Pourquoi la profondeur de champ est-elle affectée par la distance focale?

À mesure que la distance focale diminue, la profondeur de champ augmente également. Pourquoi est-ce? Je ne m'intéresse pas tant à une leçon de physique qu'à une explication simple et terre-à-terre.

Je suis presque sûr d'avoir répondu à celle-ci auparavant, mais je ne le trouve pas.

• À mesure que la distance focale s'allonge, l'angle de vue diminue.
• Avec un angle de vue plus petit, les rayons formant l'image sont plus proches d'être parallèles.
• Avec moins de variation d'angle entre les rayons, la lumière doit voyager plus avant d'être suffisamment floue.

C'est un peu simpliste mais j'espère qu'il est facile à visualiser au moins.

Pour cette discussion, l'ouverture doit être considérée comme la même, car la variance dont nous discutons est la distance focale.

Ainsi, un téléobjectif focalisé sur le même sujet à la même distance qu'un objectif grand angle aura une profondeur de champ plus faible en raison d'un grossissement plus élevé, mais l'angle de vue entre les deux images est donc très différent. Un téléobjectif et un objectif grand angle focalisés sur le même sujet avec le même angle de vue, auront la même profondeur de champ (il y a des variations mais c'est négligeable).

La différence ici? angle de vue. Il s'agit donc de votre distance au sujet, vraiment, pas spécifiquement de la distance focale. Variez la distance pour tenir compte des différences de distance focale et la profondeur de champ reste pratiquement la même. Ce qui change, cependant, ce sont les rapports de premier plan et d'arrière-plan. Les angles plus larges ont tendance à avoir plus d'arrière-plan au point et les téléobjectifs ont plus de premier plan. Le résultat de ce comportement peut créer une illusion de faible profondeur car le téléobjectif grossirait le flou d'arrière-plan. C'est l'une des raisons pour lesquelles les photographes paysagistes ne reculent pas avec un téléobjectif (la brume et d'autres facteurs joueraient également un rôle, probablement plus important).

Vous pouvez tester mes informations sur différents sites qui proposent un calculateur DoF tel que DOFMaster par exemple. Par exemple: pour une distance de 10 m (@ f / 8) puis 10 mm DoF = infini et 100 mm DoF = 3,08 m. Maintenant, déplacez l'objectif de 100 mm à 100 m (10 fois plus loin) et le DoF de 100 mm est désormais égal à l'infini. L'angle de vue de l'objectif 100 mm est désormais le même que celui de l'objectif 10 mm.

En résumé, les objectifs grand angle n'ont pas plus de profondeur de champ que les téléobjectifs et cela est démontré par les deux montrant le même DoF pour le même angle de vue.

Vous pouvez obtenir des explications plus détaillées (et non orientées mathématiques) sur Cambridge en couleur et paysage lumineux . Le deuxième lien contient également des exemples d'images, assez pratiques pour les voir visuellement.

La profondeur de champ n'est affectée que par la taille réelle de l'ouverture, mais la taille réelle de l'ouverture n'est pas f stop. Lorsque nous disons "ouverture", nous entendons en fait "rapport d'ouverture" ou "f-stop", pas la taille de l'ouverture.

Ce "rapport d'ouverture" est ce qui est nécessaire pour calculer la luminosité de l'image, mais la taille réelle de l'ouverture est nécessaire pour calculer la profondeur de champ.

Pour toute valeur de diaphragme donnée, plus la distance focale est longue, plus la taille réelle d'ouverture en mm est grande .

F stop est le rapport de l'ouverture à la distance focale et est calculé par f-stop = focal-length / aperture.

Pour obtenir la taille réelle de l'ouverture à partir d'un diaphragme ... aperture-size = (1 / f-stop) * focal-length

Donc, pour un objectif 50 mm f1,4 .. taille d'ouverture réelle = 1 (1,4 * 50) = taille d'ouverture 35 mm.

La taille de l'ouverture étant la taille du trou traversé par la lumière. Pour construire un objectif 100 mm f1.4, une ouverture de 70 mm est requise, ce qui en fait un objectif de très grand diamètre.

Ainsi, plus l'ouverture réelle est grande, plus la profondeur de champ est petite et pour toute valeur de diaphragme donnée, plus la distance focale est longue, plus l'ouverture réelle est utilisée.

F-stop a été inventé pour faciliter le calcul de la luminosité d'exposition, mais complique en fait le calcul de la profondeur de champ. Mais avant les caméras automatiques, le calcul du diaphragme et de la vitesse d'obturation souhaités était réalisable, mais cela aurait été très difficile si vous travailliez avec la taille réelle de l'ouverture!

Remarque: Comme certaines autres réponses ont discuté, à mesure que la distance à un sujet augmente, la lumière de ce sujet sera plus parallèle. Cela signifie que plus un sujet est éloigné, plus la profondeur de champ est grande. Cela permettra de contrer l'effet de l'objectif plus long avec la même butée f ayant une profondeur de champ plus petite. Considérez les objectifs 50 mm et 100 mm f1.4. Le 100 mm a une taille d'ouverture plus grande en mm, mais si vous devez vous éloigner 2x plus loin pour prendre la photo, l'augmentation de la distance contrera l'augmentation de la taille réelle de l'ouverture et la profondeur de champ sera similaire à l'utilisation de l'objectif de 50 mm à une distance plus proche. .

Pourquoi les objectifs plus longs ont-ils un DOF moins profond ... en bref, car ils nécessitent des ouvertures physiquement plus grandes pour maintenir le même nombre de diaphragmes. (rappelez-vous, la valeur d'arrêt f "f" = distance focale / ouverture.

