增距镜如何影响景深?


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我知道增距镜会减少到达照相机中的胶卷或传感器的光量,因此,您会听到人们四处张望,例如“使用2倍增距镜时,此300mm f / 2.8变为600mm f / 5.6”。

鉴于光圈在物理上没有什么不同,我想知道这如何影响景深(以及相关的散景等效果)。景深保持不变,并且图像只是被裁剪,这是有道理的。

人们所说的只是这些事情中的另一件事,可能对曝光计算很方便,还是实际上产生的图像发生了变化?

Answers:


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TL; DR版本:增距镜不会影响任何给定距离的景深。它们将您的300 f / 2.8镜头转换为600 f / 5.6镜头。不论是否进行远距转换,任何600 f / 5.6镜头都将具有与300 f / 2.8镜头相同的景深。

关于景深,光圈,光圈和焦距之间的关系存在很多困惑。实际上,这非常简单:

景深由焦距和镜头前部元件的视在尺寸决定。

通过表观直径,我的意思是不会被阻止通过所述孔的前部元件的区域的宽度。

实际上,通过在拆下镜头并保持光圈打开的状态下观察镜头的正面,您实际上可以看到该表观直径的大小。

f-光圈,焦距和表观镜头直径之间的关系如下:

(以毫米为单位的孔径大小)=(以毫米为单位的焦距)÷(光圈值)

例如:

  • 设置为f / 4.5的210mm镜头的表观直径为47mm,
  • 设置为f / 4.5的70mm镜头的表观直径为15.5mm,
  • 设置为f / 8的70mm镜头的视在直径为8.75mm,
  • 而设置为f / 3.5的18mm镜头的表观直径仅为5.1mm。

现在,回到景深。景深是聚焦距离之前和之后的距离,仍然是“可接受”的聚焦距离。由于可接受的模糊程度因人而异,因此分析景深的更好方法是通过混乱圈子。

这是来自混乱圈子的Wikipedia页面上的方便图片: 解释混乱圈的图

混乱的圆是传感器上被单点光击中的区域。如果您在焦点平面的前面或后面,那么混乱的圈子会更大。在焦点平面上,混乱圈为零(理想情况下,但实际上绝不为零)。

当您离开焦点平面时,混乱圈的增长速度仅是一个因素:最宽的会聚线之间的角度(表观镜片尺寸的边缘)。现在,这意味着几件事:

  • 如果您将注意力集中在十倍的距离上,则必须离焦点平面约十倍的距离才能在混乱的圈子中获得相同的变化
  • 以相同的距离聚焦,具有相同的视在尺寸的两个镜头将导致您的混乱圈发生相同的变化(并因此导致相同的景深)。

相反,这也揭穿了一些关于景深的普遍看法:

  • 具有相同f-stop的两个镜头不一定具有相同的景深。较长的镜头将具有较短的景深,因为它的视在尺寸较大。(对不起,马特。)
  • 在给定的视在尺寸(光圈和焦距)下,增距镜,裁剪和较小的传感器对景深没有任何影响。

拍摄两张照片:一张为35mm f / 1.8,另一张为210mm f / 11。现在,裁剪35mm图像,使其具有与其他图像相同的视野。它们将具有几乎完全相同的景深。干得好: 替代文字


首先,无需道歉-我说的是两个焦距相同的镜头,而不是两个焦距不同的镜头。其次,在这种情况下,您关于远距镜不会影响景深的说法可能会引起误解,因为问题是“带有2x转换器的300 f / 2.8是否具有600 f / 2.8或600 f / 5.6英寸,因此在相对光圈大小发生变化的意义上,它确实会影响自由度。
Matt Grum 2010年

答案是,带有2x转换器的300 f / 2.8与600 f / 5.6完全相同-在聚光能力和景深方面。
埃文·克拉尔

极好的答案。感谢您将CoC加入其中。应当指出的是,大会由成像介质,这就是为什么大多数DOF计算涉及除了焦距和光圈的成像介质的最小大会影响。这并不是真正减少或以原始分辨率直接打印的因素,但它是放大的重要因素。您可以在此处找到公式:en.wikipedia.org/wiki/Depth_of_field(在DOF公式下)
jrista

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还应注意,根据Leslie D. Strobel的说法,在大约150页左右的书“ View camera technique”中,他提供了有力的证据和一些数学公式,表明裁剪的确会影响最终图像中DOF的数量。 。虽然由镜头投射的物理自由度不会改变,但在计算自由度时不应忽略最终图像的观看者的感知。在这里阅读更多:books.google.com/...
jrista

