Kann der „Erntefaktor“ eines kleineren Sensors verwendet werden, um die genaue Zunahme der Schärfentiefe zu berechnen?

Wenn APS-C- und ähnliche Crop-Sensor-Digitalkameras einen Brennweitenmultiplikationseffekt haben, weist ein 50-mm-Objektiv eine scheinbare Brennweite auf, die näher am Sichtfeld einer 80-mm-Kamera bei gleichzeitiger Tiefenschärfe liegt Die Schärfentiefe der kleineren Sensorkamera entspricht eher der Schärfentiefe, die ein 50-mm-Objektiv bei einer Vollformatkamera (mit derselben Blende) erzeugen würde. Dies scheint das Konzept eines "Blendenaufteilungseffekts" nahezulegen.

Mit anderen Worten, ein 50-mm-1: 1,8-Objektiv bei einer APS-C-Kamera ähnelt eher einem 80-mm-1: 2,8-Objektiv (ca. 1,8 * 1,6x) bei einem Äquivalent von 35 mm - für die Schärfentiefe ohne Berücksichtigung der Belichtung.

Kann jemand mit einem besseren Verständnis der beteiligten Physik dies für mich klären. Ich habe dieses Konzept nirgendwo explizit erwähnt gesehen, daher bin ich ein bisschen misstrauisch.

Diese Antwort auf eine andere Frage geht auf die Mathematik dahinter ein. Und es gibt einen Wikipedia-Artikel mit einem Abschnitt, in dem es speziell darum geht , mit verschiedenen Kameraformaten das gleiche Bild zu erhalten . Kurz gesagt, es ist ungefähr richtig, dass Sie das gleiche Bild erhalten, wenn Sie sowohl die Brennweite als auch die Blende nach dem Verhältnis der Formatgrößen (dem Zuschnittsfaktor) einstellen. ¹

Dies bricht jedoch zusammen, wenn sich das Motiv im Makrobereich der Großformatkamera befindet (Fokussierung sehr nahe). In diesem Fall ist die Vergrößerung (und damit die tatsächliche Sensorgröße) für die DoF-Gleichung von entscheidender Bedeutung, wodurch die Äquivalenz durcheinander gebracht wird.

Und der Wikipedia-Artikel erwähnt beiläufig einen anderen wichtigen Punkt, geht aber nicht darauf ein. Die Annahme ist, dass bei gleicher Druckgröße der akzeptable Verwirrungskreis (ungefähr die akzeptable Unschärfe, die immer noch im Fokus steht) genau mit der Formatgröße skaliert wird. Dies ist möglicherweise nicht der Fall, und Sie hoffen möglicherweise (zum Beispiel), dass Ihr Vollbildsensor eine höhere Auflösung liefert. In diesem Fall ist die Äquivalenz ebenfalls nicht gültig, aber glücklicherweise auf konstante Weise. (Sie müssen einfach Ihren Wählerfaktor multiplizieren .) ²

Du sprichst von "ohne Berücksichtigung der Exposition", und jetzt denkst du vielleicht (wie ich): Warte, warte. Wenn Beschneiden + Vergrößern auf die "effektive" Blende für die Schärfentiefe angewendet wird, warum gilt dies nicht für die Belichtung? Es ist bekannt , dass die Grundbelichtungsparameter sind für alle Formate universell , von winzigen Punkt und Triebe zu DSLRs den ganzen Weg bis zum Großformat. Wenn ISO 100, f / 5.6, ¹⁄₁₀₀te Sekunde bei einer Kamera die korrekte Belichtung ergibt, wird dies auch bei jeder anderen Kamera der Fall sein. ³ Also, was ist hier los?

