Le «facteur de recadrage» d'un capteur plus petit peut-il être utilisé pour calculer l'augmentation exacte de la profondeur de champ?

Si l'APS-C et les appareils photo numériques à capteur de récolte similaires ont un effet multiplicateur de distance focale tel qu'un objectif de 50 mm a une distance focale apparente plus proche du champ de vision d'un 80 mm sur un appareil photo plein format, et pourtant en même temps la profondeur de champ pour la caméra à capteur plus petit ressemble plus à la profondeur de champ qu'un objectif de 50 mm produirait sur un appareil photo plein format (en utilisant la même ouverture), alors cela semblerait suggérer le concept d'un "effet de division d'ouverture".

En d'autres termes, un objectif 50 mm f / 1,8 sur un appareil photo APS-C agirait plus comme un objectif 80 mm f / 2,8 (environ 1,8 * 1,6x) en équivalent 35 mm - pour la profondeur de champ, sans tenir compte de l'exposition.

Quelqu'un avec une meilleure compréhension de la physique impliquée peut-il clarifier cela pour moi. Je n'ai jamais vu ce concept mentionné explicitement nulle part, donc j'en suis un peu suspect.

Cette réponse à une autre question va en détail sur les mathématiques derrière cela. Et il y a un article Wikipedia avec une section spécifiquement sur l' obtention de la "même image" avec différents formats de caméra . En bref, il est à peu près vrai que le réglage de la distance focale et de l'ouverture par le rapport des tailles de format (le facteur de recadrage) vous donnera la même image. ¹

Mais cela tombe en panne si le sujet se trouve dans la plage macro de l'appareil photo grand format (mise au point très proche). Dans ce cas, le grossissement (et donc la taille réelle du capteur) devient crucial pour l'équation DoF, gâchant l'équivalence.

Et, l'article de Wikipédia mentionne avec désinvolture mais n'élabore pas sur un autre point important. L'hypothèse est que pour la même taille d'impression, le cercle de confusion acceptable (à peu près, le niveau de flou acceptable toujours pris en compte) sera mis à l'échelle exactement avec la taille du format. Cela pourrait ne pas être vrai, et vous pourriez espérer (par exemple) obtenir une meilleure résolution réelle de votre capteur plein format. Dans ce cas, l'équivalence n'est pas non plus valide, mais heureusement de manière constante. (Vous devez simplement multiplier votre facteur de sensibilité .) ²

Vous mentionnez «ne pas considérer l'exposition», et maintenant vous pensez peut-être (comme moi): attendez, attendez. Si le recadrage + agrandissement s'applique à une ouverture "efficace" pour la profondeur de champ, pourquoi ne s'applique-t-il pas à l'exposition? Il est bien connu que les paramètres d'exposition de base sont universels pour tous les formats , du petit point et des prises de vue aux reflex numériques jusqu'au grand format. Si ISO 100, f / 5,6, ¹⁄₁₀₀ de seconde donne une exposition correcte sur un appareil photo, elle le sera également sur un autre. ³ Alors, que se passe-t-il ici?

Le secret est: c'est parce que nous «trichons» lors de l'agrandissement . Bien sûr, dans tous les cas, l'exposition pour un nombre f donné sur n'importe quelle zone d'un capteur est la même. Peu importe si vous recadrez ou si vous avez juste un petit capteur pour commencer. Mais lorsque nous agrandissons (pour avoir, par exemple, des tirages 8 × 10 à partir de ce point et des prises de vue correspondant au grand format), nous conservons la même exposition, même si les photons réels enregistrés par zone sont "étirés". Cela a également la même correspondance: si vous avez un facteur de recadrage 2 ×, vous devez agrandir 2 × dans chaque dimension, ce qui signifie que chaque pixel prend 4 × la zone de l'original - ou, deux arrêts de moins de lumière réelle enregistrée. Mais nous ne le rendons pas deux fois plus sombre, bien sûr.

