Frage:
Warum ist der fokussierte Bereich vor der Fokusentfernung schmaler als dahinter?
SERAJ
2017-02-26 21:12:43 UTC
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Ich denke, der Titel und das Bild erklären meine Frage gut.

Bitte geben Sie einen Link zu der Seite oder dem Artikel an, von der Sie das Bild bezogen haben.
Ein Kommentar zu den meisten Antworten: Dies ist teilweise ein Maß für unseren subjektiven Eindruck von Unschärfe. Jeder verfolgte Strahl folgt einer geraden Linie (nach dem letzten Linsenelement). Wie in den angegebenen Links in einigen Antworten ist es also wichtig, ob wir daran interessiert sind, nähere oder weiter entfernte Objekte besser zu fokussieren.
Sechs antworten:
#1
+4
inkista
2017-02-27 02:32:26 UTC
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Warum ist der fokussierte Bereich vor der Fokusentfernung schmaler als dahinter?

Ist dies nicht der Fall. Nicht immer. Nur normalerweise für Landschaftsschützen, die breitere Objektive verwenden und auf einen Ort zielen, der nicht so nah ist. :) Die 1 / 3-2 / 3-Proportionsregel ist im Grunde eine Faustregel, die nicht in allen Fällen gilt.

Je größer Ihre Blende, desto länger Ihr Objektiv oder Je näher Ihre Schussentfernung ist (dh je dünner die Schärfentiefe ist), desto näher liegt dieser Anteil tatsächlich näher an 50/50 (denken Sie an die Hyperfokalentfernung).

Siehe auch:

Bei hyperfokalen Entfernungen nähert sich das Verhältnis 1: ∞. Bei Entfernungen nahe der Einheit (Makro) nähert sich das Verhältnis 1: 1
#2
+2
Brandon Dube
2017-02-26 23:09:00 UTC
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Bei der Schärfentiefe dreht sich alles um Winkel und darum, einen Unterschied zwischen ihnen feststellen zu können. Je weiter die Dinge entfernt sind, desto weniger ändern sich die Winkel. Wenn Sie sich 1 m in einer Entfernung von 2 m vorwärts bewegen, können Sie den Winkel um 30 Grad ändern. Wenn Sie sich in einer Entfernung von 2000 m 1 m näher bewegen, ändert sich der Winkel kaum.

Das Verhältnis von nahem und fernem DoF entspricht demselben Prinzip, wird jedoch um die Ebene des besten Fokus "verdichtet".

Akzeptiert, dass es sich bei DoF um Winkel in Bezug auf die winzigen Winkel handelt, bei denen Unschärfe als Punkt wahrgenommen wird. Aber 30 °? Meinst du 30 Bogensekunden?
@MichaelClark "Wenn Sie sich 1 Meter vorwärts auf 2 Meter bewegen, können Sie einen Winkel um 30 Grad ändern." Es sind mit Sicherheit keine 30 Bogensekunden. Mein Kommentar macht einen Punkt über die Geometrie der relativen Abstände und verbindet diese dann mit der Schärfentiefe, da DoF diese wesentliche Geometrie in kleinem Maßstab ist. Die für DoF selbst relevanten Winkel liegen in den meisten Fällen eher im Mikroradiantbereich.
Die einzigen Winkel, die in Bezug auf DoF wichtig sind, sind diejenigen, die sich auf beiden Seiten dessen befinden, was durch menschliches Sehen unterschieden werden kann. Wie Sie sicher wissen, ist eine Bogensekunde eine um den Faktor 5 genauere Maßeinheit als ein Mikroradian.
Bitte konsultieren Sie Wikipedia für die Definition der Analogie.
Wenn beide Analogien Winkel verwenden, die sich um den Faktor 360 unterscheiden, kann es verwirrend werden, was genau Sie zu kommunizieren versuchen.
#3
+2
Michael C
2017-02-27 05:34:28 UTC
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Warum ist der fokussierte Bereich vor der Fokusentfernung schmaler als dahinter?

Es ist nicht immer.

Tatsächlich Sehr selten ist genau ein Verhältnis von 1: 2, wie in Ihrer Abbildung dargestellt. Die von Ihnen zitierte Faustregel ist nur ungefähr. Für jede Brennweite und Blende gibt es nur eine genaue Fokusentfernung, bei der das Verhältnis zwischen vorderer und hinterer Schärfentiefe genau 1: 2 beträgt.

