlich kommt es darauf an. Wichtiger als die Größe des Sensors wäre der minimale Circle of Confusion (CoC) des Bildgebungsmediums. Seltsamerweise ist der Circle of Confusion eines Bildmediums nicht unbedingt ein intrinsisches Merkmal, da der minimal akzeptable CoC oft durch die maximale Größe bestimmt wird, mit der Sie drucken möchten. Digitale Sensoren haben eine feste Mindestgröße für CoC, da die Größe eines einzelnen Sensors so klein ist wie ein einzelner Lichtpunkt (in einem Bayer-Sensor ist die Größe eines Quartetts von Sensoren tatsächlich die kleinste Auflösung).

F. Ändert es sich mit der Druckgröße?
A. Angesichts der Antwort auf die vorherige Frage, möglicherweise. Das Skalieren eines Bildes über oder sogar unter seine "native" Druckgröße kann sich auf den Wert auswirken, den Sie für den minimal akzeptablen CoC verwenden. Daher spielen die Größe(n), in denen Sie drucken möchten, eine Rolle, aber ich würde sagen, dass die Rolle im Allgemeinen gering ist, es sei denn, Sie drucken in sehr großen Größen.

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

Die Schärfentiefe ist eine Funktion der Brennweite, der effektiven Blende, der Entfernung zum Motiv und des minimalen Verwirrungskreises. Beim Minimum Circle of Confusion werden die Dinge unscharf, da dies entweder als Funktion des Bildgebungsmediums oder als Funktion der Druckgröße angesehen werden kann.

Es gibt mehrere mathematische Formeln, die zur Berechnung der Schärfentiefe verwendet werden können. Leider scheint es keine einzige Formel zu geben, die eine Schärfentiefe in jeder Entfernung zum Motiv genau erzeugt. Hyperfocal Distance, oder die Entfernung, bei der Sie effektiv die maximale DoF erhalten, kann wie folgt berechnet werden:

H = f ² / (N * c)

Wo:

H = hyperfokale Distanz
f = Brennweite
N = Blendenzahl (relative Apertur)
c = Zerstreuungskreis

Der Kreis der Verwirrung ist hier ein eigenartiger Wert, also werden wir das später besprechen. Ein brauchbarer durchschnittlicher CoC für digitale Sensoren kann bei 0,021 mm angenommen werden . Diese Formel gibt Ihnen die hyperfokale Distanz an, die Ihnen nicht genau sagt, was Ihre Schärfentiefe ist, sondern Ihnen die Motiventfernung angibt, auf die Sie fokussieren sollten, um die maximale Schärfentiefe zu erhalten. Um die tatsächliche zu berechnen Depth of Field, benötigen Sie eine zusätzliche Berechnung. Die folgende Formel liefert DoF für mittlere bis große Motiventfernungen, was genauer gesagt bedeutet, wenn die Entfernung zum Motiv größer als die Brennweite ist (d. h. Nicht-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 = Nahgrenze von DoF
Df = Ferngrenze von DoF
H = Hyperfokale Distanz (vorherige Formel)
s = Objektentfernung (Entfernung, auf die das Objektiv fokussiert ist, möglicherweise nicht wirklich "das Objekt")

Wenn die Objektentfernung die hyperfokale Entfernung ist:

Df = 'unendlich' Dn = H / 2

Wenn die Objektentfernung größer als die hyperfokale Entfernung ist:

Df = unendlich Dn = 'unendlich'

Der Begriff „unendlich“ wird hier nicht im klassischen Sinne verwendet, sondern ist eher ein optiktechnischer Begriff, der einen Brennpunkt jenseits der hyperfokalen Distanz bezeichnet. Die vollständige Formel zur direkten Berechnung des DOF, ohne zuerst die hyperfokale Distanz zu berechnen, wie folgt (Ersatz für H):

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

Wenn wir die Druckgröße und den Film ignorieren, ist DoF für einen bestimmten digitalen Sensor mit einer bestimmten Pixeldichte eine Funktion der Brennweite, der relativen Blende und der Objektentfernung. Daraus könnte man argumentieren, dass DoF eine reine Funktion des Objektivs ist, da sich die "Objektentfernung" auf die Entfernung bezieht, auf die das Objektiv fokussiert ist, was ebenfalls eine Funktion des Objektivs wäre.