Das Geheimnis ist: Wir "betrügen" beim Vergrößern . Natürlich ist in allen Fällen die Belichtung für eine bestimmte Blendenzahl auf einem beliebigen Bereich eines Sensors gleich. Es spielt keine Rolle, ob Sie beschneiden oder nur einen kleinen Sensor haben. Wenn wir jedoch vergrößern (so dass wir beispielsweise 8 × 10 Abzüge von diesem Punkt haben und entsprechend dem Großformat aufnehmen), bleibt die Belichtung gleich, obwohl die tatsächlich pro Bereich aufgenommenen Photonen "gestreckt" sind. Dies hat auch die gleiche Entsprechung: Wenn Sie einen 2 × Crop-Faktor haben, müssen Sie in jeder Dimension 2 × vergrößern, und das bedeutet, dass jedes Pixel 4 × die Fläche des Originals einnimmt - oder zwei Blenden weniger aktuelles Licht aufgenommen wird. Aber wir machen es natürlich nicht zwei Stufen dunkler. «

_Fußnoten:

_{[1]: Tatsächlich halten Sie durch Ändern der Blendenzahl die absolute Apertur des Objektivs konstant, da die Blendenzahl die Brennweite über dem absoluten Aperturdurchmesser ist .}

_{[2]: Dieser Faktor verschlechtert sich ebenfalls, wenn Sie sich der Hyperfokalentfernung nähern , denn sobald das kleinere Format die Unendlichkeit erreicht, ist die durch irgendetwas geteilte Unendlichkeit immer noch unendlich.}

_{[3]: Unter der Annahme der exakt gleichen Szene und geringfügiger Abweichungen von realen Faktoren wie der Objektivtransmission.}

_{[4]: Grundsätzlich gibt es kein kostenloses Mittagessen . Dies hat zur Folge, dass das Rauschen deutlicher wird, und es ist eine vernünftige Annäherung, dass dieser Anstieg so ist, als ob der Erntefaktor auch für das Rauschen gilt, das sich aus der ISO-Verstärkung ergibt .}

So wie die Verwendung einer Crop-Kamera Ihre Brennweite nicht verändert (das ist eine Eigenschaft des Objektivs, nicht der Kamera), sondern das Sichtfeld, gibt es keinen Blendenaufteilungseffekt , ein Objektiv mit einer Blende von 1: 2,8 bleibt bestehen Verhält sich wie ein Objektiv mit einer Blende von 1: 2,8 für Messzwecke. Wenn Sie jedoch das Sichtfeld eines Vollbildsensors anpassen, entspricht die Schärfentiefe der eines Objektivs mit einem Blendenverhältnis (1: Wert) multipliziert mit dem Zuschneidefaktor .

Je größer der Sensor ist, desto geringer ist die Schärfentiefe für eine bestimmte Blende, vorausgesetzt, Sie füllen den Rahmen mit dem Motiv. Dies liegt daran, dass Sie entweder eine längere Brennweite verwenden oder näher heranrücken müssen, um den größeren Rahmen auszufüllen.

Um mit einer Vollformatkamera die gleiche Schärfentiefe wie mit einem Crop-Faktor zu erzielen, müssen Sie sowohl die Brennweite als auch die Blende mit dem Crop-Faktor multiplizieren. Wenn Sie also eine 35-mm-1: 16-Blende auf einer Nikon APS-C (Crop 1.5) verwenden möchten, benötigen Sie eine Brennweite von 53 mm und eine Blende von 1: 24 für die Vollformatkamera.

Ja, der Crop-Faktor eines Sensors kann verwendet werden, um die Änderung der Schärfentiefe (DoF) eines Objektivs im Vergleich zur Verwendung dieses Objektivs mit einer Vollformatkamera (FF) zu berechnen. Dies wird jedoch nicht immer zu einer Erhöhung des DoF führen. Wenn aus der gleichen Entfernung aufgenommen und in der gleichen Größe angezeigt wird, wird der DoF für die Fruchtkörperkamera verringert (da das auf den Sensor projizierte virtuelle Bild, einschließlich der Verwirrungskreise, stärker vergrößert wird). Wenn Sie andererseits den Aufnahmeabstand anpassen, um das Motiv auf ähnliche Weise einzugrenzen, erhöht sich der DoF.

