¿Por qué la profundidad de campo se ve afectada por la distancia focal?

Estoy bastante seguro de haber respondido esto antes, pero no puedo encontrarlo.

• A medida que la distancia focal aumenta, el ángulo de visión se reduce.
• Con un ángulo de visión más pequeño, los rayos que forman la imagen están más cerca de ser paralelos.
• Con menos variación de ángulo entre los rayos, la luz tiene que viajar más antes de estar lo suficientemente desenfocada.

Esto está un poco simplificado, pero espero que sea fácil de visualizar al menos.

Para esta discusión, la apertura debe considerarse igual, ya que la variación que estamos discutiendo es la distancia focal.

Por lo tanto, un teleobjetivo enfocado en el mismo sujeto desde la misma distancia que un objetivo gran angular tendrá una profundidad de campo menor como resultado de una mayor ampliación, pero como resultado, el ángulo de visión entre las dos imágenes es muy diferente. Un teleobjetivo y un gran angular enfocados en el mismo sujeto con el mismo ángulo de visión tendrán la misma profundidad de campo (hay variación pero es insignificante).

¿La diferencia aquí? Punto de vista. Entonces, se trata de la distancia al sujeto, en realidad, no específicamente de la distancia focal. Varíe la distancia para acomodar las diferencias en la distancia focal y la profundidad de campo permanece prácticamente igual. Sin embargo, lo que sí cambia son las proporciones de primer plano y de fondo. Los ángulos más amplios tienden a tener más fondo enfocado y los teleobjetivos tienden a tener más primer plano. El resultado de este comportamiento puede crear una ilusión de menor profundidad ya que el teleobjetivo magnificaría el desenfoque del fondo. Esa es una de las razones por las que los fotógrafos de paisajes no se quedan atrás con un teleobjetivo (la neblina y otros factores también jugarían un papel, probablemente de manera más significativa).

Puede probar mi información en varios sitios que ofrecen una calculadora DoF como DOFMaster , por ejemplo. Por ejemplo: para una distancia de 10 m (@ f/8 ), entonces 10 mm DoF = Infinito y 100 mm DoF = 3,08 m. Ahora, mueva la lente de 100 mm a 100 m (10 veces más lejos) y el DoF de 100 mm ahora es igual a infinito. El ángulo de visión de la lente de 100 mm ahora es el mismo que el de la lente de 10 mm.

En resumen, los lentes de gran angular no tienen más profundidad de campo que los teleobjetivos y esto se demuestra al mostrar ambos el mismo DoF para el mismo ángulo de visión.

Puede obtener explicaciones más detalladas (y no orientadas a las matemáticas) en Cambridge in Color and Luminous Landscape . El segundo enlace también tiene imágenes de muestra, algo útil para verlo visualmente.

La profundidad de campo se ve afectada solo por el tamaño de apertura real, pero el tamaño de apertura real no es f stop. Cuando decimos "apertura", en realidad nos referimos a "relación de apertura" o "f-stop", no al tamaño de la apertura.

Esta "relación de apertura" es lo que se requiere para calcular el brillo de la imagen, pero el tamaño de apertura real es necesario para calcular la profundidad de campo.

Para cualquier valor dado de f-stop, cuanto mayor sea la distancia focal, mayor será el tamaño de apertura real en mm .

F stop es la relación entre la apertura y la distancia focal y se calcula mediante f-stop = focal-length / aperture.

Para obtener el tamaño de apertura real de un f-stop...aperture-size = (1 / f-stop) * focal-length

Entonces, para una lente de 50 mm f1.4 ... tamaño de apertura real = 1 (1.4 * 50) = tamaño de apertura de 35 mm.

El tamaño de la apertura es el tamaño del agujero por el que pasa la luz. Para construir una lente de 100 mm f1.4, se requiere una apertura de 70 mm, lo que la convierte en una lente de gran diámetro.

Por lo tanto, cuanto mayor sea la apertura real, menor será la profundidad de campo y, para cualquier valor dado de f-stop, cuanto mayor sea la distancia focal, mayor será la apertura de apertura real que se utilice.

F-stop se inventó para facilitar el cálculo del brillo de la exposición, pero complica el cálculo de la profundidad de campo. Pero antes de las cámaras automáticas, calcular el f-stop y la velocidad de obturación deseados era factible, ¡pero habría sido un verdadero dolor si se hubiera trabajado con el tamaño de apertura real!

Nota: Como han discutido otras respuestas, a medida que aumenta la distancia a un sujeto, la luz de ese sujeto será más paralela. Esto significa que cuanto más lejos esté el sujeto, mayor será la profundidad de campo. Esto contrarrestará el efecto de la lente más larga con la misma f para dejar de tener una profundidad de campo más pequeña. Considere los lentes de 50 mm y 100 mm f1.4. El 100 mm tiene un tamaño de apertura más grande en mm, pero si tiene que alejarse 2 veces más para tomar la foto, la distancia aumentada contrarrestará el tamaño de apertura real aumentado y la profundidad de campo será similar a usar la lente de 50 mm a una distancia más cercana. .

¿Por qué las lentes más largas tienen un dof más bajo? En resumen, porque requieren aperturas físicamente más grandes para mantener el mismo número de f-stop. (recuerde, el valor de parada f "f" = distancia focal / apertura.