Im durchschnittlichen Fall kann man davon ausgehen, dass CoC immer das Minimum ist, das mit einem digitalen Sensor erreicht werden kann, der heutzutage mit durchschnittlich 0,021 mm einrollt, obwohl ein realistischer Bereich mit APS-C-, APS-H- und Full-Frame-Sensoren abgedeckt wird irgendwo zwischen 0,015 mm und 0,029 mm . Für die gängigsten Druckgrößen, etwa 13 x 19 Zoll oder weniger, beträgt ein akzeptabler CoC etwa 0,05 mm oder etwa das Doppelte des Durchschnitts für digitale Sensoren. Wenn Sie der Typ sind, der gerne mit sehr großen Größen druckt, könnte CoC ein Faktor sein (erfordert weniger als 0,01 mm), und Ihre scheinbare DoF in einer großen Vergrößerung wird kleiner sein, als Sie mathematisch berechnen.

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

DOF = 2Nc * (((m/P) + 1)/m ² )

Wo:

N = Blendenzahl (relative Blende)
c = Mindest-CoC
m = Vergrößerung
P = Pupillenvergrößerung

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

Im Gegensatz zu DoF für mittlere bis große Motivabstände vergrößern Sie bei 1:1 (oder besser) Makrofotografie IMMER für den Druck, selbst wenn Sie mit 2 x 3 Zoll drucken. Bei gängigen Druckgrößen wie 8 x 10, 13 x 19 usw. ist der Faktor der Vergrößerung kann beträchtlich sein. Man sollte davon ausgehen, dass CoC zumindest für Ihr Bildgebungsmedium auflösbar ist, das wahrscheinlich immer noch nicht klein genug ist, um die scheinbare DoF-Schrumpfung aufgrund der Vergrößerung zu kompensieren.

Abgesehen von der komplexen Mathematik kann DoF intuitiv mit einem grundlegenden Verständnis von Licht visualisiert werden, wie Optiken Licht beugen und welche Auswirkungen die Blende auf das Licht hat.

Wie wirkt sich die Blende auf die Schärfentiefe aus? Letztlich kommt es auf die Winkel der Lichtstrahlen an, die die Bildebene tatsächlich erreichen. Bei größerer Blende erreichen alle Strahlen, auch die vom äußeren Linsenrand, die Bildebene. Die Blende blockiert keine einfallenden Lichtstrahlen, sodass der maximale Lichtwinkel, der den Sensor erreichen kann, hoch (schräger) ist. Dadurch kann der maximale CoC groß sein und der Fortschritt von einem fokussierten Lichtpunkt zum maximalen CoC ist schnell:

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

Aperture ändert die Rate des CoC-Wachstums. Breitere Öffnungen erhöhen die Rate, mit der unscharfe Unschärfekreise wachsen, daher ist DoF flacher. Schmalere Blenden reduzieren die Rate, mit der unscharfe Unschärfekreise wachsen, daher ist DoF tiefer.

Beweise

Wie bei allem sollte man das Konzept immer beweisen, indem man die Mathematik tatsächlich durchführt. Hier sind einige faszinierende Ergebnisse beim Ausführen der obigen Formeln mit F#-Code im interaktiven F#-Befehlszeilendienstprogramm (für jedermann 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 sie zeigt, dass die Schärfentiefe tatsächlich direkt von der Brennweite als unabhängiger Faktor von der relativen Blende beeinflusst wird, vorausgesetzt, dass sich nur die Brennweite ändert und alles andere gleich bleibt. 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 etwas nicht intuitiv. Eine weitere Konvergenz tritt auf, wenn die Entfernungen angepasst werden, was eine intuitivere Korrelation bietet:

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

Der Kommentar von @Matt Grum ist ziemlich gut: Sie müssen sehr vorsichtig sein, um Bedingungen anzugeben, oder Sie können am Ende drei Personen sagen, die scheinbar widersprüchlich sind, aber in Wirklichkeit nur über unterschiedliche Bedingungen sprechen.

