Profundidad de campo

Distancia entre los objetos más cercanos y más lejanos que están enfocados en una imagen

Para otros usos, consulte Profundidad de campo (desambiguación) .

Una fotografía de la macro que ilustra el efecto de profundidad de campo en un objeto inclinada.

Para muchas cámaras, la profundidad de campo ( DOF ) es la distancia entre los objetos más cercanos y más lejanos que tienen un enfoque aceptablemente nítido en una imagen. La profundidad de campo se puede calcular en función de la distancia focal , la distancia al sujeto, el tamaño aceptable del círculo de confusión y la apertura. Se puede elegir una profundidad de campo particular con fines técnicos o artísticos. Las limitaciones de la profundidad de campo a veces se pueden superar con diversas técnicas / equipos.

Factores que afectan la profundidad de campo

Efecto de la apertura sobre el desenfoque y DOF. Los puntos enfocados ( 2 ) proyectan puntos sobre el plano de la imagen ( 5 ), pero los puntos a diferentes distancias ( 1 y 3 ) proyectan imágenes borrosas o círculos de confusión . Disminuir el tamaño de apertura ( 4 ) reduce el tamaño de los puntos de desenfoque para los puntos que no están en el plano enfocado, de modo que el desenfoque es imperceptible y todos los puntos están dentro del DOF.

Para las cámaras que solo pueden enfocar la distancia de un objeto a la vez, la profundidad de campo es la distancia entre los objetos más cercanos y más lejanos que tienen un enfoque aceptablemente nítido. ^[1] "Enfoque aceptablemente nítido" se define utilizando una propiedad llamada círculo de confusión .

La profundidad de campo se puede determinar por la distancia focal , la distancia al sujeto, el tamaño aceptable del círculo de confusión y la apertura. ^[2] La profundidad de campo aproximada puede estar dada por:

${\displaystyle {\text{DOF}}\approx {\frac {2u^{2}Nc}{f^{2}}}}$

para un círculo de confusión dado (c), distancia focal (f), número f (N) y distancia al sujeto (u). ^{[3] [4]}

A medida que aumenta la distancia o el tamaño del círculo de confusión aceptable, aumenta la profundidad de campo; sin embargo, aumentar el tamaño de la apertura o aumentar la distancia focal reduce la profundidad de campo. La profundidad de campo cambia linealmente con el número F y el círculo de confusión, pero cambia en proporción al cuadrado de la distancia focal y la distancia al sujeto. Como resultado, las fotos tomadas a una distancia extremadamente corta tienen una profundidad de campo proporcionalmente mucho menor.

El tamaño del sensor afecta el DOF de formas contrarias a la intuición. Debido a que el círculo de confusión está directamente relacionado con el tamaño del sensor, disminuir el tamaño del sensor mientras se mantiene constante la distancia focal y la apertura disminuirá la profundidad de campo (por el factor de recorte). Sin embargo, la imagen resultante tendrá un campo de visión diferente. Si se altera la distancia focal para mantener el campo de visión, el cambio en la distancia focal contrarrestará la disminución de DOF del sensor más pequeño y aumentará la profundidad de campo (también por el factor de recorte). ^{[5] [6] [7] [8]}

Efecto de la apertura de la lente

Para el encuadre del sujeto y la posición de la cámara, el DOF se controla mediante el diámetro de apertura de la lente, que generalmente se especifica como el número f (la relación entre la distancia focal de la lente y el diámetro de apertura). La reducción del diámetro de apertura (aumentando el número f ) aumenta el DOF porque solo la luz que viaja en ángulos menos profundos pasa a través de la apertura. Debido a que los ángulos son poco profundos, los rayos de luz están dentro del círculo de confusión aceptable para una distancia mayor. ^[9]

Para un tamaño dado de la imagen del sujeto en el plano focal, el mismo número f en cualquier lente de distancia focal dará la misma profundidad de campo. ^[10] Esto es evidente a partir de la ecuación DOF al observar que la relación u / f es constante para un tamaño de imagen constante. Por ejemplo, si se duplica la distancia focal, la distancia del sujeto también se duplica para mantener el mismo tamaño de la imagen del sujeto. Esta observación contrasta con la noción común de que "la distancia focal es dos veces más importante para desenfocar que f / stop", ^[11] que se aplica a una distancia constante del sujeto, en contraposición al tamaño constante de la imagen.

Las películas cinematográficas hacen un uso limitado del control de apertura; Para producir una calidad de imagen constante de una toma a otra, los directores de fotografía generalmente eligen una configuración de apertura única para interiores y otra para exteriores, y ajustan la exposición mediante el uso de filtros de cámara o niveles de luz. Los ajustes de apertura se ajustan con mayor frecuencia en la fotografía fija, donde las variaciones en la profundidad de campo se utilizan para producir una variedad de efectos especiales.