Es gibt so viele Variablen, mit denen sich diese Frage befassen muss, und die meisten Antworten gehen von mehreren aus, ohne diese Annahmen zu spezifizieren. Dies führt zu groben Missverständnissen hinsichtlich des Verhältnisses von Brennweite , Blende , Sensorgröße , Aufnahmeabstand , Anzeigegröße , Betrachtungsabstand und sogar der Sehschärfe des Betrachters zur Schärfentiefe . Alle diese Faktoren zusammen bestimmen die Schärfentiefe eines Bildes. Dies liegt daran, dass DoF eine Wahrnehmung istvon welchem ​​Entfernungsbereich von der Brennebene im Fokus stehen. Nur eine Entfernung von der Brennebene ist tatsächlich fokussiert, so dass eine Punktlichtquelle theoretisch einen Lichtpunkt auf der Brennebene erzeugt. Punktlichtquellen in allen anderen Entfernungen erzeugen einen Unschärfekreis , dessen Größe sich aufgrund ihres proportionalen Abstands zur Brennebene im Vergleich zur Fokusentfernung ändert. DoF ist definiert als der Bereich zwischen der nahen und der fernen Entfernung von der Brennebene, in dem der Unschärfekreis vom Betrachter eines Bildes immer noch als Punkt wahrgenommen wird.

Wir stellen Fragen wie: "Wie ändert sich die Schärfentiefe, wenn dasselbe Objektiv bei einer Kamera mit einem Sensor unterschiedlicher Größe verwendet wird?" Die richtige Antwort lautet: "Es kommt darauf an." Dies hängt davon ab, ob Sie aus der gleichen Entfernung aufnehmen (und somit den Bildausschnitt des Motivs ändern) oder aus einer anderen Entfernung aufnehmen, um ungefähr den gleichen Bildausschnitt des Motivs zu erzielen. Dies hängt davon ab, ob die Anzeigegröße des Bildes gleich ist oder ob die Anzeigegröße des Bildes im gleichen Verhältnis wie die verschiedenen Sensorgrößen geändert wird. Es kommt darauf an, was sich in Bezug auf alle oben genannten Faktoren ändert und was gleich bleibt.

Wenn die gleiche Brennweite bei gleicher Motiventfernung mit gleicher Blende bei gleicher Sensorgröße und gleicher Pixeldichte verwendet und mit gleicher Auflösung auf Papier gleicher Größe gedruckt und von Personen mit gleicher Sehschärfe betrachtet wird, gilt der DoF von Die beiden Bilder sind gleich. Wenn sich eine dieser Variablen ändert, ohne dass die anderen entsprechend geändert werden, wird auch die DoF geändert.

Für den Rest dieser Antwort gehen wir davon aus, dass der Bildbetrachtungsabstand und die Sehschärfe des Betrachters konstant sind. Wir werden auch davon ausgehen, dass die Aperturen groß genug sind, dass die Beugung nicht ins Spiel kommt. Wir gehen davon aus, dass alle Druckvorgänge auf demselben Drucker mit derselben Anzahl von dpi, jedoch nicht unbedingt mit demselben ppi und nicht unbedingt mit demselben Papierformat ausgeführt werden.

Betrachten wir der Einfachheit halber ein paar theoretische Kameras. Man hat einen 36mm x 24mm Sensor mit einer Auflösung von 3600 x 2400 Pixeln. Dies wäre ein 8,6-Megapixel-Vollbildsensor (FF). Unsere andere Kamera hat einen 24 mm x 16 mm Sensor mit einer Auflösung von 2400 x 1600 Pixel. Dies wäre ein 3,8 MP 1,5-facher Erntekörper (CB). Beide Kameras haben die gleiche Pixelgröße und den gleichen Pixelabstand. Beide Kameras haben auf Pixelebene das gleiche Design und die gleiche Empfindlichkeit. Mit anderen Worten, der mittlere 24 mm x 16 mm des größeren FF-Sensors ist identisch mit dem kleineren CB-Sensor.

Wenn Sie dasselbe 50-mm-Objektiv an beide Kameras anschließen und ein Foto desselben Motivs aus derselben Entfernung mit 1: 2 aufnehmen (vorausgesetzt, alle anderen Einstellungen sind gleich) und das FF-Sensorbild auf 2400 x 1600 Pixel zuschneiden und beide Bilder drucken Auf 6 "X 4" -Papier sind die beiden Bilder praktisch identisch, und der DoF ist auf beiden Fotos gleich.