Um DoF sinnvoll zu definieren, müssen Sie zunächst die Menge an "Unschärfe" angeben, die Sie als ausreichend scharf akzeptieren möchten. Die Schärfentiefe misst im Grunde nur, wenn 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, in der Sie ein Bild drucken – größere Bilder werden normalerweise aus größerer Entfernung betrachtet, daher ist eine stärkere Unschärfe akzeptabel. Die meisten Linsenmarkierungen usw. werden basierend auf einem Druck von etwa 8 x 10 definiert, der in etwa einer Armlänge Entfernung (ein paar Fuß oder so) betrachtet wird. Die Mathematik dafür funktioniert ziemlich einfach: Beginnen Sie mit einer Schätzung der Sehschärfe, die als Winkel gemessen wird. Dann finden Sie heraus, wie groß dieser Winkel bei einer bestimmten Entfernung ist.

Angenommen, wir wählen dafür eine Zahl aus und bleiben dabei, die Schärfentiefe hängt nur von zwei Faktoren ab: der Blende und dem Abbildungsverhältnis. Je größer das Reproduktionsverhältnis (dh je größer ein Objekt auf dem Sensor/Film im Vergleich zu seiner tatsächlichen Größe erscheint), desto weniger Schärfentiefe erhalten Sie. Je größer die Blende (Öffnung mit größerem Durchmesser - kleinere Blendenzahl), desto weniger Schärfentiefe erhalten Sie.

Alle anderen Faktoren (Sensorgröße und Brennweite sind die beiden offensichtlicheren) beeinflussen die Schärfentiefe nur in dem Maße, in dem sie das Abbildungsverhältnis oder die Blende beeinflussen.

Selbst ein wirklich lichtstarkes Objektiv (große Blende) mit kurzer Brennweite macht es beispielsweise ziemlich schwierig, ein hohes Abbildungsverhältnis zu erzielen. Wenn Sie beispielsweise eine Person mit einem 20 mm f/2-Objektiv fotografieren, muss das Objektiv sie praktisch berühren, bevor Sie einen sehr großen Abbildungsmaßstab erhalten. Im Gegensatz dazu scheinen längere Objektive oft eine geringere Schärfentiefe zu haben, da sie es relativ einfach machen, einen großen Abbildungsfaktor zu erreichen.

Hält man den Abbildungsmaßstab aber wirklich konstant, ist die Schärfentiefe wirklich konstant. Wenn Sie zum Beispiel ein 20-mm-Objektiv und ein 200-mm-Objektiv haben und mit jedem ein Bild mit (sagen wir) f/4 machen, aber das Bild mit dem 200-mm-Objektiv aus 10-mal so großer Entfernung aufnehmen, damit das Motiv wirklich dieselbe Größe hat , die beiden haben theoretisch die gleiche Schärfentiefe. Das passiert aber so selten, dass es meist nur theoretisch ist.

Das Gleiche gilt für die Sensorgröße: Theoretisch ist die Sensorgröße bei konstantem Abbildungsmaßstab völlig irrelevant. Aus praktischer Sicht ist die Sensorgröße jedoch aus einem sehr einfachen Grund von Bedeutung: Unabhängig von der Sensorgröße möchten wir im Allgemeinen den gleichen Bildausschnitt . Das bedeutet, dass wir mit zunehmender Sensorgröße fast immer große Abbildungsverhältnisse verwenden. Beispielsweise könnte eine typische Kopf- und Schulteraufnahme einer Person eine Höhe von beispielsweise 50 cm abdecken (ich werde metrisch verwenden, um der normalerweise angegebenen Sensorgröße zu entsprechen). Bei einer 8x10-Fachkamera entspricht das einem Reproduktionsverhältnis von etwa 1:2, was eine sehr geringe Schärfentiefe ergibt. Bei einem vollen 35-mm-Sensor beträgt das Abbildungsverhältnis etwa 1:14, was eine Menge ergibtmehr Schärfentiefe. Bei einer Kompaktkamera mit beispielsweise einem 6,6 x 8,8 mm Sensor ergibt das etwa 1:57.

