Warum wird die Schärfentiefe von der Brennweite beeinflusst?

Mit abnehmender Brennweite nimmt auch die Schärfentiefe zu. Warum ist das? Ich interessiere mich weniger für eine Physikstunde als vielmehr für eine einfache, bodenständige Erklärung.

Ich bin mir ziemlich sicher, dass ich diese Frage beantwortet habe, aber ich kann sie nicht finden.

• Je länger die Brennweite, desto kleiner wird der Blickwinkel.
• Mit einem kleineren Blickwinkel sind die Strahlen, die das Bild bilden, eher parallel.
• Bei einer geringeren Variation des Winkels zwischen den Strahlen muss sich das Licht mehr bewegen, bevor es ausreichend unscharf ist.

Dies ist ein wenig vereinfacht, aber ich hoffe, es ist zumindest leicht zu visualisieren.

Für diese Diskussion sollte die Blende als dieselbe betrachtet werden, da die Varianz, die wir diskutieren, die Brennweite ist.

Ein Teleobjektiv, das aus der gleichen Entfernung wie ein Weitwinkelobjektiv auf dasselbe Motiv fokussiert ist, weist aufgrund der höheren Vergrößerung eine geringere Schärfentiefe auf, der Blickwinkel zwischen den beiden Bildern ist jedoch sehr unterschiedlich. Ein Teleobjektiv und ein Weitwinkelobjektiv, die auf dasselbe Motiv mit demselben Blickwinkel fokussiert sind, haben dieselbe Schärfentiefe (es gibt Abweichungen, diese sind jedoch vernachlässigbar).

Der Unterschied hier? Betrachtungswinkel. Es geht also um Ihre Entfernung zum Motiv, wirklich nicht speziell um die Brennweite. Variieren Sie die Entfernung, um die Unterschiede in der Brennweite und der Schärfentiefe auszugleichen. Was sich jedoch ändert, sind die Vordergrund- und Hintergrundverhältnisse dafür. Bei größeren Winkeln wird der Hintergrund stärker fokussiert, und bei Teleaufnahmen wird der Vordergrund stärker betont. Das Ergebnis dieses Verhaltens kann eine Illusion von geringerer Tiefe erzeugen, da das Teleobjektiv die Hintergrundunschärfe vergrößern würde. Dies ist einer der Gründe, warum Landschaftsfotografen mit einem Teleobjektiv nicht zurückstehen (Dunst und andere Faktoren spielen wahrscheinlich eine bedeutendere Rolle).

Sie können meine Informationen an verschiedenen Standorten testen, die einen DoF-Rechner wie z. B. DOFMaster anbieten . Beispiel: Bei einer Entfernung von 10 m (@ f / 8) ist 10 mm DoF = Infinite und 100 mm DoF = 3.08 m. Bewegen Sie nun das 100-mm-Objektiv auf 100 m (10-mal weiter weg) und der 100-mm-DoF ist jetzt gleich unendlich. Der Blickwinkel des 100-mm-Objektivs entspricht jetzt dem des 10-mm-Objektivs.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Weitwinkelobjektive nicht mehr Schärfentiefe haben als Teleobjektive. Dies wird dadurch demonstriert, dass beide dasselbe DoF für denselben Blickwinkel zeigen.

Ausführlichere (und nicht mathematisch orientierte) Erklärungen finden Sie in Cambridge unter Farbe und leuchtende Landschaft . Der zweite Link enthält auch Beispielbilder, die praktisch sind, um sie visuell zu sehen.

Die Schärfentiefe wird nur von der tatsächlichen Aperturgröße beeinflusst, die tatsächliche Aperturgröße ist jedoch keine Blende. Wenn wir "Blende" sagen, meinen wir tatsächlich "Blendenverhältnis" oder "Blende", nicht die Blendengröße.

Dieses "Öffnungsverhältnis" ist erforderlich, um die Bildhelligkeit zu berechnen, die tatsächliche Öffnungsgröße ist jedoch erforderlich, um die Schärfentiefe zu berechnen.

Je länger die Brennweite ist, desto größer ist für einen bestimmten Blendenwert die tatsächliche Blendengröße in mm .

Blende ist das Verhältnis von Blende zu Brennweite und wird berechnet durch f-stop = focal-length / aperture.

