La profundidad de campo ( DOF ) es la distancia entre los objetos más cercanos y más lejanos que están aceptablemente enfocados en una imagen capturada con una cámara .
Para las cámaras que solo pueden enfocar un objeto a una distancia a la vez, la profundidad de campo es la distancia entre los objetos más cercanos y más lejanos que están aceptablemente enfocados en la imagen. [1] "Enfoque aceptablemente nítido" se define utilizando una propiedad llamada " círculo de confusión ".
La profundidad de campo se puede determinar mediante la distancia focal , la distancia al sujeto (objeto del que se va a fotografiar), el tamaño aceptable del círculo de confusión y la apertura. [2] Las limitaciones de la profundidad de campo a veces pueden superarse con diversas técnicas y equipos. La profundidad de campo aproximada puede venir dada por:
para un círculo de confusión máximo aceptable 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 (es decir, reducir el número f ) 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 al sujeto e inversamente en proporción al cuadrado de la distancia focal. Como resultado, las fotografías tomadas a una distancia extremadamente cercana (es decir, tan pequeña u ) tienen una profundidad de campo proporcionalmente mucho menor.
Reorganizar la ecuación DOF muestra que es la relación entre la distancia y la distancia focal la que afecta la DOF ;
Tenga en cuenta que el aumento transversal es la relación entre el tamaño de la imagen lateral y el tamaño lateral del sujeto. [5]
El tamaño del sensor de imagen afecta el DOF de manera contradictoria. 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 modifica la distancia focal para mantener el campo de visión, el cambio en la distancia focal contrarrestará la disminución del DOF del sensor más pequeño y aumentará la profundidad de campo (también por el factor de recorte). [6] [7] [8] [9]
Para un encuadre de sujeto y una posición de cámara determinados, el DOF está controlado por 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). Reducir el diámetro de la apertura (aumentar el número f ) aumenta el DOF porque solo la luz que viaja en ángulos menores pasa a través de la apertura, por lo que solo los conos de rayos con ángulos menores alcanzan el plano de la imagen. En otras palabras, los círculos de confusión se reducen o aumentan los grados de libertad . [10]
Para un tamaño determinado 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. [11] Esto es evidente a partir de la ecuación DOF anterior 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", [12] que se aplica a una distancia constante del sujeto, en lugar de un tamaño de imagen constante.
Las películas hacen un uso limitado del control de apertura; Para producir una calidad de imagen consistente de una toma a otra, los directores de fotografía generalmente eligen una configuración de apertura única para interiores (por ejemplo, escenas dentro de un edificio) y otra para exteriores (por ejemplo, escenas en un área fuera de un edificio), y ajustan la exposición mediante el uso. de filtros de cámara o niveles de luz. Los ajustes de apertura se ajustan con más frecuencia en la fotografía fija, donde se utilizan variaciones en la profundidad de campo para producir una variedad de efectos especiales.
El enfoque preciso sólo es posible a una distancia exacta de una lente; [a] a esa distancia, un objeto puntual producirá una imagen puntual pequeña. De lo contrario, un objeto puntual producirá una imagen puntual más grande o borrosa que suele ser 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 círculo de confusión aceptable , o informalmente, simplemente como círculo de confusión.
El círculo de confusión aceptable depende de cómo se utilizará la imagen final. Generalmente se acepta un círculo de confusión de 0,25 mm para una imagen vista desde una distancia de 25 cm. [14]
Para películas de 35 mm , el área de la imagen en la película es aproximadamente de 22 mm por 16 mm. El límite de error tolerable se establecía tradicionalmente en 0,05 mm (0,0020 pulgadas) de diámetro, mientras que para películas de 16 mm , donde el tamaño es aproximadamente la mitad, la tolerancia es más estricta, 0,025 mm (0,00098 pulgadas). [15] La práctica más moderna para producciones de 35 mm establece el límite del círculo de confusión en 0,025 mm (0,00098 pulgadas). [dieciséis]
El término "movimientos de la cámara" se refiere a los ajustes de giro (oscilación e inclinación, en terminología moderna) y desplazamiento del soporte de la lente y del soporte de la película. Estas características se han utilizado desde el siglo XIX y todavía se utilizan hoy en día en cámaras de visualización, cámaras técnicas, cámaras con lentes de control de perspectiva/inclinación/desplazamiento, 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 para la 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 aún que en el caso de la cámara con 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, otros usan marcas en su equipo, otros juzgan mediante una vista previa de la imagen.
Cuando se gira el POF , se puede pensar que los límites cercano y lejano del DOF tienen forma de cuña, con el vértice de la cuña más cercano a la cámara; o pueden considerarse paralelos al POF . [17] [18]
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 una fórmula similar en determinadas circunstancias. [19]
Además, las fórmulas tradicionales de profundidad de campo suponen círculos de confusión iguales y aceptables 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. [19] La pérdida de detalle en objetos distantes puede ser particularmente notable con ampliaciones extremas. Lograr esta nitidez adicional en objetos distantes suele requerir 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 objetos por Merklinger, recomendaría enfocar muy cerca del infinito y detenerse para que el bolardo sea lo suficientemente nítido. Con este enfoque, los objetos en primer plano no siempre pueden lograrse perfectamente nítidos, pero la pérdida de nitidez en los objetos cercanos puede ser aceptable si el reconocimiento de los objetos distantes es primordial.