Wenn wir die Kompaktkamera im gleichen 1:2-Wiedergabeverhältnis wie das 8x10 verwenden würden, würden wir die gleiche Schärfentiefe erhalten – aber statt Kopf und Schultern würden wir ein Bild eines Teils eines Augapfels machen.

Es gibt jedoch noch einen weiteren Faktor zu beachten: Mit einem kürzeren Objektiv werden Objekte im Hintergrund viel "schneller" kleiner als mit einem längeren Objektiv. Stellen Sie sich zum Beispiel eine Person vor, hinter der sich ein Zaun 20 Fuß befindet. Wenn Sie mit einem 50-mm-Objektiv aus 1,50 m Entfernung fotografieren, ist der Zaun 5-mal so weit entfernt wie die Person, sodass er vergleichsweise klein aussieht. Wenn Sie stattdessen ein 200-mm-Objektiv verwenden, müssen Sie 20 Fuß zurückweichen, damit die Person dieselbe Größe hat - aber jetzt ist der Zaun nur doppelt so weit entfernt statt fünfmal so weit entfernt, sodass er vergleichsweise groß aussieht. Dadurch wird der Zaun (und der Grad, in dem er verschwommen ist) in einem Bild viel deutlicher.

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

Insbesondere wird eine fotografische Blende (heutzutage) allgemein als Bruchteil der Brennweite gemessen – sie wird wie ein Bruchteil (Blendenzahl) geschrieben, weil es das ist, was es ist.

Es ist zum Beispiel ziemlich bekannt, dass Sie bei Blende 1,4 eine geringere Schärfentiefe erhalten als bei Blende 2,8. Was vielleicht nicht sofort so offensichtlich ist, ist, dass (zum Beispiel) ein 50 mm f/1.4-Objektiv und ein 100 mm f/2.8-Objektiv den gleichen effektiven Durchmesser haben. Es ist der breitere Winkel, in dem Lichtstrahlen in das 50-mm-Objektiv eintreten, der ihm eine geringere Schärfentiefe verleiht als dem 100-mm-Objektiv, obwohl beide exakt den gleichen physikalischen Durchmesser haben.

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

Es ist wahrscheinlich auch erwähnenswert, dass dies (glaube ich jedenfalls) der Grund dafür ist, dass katadioptrische Linsen für ihre mangelnde Schärfentiefe bekannt sind. Bei einem normalen Objektiv tritt selbst bei einer großen Blende ein Teil des Lichts immer noch durch den zentralen Teil des Objektivs ein, sodass ein kleiner Prozentsatz des Lichts fokussiert wird, als ob Sie mit einer kleineren Blende fotografieren würden. Bei einer katadioptrischen Linse haben Sie jedoch ein zentrales Hindernis, das den Lichteinfall in Richtung der Mitte blockiert, sodass das gesamte Licht von den äußeren Teilen der Linse eindringt. Dies bedeutet , dass das gesamte Licht in einem relativ flachen Winkel fokussiert werden muss, sodass das Bild im Wesentlichen vollständig unscharf wirddavon geht zusammen aus dem Fokus (oder jedenfalls ein viel höherer Prozentsatz), anstatt zumindest ein wenig zu haben, das noch im Fokus ist.

Abgesehen davon denke ich, dass es sich lohnt, darüber nachzudenken, was für eine unglaubliche Brillanz es war, den Durchmesser von Objektiven als Bruchteil der Brennweite zu messen. In einem einzigen Geniestreich macht es zwei getrennte (und scheinbar nicht zusammenhängende) Probleme: Belichtung und Schärfentiefe kontrollierbar und vorhersehbar. Der Versuch, Belichtung oder Schärfentiefe (ganz zu schweigen von beidem) vorherzusagen (viel weniger zu kontrollieren) , muss im Vergleich dazu enorm schwierig gewesen sein ...