Wenn Sie dasselbe 50-mm-Objektiv an beide Kameras anschließen und ein Foto desselben Motivs aus derselben Entfernung mit 1: 2 aufnehmen (vorausgesetzt, alle anderen Einstellungen sind gleich) und alle beiden Bilder auf 6 "x 4" -Papier drucken, wird dies der Fall sein einige bemerkenswerte Unterschiede sein. Das Bild von der FF-Kamera hat ein breiteres Sichtfeld (FoV), das Motiv ist kleiner und der DoF ist größer als das Bild von der CB-Kamera. Dies liegt daran, dass das FF-Bild mit 600 ppi und das CB-Bild mit 400 ppi gedruckt wurde. Durch Vergrößern jedes Pixels von der CB-Kamera um 50% haben wir auch die Größe jedes Unschärfekreises vergrößertum den gleichen Betrag. Dies bedeutet, dass der größte auf den CB-Sensor projizierte Unschärfekreis, der als Punkt wahrgenommen wird, 33% kleiner ist (der Kehrwert von 3/2 ist 2/3) als auf den FF-Sensor. Wenn wir das FF-Bild auf 9 "x 6" -Papier und das CB-Bild auf 6 "x 4" -Papier gedruckt hätten, wäre der DoF derselbe (beide mit 400 ppi gedruckt) wie die Motivgrößen in beiden Drucken. Wenn wir dann die Mitte des 9 "X 6" -Drucks auf einen 6 "X 4" -Druck zuschneiden, würden wir wieder nahezu identische Drucke erhalten.

Wenn wir dasselbe 50-mm-Objektiv an beide Kameras anschließen und ein Foto mit 1: 2 desselben Motivs aus unterschiedlichen Entfernungen aufnehmen, sodass das Motiv gleich groß ist und beide Bilder auf 6 "x 4" -Papier gedruckt werden, gibt es einige bemerkbare Unterschiede . Die Perspektive hat sich geändert, da das CB-Bild in größerer Entfernung vom Motiv aufgenommen wurde. Das Motiv erscheint im CB-Bild im Vergleich zum FF-Bild komprimiert. Wenn Hintergrunddetails sichtbar sind, erscheint der Hintergrund auch näher am Motiv als im Bild vom FF-Sensor. Da das 50-mm-Objektiv auf eine um 50% größere Entfernung fokussiert wurde, erhöhte sich auch der DoF um 50%. Wenn das Motiv mit der FF-Kamera 10 'und mit der CB-Kamera 15' war, sehen Sie hier die resultierenden DoF-Berechnungen:

• 50 mm @ f / 2 von 10 'auf FF: 9,33' bis 10,8 '. DoF von 1,45 '(17,4 "). Der DoF reicht von 8" vor bis 9,6 "hinter dem 10' Fokuspunkt (PoF).
• 50 mm @ f / 2 von 15 'auf CB: 14,0' bis 16,2 '. DoF von 2,18 '(26,16 "). Der DoF reicht von 12" vor bis 14,4 "hinter dem 15' PoF.

Diese Berechnungen basieren auf einem Verwechslungskreis (CoC) von 0,03 mm für die FF-Kamera und 0,02 mm für die CB-Kamera. Dies liegt daran, dass wir mit 600 ppi für den FF und 400 ppi für den CB drucken (und die Pixel für 0,01 mm oder 10 μm gleich groß sind).

