Wie wirkt sich ein Telekonverter auf die Schärfentiefe aus?

Mir ist bewusst, dass ein Telekonverter die Lichtmenge reduziert, die den Film oder den Sensor in einer Kamera erreicht, und daher hört man Leute, die sich um Dinge wie "Mit einem 2x-Telekonverter wird diese 300-mm-1: 2,8 zu einer 600-mm-1: 5,6" drehen.

Da die Blende physikalisch nicht anders ist, frage ich mich, wie sich dies auf die Schärfentiefe (und die damit verbundenen Effekte wie Bokeh) auswirkt. Es ist sinnvoll, dass die Schärfentiefe gleich bleibt und das Bild lediglich beschnitten wird.

Ist es nur eine weitere dieser Aussagen, die für Belichtungsberechnungen nützlich sein kann, oder kommt es tatsächlich zu einer Änderung des erzeugten Bildes?

TL; DR-Version: Telekonverter beeinflussen die Schärfentiefe in keiner bestimmten Entfernung. Sie verwandeln Ihr 300-f / 2,8-Objektiv buchstäblich in ein 600-f / 5,6-Objektiv. Jedes 600-f / 5,6-Objektiv, ob telekonvertiert oder nicht, hat dieselbe Schärfentiefe wie ein 300-f / 2,8-Objektiv.

Die Beziehung zwischen Schärfentiefe, Blende, Blendenblende und Brennweite ist sehr verwirrend. In Wirklichkeit ist alles sehr einfach:

Die Schärfentiefe wird durch die Brennweite und die scheinbare Größe des vorderen Elements der Linse bestimmt.

Mit scheinbarem Durchmesser meine ich die Breite des Bereichs des vorderen Elements, der nicht durch die Öffnung blockiert wird.

Sie können tatsächlich sehen, wie groß dieser scheinbare Durchmesser ist, indem Sie auf die Vorderseite eines Objektivs schauen, während es abgenommen ist und die Blende offen gehalten wird.

Die Beziehung zwischen Blende, Brennweite und scheinbarem Linsendurchmesser ist wie folgt:

(Größe der Blende in mm) = (Brennweite in mm) ÷ (Blende)

Beispielsweise:

• Der scheinbare Durchmesser eines 210-mm-Objektivs, das auf 1: 4,5 eingestellt ist, beträgt 47 mm.
• Der scheinbare Durchmesser eines auf 1: 4,5 eingestellten 70-mm-Objektivs beträgt 15,5 mm.
• Der scheinbare Durchmesser eines auf 1: 8 eingestellten 70-mm-Objektivs beträgt 8,75 mm.
• Und der scheinbare Durchmesser eines auf 1: 3,5 eingestellten 18-mm-Objektivs beträgt nur 5,1 mm.

Nun zurück zur Schärfentiefe. Schärfentiefe ist die Entfernung vor und hinter der fokussierten Entfernung, die noch "akzeptabel" im Fokus ist. Da der Grad der akzeptablen Unschärfe von Person zu Person unterschiedlich ist, lässt sich die Schärfentiefe besser durch den Kreis der Verwirrung analysieren .

Hier ist ein handliches Bild von der Wikipedia-Seite über Circle of Confusion:

Der Verwirrungskreis ist der Bereich auf dem Sensor, der von einem einzelnen Punkt aus vom Licht getroffen wird. Wenn Sie sich vor oder hinter der Fokusebene befinden, vergrößert sich Ihr Verwirrungskreis. Auf der Fokusebene ist der Verwirrungskreis (im Idealfall, aber nie in der Praxis) Null.

Wie schnell sich Ihr Verwirrungskreis vergrößert, wenn Sie sich von der Fokusebene entfernen, ist nur ein Faktor: Der Winkel zwischen den breitesten konvergierenden Linien (dem Rand Ihrer scheinbaren Linsengröße). Nun, das bedeutet ein paar Dinge:

• Wenn Sie 10-mal weiter fokussiert sind, müssen Sie ungefähr 10-mal weiter von der Fokusebene entfernt sein, um die gleiche Änderung in Ihrem Verwirrungskreis zu erzielen
• Zwei Linsen, die auf die gleiche Entfernung fokussiert sind und die gleiche scheinbare Größe haben, führen zu der gleichen Änderung Ihres Verwechslungskreises (und damit zu der gleichen Schärfentiefe).