Es gibt nur zwei Faktoren, die den DOF tatsächlich beeinflussen – Blende und Vergrößerung – ja, Schaltabstand, Sensorgröße, Brennweite, Anzeigegröße und Betrachtungsabstand scheinen einen Einfluss zu haben, aber sie sind alle nur Änderungen in der Größe des Bildes (des Motivs). /Teil-den-du-betrachtest), wie er von dem Auge gesehen wird, das ihn betrachtet - die Vergrößerung. Kristof Claes hat es ein paar Posts zuvor zusammengefasst.

Sehen Sie sich das Focal Guide-Buch „Objektive“ als Referenz an, wenn Sie es nicht glauben.

Jedes Amateurmagazin (und jetzt auch Ezine) sagt gerne: „Wechseln Sie zu einem Weitwinkelobjektiv für mehr Schärfentiefe“ ... aber wenn Sie das Motiv im Rahmen gleich groß halten (indem Sie näher heranrücken), haben die scharfen Teile die gleichen Grenzen. Wenn Sie mit dem Objektiv, das Sie aufgesetzt haben, rückwärts gehen, erhalten Sie auch mehr DOF, aber vielleicht gefällt Ihnen die Aufnahme so, wie sie bereits eingerichtet ist?

Was Sie sehen werden , sind allmählichere Abschwächungen der Schärfe, sodass der Hintergrund und der Vordergrund schärfer erscheinen (nicht scharf als ob innerhalb des DOF!), daher die schönen unscharfen Hintergründe mit langen Objektiven und die fast scharfen mit Weitwinkel.

Was genau bestimmt die Schärfentiefe in einem Foto?

• Ist es nur eine Eigenschaft des Objektivs?

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

• Ändert es sich mit der Größe des Kamerasensors? Ändert es sich mit der Druckgröße? Wie hängen die letzten beiden zusammen?

Siehe auch diese Frage: „ Wie bestimmen Sie den akzeptablen Verwirrungskreis für ein bestimmtes Foto? “.

Die folgende Antwort wurde ursprünglich (von mir) als Antwort zum Hintergrund-Bokeh veröffentlicht, erklärt jedoch notwendigerweise die Schärfentiefe, mit einer Tendenz zur Erklärung von Vorder- und Hintergrundunschärfe.

Die ursprüngliche (längere) Antwort ist hier: https://photo.stackexchange.com/a/96261/37074 - dies ist die gekürzte Version. Wenn Sie einfach eine Ein-Satz-Antwort mit einem Link erstellen, wird die Antwort in einen Kommentar zur obigen Frage umgewandelt, mit dem Risiko der Löschung, da es sich um einen Kommentar handelt.

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

• Schärfentiefe : Der Abstand zwischen dem nächsten und dem entferntesten Objekt in einer Szene, die in einem Bild annehmbar scharf erscheinen. Obwohl ein Objektiv jeweils nur auf eine Entfernung präzise fokussieren kann, nimmt die Schärfe auf jeder Seite der fokussierten Entfernung allmählich ab, sodass die Unschärfe innerhalb des DOF ​​unter normalen Betrachtungsbedingungen nicht wahrnehmbar ist.

• Hintergrund: Der Bereich hinter dem Motiv des Bildes.

• Vordergrund: Der Bereich vor dem Motiv des Bildes.

• Blur : Unvollkommenheit des Sehens verursachen, undeutlich oder verschwommen machen, verdunkeln. Das Antonym von schärfen.

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

• Verwirrungskreis : In der idealisierten Strahlenoptik wird angenommen, dass Strahlen zu einem Punkt konvergieren, wenn sie perfekt fokussiert sind. Die Form eines Defokussierungsflecks von einer Linse mit einer kreisförmigen Öffnung ist ein scharfkantiger Lichtkreis. Ein allgemeinerer Unschärfefleck hat aufgrund von Beugung und Aberrationen weiche Kanten ( Stokseth 1969, Paywall ; Merklinger 1992, zugänglich ) und kann aufgrund der Öffnungsform nicht kreisförmig sein.