In der Realität wissen wir alle, dass die Pixel der meisten FF-Sensoren größer sind als die Pixel der meisten neueren CB-Sensoren. Sie reichen von 6,92 µm bei der 18MP FF Canon 1D X bis 7,21 µm bei der 16MP D4 bis 4,7 µm bei der 36MP FF Nikon D800. Die Korngrößen reichen von 4,16 µm für die 18MP Canon 7D über 3,89 µm für die 24MP Nikon D7100 (die D7200 liegt bei 3,0 µm) bis 5,08 µm für die 14MP Sony SLT Alpha 33. In allen Fällen ist die Pixelgröße erheblich kleiner als die allgemein akzeptierte CoC von 0,03 mm (30 μm) für FF-Kameras und 0,02 mm (20 μm) für 1,5-fach CB-Kameras. Für 1,6-fache CB-Kameras von Canon werden im Allgemeinen 0,019 (19 μm) verwendet. Die Pixel mit der größten Größe, die Canon in den letzten zehn Jahren verwendet hat, waren 8,2 µm für den 12,8 MP FF 5D und den 8,2 MP APS-H 1D mkII.All dies bedeutet, dass auf der Pixel-Peeping-Ebene die Fokusunschärfe auch für Objekte innerhalb des akzeptierten DoF sichtbar ist, da der akzeptierte Unschärfekreis vier- bis siebenmal so groß ist wie die Pixel auf aktuellen DSLRs. Um den DoF auf Pixelebene zu berechnen, müssten Sie einen CoC verwenden, der der Pixelgröße Ihrer Kamera entspricht und viel schmaler ist als die meisten DoF-Rechner.

Der kleinere Sensor ändert weder die Brennweite noch die Blende, sondern erfasst nur den mittleren Teil des Bildes - fast so, als würde man das Vollbild aufnehmen und beschneiden, um nur die Mitte zu belassen.

Wenn Sie nur die Bildmitte aufnehmen, sehen Sie so aus, als hätten Sie hineingezoomt - das Sichtfeld eines 50-mm-Objektivs auf einem 1,6-Crop-Sensor sieht also wie ein 80-mm-Feld auf einem Vollbildsensor aus -, aber es sieht einfach so aus, weil Sie nur sehen In der Mitte des 50-mm-Bildes beträgt die Brennweite immer noch 50 mm, und das Bild, das Sie erhalten, entspricht der Mitte eines 50-mm-Bildes, nicht einem echten 80-mm-Objektiv.

Dasselbe gilt für die Blende. Ein 50-mm-Bild, das mit 1: 8 auf einem Erntesensor aufgenommen wurde, entspricht der Mitte eines 50-mm-1: 8-Bildes auf einem 35-mm-Sensor. Es entspricht nicht einem 80-mm-Bild, das mit 1: 12 aufgenommen wurde (auch nicht das selbe wie 80mm f / 8 offensichtlich)

Es gibt keinen "Brennweitenmultiplikatoreffekt", Punkt. Die Brennweite des Objektivs ändert sich NICHT auf magische Weise, da Sie einen kleineren oder größeren Sensor verwenden. Sie bleibt exakt gleich.

Alles, was Sie erhalten, ist ein Bild, das von dem Bild abgeschnitten wurde, das Sie erhalten hätten, wenn Sie dasselbe Objektiv verwendet hätten, um ein Bild auf einem größeren Sensor aufzunehmen. Der DOF ist also derselbe wie bei Verwendung des größeren Sensors.

Mit anderen Worten, ein 50-mm-1: 1,8-Objektiv bei einer APS-C-Kamera ähnelt eher einem 80-mm-1: 2,8-Objektiv (ca. 1,8 * 1,6x) bei einem Äquivalent von 35 mm - für die Schärfentiefe ohne Berücksichtigung der Belichtung.

Ja, ein 50-mm-1: 1,8-Objektiv einer APS-C-Kamera ähnelt eher einem 80-mm-1: 2,8-Objektiv (ca. 1,8 * 1,6-fach für Cannon) mit einem Äquivalent von 35 mm Betroffene, unter der Annahme, dass die Verschlusszeit und die Neuformulierung gleich sind, um usw. zu kompensieren.

Ja, die Spanne der Schärfentiefe ist genau und umgekehrt proportional zum Erntefaktor (vorausgesetzt, alles andere ist gleich (Brennweite und Fokusentfernung und Blende sind gleich), und vorausgesetzt, die CoC wird aus der Sensordiagonale berechnet.

Dies ist im Rechner unter http://www.scantips.com/lights/dof.html leicht zu sehen

Dies liegt daran, dass der DOF auf der endgültigen Vergrößerung des Bildes basiert und kleinere Sensoren eine größere Vergrößerung erfordern (zum Vergleich bei gleicher Größe).