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在您陈述的示例中,景深是F / 5.6镜头的景深。

是的,光圈没有物理改变。但是,光圈与焦距的比率增加了。

因此,到达传感器的光线将较少倾斜。这导致景深增加。


通过这种逻辑,您可以通过裁剪现有图像来减少景深?
罗兰·肖

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@Rowland-否。裁剪不会影响光进入镜头的角度,因为它不会增加焦距。将镜头安装在具有不同传感器尺寸的相机上时,情况是一样的,您得到了“裁剪”的视野,但没有改变焦距。
Itai 2010年

但是与600mm镜头相比,在300mm镜头中的中央部分将具有相同的视野
Rowland Shaw 2010年

1
@Rowland-景深只能由光圈大小和焦距来定义。裁剪多少会改变图片的视野(而不是镜头的视野),但不会影响景深。如果您需要更多说明,那么我建议您检查一下景深的工作原理。否则,它可能会在这里引起很长的讨论:)
Itai 2010年

但是,裁剪确实会影响视在自由度。如果您拍摄的一幅全画幅图像多数在中心对焦,并且沿顶部和底部边缘模糊,则裁切将导致图像中的自由度发生变化(假设裁切的版本和FF的版本为缩放到相同的大小)。从CoC的角度来看,传感器在DOF计算中也起着特定的作用。较小的像素允许更精细的CoC,这会在放大打印时影响DOF。大多数官方自由度公式都将CoC(是成像介质的功能)以及长度和光圈考虑在内。
jrista

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无法在Itai关于发生的事情的出色简洁说明中添加任何内容,但是我将介绍Reductio ad Absurdum的证明:

假设使用增距镜可以扩展焦距,从而减少光线,但不影响景深。除了制造600 f / 5.6的产品外,制造商还可以采用现有的300 f / 2.8的设计,并在同一机身中集成一些增距镜光学元件。然后,他们将能够提供两种版本的600mm镜头,它们的曝光方式完全相同,但是一种版本的DOF为600 f / 5.6,另一种版本的DOF为600 f / 2.8。

他们还可以将150 f / 1.4的300 f / 2.8替换为装有望远镜盖的电视,并可以提供3种版本的600,具有不同的DOF et cetera等。

最终,您到达的镜头的景深极小,但仍然像5.6一样,这显然是荒谬的,因此最初的主张(通过望远镜确定DOF不变)必须是错误的。


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您的假设并非纯粹是理论上的。现实生活中的长焦镜头的背面有一个负像组,其行为与增距镜很像。
Edgar Bonet 2010年

是的,实际上它的行为与长焦镜头完全相同,因此,其名称为“远摄”“转换器”,它允许标准镜头的焦距大于物镜的焦距,这是远摄镜头
Matt Grum

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您的论点是无效的,特别是“一个自由度为600 f / 5.6,一个自由度为600 f / 2.8”。实际上,一个自由度为600 f / 5.6,另一个自由度为300 f / 2.8。这就是秘密:300 f / 2.8的景深与600 f / 5.6的景深相同,而不是600 f / 2.8的景深
Evan Krall 2010年

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@Evan Krall您似乎错过了Reductio ad Absurdum的要点,我的观点是,假设前提是您有一个镜头的景深为600 f / 2.8,另一个镜头的景深为600 f / 5.6,这是荒谬的前提,一定是假的。我同意这个问题的其他答案!
马特·格鲁姆

抱歉,但是当我使用自由度计算器时,300mm f2.8并不完全像600mm f5.6。数鸵鸟政策比赛....

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景深由聚焦距离和物理光圈大小决定(Evan Krall对此做了很好的解释)。添加增距镜不会改变物理光圈的大小。您只需将镜头已经投射的图像放大,焦距和f值就会成比例增加。

由于物理孔径大小不变,因此对于给定的聚焦距离,景深不变。


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增距镜只是像放大镜一样散布镜头的图像。它仅通过裁切(伪装较大的焦距)来更改帧,并通过对更多像素使用相等量的光来更改照明级别。它不会改变原始镜头的其他任何东西,例如景深或聚焦距离。


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我将回答两个问题,一个是您问的,另一个也是您应该问的。我还将介绍各种不同的场景(相同的主体距离而不进行裁剪,相同的主体距离进行裁剪以及相同的取景)。

增距镜如何影响景深?

让我们来看看这个。景深为:

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

哪里f是焦距,C是混乱圈,N是光圈数,x_d是被摄体距离。如果被摄体距离保持恒定,并且您不确定由于应减少修剪而C应增加的倍数,那么焦距加倍也会使光圈数增加一倍,但C保持恒定。因此,景深将被增距镜减半。(如果C由于减少了所需的裁剪而增加,则景深将保持不变。)

但是,有时您希望保持相同的帧。然后,焦距加倍将对应于被摄体距离加倍。因此,x_d^2 / f^2保持不变,也C保持不变。但是,焦距加倍会加倍N,因此,在相同的取景下,景深也会加倍。

因此,TL; DR:这取决于您是否通过更改被摄体距离(不同的DoF)来保持相同的取景,是否裁切(相同的DoF)或是否接受更长的焦距而获得不同的图像(不同的DoF,但是取决于另一个方向)。

您还应该问:

增距镜如何影响背景模糊?