  Da echte Objektive selbst unter den besten Bedingungen nicht alle Strahlen perfekt fokussieren, wird der Begriff Kreis der geringsten Verwirrung oft für den kleinsten Unschärfepunkt verwendet, den ein Objektiv erzeugen kann (Ray 2002, 89), zum Beispiel durch Auswahl einer besten Fokusposition bildet einen guten Kompromiss zwischen den unterschiedlichen effektiven Brennweiten verschiedener Linsenzonen aufgrund von sphärischen oder anderen Aberrationen.

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

• Sensorgröße :

  • Fotografie: In der Fotografie wird die Sensorgröße anhand der Filmbreite oder der aktiven Fläche eines digitalen Sensors gemessen. Der Name 35 mm leitet sich von der Gesamtbreite des 135er Films ab , dem perforierten Patronenfilm, der vor der Erfindung der Vollformat-DSLR das primäre Medium des Formats war. Der Begriff 135-Format wird weiterhin verwendet. In der Digitalfotografie ist das Format als Vollformat bekannt. Während die tatsächliche Größe des nutzbaren Bereichs eines fotografischen 35-mm-Films 24 x 36 mm beträgt, beziehen sich die 35 mm auf die Abmessung von 24 mm plus die Transportlöcher (die zum Vorschieben des Films verwendet werden).

  • Video : Sensorgrößen werden in Zoll angegeben, da sie zum Zeitpunkt der Verbreitung digitaler Bildsensoren als Ersatz für Videokameraröhren verwendet wurden. Die üblichen kreisförmigen 1-Zoll-Videokameraröhren hatten einen rechteckigen lichtempfindlichen Bereich mit einer Diagonale von etwa 16 mm, sodass ein digitaler Sensor mit einer Diagonale von 16 mm einer 1-Zoll-Videoröhre entsprach. Der Name eines 1-Zoll-Digitalsensors sollte genauer als „1-Zoll-Videokameraröhrenäquivalent“-Sensor gelesen werden. Aktuelle Größendeskriptoren für digitale Bildsensoren sind die Videokameraröhren-Äquivalenzgröße, nicht die tatsächliche Größe des Sensors. Zum 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 erscheint, schon gar nicht Fotobomber und oft keine Objekte, die im äußersten Vordergrund und Hintergrund erscheinen; daher die Verwendung von Bokeh oder DOF , um Objekte zu defokussieren, die nicht das Motiv sind.

• Modulationsübertragungsfunktion (MTF) oder Spatial Frequency Response (SFR): Der relative Amplitudengang eines Bildgebungssystems als Funktion der eingegebenen Spatialfrequenz. ISO 12233:2017 legt Verfahren zur Messung der Auflösung und des SFR von elektronischen Standbildkameras fest. Linienpaare pro Millimeter (lp/mm) war die gebräuchlichste Raumfrequenzeinheit für Filme, aber Zyklen/Pixel (C/P) und Linienbreiten/Bildhöhe (LW/PH) sind für digitale Sensoren bequemer.

Jetzt haben wir unsere Definitionen aus dem Weg ...

• Wie können wir den CoC berechnen :

Aus Wikipedia:

CoC (mm) = Betrachtungsabstand (cm) / gewünschte Endbildauflösung (lp/mm) bei 25 cm Betrachtungsabstand / Vergrößerung / 25

Um beispielsweise eine Auflösung des endgültigen Bildes von 5 lp/mm für einen Betrachtungsabstand von 25 cm zu unterstützen, 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, ist es üblich, eine Standardgröße wie eine Breite von 25 cm zusammen mit einem herkömmlichen Endbild-CoC von 0,2 mm anzunehmen, was 1/1250 davon entspricht die Bildbreite. Konventionen in Bezug auf das Diagonalmaß werden ebenfalls häufig verwendet. Der mit diesen Konventionen berechnete DoF muss angepasst werden, wenn das Originalbild vor dem Vergrößern auf die endgültige Bildgröße beschnitten wird oder wenn die Größen- und Anzeigeannahmen geändert werden.