Apertura = f / 4.0. DOF = 2,2 cm

Apertura = f / 22. DOF = 12,4 cm

Profundidad de campo para diferentes valores de apertura utilizando un objetivo de 50 mm y una cámara DSLR de fotograma completo. El punto de enfoque está en la primera columna de bloques. ^[12]

Efecto del círculo de confusión

El enfoque preciso solo es posible a una distancia exacta del objetivo; ^[a] a esa distancia, un objeto puntual producirá una imagen puntual. De lo contrario, un objeto puntual producirá un punto borroso con la forma de la apertura , típicamente y aproximadamente un círculo. Cuando este punto circular es lo suficientemente pequeño, es visualmente indistinguible de un punto y parece estar enfocado. El diámetro del círculo más grande que es indistinguible de un punto se conoce como el círculo de confusión aceptable , o informalmente, simplemente como el círculo de confusión. Los puntos que producen un punto borroso más pequeño que este círculo de confusión aceptable se consideran aceptablemente nítidos.

El círculo de confusión aceptable depende de cómo se utilizará la imagen final. Generalmente se acepta que sea de 0,25 mm para una imagen vista desde 25 cm de distancia. ^[13]

Para películas de 35 mm , el área de la imagen en la película es de aproximadamente 22 mm por 16 mm. El límite de error tolerable se estableció tradicionalmente en 0,05 mm (0,002 pulgadas) de diámetro, mientras que para películas de 16 mm , donde el tamaño es aproximadamente la mitad de grande, la tolerancia es más estricta, 0,025 mm (0,001 pulgadas). ^[14] Una práctica más moderna para producciones de 35 mm establece el límite del círculo de confusión en 0,025 mm (0,001 pulgadas). ^[15]

Movimientos de cámara

Ver también: Ver cámara

El término "movimientos de la cámara" se refiere a los ajustes de giro (oscilación e inclinación, en terminología moderna) y de desplazamiento del soporte de la lente y del soporte de la película. Estas funciones han estado en uso desde el siglo XIX y todavía se utilizan hoy en día en cámaras de visión, cámaras técnicas, cámaras con lentes de control de inclinación / desplazamiento o perspectiva, etc. Al girar la lente o el sensor, el plano de enfoque (POF) gira, y también hace que el campo de enfoque aceptable gire con el POF; y dependiendo de los criterios DOF, cambiar también la forma del campo de enfoque aceptable. Si bien los cálculos de DOF de cámaras con giro establecido en cero se han discutido, formulado y documentado desde antes de la década de 1940, la documentación de los cálculos para cámaras con giro distinto de cero parece haber comenzado en 1990.

Más que en el caso de la cámara de giro cero, existen varios métodos para formar criterios y configurar cálculos para DOF cuando el giro no es cero. Hay una reducción gradual de la claridad en los objetos a medida que se alejan del POF, y en alguna superficie virtual plana o curva, la claridad reducida se vuelve inaceptable. Algunos fotógrafos hacen cálculos o usan tablas, algunos usan marcas en su equipo, algunos juzgan con una vista previa de la imagen.

Cuando se gira el POF, los límites cercanos y lejanos del DOF pueden considerarse en forma de cuña, con el vértice de la cuña más cerca de la cámara; o pueden considerarse paralelos al POF. ^{[16] [17]}

Métodos de cálculo de campos de objetos

Las fórmulas tradicionales de profundidad de campo pueden resultar difíciles de utilizar en la práctica. Como alternativa, se puede realizar el mismo cálculo efectivo sin tener en cuenta la distancia focal y el número f. ^[b] Moritz von Rohr y más tarde Merklinger observan que el diámetro de apertura absoluto efectivo se puede utilizar para fórmulas similares en determinadas circunstancias. ^[18]

Además, las fórmulas tradicionales de profundidad de campo suponen círculos de confusión aceptables iguales para objetos cercanos y lejanos. Merklinger ^[c] sugirió que los objetos distantes a menudo necesitan ser mucho más nítidos para ser claramente reconocibles, mientras que los objetos más cercanos, al ser más grandes en la película, no necesitan ser tan nítidos. ^[18] La pérdida de detalle en objetos distantes puede ser particularmente notable con ampliaciones extremas. Lograr esta nitidez adicional en objetos distantes generalmente requiere enfocar más allá de la distancia hiperfocal , a veces casi al infinito. Por ejemplo, si se fotografía un paisaje urbano con un bolardo de tráfico en primer plano, este enfoque, denominado método de campo de objetopor Merklinger, recomendaría enfocar muy cerca del infinito y detenerse para hacer que el bolardo esté lo suficientemente afilado. Con este enfoque, los objetos en primer plano no siempre se pueden hacer perfectamente nítidos, pero la pérdida de nitidez en objetos cercanos puede ser aceptable si el reconocimiento de objetos distantes es primordial.