Um die tatsächliche Blendengröße von einer Blende zu erhalten ... aperture-size = (1 / f-stop) * focal-length

Also für ein 50mm f1.4 Objektiv ... tatsächliche Blendengröße = 1 (1,4 * 50) = 35mm Blendengröße.

Die Aperturgröße ist die Größe des Lochs, durch das das Licht tritt. Um ein 100mm f1.4 Objektiv zu bauen, wird eine 70mm Blende benötigt, was ein Objektiv mit sehr großem Durchmesser ergibt.

Je größer die tatsächliche Blende ist, desto geringer ist die Schärfentiefe, und je länger die Brennweite für einen bestimmten Blendenwert ist, desto größer ist die tatsächlich verwendete Blendenöffnung.

F-Stop wurde entwickelt, um die Berechnung der Belichtungshelligkeit zu vereinfachen, erschwert jedoch die Berechnung der Schärfentiefe. Vor automatischen Kameras war die Berechnung der gewünschten Blende und Verschlusszeit möglich, wäre aber ein echtes Problem gewesen, wenn man mit der tatsächlichen Blendengröße gearbeitet hätte!

Hinweis: Wie einige andere Antworten bereits besprochen haben, ist das Licht von diesem Motiv mit zunehmender Entfernung zu einem Motiv paralleler. Dies bedeutet, je weiter ein Motiv entfernt ist, desto größer ist die Schärfentiefe. Dies wirkt dem Effekt der längeren Linse entgegen, wenn dieselbe Blende eine geringere Schärfentiefe aufweist. Betrachten Sie die 50mm und 100mm f1.4 Objektive. Das 100-mm-Objektiv hat eine größere Blendengröße in mm. Wenn Sie sich jedoch 2x weiter weg bewegen müssen, um das Foto aufzunehmen, wirkt sich der größere Abstand auf die tatsächliche Blendengröße aus, und die Schärfentiefe ist ähnlich wie bei Verwendung des 50-mm-Objektivs in geringerer Entfernung .

Warum haben längere Objektive einen flacheren dof ... kurz gesagt, weil sie physikalisch größere Blenden benötigen, um die gleiche Blendenzahl beizubehalten. (Denken Sie daran, der Blendenwert "f" = Brennweite / Blende.

Beginnen wir mit einer echten Lochkamera. Es hat kein Objektiv, also keine Brennweite und benötigt eine sehr kleine Lochblende, um ein anständiges, fokussiertes Bild zu erzielen. Wenn die Lochblende zu groß ist, ist nichts im Fokus. (dh ernsthaft flacher DOF!)

Wenn wir nun eine Linse vor unsere Lochblende stellen, müssen wir die Blende ein wenig öffnen, um genügend Licht durchzulassen - ohne unser Bild zu zerstreuen. (Denken Sie daran, dass wir das Bild scharf halten müssen und die Wellenlängen des Lichts durch die Gesetze der Physik festgelegt werden).

Je länger das Objektiv wird (während es auf denselben Sensor projiziert wird), desto schmaler wird es in Bezug auf seine Länge im Verhältnis zur Größe seines hinteren Endes. (Sensor gleicher Größe merken) - Dadurch wird das Objektiv dunkler. Um es mit dem Lichteinfangvermögen des kürzeren Objektivs vergleichbar zu machen (dh gleicher Blendenwert), muss die Blende proportional zur Längenänderung vergrößert werden (um mehr Licht zum Sensor durchzulassen).

Im weiteren Verlauf nimmt die physikalische Größe der Apertur (in mm) im Verhältnis zur Größe des Sensors zu. (Denken Sie an die übergroße Lochblende) Es wird also viel schwieriger, die Dinge im Fokus zu halten. Daher sind längere Linsen mit großer Apertur komplex, gewöhnlich groß und oft viel teurer.

Das ist eine tolle Frage! Ich bin seit mehr als 65 Jahren auf diesem Gebiet und ich muss noch lesen, was ich für eine seriöse Antwort halte. Zu diesem Zweck fordere ich meine Kollegen auf, eine gute Erklärung abzugeben.

Aber warte, ich glaube ich hatte Erleuchtung - lass es mich trotzdem versuchen.