Unter Verwendung der „Zeiss-Formel“ wird der Zerstreuungskreis manchmal als d/1730 berechnet, wobei d das Diagonalmaß des Originalbildes (das Kameraformat) ist. Für Kleinbild-Vollformat (24 mm × 36 mm, 43 mm Diagonale) ergibt sich ein Wert von 0,025 mm. Ein weiter verbreiteter CoC ist d/1500 oder 0,029 mm für das 35-mm-Vollbildformat, was einer Auflösung von 5 Zeilen pro Millimeter auf einem Druck von 30 cm Diagonale entspricht. Werte von 0,030 mm und 0,033 mm sind auch für Vollformat 35 mm üblich. Aus praktischen Gründen 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 Brennweite des Objektivs in Beziehung setzen. Kodak (1972), 5) empfahl 2 Bogenminuten (das Snellen-Kriterium von 30 Zyklen/Grad für normales Sehen) für kritisches Sehen, was CoC ≈ f /1720 ergibt, wobei f die Brennweite der Linse ist. Für ein 50-mm-Objektiv im 35-mm-Vollformatformat ergab dies einen CoC von ≈ 0,0291 mm. Dieses Kriterium ging offensichtlich davon aus, dass ein endgültiges Bild in „perspektivisch korrekter“ Entfernung betrachtet würde (d. h. der Blickwinkel wäre derselbe wie der des Originalbilds):

Betrachtungsabstand = Brennweite des Aufnahmeobjektivs × Vergrößerung

Bilder werden jedoch selten in der „richtigen“ Entfernung betrachtet; Der Betrachter kennt normalerweise die Brennweite des Aufnahmeobjektivs nicht, und die „richtige“ Entfernung kann unangenehm kurz oder lang sein. Folglich sind Kriterien, die auf der Objektivbrennweite basieren, im Allgemeinen Kriterien (wie d / 1500) in Bezug auf das Kameraformat gewichen.

Dieser COC-Wert stellt den maximalen Unschärfepunktdurchmesser dar, gemessen an der Bildebene, die 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 größerem Durchmesser erscheinen dem Betrachter verschwommen.

• Unsymmetrie 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 in dem Abstand, in dem das Licht von weiter entfernten Objekten vor der Bildebene konvergiert.

Bei relativ geringen Entfernungen ist der DOF nahezu symmetrisch, wobei etwa die Hälfte des Fokusbereichs vor der Fokusebene existiert und die andere Hälfte dahinter erscheint. Je weiter sich die Fokusebene von der Bildebene entfernt, desto größer ist die Symmetrieverschiebung zugunsten des Bereichs jenseits der Fokusebene. Schließlich fokussiert das Objektiv auf den Unendlichkeitspunkt und der DOF ist auf seiner maximalen Dissymmetrie, wobei der überwiegende Teil des fokussierten Bereichs jenseits der Fokusebene bis ins Unendliche liegt. Diese Distanz ist als „ hyperfokale Distanz “ bekannt und führt uns zu unserem nächsten Abschnitt.

Die hyperfokale Entfernung ist definiert als die Entfernung, wenn das Objektiv auf unendlich fokussiert ist, wobei Objekte von der Hälfte dieser Entfernung bis unendlich für ein bestimmtes Objektiv scharfgestellt werden. Alternativ kann sich die hyperfokale Entfernung auf die kürzeste Entfernung beziehen, auf die ein Objektiv für eine bestimmte Blende fokussiert werden kann, während Objekte in einer Entfernung (unendlich) scharf bleiben.

Die hyperfokale Distanz ist variabel und eine Funktion der Blende, der Brennweite und des oben erwähnten COC. Je kleiner Sie die Blendenöffnung machen, desto näher an der Linse liegt die hyperfokale Distanz. Die hyperfokale Distanz wird in den Berechnungen zur Berechnung des DOF ​​verwendet.