_{Notes de bas de page:}

_{[1]: En fait, en changeant le nombre f /, vous maintenez l' ouverture absolue de l'objectif constante, car le nombre f / est la distance focale sur le diamètre d'ouverture absolu .}

_{[2]: Ce facteur se décompose également lorsque vous approchez de la distance hyperfocale , car une fois que le format plus petit atteint l'infini, l'infini divisé par n'importe quoi est toujours l'infini.}

_{[3]: En supposant la même scène exacte, et des variations mineures de facteurs du monde réel comme la transmission de l'objectif de côté.}

_{[4]: Fondamentalement, il n'y a rien de tel qu'un déjeuner gratuit . Cela a pour effet de rendre le bruit plus évident, et c'est une approximation raisonnable de dire que cette augmentation est comme le facteur de recadrage s'applique également au bruit apparent de l'amplification ISO.}

Tout comme l'utilisation d'un appareil photo de recadrage ne modifie pas votre distance focale (c'est une propriété de l'objectif, pas de l'appareil photo) mais modifie le champ de vision, il n'y a pas d' effet de division d'ouverture , un objectif avec un objectif d'ouverture f / 2,8 est toujours se comporte comme un objectif avec un objectif d'ouverture f / 2,8 à des fins de mesure, mais lors de l'adaptation du champ de vision d'un capteur plein format, la profondeur de champ sera la même qu'un objectif avec un rapport d'ouverture (valeur f /) multiplié par le facteur de recadrage .

Plus le capteur est grand, plus la profondeur de champ est petite pour une ouverture spécifique, en supposant que vous remplissez le cadre avec le sujet. En effet, vous devez soit utiliser une distance focale plus longue, soit vous rapprocher pour remplir le plus grand cadre.

Afin d'obtenir la même profondeur de champ avec un appareil photo plein format que vous le faites avec un facteur de recadrage, vous devez multiplier la distance focale et l'ouverture par le facteur de recadrage. Donc, pour correspondre à un 35 mm f / 16 sur un Nikon APS-C (recadrage 1,5), vous auriez besoin d'une distance focale de 53 mm et d'une ouverture de f / 24 sur l'appareil photo plein format.

Oui, le facteur de recadrage d'un capteur peut être utilisé lors du calcul du changement de profondeur de champ (DoF) d'un objectif par rapport à l'utilisation de cet objectif sur un appareil photo plein format (FF). Mais cela n'entraînera pas toujours une augmentation du DoF. Si la photo est prise à la même distance et affichée à la même taille, la DoF de la caméra du corps de récolte sera réduite (car l'image virtuelle projetée sur le capteur, y compris les cercles de confusion, sera agrandie à un degré plus élevé). Si, en revanche, vous ajustez votre distance de prise de vue pour cadrer le sujet de la même manière, la DoF augmentera.

Il y a tellement de variables à traiter dans cette question et la plupart des réponses supposent plusieurs sans préciser ces hypothèses. Cela conduit à de graves malentendus sur la relation entre la distance focale , l' ouverture , la taille du capteur , la distance de prise de vue , la taille de l'affichage , la distance de visualisation et même l' acuité visuelle du spectateur à la profondeur de champ (DoF) . Tous ces facteurs combinés détermineront la profondeur de champ d'une image. C'est parce que DoF est une perceptionde quelle plage de distances du plan focal sont au point. Une seule distance du plan focal est en fait focalisée de telle sorte qu'une source de lumière ponctuelle produira théoriquement un point de lumière sur le plan focal. Les sources lumineuses ponctuelles à toutes les autres distances produisent un cercle de flou dont la taille varie en fonction de leur distance proportionnelle au plan focal par rapport à la distance de mise au point. DoF est défini comme la plage entre la distance proche et éloignée du plan focal que le cercle de flou est toujours perçu comme un point par le spectateur d'une image.

Nous posons des questions telles que: "Comment la profondeur de champ change-t-elle lorsque vous utilisez le même objectif sur un appareil photo avec un capteur de taille différente?" La bonne réponse est: "Cela dépend". Cela dépend si vous photographiez à la même distance (et changez ainsi le cadrage du sujet) ou photographiez à une distance différente pour approximer le même cadrage du sujet. Cela dépend si la taille d'affichage de l'image est la même ou si la taille d'affichage de l'image est modifiée dans la même proportion que les différentes tailles de capteur. Cela dépend de ce qui change et de ce qui reste le même en ce qui concerne tous les facteurs cités ci-dessus.