这比较容易。背景模糊光盘大小(假设背景为无穷大)为:

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

光圈开口f/N由增距镜保持。m_s是物体放大倍数,即传感器上的物体尺寸除以其实际尺寸。如果保持相同的帧,则m_s保持不变,因此,如果具有相同的帧,背景模糊光盘的大小将保持不变。

但是,如果您不保持相同的取景,则2倍增距镜会倍增m_s。因此,您将获得更多的背景模糊。

但是,如果您保持被摄体距离不变,并且已将原始图像裁剪了2 m_s倍,并决定由于增距镜而不再需要裁剪,则通过增距镜将其倍增,但是由于裁剪较少,因此宽度/高度/实际使用的传感器片的对角线也会加倍,因此模糊光盘的大小(占实际使用的传感器片对角线的百分比)保持不变。

因此,TL; DR:这又取决于您是否通过更改被摄体距离(相同的模糊)来保持相同的取景,是否裁切(相同的模糊)还是仅接受更长的焦距而获得不同的图像(不同的模糊)。


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公认的答案是非常确定的。这也是错误的。我们首先在这里说明正确的是:

TL; DR版本:增距镜不会影响任何给定距离的景深。

错误。

它们将您的300 f / 2.8镜头转换为600 f / 5.6镜头。

正确。

不论是否进行远距转换,任何600 f / 5.6镜头都将具有与300 f / 2.8镜头相同的景深。

错误。

景深由焦距和镜头前部元件的视在尺寸决定。

部分正确,部分错误。场景的几何形状及其与景深的关系取决于镜头入射光瞳的视在尺寸。入射光瞳是当观察前透镜时所看到的光圈表观尺寸。

可以通过将焦距除以光圈数来确定其直径。

在这里,我们得到了公认答案中的一个基本错误:答案假定场景几何是影响景深的唯一因素。不是。景深定义为可以检测到不清晰的距离,而不清晰则通过“混乱圆”标准进行定义。如果您使用相同的投影介质(相同的胶片或传感器),并以一定的比例查看结果,则介质的分辨率定义了混乱的圆,则场景再现的放大倍率与所得到的景深非常相关。

如果在40MP全画幅传感器上使用具有相同设置的同一镜头,则其景深将为(假设镜头产生像素级清晰度)将是10MP全画幅传感器的一半。 10MP作物因子2传感器的功能。忽略像素化,部分图像将无法区分。

带有类似静脉的法兰式增距镜保留了图像的几何形状:只要忽略像素化,作物就无法区分。但是,正是像素点定义了混乱的圆,因此使用2倍增距镜时,通常会获得一半的景深,因为作为混乱圆的主要起因的像素现在覆盖了原始像素的较细网格。现场。

与景深相反,根据像素大小量化背景模糊似乎是没有意义的,因为它的大小与被摄对象特征的大小或帧大小有关。增距镜不改变与被摄体特征的关系,相对于画框,其范围加倍,这意味着与完成图像有关的模糊度被扩大。

简而言之:事情很复杂并且不直观,但是在将增距镜加入方程式之前已经如此。由于这种复杂性,您需要非常仔细地指定所要查询的值,因为它们通常在口语中经常互换使用,但在查看场景几何,图像几何​​和介质分辨率时表现却大不相同。


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您感到困惑:

鉴于光圈在物理上没有什么不同,我想知道这如何影响景深(以及相关的散景等效果)。景深保持不变,并且图像只是被裁剪,这是有道理的。

裁剪图像仅在物理上完成打印时才保留相同的景深,从而导致以与原始纸张相同的方式查看较小的纸张。一旦采用任何形式的放大以更好地查看细节,景深(通过仔细检查即可辨认的通过不锋利度的散布盘定义)就会变小。唯一的例外是当已经有一个绝对的限制因素可见时,例如胶片颗粒或像素大小。

法兰侧增距镜不会改变入射光瞳的大小,因此可以在相同场景下工作,但在传感器上分布的作物较小。这使它每个像素的光更少(因此是光圈数量的两倍),但是由于传感器像素更多,“混乱圆”的大小只有一半,因此景深只有一半。除非镜头的光学质量已经达到极限,否则其他像素无法提供任何其他信息。

滤镜侧增距镜的确不同,因为它确实放大了入射光瞳的尺寸,因此通常保持相同的光圈数。所以景深则变小被解决在相同的传感器,以及由大入瞳看着现场的小作物。

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