• Berechnung der Hyperfokalen Distanz :

Aus Wikipedia:

Es gibt vier Faktoren, die den DOF bestimmen:

1. Verwirrungskreis (COC)
2. Blende des Objektivs
3. Brennweite des Objektivs
4. Fokusentfernung (Abstand zwischen Objektiv und Motiv)

DOF = Fernpunkt – Nahpunkt

DOF teilt dem Fotografen einfach mit, bei welchen Abständen vor und hinter der Fokusentfernung Unschärfe auftreten wird. Es wird nicht angegeben, wie verschwommen oder welche „Qualität“ diese Bereiche haben werden. Das Design der Linse, das Design der Blende und Ihr Hintergrund definieren die Eigenschaften der Unschärfe – ihre 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.

Wenn die Sensorgröße in diesen Formeln nirgendwo auftaucht, wie ändert sie den DOF?

Es gibt mehrere hinterhältige Möglichkeiten, wie sich die Formatgröße in die DOF-Mathematik einschleicht:

Enlargement factor

Focal Length

Subject-to-camera / focal distance

Der Crop-Faktor und die daraus resultierende Brennweite sowie die notwendige Blende für die Lichtsammelfähigkeit des Sensors haben den größten Einfluss auf Ihre Berechnungen.

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

Die Verwendung eines Objektivs mit gleicher Brennweite bei einer APS-C- und einer Vollformatkamera bei gleichem Motiv-zu-Kamera-Abstand erzeugt zwei unterschiedliche Bildausschnitte und bewirkt, dass der DOF-Abstand und die Dicke (Tiefe des Felds) unterschiedlich sind.

Das Wechseln von Objektiven oder Wechseln von Motiv zu Kamera in Übereinstimmung mit dem Crop-Faktor beim Wechseln zwischen einer APS-C- und einer Vollformatkamera, um identische Bildausschnitte beizubehalten, führt zu einem ähnlichen DOF. Wenn Sie Ihre Position verschieben, um einen identischen Bildausschnitt beizubehalten, wird der Vollbildsensor leicht bevorzugt (für einen größeren DOF). Nur wenn Sie die Objektive wechseln, um den Crop-Faktor anzupassen und den Bildausschnitt beizubehalten, erhält der größere Sensor einen schmaleren DOF (und nicht viel).

Es ist der Blendenvorteil, der den Vollformatsensor zu einer besseren und teureren Wahl sowohl für Kamera und Objektive als auch häufig für Funktionen macht (FPS gehört nicht dazu, noch Größe und Gewicht).

Der Wechsel zu einem mittelgroßen Sensor gegenüber einem winzigen Sensor bietet weitere Vorteile für den größeren Sensor, aber Bokeh ist wahrscheinlich nicht der beste Anwendungsfall, um den mehr als 20-fachen Preisunterschied zu rechtfertigen.

Die größere Anzahl von Pixeln pro Lichtpunkt erzeugt sicherlich ein weicheres Bokeh, würde aber mit einer Kamera mit kleinem Sensor näher heranrücken. Sie können für die Verwendung teurerer Geräte proportional mehr verlangen, wenn Sie mit Ihren Fotos oder Videos Geld verdienen. Andernfalls sparen Sie mit etwas Beinarbeit oder zusätzlichen kostengünstigeren Objektiven viel Geld gegenüber der Investition in ein System mit größerem Format.

Bokeh-zentrische Links mit Erklärungen zur Schärfentiefe:

B&H hat einen 3-teiligen Artikel über DOF: Schärfentiefe, Teil I: Die Grundlagen , Teil II: Die Mathematik und Teil III: Die Mythen .

Wikipedia-Abschnitt: Vordergrund- und Hintergrundunschärfe .

Sehen Sie sich diesen Artikel „ Staging Foregrounds “ von RJ Kern zum Thema Vordergrundunschärfe an, der viele Fotos mit Hintergrund- und Vordergrundunschärfe enthält.

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