Si la même distance focale est utilisée à la même distance du sujet avec la même ouverture en utilisant la même taille de capteur avec la même densité de pixels et imprimée à la même résolution sur le même format de papier et vue par des personnes ayant la même acuité visuelle, alors le DoF de les deux images seront les mêmes. Si l'une de ces variables change sans changement correspondant aux autres, le DoF sera également modifié.

Pour le reste de cette réponse, nous supposerons que la distance de visualisation de l'image et l'acuité visuelle du spectateur sont constantes. Nous supposerons également que les ouvertures sont suffisamment grandes pour que la diffraction n'entre pas en jeu. Et nous supposerons que toute impression est effectuée sur la même imprimante avec le même nombre de dpi mais pas nécessairement le même ppp et pas nécessairement sur le même format de papier.

Par souci de simplicité, considérons quelques caméras théoriques. L'un a un capteur de 36 mm x 24 mm avec une résolution de 3600 x 2400 pixels. Ce serait un capteur de 8,6 MP plein format (FF). Notre autre caméra possède un capteur 24 mm X 16 mm avec une résolution de 2400 X 1600 pixels. Ce serait un corps de récolte 3,8 MP 1,5x (CB). Les deux caméras ont la même taille de pixel et la même hauteur de pixel. Les deux caméras ont le même design et la même sensibilité au niveau des pixels. En d'autres termes, le centre de 24 mm x 16 mm du plus grand capteur FF est identique au plus petit capteur CB.

Si vous fixez le même objectif 50 mm aux deux appareils photo et prenez une photo du même sujet à la même distance à f / 2 (en supposant que tous les autres paramètres sont les mêmes) et recadrez l'image du capteur FF à 2400 X 1600 pixels et imprimez les deux images sur du papier 6 "X 4", les deux images seront pratiquement identiques, et le DoF sera le même sur les deux photos.

Si vous fixez le même objectif 50 mm aux deux appareils photo et prenez une photo du même sujet à la même distance à f / 2 (en supposant que tous les autres paramètres sont les mêmes) et imprimez toutes les deux images sur du papier 6 "X 4", il y aura être quelques différences notables. L'image de la caméra FF aura un champ de vision plus large (FoV), le sujet sera plus petit et le DoF sera plus grand que l'image de la caméra CB. En effet, l'image FF a été imprimée à 600 ppp et l'image CB a été imprimée à 400 ppi. En agrandissant chaque pixel de la caméra CB de 50%, nous avons également agrandi la taille de chaque cercle de floudu même montant. Cela signifie que le plus grand cercle de flou projeté sur le capteur CB qui sera perçu comme un point est 33% plus petit (l'inverse de 3/2 est 2/3) que sur le capteur FF. Si nous avions imprimé l'image FF sur du papier 9 "X 6" et l'image CB sur du papier 6 "X 4", le DoF aurait été le même (tous deux imprimés à 400 ppp), tout comme les tailles de sujet dans les deux tirages. Si nous découpions ensuite le centre de l'impression 9 "X 6" en une impression 6 "X 4", nous aurions à nouveau des impressions presque identiques.

Si nous fixons le même objectif 50 mm aux deux appareils photo et prenons une photo à f / 2 du même sujet à différentes distances afin que la taille du sujet soit la même et que nous imprimions les deux images sur du papier 6 "X 4", il y aura des différences notables . La perspective aura changé car l'image CB a été prise à une plus grande distance du sujet. Le sujet apparaîtra compressé dans l'image CB par rapport à l'image FF. Si les détails de l'arrière-plan sont visibles, l'arrière-plan apparaîtra également plus près du sujet que dans l'image du capteur FF. Parce que l'objectif de 50 mm était focalisé à une distance supérieure de 50%, le DoF a également augmenté de 50%. Si le sujet était à 10 'en utilisant l'appareil photo FF et à 15' en utilisant l'appareil photo CB, voici les calculs DoF résultants:

• 50 mm @ f / 2 de 10 'sur FF: 9,33' à 10,8 '. DoF de 1,45 '(17,4 "). Le DoF varie de 8" devant à 9,6 "derrière le point de focalisation de 10' (PoF).
• 50 mm @ f / 2 de 15 'sur CB: 14,0' à 16,2 '. DoF de 2,18 '(26,16 "). Le DoF varie de 12" devant à 14,4 "derrière le 15' PoF.