Das Objektiv projiziert ein Bild der Außenwelt auf die Oberfläche eines Films oder eines digitalen Sensors. Wenn Sie dieses Bild genau untersuchen, werden Sie feststellen, dass es aus unzähligen Kreisen besteht, die sich in Intensität und Farbe unterscheiden. Wenn wir dieses Bild betrachten oder erfassen, erscheint es nur dann einheitlich und klebrig, wenn diese Kreise zu klein sind, um wahrgenommen zu werden. Wir sprechen von Verwirrungskreisen. So genannt, weil sie unter dem Mikroskop als schlecht definiert angesehen werden und sich überlappen. Aus einer angemessenen Entfernung betrachtet erkennen wir jedoch, dass sie zu einem gut aussehenden Bild verschmelzen.

Wenn wir früher oder später über die Größe dieser Kreise nachdenken, dämmert es, dass der Arbeitsdurchmesser der Irisblende (die Apertur) die Bühne dafür bestimmt, wie groß diese Kreise sind, wenn sie auf die Oberfläche in der Brennebene unserer projiziert werden Kamera.

Jetzt wissen wir, dass wir, wenn wir unsere Kamera auf 1: 11 oder 1: 16 oder 1: 22 einstellen, den Arbeitsdurchmesser der Blende der Kamera verkleinern. Auf diese Weise gewinnen wir Tiefenschärfe, weil das Ergebnis kleinere Verwirrungskreise sind. Nun sind die Blendenzahl und die Brennweite miteinander verflochten. Die Blendenzahl ergibt sich aus der Division der Brennweite durch den Arbeitsdurchmesser der Linse. Angenommen, Sie montieren ein 50mm und setzen die Blendenzahl auf f / 16. Der Arbeitsöffnungsdurchmesser beträgt 50 × 16 = 3,125 mm. Solch ein Schlag liefert eine beachtliche Schärfentiefe, da die Verwirrungskreise in der Bildebene winzig sind, vorausgesetzt, die Kamera ist genau fokussiert.

Wechseln Sie nun zu einem 28-mm-Weitwinkel. Wenn die Verschlusszeit und der ISO-Wert konstant gehalten werden, wird dies durch die gleiche Blendeneinstellung von 1: 16 erreicht. Doch was ist mit dem Arbeitsdurchmesser der Irisblende passiert, um f-16 zu erreichen? Der überarbeitete Arbeitsdurchmesser beträgt 28 × 16 = 1,75 mm.

So einfach ist es - eine kürzere Brennweite bei gleicher Blendenzahl ergibt eine kleinere Arbeitsapertur, und dies führt zu einem kleineren Verwirrungskreis - wodurch sich die Spanne der Schärfentiefe erweitert.

Alles hat Vor- und Nachteile. Wenn der Arbeitsdurchmesser sehr klein wird, ergibt sich eine unendliche Schärfentiefe. Das Minus ist: Die Zwillingsdämonen von Beugung und Interferenz treten ein und das Bild verschlechtert sich.

Faktoriell - Die maximale Schärfe wird erreicht, wenn das Kameraobjektiv ungefähr zwei Blendenstufen vom Maximum entfernt (weit geöffnet) angehalten wird.

Eine ziemlich einfache und dennoch gute Erklärung lautet wie folgt:

• Wenn die Brennweite vergrößert wird, zoomen wir tatsächlich hinein, sodass das Sichtfeld (der Bereich, der in den Rahmen passt) kleiner wird.

• Dies führt dazu, dass weniger Fläche hinter dem Motiv in den Kamerasensor projiziert wird.

• Da die Größe des Kamerasensors gleich ist, bedeutet dies, dass Objekte, die weit außerhalb des Fokus des Hintergrunds liegen, stärker gestreckt werden, um den Sensorbereich auszufüllen. Mit anderen Worten, diese weit verschwommenen Objekte im Hintergrund (die in beiden Fällen nicht im Fokusbereich liegen) werden stärker verwischt, wenn sie stärker vergrößert / gedehnt werden.

Beachten Sie, dass wir auch den Abstand zum Motiv verdoppeln sollten, um die gleiche Bildgröße eines Objekts im Rahmen zu haben, wenn wir die Brennweite verdoppeln. Dies ist hier zwar nicht direkt von Bedeutung, wird aber nur zum besseren Vergleich benötigt. Auf jeden Fall wird der Hintergrund mit höherem f mehr verwischen.