Umgekehrt werden dadurch auch einige allgemein verbreitete Überzeugungen über die Schärfentiefe entkräftet:

• Zwei Objektive an derselben Blende müssen nicht unbedingt die gleiche Schärfentiefe haben. Das längere Objektiv hat eine kürzere Schärfentiefe, da es eine größere scheinbare Größe hat. (Entschuldigung, Matt.)
• Telekonverter, Cropping und kleinere Sensoren haben bei einer bestimmten scheinbaren Größe (Blende und Brennweite) keinen Einfluss auf die Schärfentiefe.

Nehmen Sie zwei Bilder auf: eines mit 1: 1,8 (35 mm) und eines mit 1: 11 (210 mm). Schneiden Sie nun das 35-mm-Bild zu, um dasselbe Sichtfeld wie das andere Bild zu erhalten. Sie haben fast genau die gleiche Schärfentiefe. Bitte schön:

Die Schärfentiefe entspricht der eines F / 5,6-Objektivs in dem von Ihnen angegebenen Beispiel.

Ja, die Blende hat sich physikalisch nicht verändert. Das Verhältnis von Blende zu Brennweite hat jedoch zugenommen.

Daher sind Lichtstrahlen, die den Sensor erreichen, weniger schräg. Dies führt zu einer erhöhten Schärfentiefe.

Zu Itais ausgezeichneter prägnanter Erklärung dessen, was vor sich geht, kann ich nichts hinzufügen, aber ich werde einen Beweis von Reductio ad Absurdum einführen :

Nehmen wir an, ein Telekonverter würde die Brennweite verlängern und dadurch weniger Licht einlassen, ohne die Schärfentiefe zu beeinträchtigen . Ein Hersteller könnte nicht nur eine 600 f / 5,6 herstellen, sondern auch eine vorhandene 300 f / 2,8 nehmen und einige Telekonverteroptiken in dieselbe Karosserie integrieren. Sie könnten dann zwei Versionen des 600-mm-Objektivs anbieten, die sich in Bezug auf die Belichtung genau gleich verhalten, aber einen DOF von 600 f / 5,6 und einen DOF von 600 f / 2,8.

Sie könnten auch den 300 f / 2.8 durch einen 150 f / 1.4 mit integriertem Telekonverter ersetzen und in der Lage sein, 3 Versionen des 600 mit unterschiedlichem DOF und so weiter anzubieten.

Irgendwann kommt man zu einem Objektiv mit einer infintesimal kleinen Schärfentiefe, das sich aber immer noch wie eine 5,6 verhält, was eindeutig absurd ist. Daher muss der ursprüngliche Satz (dass der DOF durch einen Telekonverter unverändert bleibt) falsch sein.

Die Schärfentiefe wird durch die Fokussierungsentfernung und die physikalische Aperturgröße bestimmt (sehr gut erklärt von Evan Krall). Durch Hinzufügen eines Telekonverters wird die physikalische Öffnungsgröße nicht geändert. Sie vergrößern einfach das bereits vom Objektiv projizierte Bild, und die Brennweite und die Blendenzahl nehmen proportional zu.

Da die physikalische Aperturgröße unverändert ist, bleibt die Schärfentiefe für eine bestimmte Fokussierungsentfernung unverändert.

Ein Telekonverter verteilt einfach das Bild des Objektivs wie eine Lupe. Der Rahmen wird nur durch Zuschneiden (Fake einer höheren Fokusentfernung) und die Beleuchtungsstärke durch Verwenden der gleichen Lichtmenge für eine größere Pixelmenge geändert. Es ändert nichts anderes als die ursprüngliche Aufnahme, z. B. den DoF oder die Fokusentfernung.

Ich beantworte zwei Fragen, die Sie gestellt haben und die, die Sie auch hätten stellen sollen. Ich werde auch verschiedene Szenarien behandeln (gleicher Motivabstand ohne Zuschneiden, gleicher Motivabstand mit Zuschneiden und gleicher Bildausschnitt).

Wie wirkt sich ein Telekonverter auf die Schärfentiefe aus?

Werfen wir einen Blick darauf. Schärfentiefe ist:

DoF = 2 * x_d^2 * N * C / f^2

Wo fist die Brennweite, Cist der Kreis der Verwirrung, Nist die Blendenzahl und x_dist die Entfernung des Motivs. Wenn der Motivabstand konstant bleibt und Sie nicht entscheiden, dass aufgrund des geringeren Zuschneidens Ceine Vergrößerung erfolgen soll, verdoppelt eine Verdoppelung der Brennweite auch die Blendenzahl, Cbleibt jedoch konstant. Dadurch wird die Schärfentiefe durch den Telekonverter halbiert. (Wenn Sie den CWert erhöhen, weil weniger Beschneiden erforderlich ist, bleibt die Schärfentiefe konstant.)