Otros autores, como Ansel Adams, han adoptado la posición contraria, manteniendo que la leve falta de nitidez en los objetos en primer plano suele ser más inquietante que la ligera falta de nitidez en partes distantes de una escena. ^[19]

Superar las limitaciones de DOF

Algunos métodos y equipos permiten alterar el DOF aparente, y algunos incluso permiten que se determine el DOF después de realizar la imagen. Por ejemplo, el apilamiento de enfoque combina varias imágenes enfocadas en diferentes planos, lo que da como resultado una imagen con una profundidad de campo aparente mayor (o menor, si se desea) que cualquiera de las imágenes de origen individuales. De manera similar, para reconstruir la forma tridimensional de un objeto, se puede generar un mapa de profundidad a partir de múltiples fotografías con diferentes profundidades de campo. Xiong y Shafer concluyeron, en parte, "... las mejoras en las precisiones de rango de enfoque y rango de desenfoque pueden conducir a métodos eficientes de recuperación de forma". ^[20]

Otro enfoque es el barrido de enfoque. El plano focal recorre todo el rango relevante durante una sola exposición. Esto crea una imagen borrosa, pero con un núcleo de convolución que es casi independiente de la profundidad del objeto, de modo que la borrosidad se elimina casi por completo después de la deconvolución computacional. Esto tiene el beneficio adicional de reducir drásticamente el desenfoque de movimiento. ^[21]

Otras tecnologías utilizan una combinación de diseño de lentes y posprocesamiento: la codificación de frente de onda es un método mediante el cual se agregan aberraciones controladas al sistema óptico para que el enfoque y la profundidad de campo se puedan mejorar más adelante en el proceso. ^[22]

El diseño de la lente se puede cambiar aún más: en la apodización del color, la lente se modifica de modo que cada canal de color tenga una apertura de lente diferente. Por ejemplo, el canal rojo puede ser f /2.4, el verde puede ser f /2.4, mientras que el canal azul puede ser f /5.6. Por lo tanto, el canal azul tendrá una mayor profundidad de campo que los otros colores. El procesamiento de imágenes identifica las regiones borrosas en los canales rojo y verde y en estas regiones copia los datos de los bordes más nítidos del canal azul. El resultado es una imagen que combina las mejores características de los diferentes números f . ^[23]

En el extremo, una cámara plenóptica captura información de campo de luz 4D sobre una escena, por lo que el enfoque y la profundidad de campo se pueden alterar después de tomar la foto.

Difracción y DOF

La difracción hace que las imágenes pierdan nitidez en números F altos y, por lo tanto, limita la profundidad de campo potencial. ^[24] En la fotografía en general, esto rara vez es un problema; Debido a que los números f grandes generalmente requieren tiempos de exposición prolongados, el desenfoque de movimiento puede causar una mayor pérdida de nitidez que la pérdida por difracción. Sin embargo, la difracción es un problema mayor en la fotografía de primeros planos, y la compensación entre el DOF y la nitidez general puede volverse bastante notable a medida que los fotógrafos intentan maximizar la profundidad de campo con aperturas muy pequeñas. ^{[25] [26]}

Hansma y Peterson han discutido la determinación de los efectos combinados de desenfoque y difracción utilizando una combinación de raíz cuadrada de los puntos de desenfoque individuales. ^{[27] [28]} El enfoque de Hansma determina el número f que dará la máxima nitidez posible; El enfoque de Peterson determina el número f mínimo que dará la nitidez deseada en la imagen final y produce una profundidad de campo máxima para la cual se puede lograr la nitidez deseada. ^[d] En combinación, se puede considerar que los dos métodos dan un máximo y un mínimo de f-número para una situación determinada, con el fotógrafo libre de elegir cualquier valor dentro del rango, según lo permitan las condiciones (por ejemplo, posible desenfoque de movimiento). Gibson ofrece una discusión similar, considerando además los efectos borrosos de las aberraciones de la lente de la cámara, la difracción y las aberraciones de la lente agrandada, la emulsión negativa y el papel de impresión. ^{[24] [e]} Couzin dio una fórmula esencialmente igual a la de Hansma para el número f óptimo , pero no discutió su derivación. ^[29]

Hopkins, ^[30] Stokseth, ^[31] y Williams y Becklund ^[32] han discutido los efectos combinados utilizando la función de transferencia de modulación . ^{[33] [34]}

Escalas DOF

Detalle de un objetivo ajustado af / 11. El punto a medio camino entre las marcas de 1 my 2 m, los límites de DOF en f / 11, representa la distancia de enfoque de aproximadamente 1,33 m (el recíproco de la media de los recíprocos de 1 y 2 es 4/3).