Das Verhältnis des DoF vor dem Fokuspunkt zum DoF hinter dem Fokuspunkt ist bei Verwendung derselben Objektiv- und Blendeneinstellung für jede Fokusentfernung unterschiedlich (vorausgesetzt, die anderen Bedingungen sind ebenfalls gleich: Vergrößerung / Anzeigegröße, Betrachtungsabstand, Annahmen über die Sicht des Betrachters usw.)

Bei kurzen Fokusentfernungen nähert sich das Verhältnis 1: 1. Ein echtes Makroobjektiv, das ein virtuelles Bild auf den Sensor oder Film projizieren kann, das dieselbe Größe hat wie das Objekt, für das es das Bild projiziert, erreicht ein Verhältnis von 1: 1. Selbst Objektive, die keinen Makrofokus erzielen können, weisen bei ihrer minimalen Fokusentfernung ein Verhältnis nahe 1: 1 auf.

Verwenden Sie beispielsweise ein 300-mm-Teleobjektiv mit einer maximalen Vergrößerung von nur 0,24-fach und ein MFD von 59 Zoll berechnet der DoF innerhalb der Grenzen der Rundung des Abstands auf ein Hundertstel Zoll auf 1: 1. Mit einer FF-Kamera und einem 300-mm-Objektiv bei 1: 4 liegt der DoF bei Standardanzeige- und Betrachtungsbedingungen 0,09 Zoll vor der Fokusentfernung und 0,09 Zoll hinter der Fokusentfernung. In Wirklichkeit ist der nahe DoF mikroskopisch kleiner als der hintere DoF. Dieser Unterschied ist jedoch nicht wahrnehmbar und völlig bedeutungslos. Man muss die Fokusentfernung auf 133 Zoll erhöhen, bevor der nahe DoF bei 0,54 Zoll auf zwei signifikante Stellen kleiner ist als der hintere DoF bei 0,55 Zoll.

Mit einem 30-mm-Objektiv bei 1: 4 wird das Verhältnis 1: 2 bei einer Fokusentfernung von 92 Zoll erreicht. Bei der Makrofokusentfernung für ein 30-mm-Objektiv von 2,3622 Zoll beträgt das Verhältnis 1: 1. Bei einer Fokusentfernung von 287 Zoll (kurz vor der Hyperfokalentfernung) beträgt das Verhältnis 1: 61,4 bei einem nahen DoF von 141,2 Zoll und einem fernen DoF von 8674,3 Zoll.

Bei längeren Fokusentfernungen die Rückseite von Die Schärfentiefe reicht bis ins Unendliche und somit nähert sich das Verhältnis zwischen vorderem und hinterem DoF 1: ∞. Die kürzeste Fokusentfernung, bei der der hintere DoF die Unendlichkeit erreicht, wird als hyperfokale Entfernung bezeichnet. Die Nahschärfentiefe nähert sich sehr genau der Hälfte der Fokusentfernung. Das heißt, die nächste Kante des DoF befindet sich auf halber Strecke zwischen der Kamera und der Fokusentfernung.

Wir müssen uns auch daran erinnern, dass die Hyperfokalentfernung, wie das Konzept der Schärfentiefe, auf dem sie basiert, tatsächlich ist nur eine Illusion, wenn auch eine ziemlich hartnäckige. Nur eine einzige Entfernung ist am schärfsten fokussiert. Was wir Schärfentiefe nennen, sind die Bereiche auf beiden Seiten des schärfsten Fokus, die so unbedeutend verschwommen sind, dass wir sie immer noch als scharf betrachten. Bitte beachten Sie, dass die Hyperfokalentfernung abhängig von einer Änderung eines der Faktoren variiert, die den DoF beeinflussen: Brennweite, Blende, Vergrößerung / Anzeigegröße, Betrachtungsentfernung usw. Warum dies der Fall ist, lesen Sie bitte:

Warum haben Hersteller aufgehört, DOF-Skalen auf Objektiven zu verwenden?
Gibt es eine Faustregel, mit der ich die Schärfentiefe während der Aufnahme abschätzen kann?
Wie bestimmen Sie den akzeptablen Verwirrungskreis für ein bestimmtes Foto?
Hyperfokalentfernung für HD-Auflösung (1920 x 1080) ermitteln?
Warum erhalte ich unterschiedliche Werte für die Schärfentiefe von Taschenrechnern gegenüber der DoF-Vorschau in der Kamera?
sowie diese Antwort auf einfache schnelle DoF-Schätzmethode für Prime-Objektive