Manchmal möchten Sie jedoch den gleichen Rahmen beibehalten. Dann entspricht eine Verdoppelung der Brennweite einer Verdoppelung der Objektentfernung. So x_d^2 / f^2bleibt konstant und Cbleibt auch konstant. Eine Verdoppelung der Brennweite wird sich jedoch verdoppeln N, und somit wird die Schärfentiefe bei gleicher Bildeinstellung verdoppelt.

Also, TL; DR: Es kommt darauf an, ob Sie durch Ändern der Motiventfernung (unterschiedlicher DoF) das gleiche Bild beibehalten, ob Sie beschneiden (gleicher DoF) oder ob Sie nur eine längere Brennweite akzeptieren, um ein anderes Bild zu erhalten (unterschiedlicher DoF, aber in die andere Richtung).

Sie sollten auch gefragt haben:

Wie wirkt sich ein Telekonverter auf die Hintergrundunschärfe aus?

Das ist einfacher. Die Größe der Hintergrundunschärfe-Disc (unter der Annahme, dass der Hintergrund unendlich ist) beträgt:

b = f * m_s / N = (f/N) * m_s

Die Blendenöffnung f/Nwird durch einen Telekonverter aufrechterhalten. m_sist die Motivvergrößerung, dh die Motivgröße auf dem Sensor geteilt durch die tatsächliche Größe. Wenn Sie den gleichen Bildausschnitt beibehalten, m_sbleibt die Größe der Hintergrundunschärfe-Disc konstant.

Wenn Sie jedoch nicht gleich rahmen, verdoppelt sich der 2x-Telekonverter m_s. So erhalten Sie mehr Hintergrundunschärfe.

Wenn Sie jedoch den Abstand des Motivs beibehalten und das Originalbild m_szweimal beschnitten haben und feststellen, dass Sie aufgrund des Telekonverters keinen Zuschnitt mehr benötigen, wird der Abstand durch den Telekonverter verdoppelt, jedoch aufgrund des geringeren Zuschnitts die Breite / Höhe / Die Diagonale des tatsächlich verwendeten Sensorteils wird ebenfalls verdoppelt, sodass die Größe der Weichzeichnungsscheibe als Prozentsatz der Diagonale des tatsächlich verwendeten Sensorteils gleich bleibt.

Also, TL; DR: Auch hier kommt es darauf an, ob Sie durch Ändern der Motiventfernung (gleiche Unschärfe) den gleichen Bildausschnitt beibehalten, ob Sie beschneiden (gleiche Unschärfe) oder ob Sie nur eine längere Brennweite akzeptieren, um ein anderes Bild zu erhalten (unterschiedliche Unschärfe).

Die akzeptierte Antwort ist sehr definitiv. Es ist auch falsch. Lassen Sie uns zunächst feststellen, was hier richtig ist:

TL; DR-Version: Telekonverter beeinflussen die Schärfentiefe in keiner bestimmten Entfernung.

Falsch.

Sie verwandeln Ihr 300-f / 2,8-Objektiv buchstäblich in ein 600-f / 5,6-Objektiv.

Richtig.

Jedes 600-f / 5,6-Objektiv, ob telekonvertiert oder nicht, hat dieselbe Schärfentiefe wie ein 300-f / 2,8-Objektiv.

Falsch.

Die Schärfentiefe wird durch die Brennweite und die scheinbare Größe des vorderen Elements der Linse bestimmt.

Teils richtig, teils falsch. Die Szenengeometrie und ihr Verhältnis zur Schärfentiefe wird durch die scheinbare Größe der Eintrittspupille der Linse bestimmt. Die Eintrittspupille hat die scheinbare Größe der Blende, wenn man in die Frontlinse schaut.

Sein Durchmesser kann durch Teilen der Brennweite durch die Blendenzahl bestimmt werden.

Und hier kommen wir zu dem fundamentalen Fehler in der akzeptierten Antwort: Die Antwort geht davon aus, dass die Szenengeometrie der einzige Faktor für die Schärfentiefe ist. Ist es nicht. Die Schärfentiefe ist definiert als die Entfernung, in der Sie Unschärfe erkennen können, und die Unschärfe wird über die Kriterien des "Verwechslungskreises" definiert. Wenn Sie dasselbe Projektionsmedium (denselben Film oder denselben Sensor) verwenden und die Ergebnisse auf einer Skala betrachten, bei der die Auflösung des Mediums den Verwirrungskreis definiert, ist die Vergrößerung der Szenenwiedergabe für die resultierende Schärfentiefe sehr relevant.