Commençons par penser à une véritable caméra sténopé. Il n'a pas d'objectif donc pas de distance focale et nécessite un très petit trou d'épingle pour faire une image focalisée décente. si le trou d'épingle est trop grand, alors rien ne sera au point. (c'est-à-dire sérieusement peu profond dof!)

Maintenant, si nous mettons un objectif devant notre boîtier sténopé, nous devons ouvrir un peu l'ouverture afin de laisser passer suffisamment de lumière - sans diffracter notre image. (rappelez-vous que nous devons garder l'image focalisée et les longueurs d'onde de la lumière sont définies par les lois de la physique).

Ainsi, à mesure que l'objectif s'allonge (tout en se projetant sur le même capteur), il devient proportionnellement plus étroit en termes de longueur par rapport à la taille de son extrémité arrière. (rappelez-vous le même capteur de taille) - cela rend l'objectif plus sombre. Donc, pour le rendre comparable à la capacité de capture de la lumière de l'objectif plus court (c.-à-d. Même f = valeur d'arrêt), l'ouverture doit être augmentée (pour laisser passer plus de lumière vers le capteur) proportionnellement au changement de longueur.

Au fur et à mesure que cela progresse, la taille physique de l'ouverture (en mm) augmente par rapport à la taille du capteur. Donc (rappelez-vous le trou d'épingle surdimensionné), il devient beaucoup plus difficile de garder les choses au point. Par conséquent, les lentilles fl plus longues avec des ouvertures larges sont complexes, généralement de grande taille et souvent beaucoup plus chères.

C'est une excellente question! Je travaille dans ce domaine depuis plus de 65 ans et je n'ai pas encore lu ce que je pense être une réponse respectable. À cette fin, je mets mes pairs au défi de publier une bonne explication.

Mais attendez, je pense que j'ai eu l'illumination - laissez-moi quand même essayer.

L'objectif projette une image du monde extérieur sur la surface d'un film ou d'un capteur numérique. Si vous examinez attentivement cette image, vous constaterez qu'elle se compose d'innombrables cercles, chacun variant en intensité et en couleur. Lorsque nous observons ou capturons cette image, elle n'apparaîtra uniforme et nette que si ces cercles sont trop petits pour être perçus. Nous parlons de cercles de confusion. Ainsi nommés, car au microscope, ils sont considérés comme mal définis et se chevauchent. Néanmoins, lorsqu'ils sont vus à une distance convenable, nous reconnaissons qu'ils fusionnent pour former une belle image.

Quand nous pensons à la taille de ces cercles, tôt ou tard, il apparaît que le diamètre de travail du diaphragme à iris (l'ouverture) déterminera la taille de ces cercles lorsqu'ils sont projetés sur la surface au plan focal de notre caméra.

Nous savons maintenant que si nous réglons notre appareil photo sur f / 11 ou f / 16 ou f / 22, nous réduisons le diamètre de travail de l'ouverture de l'appareil photo. Ce faisant, nous gagnons en profondeur de champ car le résultat est de plus petits cercles de confusion. Maintenant, le nombre f et la distance focale sont entrelacés. Le nombre f est dérivé en divisant la distance focale par le diamètre de travail de l'objectif. Supposons que vous montiez un 50 mm et définissiez le nombre f sur f / 16. Le diamètre d'ouverture de travail est de 50 ÷ 16 = 3,125 mm. Un tel accrochage offre une profondeur de champ respectable, car les cercles de confusion au niveau du plan d'image seront minuscules, à condition que la caméra soit correctement mise au point.

Passez maintenant à un grand angle de 28 mm. Si la vitesse d'obturation et l'ISO sont maintenues constantes, le même réglage d'ouverture de f / 16 fait cet acte. Mais que s'est-il passé avec le diamètre de travail du diaphragme à iris pour atteindre f-16? Le diamètre de travail révisé devient 28 ÷ 16 = 1,75 mm.

C'est aussi simple que cela: une distance focale plus courte avec le même nombre f donne une ouverture de travail plus petite, ce qui se traduit par un cercle de confusion plus petit - ainsi l'étendue de la profondeur de champ augmente.

Tout a des avantages et des inconvénients. Si le diamètre de travail devient super petit, le résultat sera une profondeur de champ infinie. Le moins est: les démons jumeaux de la diffraction et des interférences interviennent et l'image se dégrade.

Factorielle - La netteté maximale se produit lorsque l'objectif de l'appareil photo est approximativement arrêté à deux diaphragmes du maximum (grand ouvert).

Une explication assez simple mais bonne est la suivante:

• Lorsque la distance focale augmente, nous faisons en fait un zoom avant et donc le champ de vision (la zone qui tient dans le cadre) sera plus petit.

• Cela entraînera une zone inférieure derrière le sujet projetée dans le capteur de l'appareil photo.

• Étant donné que la taille du capteur de la caméra est la même, cela signifie que ces objets loin de la mise au point par rapport à l'arrière-plan seront étirés davantage pour remplir la zone du capteur. En d'autres termes, les objets très flous à l'arrière-plan (qui ne sont pas dans la plage de mise au point dans les deux cas de la distance focale) seront plus flous lorsqu'ils grossissent / s'étirent davantage.

Notez que pour avoir la même taille d'image d'un objet dans le cadre lorsque nous doublons la distance focale, nous devons également doubler la distance au sujet. Bien que cela n'ait pas d'importance directement ici, mais cela n'est nécessaire que pour une meilleure comparaison. Quoi qu'il en soit, l'arrière-plan sera plus flou avec un f plus élevé.