Das Verhältnis ist bei der Hyperfokalentfernung nicht gut definiert, es ist nicht 1: inf.
Für alle praktischen Zwecke ist es. Wenn alles jenseits der Fokusentfernung akzeptabel scharf ist, ist die hintere DoF-Entfernung unendlich. Jeder DoF-Abstand in der Nähe / Front ist ein endlicher Wert. Das Verhältnis einer endlichen Zahl, egal wie groß, zu unendlich ist 1: ∞.
Es ist nicht gut definiert, da der Abstand zwischen der Hyperfokalebene und "Unendlichkeit" davon abhängt, was "Unendlichkeit" ist. Wenn die Unendlichkeit 1e20 Meter oder 1e99 Meter beträgt, ist das wichtig.
Es ist auch nicht genau definiert, da sich die Hyperfokalentfernung mit dem CoC ändert, der für alle Variablen benötigt wird, die den CoC bestimmen: Vergrößerung / Verhältnis von Sensor zu Anzeigegröße, Betrachtungsabstand, Sehschärfe des Betrachters usw. Aber auch hier für alle * praktische * Zwecke Unendlichkeit ist überall dort, wo man Unendlichkeit definiert * und * alle Entfernungen jenseits derjenigen, bei denen es keinen wahrnehmbaren Unterschied in Schärfe / Schärfe geben kann.
Da "hyperfokale Distanz" auf der Illusion der Wahrnehmung basiert, die wir als "DoF" bezeichnen, ist nichts, was etwas mit DoF zu tun hat, im wissenschaftlichen Sinne "gut definiert".
Die Schärfentiefe ist ziemlich gut definiert. "Kreis der Verwirrung" ist nur ein verwirrendes Pseudonym für akzeptable Unschärfe. Das Verhältnis von nahem und fernem DoF in der Hyperfokalentfernung ist nicht genau definiert.
Bitte erläutern Sie uns, wie DoF ohne definierten CoC definiert werden kann.
Die CoC-basierte DoF-Berechnung ist zunächst eine schlechte Annäherung und basiert auf der Verfolgung von zwei Strahlen. Diese beiden Strahlen enthalten keine Beugung, Aberrationen oder Streuung. "realer" DoF wird basierend auf einem Bildqualitätskriterium durch Fokussierung berechnet. Sie können angeben, dass Sie eine MTF von 0,3 bei 100 lp / mm benötigen. Die Schärfentiefe entspricht der Scanlänge zwischen der negativen Defokussierung für diesen MTF-Wert und der positiven Defokussierung für diese MTF. Dann ist die Bildraumtiefe eins über dem Quadrat dieses Wertes. Diese Berechnung unterscheidet sich häufig um mehr als das Fünffache von einer CoC-basierten geometrischen Berechnung.
Diese Genauigkeit ist gut und schön, wenn Sie mit etwas wie dem OLAF-System die Genauigkeit der Genauigkeit bei unterschiedlichen Fokusabständen messen, die nur wenige Mikrometer voneinander entfernt sind. Zumindest, wenn Sie daran denken, die Abdeckplatte vor dem Sensor auf dem Prüfstand abzulegen. Es wird nicht wirklich benötigt, wenn man nur wissen möchte, wie weit vor und hinter dem Fokuspunkt die Dinge akzeptabel scharf aussehen, wenn man ein Bild betrachtet, das von einer Person mit einer bestimmten Größe aus einer bestimmten Entfernung betrachtet wird Sehschärfe.
"Es ist nicht genau definiert, da der Abstand zwischen der Hyperfokalebene und" Unendlichkeit "davon abhängt, was" Unendlichkeit "ist. Wenn die Unendlichkeit 1e20 Meter oder 1e99 Meter beträgt, ist das wichtig." Sie verwenden offensichtlich nicht die gleiche Definition der Hyperfokalentfernung wie I. Da die Hyperfokalentfernung die Fokusentfernung ist, bei der sich der hintere DoF bis ins Unendliche erstreckt, muss man, wenn man die Unendlichkeit neu definiert, auch die Hyperfokalentfernung basierend auf der geänderten Definition neu berechnen. Dies ist wiederum wichtig für eine präzise wissenschaftliche Messung, jedoch weniger für eine typische Fotobetrachtung.