Wenn Sie dasselbe Objektiv mit denselben Einstellungen für einen 40-Megapixel-Vollbildsensor verwenden, ist dessen Schärfentiefe (vorausgesetzt, das Objektiv erzeugt eine Pixelschärfe) halb so hoch wie bei einem 10-Megapixel-Vollbildsensor Was würden Sie auf einem 10MP Erntefaktor 2 Sensor bekommen. Wenn Sie die Pixelung ignorieren, sind Teilbilder nicht zu unterscheiden.

Ein In-Flansch-Telekonverter in ähnlicher Weise behält die Bildgeometrie bei: Beschneidungen sind nicht zu unterscheiden, solange Sie die Pixelung ignorieren. Es ist jedoch die Pixelung, die den Verwirrungskreis definiert. Mit einem 2x-Telekonverter erhalten Sie normalerweise die Hälfte der Schärfentiefe, da der Pixel als Hauptverursacher des Verwirrungskreises jetzt ein feineres Raster über dem Original abdeckt Szene.

Im Gegensatz zur Schärfentiefe erscheint die Quantifizierung der Hintergrundunschärfe in Bezug auf die Pixelgröße unsinnig, da ihre Skalierung im Verhältnis zur Skalierung der Motivmerkmale oder der Bildgröße relevanter ist. Das Verhältnis zu den Motivmerkmalen wird vom Telekonverter nicht verändert, in Bezug auf den Rahmen verdoppelt sich seine Ausdehnung, was bedeutet, dass die Unschärfe in Bezug auf das fertige Bild vergrößert wird.

Kurz gesagt: Die Dinge sind komplex und weniger intuitiv, aber sie sind es bereits, bevor der Telekonverter in die Gleichung aufgenommen wird. Aufgrund dieser Komplexität müssen Sie die Werte, nach denen Sie fragen, sehr sorgfältig spezifizieren, da sie häufig umgangssprachlich verwendet werden und sich bei der Betrachtung der Szenengeometrie, der Bildgeometrie und der Auflösung des Mediums sehr unterschiedlich verhalten.

Du bist verwirrt:

Da die Blende physikalisch nicht anders ist, frage ich mich, wie sich dies auf die Schärfentiefe (und die damit verbundenen Effekte wie Bokeh) auswirkt. Es ist sinnvoll, dass die Schärfentiefe gleich bleibt und das Bild lediglich beschnitten wird.

Das Zuschneiden eines Bildes behält nur dann dieselbe Schärfentiefe bei, wenn es physisch auf einem Ausdruck ausgeführt wird. Dies führt zu einem kleineren Stück Papier, das auf die gleiche Weise wie das Originalpapier betrachtet wird. Sobald Sie irgendeine Art von Vergrößerung anwenden, um Details besser sehen zu können, wird die Schärfentiefe (definiert über die ausgebreitete Scheibe der Unschärfe, die bei genauerer Betrachtung erkennbar wird) kleiner. Die einzige Ausnahme ist, wenn bereits ein absoluter Begrenzungsfaktor wie Filmkorn oder Pixelgröße sichtbar ist.

Ein flanschseitiger Telekonverter ändert nicht die Größe der Eintrittspupille und arbeitet daher mit derselben Szene, jedoch mit einem kleineren Erntegut, das über den Sensor verteilt ist. Das ergibt weniger Licht pro Pixel (also die doppelte Blendenzahl), aber aufgrund von mehr Sensorpixeln die Hälfte der Größe des "Verwechslungskreises" und damit die Hälfte der Schärfentiefe. Sofern die optische Qualität des Objektivs nicht bereits an ihre Grenzen stößt und die zusätzlichen Pixel keine zusätzlichen Informationen liefern können.

Ein filter-seitiger Telekonverter ist ein anderes Geschäft, da er die Größe der Eintrittspupille vergrößert und daher normalerweise die gleiche Öffnungszahl beibehält. So wird die Schärfentiefe sowohl durch das kleinere Erntegut, das auf demselben Sensor aufgelöst wird, als auch durch die größere Eintrittspupille, die die Szene betrachtet, kleiner.