Otros autores, como Ansel Adams , han adoptado la posición contraria, manteniendo que una ligera falta de nitidez en los objetos en primer plano suele ser más perturbadora que una ligera falta de nitidez en partes distantes de una escena. [20]
Algunos métodos y equipos permiten alterar el DOF aparente , y algunos incluso permiten determinar el DOF después de crear la imagen. Estos se basan o respaldan en procesos de imágenes computacionales. Por ejemplo, el apilamiento de enfoque combina múltiples imágenes enfocadas en diferentes planos, lo que da como resultado una imagen con una profundidad de campo aparente mayor (o menor, si así 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 la precisión del rango de enfoque y desenfoque pueden conducir a métodos eficientes de recuperación de la forma". [21]
Otro enfoque es el barrido de enfoque. Durante una sola exposición, el plano focal recorre todo el rango relevante. Esto crea una imagen borrosa, pero con un núcleo de convolución que es casi independiente de la profundidad del objeto, de modo que el desenfoque se elimina casi por completo después de la deconvolución computacional. Esto tiene el beneficio adicional de reducir drásticamente el desenfoque de movimiento. [22]
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. [23]
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 serf /2.4, el verde puede serf /2.4, mientras que el canal azul puede estarf /5.6. Por tanto, el canal azul tendrá una mayor profundidad de campo que el resto de colores. El procesamiento de imágenes identifica 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 . [24]
En el extremo, una cámara plenóptica captura información del 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.
La difracción hace que las imágenes pierdan nitidez con números f altos (es decir, tamaños de apertura de parada estrechos) y, por lo tanto, limita la profundidad de campo potencial. [25] (Este efecto no se considera en la fórmula anterior que proporciona valores DOF aproximados ). En la fotografía general, esto rara vez es un problema; Debido a que los números f grandes generalmente requieren tiempos de exposición prolongados para adquirir un brillo de imagen aceptable, 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 nitidez general de la imagen puede degradarse cuando los fotógrafos intentan maximizar la profundidad de campo con aperturas muy pequeñas. [26] [27]
Hansma y Peterson han discutido la determinación de los efectos combinados del desenfoque y la difracción utilizando una combinación de raíz cuadrada de los puntos de desenfoque individuales. [28] [29] 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 número f máximo y mínimo para una situación dada, 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 las lentes de las cámaras, el aumento de la difracción y aberraciones de las lentes, la emulsión negativa y el papel de impresión. [25] [e] Couzin dio una fórmula esencialmente igual a la de Hansma para el número f óptimo , pero no discutió su derivación. [30]
Hopkins, [31] Stokseth, [32] y Williams y Becklund [33] han discutido los efectos combinados utilizando la función de transferencia de modulación . [34] [35]
Muchos 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 los números f . Cuando la lente se configura en un número f determinado , el DOF se extiende entre las distancias que se alinean con las marcas del número f .
Los fotógrafos pueden utilizar 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. [36] 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 modo que la marca de índice estuviera centrada entre las marcas para esas distancias, y la apertura se establecería enf /11. [F]
En una cámara de visión, el enfoque y el número f se pueden obtener midiendo la profundidad de campo y realizando cálculos sencillos. Algunas cámaras de visión incluyen calculadoras de DOF que indican el enfoque y el número f sin necesidad de que el fotógrafo realice ningún cálculo. [37] [38]
En óptica y fotografía , la distancia hiperfocal es una distancia desde una lente más allá de la cual todos los objetos pueden alcanzar un enfoque "aceptable" . 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 . [39] La distancia hiperfocal depende completamente del nivel de nitidez que se considere aceptable.
La distancia hiperfocal tiene una propiedad llamada "profundidad de campo consecutiva", donde una lente enfocada a un objeto cuya distancia desde la lente es 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 será de H /3 a H ; Si luego la lente se enfoca a H /3 , la profundidad de campo será 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. [40] 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 su distancia hiperfocal marcada en el dial de enfoque. Por ejemplo, en el dial de enfoque Minox LX hay un punto rojo entre2 my infinito; Cuando la lente está colocada en el punto rojo, es decir, enfocada a la distancia hiperfocal, la profundidad de campo se extiende desde2 m hasta el infinito. Algunas lentes tienen marcas que indican el rango hiperfocal para pasos f específicos , también llamado escala de profundidad de campo . [41]El DOF más allá del sujeto siempre es mayor que el DOF delante del sujeto. Cuando el sujeto está a una 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 cerca:lejos , acercándose a la unidad con un gran aumento. Para aperturas grandes a distancias típicas de retrato, la relación sigue siendo cercana a 1:1.
Esta sección cubre algunas fórmulas adicionales para evaluar la profundidad de campo; sin embargo, todos están sujetos a importantes supuestos simplificadores: por ejemplo, suponen la aproximación paraxial de la óptica gaussiana . Son adecuados para la fotografía práctica, los diseñadores de lentes utilizarían lentes mucho más complejos.
Para los límites de DOF cercanos y lejanos D N y D F dados , el número f requerido es el más pequeño cuando el enfoque se establece en
la media armónica de las distancias cercanas y lejanas. En la práctica, esto equivale a la media aritmética para profundidades de campo reducidas. [42] A veces, los usuarios de cámaras de visualización se refieren a la diferencia v N − v F como la dispersión del enfoque . [43]
Si un sujeto está a una distancia s y el primer plano o el fondo están a una distancia D , deje que la distancia entre el sujeto y el primer plano o el fondo se indique mediante
El diámetro del disco de desenfoque b de un detalle a una distancia x d del sujeto se puede expresar como una función de la ampliación del sujeto m s , la distancia focal f , el número f N o, alternativamente, la apertura d , según
El signo menos se aplica a un objeto en primer plano y el signo más se aplica a un objeto en segundo plano.
El desenfoque aumenta con la distancia del sujeto; cuando b es menor que el círculo de confusión, el detalle está dentro de la profundidad de campo.
Adams, Ansel. 1980. La Cámara .