OLAF kann nichts messen, deshalb verstehe ich Ihren Standpunkt nicht. Es ist eine raffinierte Möglichkeit, Bilder von Nadellöchern anzuzeigen. Nicht mehr und nicht weniger. Der Aberrationsgehalt eines Bildes hat einen großen Einfluss auf die Schärfentiefe. Siehe z. dieses Patent. https://www.google.com/patents/US2651238Jeder kann seine eigene Ebene für das definieren, was "gut genug" ist, aber ich sehe eine Fehlerquote von bis zu 80% nicht als "gut genug" an.
Es hängt alles davon ab, ob es Ihr Ziel ist, mikroskopische Nadellöcher zu messen oder die Unschärfe zu berechnen, die akzeptabel ist, bis sie von einem Betrachter wahrgenommen werden kann. Die beiden sind verwandt, erfordern jedoch nicht unbedingt die gleiche Präzision. Sprechen wir darüber hinaus über Raytracing-Linsen, die theoretisch gemäß ihren Designparametern perfekt sind, oder über die Messung hergestellter Linsen, die in dem einen oder anderen Grad von diesem Design abweichen? Sie scheinen immer wieder hin und her zu wechseln.
Es funktioniert weder in der Konstruktionssimulation noch in der Messung, selbst eine beugungsbegrenzte Linse wird durch CoC-Berechnungen nicht richtig modelliert. Die CoC-Berechnung ist eine Erweiterung der "pixelbegrenzten Schärfentiefe". Es ist möglicherweise nützlich, zuerst zu bestellen, aber wenn Sie mehr als eine Größenordnung der Genauigkeit wünschen, sollten Sie es nicht verwenden.
Alter, wir verwenden es seit Jahrzehnten, bevor ein Pixel etwas mit dem Fotografieren zu tun hatte. Und ja, der Film ist in ähnlicher Weise durch die Größe der chemischen Körner in der Emulsion begrenzt. Aber wie damals und heute für die überwiegende Mehrheit der verwendeten Kamera- / Objektivkombinationen sind die Auflösungsgrenzen des Objektivs meistens der begrenzende Faktor, nicht die Auflösung und / oder der Pixelabstand des Sensors. Am oberen Ende der Pyramide befinden sich manchmal auflösbare Objektive, aber es gibt viel mehr 18-55 mm 1: 3,5-5,6- und 50 mm 1: 1,8-Objektive bei Wechselobjektivkameras der Einstiegsklasse ...
... als es exotische Objektive bei ultrahochauflösenden Digitalkameras gibt.
Lange in Gebrauch zu sein bedeutet nicht, dass es richtig ist.
Wenn es die Arbeit erledigt, ist es richtig genug.
Haben Sie ehrlich gesagt jemals eine DoF-Berechnung mit einem DoF-Rechner durchgeführt, sind nach Hause gegangen und mit dem Ergebnis zufrieden?
Ja. Denn im dunklen Zeitalter wurde uns beigebracht, dass wir Druckgröße und Betrachtungsabstand sowie Filmformat, Brennweite und Blende berücksichtigen müssen. Wenn wir 135 Filme drehen, wissen wir, dass ein 16x20-Druck die Hälfte des angegebenen DoF hat, wie ein Diagramm, das für einen 8x10-Druck berechnet wird. Der Grund, warum die meisten Schützen heutzutage nicht die gewünschten Ergebnisse aus einer DoF-Berechnung erzielen können, ist, dass sie nicht erkennen, dass sie CoC verwenden, das für eine 8x10-Datei benötigt wird, aber wenn sie eine 20-MB-Datei auf einem 23-Zoll-HD-Monitor pixelig betrachten dass sie ein Stück eines 54x36 Zoll Drucks betrachten!
Zu viele scheinen zu fehlen, wenn wir über Tiefenschärfe in Bezug auf kreative Fotografie sprechen, muss das * gesamte * Bildgebungssystem berücksichtigt werden. Dies schließt die Fähigkeit des Betrachters ein, beim Betrachten eines Bildes unscharfe Kreise von Punkten zu unterscheiden, da die Sehschärfe des Betrachters ein Teil des Gesamtsystems zwischen dem von der Kamera / Linse abgebildeten Motiv und der letztendlich im Gehirn des Betrachters erzeugten Wahrnehmung ist.
#4
+1
Orbit
2018-10-03 23:28:22 UTC
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Sie haben Recht, der DOF hinter dem Motiv ist größer als der DOF davor, aber der Unterschied kann sehr gering sein. Dass der Abstand dahinter größer ist, sehen Sie in den Formeln für DOF (von mhohner.de: Optische Formeln):