Ces calculs sont basés sur un cercle de confusion (CoC) de 0,03 mm pour la caméra FF et de 0,02 mm pour la caméra CB. C'est parce que nous imprimons à 600 ppp pour le FF et 400 ppi pour le CB (et les pixels sont de la même taille pour les deux - 0,01 mm ou 10 µm).

En réalité, nous savons tous que les pixels de la plupart des capteurs FF sont plus grands que les pixels de la plupart des nouveaux capteurs CB. Ils varient de 6,92 µm sur le Canon 1D X 18MP FF à 7,21 µm sur le D4 16MP à 4,7 µm sur le Nikon D800 36MP FF. Le cadrage passe de 4,16 µm pour le Canon 7D 18MP à 3,89 µm pour le Nikon D7100 24 MP (le D7200 sera d'environ 3,0 µm) à 5,08 µm pour le Sony SLT Alpha 33 14 MP. Dans tous les cas, la taille des pixels est considérablement plus petite que le CoC généralement accepté de 0,03 mm (30 µm) pour les caméras FF et de 0,02 mm (20 µm) pour les caméras CB 1,5x. Pour les appareils photo Canon 1,6x CB, 0,019 (19µm) est généralement utilisé. La plus grande taille de pixels utilisée par Canon au cours de la dernière décennie était de 8,2 µm pour le 12.8MP FF 5D et le 8.2MP APS-H 1D mkII.Ce que tout cela signifie, c'est qu'au niveau de l'observation des pixels, le flou de mise au point sera visible même pour les objets dans le DoF accepté car le cercle de flou accepté est de 4 à 7 fois plus grand que les pixels des reflex numériques actuels. Pour calculer le DoF au niveau des pixels, vous devez utiliser un CoC de la taille des pixels de votre appareil photo qui serait beaucoup plus étroit que la plupart des calculatrices DoF.

Le plus petit capteur ne modifie pas la distance focale ou l'ouverture, il capture uniquement la partie centrale de l'image - c'est presque la même chose que de prendre l'image plein cadre et de la recadrer pour ne laisser que le centre.

Lorsque vous ne prenez que le centre de l'image, il semble que vous ayez zoomé - le champ de vision d'un objectif 50 mm sur un capteur de recadrage 1,6 ressemble à 80 mm sur un capteur plein format - mais cela ressemble à cela parce que vous ne voyez que le centre de l'image de 50 mm, la distance focale est toujours de 50 mm et l'image que vous obtenez est équivalente au centre d'une image de 50 mm et non à un véritable objectif de 80 mm.

Il en va de même pour l'ouverture, une image de 50 mm prise à f / 8 sur un capteur de recadrage est la même que le centre d'une image de 50 mm f / 8 sur un capteur de 35 mm, ce n'est pas la même chose qu'une image de 80 mm prise à f / 12 (également pas le même que 80 mm f / 8 évidemment)

Il n'y a pas "d'effet multiplicateur de distance focale", point. La distance focale de l'objectif ne change PAS comme par magie car vous utilisez un capteur plus petit ou plus grand, il reste exactement le même.

Tout ce que vous obtenez est une image recadrée de celle que vous auriez obtenue si vous aviez utilisé le même objectif pour enregistrer une image sur un capteur de plus grande taille. Le DOF sera donc le même qu'il aurait été si vous aviez également utilisé ce capteur plus grand.

En d'autres termes, un objectif 50 mm f / 1,8 sur un appareil photo APS-C agirait plus comme un objectif 80 mm f / 2,8 (environ 1,8 * 1,6x) en équivalent 35 mm - pour la profondeur de champ, sans tenir compte de l'exposition.

Oui, un objectif 50 mm f / 1,8 sur un appareil photo APS-C agirait plus comme un objectif 80 mm f / 2,8 (environ 1,8 * 1,6x pour Cannon) en équivalent 35 mm, en ce qui concerne la DOF et dans une certaine mesure les niveaux de bruit d'image sont concernés, en supposant la même vitesse d'obturation et recadrage pour compenser etc.