Comencemos por pensar en una verdadera cámara estenopeica. No tiene lente, por lo que no tiene distancia focal y requiere un pequeño orificio para hacer una imagen enfocada decente. si el agujero de alfiler es demasiado grande, no habrá nada enfocado. (es decir, dof seriamente bajo!)

Ahora, si colocamos una lente frente a nuestra caja estenopeica, debemos abrir un poco la apertura para dejar pasar suficiente luz, sin difractar nuestra imagen. (recuerde que tenemos que mantener la imagen enfocada y las longitudes de onda de la luz las marcan las leyes de la física).

Entonces, a medida que la lente se alarga (mientras se proyecta en el mismo sensor), se vuelve proporcionalmente más estrecha en términos de su longitud en relación con el tamaño de su parte trasera. (recuerde el sensor del mismo tamaño): esto hace que la lente sea más oscura. Entonces, para que sea comparable a la capacidad de captura de luz de la lente más corta (es decir, el mismo valor f = stop), la apertura debe aumentarse (para dejar pasar más luz al sensor) en proporción al cambio de longitud.

A medida que esto avanza, el tamaño físico de la apertura (en mm) aumenta en relación con el tamaño del sensor. Entonces (recuerde el agujero de alfiler de gran tamaño) se vuelve mucho más difícil mantener las cosas enfocadas. Por lo tanto, los objetivos fl más largos con aperturas amplias son complejos, normalmente de gran tamaño y, a menudo, mucho más caros.

¡Esta es una gran pregunta! He estado en esto durante más de 65 años y todavía tengo que leer lo que creo que es una respuesta respetable. Con este fin, desafío a mis compañeros a publicar una buena explicación.

Pero espera, creo que me he iluminado; de todos modos, déjame intentarlo.

La lente proyecta una imagen del mundo exterior sobre la superficie de la película o del sensor digital. Si examina detenidamente esta imagen, encontrará que consta de innumerables círculos, cada uno de los cuales varía en intensidad y color. Cuando observamos o capturamos esta imagen, parecerá uniforme y nítida solo si estos círculos son demasiado pequeños para ser percibidos. Estamos hablando de círculos de confusión. Se llaman así porque bajo el microscopio se ven mal definidos y se superponen. Sin embargo, cuando se ven desde una distancia adecuada, reconocemos que se fusionan para formar una imagen atractiva.

Cuando pensamos en el tamaño de estos círculos, tarde o temprano, nos damos cuenta de que el diámetro de trabajo del diafragma del iris (la apertura) determinará qué tan grandes son estos círculos cuando se proyectan sobre la superficie en el plano focal de nuestro cámara.

Ahora sabemos que si ajustamos nuestra cámara a f/11 o f/16 o f/22 estamos reduciendo el diámetro de trabajo de la apertura de la cámara. Al hacerlo, ganamos profundidad de campo porque el resultado son círculos de confusión más pequeños. Ahora el número f y la distancia focal están entrelazados. El número f se obtiene dividiendo la distancia focal por el diámetro de trabajo de la lente. Supongamos que monta un 50 mm y establece el número f en f/16. El diámetro de apertura de trabajo es 50 ÷ 16 = 3,125 mm. Tal latigazo ofrece una profundidad de campo respetable, porque los círculos de confusión en el plano de la imagen serán pequeños, siempre que la cámara esté enfocada con precisión.

Ahora cambia a un gran angular de 28 mm. Si la velocidad de obturación y el ISO se mantienen constantes, la misma configuración de apertura de f/16 hace esto. Sin embargo, ¿qué ha pasado con el diámetro de trabajo del diafragma de iris para lograr f-16? El diámetro de trabajo revisado se convierte en 28 ÷ 16 = 1,75 mm.

Es así de simple: una distancia focal más corta con el mismo número f produce una apertura de trabajo más pequeña, y esto da como resultado un círculo de confusión más pequeño, por lo que la profundidad de campo se expande.

Todo tiene ventajas y desventajas. Si el diámetro de trabajo se vuelve muy pequeño, el resultado será una profundidad de campo infinita. El inconveniente es: los demonios gemelos de la difracción y la interferencia intervienen y la imagen se degrada.

Factorial: la nitidez máxima se producirá cuando la lente de la cámara se detenga aproximadamente dos f-stops desde el máximo (abierta).

Una explicación bastante simple pero buena es la siguiente:

• Cuando aumenta la distancia focal, en realidad hacemos un acercamiento y, por lo tanto, el campo de visión (el área que cabe en el cuadro) será más pequeño.

• Esto hará que se proyecte un área menor detrás del sujeto en el sensor de la cámara.

• Dado que el tamaño del sensor de la cámara es el mismo, esto significa que los objetos desenfocados del fondo se estirarán más para llenar el área del sensor. En otras palabras, esos objetos borrosos lejanos en el fondo (que no están en el rango de enfoque en ningún caso de distancia focal) se verán más borrosos a medida que se magnifican/estiran más.

Tenga en cuenta que para tener el mismo tamaño de imagen de un objeto en el cuadro cuando duplicamos la distancia focal, también debemos duplicar la distancia al sujeto. Aunque esto no importa directamente aquí, solo se requiere para una mejor comparación. De todos modos, el fondo será más borroso con mayor f.