Escala DOF en el dial de enfoque Tessina

Muchas lentes incluyen escalas que indican el DOF para una distancia de enfoque y un número f determinados ; la lente de 35 mm en la imagen es típica. Esa lente incluye escalas de distancia en pies y metros; cuando se establece una distancia marcada frente a la marca de índice blanca grande, el enfoque se establece en esa distancia. La escala DOF debajo de las escalas de distancia incluye marcas a cada lado del índice que corresponden a números f . Cuando la lente se ajusta a un número f determinado , el DOF se extiende entre las distancias que se alinean con las marcas del número f .

Los fotógrafos pueden usar las escalas de la lente para trabajar hacia atrás desde la profundidad de campo deseada para encontrar la distancia de enfoque y la apertura necesarias. ^[35] Para la lente de 35 mm que se muestra, si se deseara que el DOF se extendiera de 1 ma 2 m, el enfoque se establecería de manera que la marca de índice estuviera centrada entre las marcas para esas distancias, y la apertura se establecería en f / 11. ^[F]

En una cámara de visualización, el enfoque y el número f se pueden obtener midiendo la profundidad de campo y realizando cálculos simples. Algunas cámaras de visión incluyen calculadoras DOF ​​que indican el enfoque y el número f sin necesidad de ningún cálculo por parte del fotógrafo. ^{[36] [37]}

Distancia hiperfocal

Zeiss Ikon Contessa con marcas rojas para una distancia hiperfocal de 20 pies af / 8

Esta sección es un extracto de la distancia hiperfocal [ editar ]

Cámara Minox LX con punto rojo hiperfocal

En óptica y fotografía , la distancia hiperfocal es una distancia más allá de la cual todos los objetos pueden enfocarse "aceptablemente" . Como la distancia hiperfocal es la distancia de enfoque que proporciona la máxima profundidad de campo, es la distancia más deseable para establecer el enfoque de una cámara de enfoque fijo . ^[38] La distancia hiperfocal depende completamente del nivel de nitidez que se considere aceptable.

La distancia hiperfocal tiene una propiedad llamada "profundidades de campo consecutivas", donde una lente enfocada en un objeto cuya distancia está en la distancia hiperfocal H mantendrá una profundidad de campo desde H / 2 hasta el infinito, si la lente está enfocada a H / 2, la profundidad de campo se extenderá de H / 3 a H ; si la lente se enfoca luego a H / 3, la profundidad de campo se extenderá de H / 4 a H / 2, etc.

Thomas Sutton y George Dawson escribieron por primera vez sobre la distancia hiperfocal (o "rango focal") en 1867. ^[39] Louis Derr en 1906 pudo haber sido el primero en derivar una fórmula para la distancia hiperfocal. Rudolf Kingslake escribió en 1951 sobre los dos métodos para medir la distancia hiperfocal.

Algunas cámaras tienen marcada su distancia hiperfocal en el dial de enfoque. Por ejemplo, en el dial de enfoque Minox LX hay un punto rojo entre 2 my el infinito; cuando la lente se coloca en el punto rojo, es decir, enfocada a la distancia hiperfocal, la profundidad de campo se extiende desde 2 m hasta el infinito.

Cerca: distribución lejana

El DOF más allá del sujeto es siempre mayor que el DOF delante del sujeto. Cuando el sujeto está a la distancia hiperfocal o más allá, el DOF lejano es infinito, por lo que la relación es 1: ∞; a medida que disminuye la distancia del sujeto, aumenta la relación DOF cercana: lejana, acercándose a la unidad con gran aumento. Para grandes aperturas a distancias típicas de retratos, la relación sigue siendo cercana a 1: 1.

Fórmulas DOF

Esta sección cubre alguna fórmula adicional para evaluar la profundidad de campo; sin embargo, todos están sujetos a importantes suposiciones simplificadoras: por ejemplo, asumen la aproximación paraxial de la óptica gaussiana . Son adecuados para la fotografía práctica, los diseñadores de lentes utilizarían otros significativamente más complejos.