Ich habe einige Vergleiche mit einem Online-Tiefenschärferechner durchgeführt. Sie haben auf etwas gestoßen, das ich nicht wusste; Schön für dich! Wie Sie herausgefunden haben, multiplizieren Sie die Blendenzahl mit 1,6, um die entsprechende Schärfentiefe zu erhalten. Das fasziniert mich und ich muss das Warum und Woher untersuchen.

Um Äpfel und Orangen hinsichtlich der Schärfentiefe für zwei verschiedene Formate zu vergleichen, müssen Sie unterschiedliche Kriterien für die Größe des Verwirrungskreises verwenden. Wir sprechen über die Tatsache, dass ein Objektiv jeden Punkt auf dem Motiv separat behandelt und diesen Punkt dann auf Film oder digitalen Chip projiziert. Dieser winzige Lichtkreis ist der kleinste Teil eines optischen Bildes, das Intelligenz enthält.

Damit wir einen Teil des Bildes als „scharf“ aussprechen können, muss dieses Bild aus Kreisen bestehen, die so klein sind, dass wir sie nicht als Scheibe erkennen können. Wir sehen einen Punkt ohne Dimension. Zeitungsbilder werden mit zu großen Tintenpunkten erstellt. Wir sagen, Zeitungsbilder sind nicht scharf. Wie groß ist die maximale Größe der Verwirrungskreise? Der Durchmesser darf bei normaler Lesedistanz 0,5 mm oder weniger betragen. Das bedeutet, dass ein Vollbild (FX) eine Linse haben muss, die Kreise projiziert, die klein genug sind, um Vergrößerungen zu tolerieren. Kodak verwendete eine Kreisgröße von 1/1750 der Brennweite und Leica 1/1500 der Brennweite für wichtige Arbeiten. Die Verwendung eines Bruchteils der Brennweite ist die branchenübliche Methode für die Berechnung, da sie hauptsächlich den Vergrößerungsgrad berücksichtigt, der für einen 8x10-Druck oder eine Computeranzeige erforderlich ist.

Jetzt sind die Kodak- und Leica-Standards zu streng, sodass die Industrie normalerweise 1/1000 der Brennweite für die tägliche Arbeit verwendet. Das entspricht einer Kreisgröße von 0,05 mm für das 50-mm-Objektiv und einer Kreisgröße von 0,08 mm für das 80-mm-Objektiv.

Abgeleitet von einem Online-Tiefenschärfecomputer mit diesen beiden Kreisgrößen:

50 mm @ f / 1,8 fokussiert 10 Fuß DOF 9,05 bis 11,2 Fuß Verwirrungskreis 0,05 mm 80 mm @ f / 2,8 fokussiert 10 Fuß DOF 9,05 bis 11,2 Fuß Verwirrungskreis 0,08 mm

50 mm @ f11 fokussiert 10 Fuß DOF 5,96 bis 31,1 Fuß Verwirrungskreis 0,05 mm 80 mm @ f / 18 fokussiert 10 Fuß DOF 6 bis 30 Fuß Verwirrungskreis 0,08 mm

50 mm @ f / 4 fokussiert 10 Fuß DOF 8,07 bis 13,2 Fuß Verwirrungskreis 0,05 80 mm @ f / 6,4 fokussiert 10 Fuß DOF 8,09 bis 13,1 Fuß Verwirrungskreis 0,08

Der 1.6 Erntefaktor ist eigentlich ein Multiplikations- oder Vergrößerungsfaktor. Der FX-Rahmen misst 24 x 36 mm bei einer Diagonale von 43,3 mm. Ihr APS-C misst 15 mm x 22,5 mm bei einer Diagonale von 27,0. Das Verhältnis beträgt 43,3 × 27,0 = 1,6 (Zuschneide- oder Vergrößerungsfaktor). Das ist übrigens 1 / 1,6 x 100 = 62,5%. Der APS-C ist 625% der Größe eines FX.

Viel Mathe, ich nenne es Gobbledygook! Ich kann das sagen - heute 79 Jahre alt geworden!