Front DOF = cFd ^ 2 / (f ^ 2 + cFd)
Hinterer DOF = cFd ^ 2 / (f ^ 2-cFd)

f ist die Brennweite
d ist der Fokus (oder das Motiv) Abstand
F ist die F-Nummer des Objektivs (2,8, 4, 5,6 usw.)
c ist der Verwirrungskreis (normalerweise um 0,03 mm)

Sie sehen dass der Nenner für den hinteren DOF (f ^ 2-cFd) immer kleiner ist als der Nenner für den vorderen DOF (f ^ 2 + cFd), wodurch der hintere DOF größer wird.

#5
-1
Alan Marcus
2017-02-27 01:49:09 UTC
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Um zu verstehen, wie Objektive aussehen und wie sie abgebildet werden, müssen Sie wissen, dass das Objektiv ein Bild der Außenwelt auf die Oberfläche eines Films oder eines digitalen Sensors projiziert. Bei näherer Betrachtung werden Sie feststellen, dass dieses Bild aus unzähligen Lichtkreisen besteht. Diese Kreise werden als Verwirrungskreise bezeichnet, da ihre Grenzen undeutlich sind und sie neben unzähligen benachbarten Kreisen durchgehend durcheinander gebracht werden.

Wir halten ein Bild für scharf, wenn diese bildgebenden Kreise so klein sind, dass wir sie nicht als Datenträger wahrnehmen können. Stattdessen sehen wir einen winzigen Lichtpunkt, der als Scheibe nicht erkennbar ist. Dies entspricht einem halben Millimeter aus einer Entfernung von 500 mm. Mit anderen Worten, kleiner ist besser.

Lichtstrahlen des Motivs spielen auf der Oberfläche der Linse. Während sie durch die Linse gehen, ändert die Form der Linse ihren Weg. Sie werden nach innen gebogen (gebrochen). Wir können diesen Weg verfolgen; es ähnelt zwei Eistüten, die spitzes Ende zu spitzem Ende setzen. Wenn wir fokussieren, passen wir die Position der Oberfläche des digitalen Sensors (oder Films) in Bezug auf die Linse an, sodass die Spitze dieses Lichtkegels nur die lichtempfindliche Oberfläche küsst. Wenn dies erreicht wird, entstehen winzige Kreise. Wenn sich die Oberfläche nicht genau an der Spitze dieses Kegels befindet, sind die Kreise nicht so klein. Die Bildschärfe hängt davon ab, dass diese Kreise klein bleiben.

Jetzt ist der Hintergrundfokus (Abstand zwischen Objektiv und Bildebene) eine Variable, die auf der Entfernung des Motivs basiert. Befindet sich das Objekt im Unendlichen (so weit das Auge reicht), ist der Rückfokus am kürzesten. Wir messen die Länge des Rückfokus, wenn wir ein Objekt im Unendlichen abbilden. Wenn das Objekt näher ist, wird die Entfernung des Rückfokus verlängert. Je näher das Objekt ist, desto länger ist der Hintergrundfokus. Bei Einheit (Lebensgröße) wird der Hintergrundfokus auf das Doppelte der Brennweite verlängert. Wenn das Objekt nur unendlich ist, ist der Hintergrundfokus nur geringfügig verlängert.

Ich versuche Ihnen Folgendes zu sagen: Die Entfernung zum Motiv bestimmt die Länge des hinteren Fokus. Je näher Sie dem Motiv kommen, desto größer wird die Dehnung des Rückfokus. Die Quintessenz ist - Objekte, die weit von der Kamera entfernt sind, haben über einen größeren Bereich nahezu die gleiche Entfernung des hinteren Fokus. Umgekehrt haben Objekte in der Nähe der Kamera den Rückfokus erweitert, und diese Entfernung ändert sich radikal mit Entfernungsänderungen. Es sind diese Änderungen des Hintergrundfokus, die die Größe des Verwirrungskreises verändern. Das Ergebnis ist: Die Schärfentiefe erstreckt sich von dem fokussierten Punkt aus ungefähr 2/3 vorwärts und 1/3 zurück zur Kamera.

#6
-2
Rafael
2017-02-26 21:30:28 UTC
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Die kurze Antwort lautet:

Da es sich um eine exponentielle Beziehung handelt.

Die lange Antwort ... (nicht so lang) lautet, dass Sie keine linearen Maßeinheiten wie verwenden 1 Meter, aber Proportionen.

Ihr Bild zeigt nicht an, dass sich die Mitte in der Mitte von 2 m = 1 m befindet.

Es zeigt an, dass Sie die doppelte Entfernung haben.

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Bei Einheitsfokus (1: 1 Makrofokusentfernung) ist das obere Diagramm * korrekt *. Selbst bei Fokusentfernungen von mehreren Vielfachen der Brennweite des Objektivs ist es auf 1% korrekt.
Obwohl es verlockend ist, zu dieser Schlussfolgerung zu springen, beträgt das Verhältnis zwischen der vorderen und hinteren Fokuslänge theoretisch (H + s) / (H-s), wobei H die Hyperfokalentfernung und s die Motiventfernung (im Fokus) ist. Zumindest laut Wikipedia.


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