Enfoque y número f de los límites de DOF

Para dada cerca y de lejos DOF límites y , al requerido f -número es más pequeño cuando el foco se establece en${\displaystyle D_{\mathrm {N} }}$${\displaystyle D_{\mathrm {F} }}$

${\displaystyle s={\frac {2D_{\mathrm {N} }D_{\mathrm {F} }}{D_{\mathrm {N} }+D_{\mathrm {F} }}},}$

la media armónica de las distancias cercanas y lejanas. En la práctica, esto equivale a la media aritmética para profundidades de campo bajas. ^[40] A veces, los usuarios de la cámara de visualización se refieren a la diferencia como la extensión del enfoque . ^[41]${\displaystyle v_{\mathrm {N} }-v_{\mathrm {F} }}$

Desenfoque de fondo y primer plano

Si un sujeto está a distancia y el primer plano o el fondo está lejos , deje que la distancia entre el sujeto y el primer plano o el fondo se indique mediante${\displaystyle s}$${\displaystyle D}$

${\displaystyle x_{\mathrm {d} }=|D-s|.}$

El diámetro del disco de desenfoque de un detalle a una distancia del sujeto se puede expresar como una función de la ampliación sujeto , la distancia focal , f -número , o alternativamente la abertura , de acuerdo con${\displaystyle b}$${\displaystyle x_{\mathrm {d} }}$${\displaystyle m_{\mathrm {s} }}$${\displaystyle f}$ ${\displaystyle N}$ ${\displaystyle d}$

${\displaystyle b={\frac {fm_{\mathrm {s} }}{N}}{\frac {x_{\mathrm {d} }}{s\pm x_{\mathrm {d} }}}=dm_{\mathrm {s} }{\frac {x_{\mathrm {d} }}{D}}.}$

El signo menos se aplica a un objeto en primer plano y el signo más se aplica a un objeto de fondo.

El desenfoque aumenta con la distancia al sujeto; cuando es menor que el círculo de confusión, el detalle está dentro de la profundidad de campo.${\displaystyle b}$

Ver también

• Punto de vista
• Bokeh
• Ángulo de la cámara
• Adaptador de profundidad de campo
• Profundidad de foco
• Lente Frazier (DOF muy profundo)
• Cámara de campo de luz
• Falsificación en miniatura
• Apertura numérica
• Distorsión de la perspectiva

Notas

1. estrictamente, a una distancia exacta de un avión
2. pesar de que el número f se deriva de la distancia focal
3. Englander describe un enfoque similar en su artículo Profundidad de campo aparente: uso práctico en fotografía de paisajes ; Conrad analiza este enfoque, en Diferentes círculos de confusión para límites cercanos y lejanos de profundidad de campo, y El método de campo de objeto, en profundidad de campo en profundidad.
4. Peterson no da una expresión de forma cerrada para el número f mínimo, aunque dicha expresión se obtiene de una simple manipulación algebraica de su Ecuación 3
5. La sección analítica al final de Gibson (1975) se publicó originalmente como "Ampliación y profundidad de detalle en fotomacrografía" en el Journal of the Photographic Society of America , vol. 26, No. 6, junio de 1960
6. La distancia de enfoque para que el DOF se extienda entre distancias dadas de objetos cercanos y lejanos es la media armónica de los conjugados de objetos . La mayoría de las lentes de enfoque helicoidal están marcadas con distancias de imagen de plano a sujeto, ^{[ cita requerida ]} por lo que el enfoque determinado a partir de la escala de distancia de la lente no es exactamente la media armónica de las distancias marcadas de cerca y de lejos.

Referencias

Citas

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9. ¿Por qué una pequeña apertura aumenta la profundidad de campo?
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Fuentes

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Lectura adicional

• Hummel, Rob (editor). 2001. American Cinematographer Manual . 8ª ed. Hollywood: Prensa de ASC. ISBN 0-935578-15-3 

Enlaces externos

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con la profundidad de campo .

El Wikibook Maple tiene una página sobre el tema: Profundidad de campo para lentes ópticos

• Profundidad de campo en fotografía - Guía para principiantes
• Calculadora de profundidad de campo en línea Calculadora simple de profundidad de campo y distancia hiperfocal
• photoskop: Lecciones de fotografía interactiva - Profundidad de campo interactiva
• Simulador de bokeh y calculadora de profundidad de campo Calculadora interactiva de profundidad de campo con función de simulación de desenfoque de fondo
• Comparación de lentes: Nikon 50 mm f / 1.4D frente a 50 mm f / 1.4G Demostración de diferentes aperturas en la profundidad de campo
• Profundidad de campo para principiantes : un video explicativo rápido para DOF