Oui, l'étendue de la profondeur de champ est exactement et inversement proportionnelle au facteur de recadrage (en supposant que tout le reste est égal (distance focale et distance de mise au point et f / stop égaux), et en supposant que le CoC est calculé à partir de la diagonale du capteur.

Ceci est facile à voir dans la calculatrice à http://www.scantips.com/lights/dof.html

En effet, la DOF est basée sur l'agrandissement final de l'image et les capteurs plus petits nécessitent un agrandissement plus important (pour comparer à la même taille).

J'ai fait quelques comparaisons en utilisant une calculatrice de profondeur de champ en ligne. Vous avez touché quelque chose que je ne connaissais pas; Bien pour vous! Comme vous l'avez découvert, multiplier le nombre f / par 1,6 équivaut à une profondeur de champ équivalente. Je suis fasciné par cela et je dois enquêter sur le pourquoi et le comment.

Pour comparer des pommes et des oranges quant à la profondeur de champ pour deux formats différents, vous devez utiliser des critères différents pour la taille du cercle de confusion. Nous parlons du fait qu'un objectif traite chaque point du sujet séparément et projette ensuite ce point sur un film ou une puce numérique. Ce petit cercle de lumière est la plus petite fraction d'une image optique qui contient de l'intelligence.

Pour que nous puissions prononcer une partie de l'image comme «nette», cette image doit être constituée de cercles si minuscules que nous ne pouvons pas les distinguer comme un disque, nous voyons un point sans dimension. Les photos de journaux sont faites avec de trop gros points d'encre, nous disons que les images de journaux ne sont pas nettes. Quelle est la taille maximale des cercles de confusion? Ils doivent avoir un diamètre de 0,5 mm ou moins, vu à une distance de lecture normale. Cela signifie qu'un plein format (FX) doit avoir un objectif qui projette des cercles suffisamment petits pour tolérer un agrandissement. Kodak a utilisé une taille de cercle de 1/1750 de la distance focale et Leica a utilisé 1/1500 de la distance focale, pour un travail crucial. L'utilisation d'une fraction de la distance focale est la façon standard de faire l'informatique car elle prend principalement en compte le degré d'agrandissement nécessaire pour faire une impression 8X10 ou un affichage d'ordinateur.

Les normes Kodak et Leica étant désormais trop strictes, l'industrie utilise normalement 1/1000 de la distance focale pour le travail quotidien. Cela équivaut à une taille de cercle de 0,05 mm pour l'objectif de 50 mm et une taille de cercle de 0,08 mm pour le 80 mm.

Dérivé d'un ordinateur de profondeur de champ en ligne utilisant ces deux tailles de cercle:

50 mm @ f / 1,8 focalisé 10 pieds DOF ​​9,05 à 11,2 pieds cercle de confusion 0,05 mm 80 mm @ f / 2,8 focalisé 10 pieds DOF ​​9,05 à 11,2 pieds cercle de confusion 0,08 mm

50 mm @ f11 focalisé 10 pieds DOF ​​5,96 à 31,1 pieds cercle de confusion 0,05 mm 80 mm @ f / 18 focalisé 10 pieds DOF ​​6 à 30 pieds cercle de confusion 0,08 mm

50 mm @ f / 4 focalisé 10 pieds DOF ​​8,07 à 13,2 pieds cercle de confusion 0,05 80 mm @ f / 6,4 focalisé 10 pieds DOF ​​8,09 à 13,1 pieds cercle de confusion 0,08

Le facteur de recadrage de 1,6 est en fait un facteur de multiplication ou d'agrandissement. Le cadre FX mesure 24 mm par 36 mm avec une diagonale de 43,3 mm. Votre APS-C mesure 15 mm sur 22,5 mm avec une diagonale de 27,0. Le rapport est de 43,3 ÷ 27,0 = 1,6 (facteur de recadrage ou d'agrandissement). Soit dit en passant, c'est 1 / 1,6 X 100 = 62,5%. L'APS-C représente 625% de la taille d'un FX.

Beaucoup de mathématiques, je l'appelle charabia! Je peux dire ceci - j'ai eu 79 ans aujourd'hui!