Profundidade de campo

Profundidade de campo se refere a faixa de distância que parece aceitavelmente nítida. Ela varia dependendo do tipo da câmera, abertura e distância de foco, apesar do tamanho da impressão e distância de visualização possam também influenciar nossa percepção da profundidade de campo. Esse artigo é projetado para fornecer entendimento intuitivo e técnico melhor para fotografia, e fornecer um forma de calcular a profundidade de campo para mostrar como ela varia de acordo com os ajustes da câmera.

Depth of Field Example Image Depth of Field

A profundidade de campo não muda de forma abrupta de nítida para desfocada, mas a invés disso ocorre como uma transformação gradual. De fato, tudo que esteja imediatamente na frente ou atrás da distância de foco começa a perder nitidez – mesmo que isso não seja perceptível para nossos olhos ou para a resolução da câmera.

Circulo de confusão

Circle of Confusion Diagram

 

Como não há nenhum ponto crítico de transição, um termo mais rigoroso chamado “circulo de confusão” é usado para definir quanto um ponto precisa ser desfocado para que isso seja perceptível. Quando o circulo de confusão torna-se perceptível a nossos olhos, diz que essa região está fora da profundidade de campo e assim não mais “aceitavelmente nítida”. O círculo de confusão acima foi exagerado para maior clareza; na realidade ele deve ser uma pequena fração da área do sensor da câmera.

Visualization: Circle of Confusion

 

Quando o circulo de confusão se torna perceptível à nosso olhos? Um circulo de confusão aceitavelmente nítido é livremente definido como aquele que passaria despercebido quando fosse ampliado  para uma impressão padrão de 8×10 polegadas, e observado de uma distância de visualização padrão de 1 pé.

Depth of Field Markers on a Lens

 

Nesta distância de visualização e tamanho de impressão, os fabricantes de câmeras assumem que um circulo de confusão é desprezível se não for maior do que 0.01 polegadas (quando ampliado). Como resultado disso, fabricantes de câmeras usam o padrão 0.01 polegadas quando fornecem marcadores para profundidade de campo nas lentes (mostrado abaixo de f/22 em uma câmera de 50mm). Na realidade, uma pessoa com visão 20-20 ou melhor pode distinguir traços de 1/3 desse tamanho ou menores, e dessa forma o circulo de confusão precisa ser ainda menor que isso para alcançar uma nitidez aceitável.

Um circulo de confusão máximo diferente também se aplica para cada combinação de tamanho de impressão e distância de visualização. No exemplo anterior dos pontos borrados, o circulo de confusão é de fato menor que a resolução de sua tela para os dois pontos em cada lado do ponto de foco, e dessa forma eles são considerados dentro da profundidade de campo. De forma alternativa, a profundidade de campo pode ser baseada em quando o circulo de confusão torna-se maior que o tamanho dos pixels de sua câmera digital.

Observe que a profundidade de campo apenas configura um valor máximo para o circulo de confusão, e não descreve o que acontece nas regiões onde os objetos estão fora de foco. Essas regiões são chamadas “bokeh”, do Japonês. Duas imagens com profundidade de campo idênticas podem ter bokeh significantemente diferentes, pois isso depende da forma do diafragma das lentes. Na realidade, o circulo de confusão não é de fato um circulo, mas apenas se aproxima de um quando ele é muito pequeno. Quando ele se torna mair, muitas lentes renderizarão ele com uma forma poligonal de 5-8 lados.

Controlando a profundidade de campo

Apesar do tamanho de impressão e da distância de visualização influenciarem quão grande o circulo de confusão parece ser aos nossos olhos, a abertura e a distância de foco são dois fatores importantes para determinar quão grande o circulo de confusão será no sensor da câmera. Aberturas grandes (pequenos número f) e distâncias de foco pequenas produzem uma profundidade de campo rasa. O testes a seguir mantem a mesma distância de foco, mas altera o ajuste da abertura:

f/8.0 f/5.6 f/2.8

Nota: imagens obtidas com uma lente de 200mm (campo de visão de 320mm em uma câmera 35mm).

Esclarecendo: Comprimento de foco e profundidade de campo

Note que não foi mencionada o comprimento de foco como sendo uma influência para a profundidade de campo. Apesar de lentes tele-objetivas aparentarem criar uma profundidade de campo muito rasa, isso se deve principalmente ao fato de elas serem usadas com frequência para ampliar o sujeito quando não se é incapaz de se chegar perto. Se o sujeito ocupa a mesma fração a imagem (ampliação constante) tanto para uma lente tele-objetiva quanto uma grande angular, o total de profundidade de campo é virtualmente* constante com o comprimento de foco! Isso deveria naturalmente obrigar você a ou se aproximar muito do sujeito com uma lente grande angular ou se distanciar com uma lente tele-objetiva, com demonstrado na tabela abaixo:

Comprimento de foco (mm) Distância de foco (m) Profundidade de campo (m)
10 0.5 0.482
20 1.0 0.421
50 2.5 0.406
100 5.0 0.404
200 10 0.404
400 20 0.404

Nota: O calculo da profundidade de campo foi feita em f/4.0 em uma Canon EOS 30D (fator de corte 1.6X) usando um circulo de confusão de 0.0206mm.

Note como ainda há uma mudança sutil para o menor dos comprimentos de foco. Esse efeito é real, mas desprezível comparado tanto à abertura e a distância de foco. Apesar da profundidade de campo total ser virtualmente constante, a fração dela que está na frente ou atrás da distância de foco muda de acordo com o comprimento de foco, como demonstrado abaixo:

Distribuição da Profundidade de campo
Comprimento de foco (mm) Traseira Frente
10 70.2 % 29.8 %
20 60.1 % 39.9 %
50 54.0 % 46.0 %
100 52.0 % 48.0 %
200 51.0 % 49.0 %
400 50.5 % 49.5 %

Isso expõe uma limitação do conceito tradicional de profundidade de campo: ele apenas considera a profundidade de campo total e não sua distribuição em torno do plano focal, apesar de ambos poderem contribuir para a percepção de nitidez. Uma lente grande angular fornece uma profundidade de campo gradualmente mais desvanecente por trás do plano focal do que na frente, o que é importante para fotografias tradicionais de paisagens,

Comprimentos de foco grandes podem também aparentar ter uma profundidade de foco rasa porque eles ampliam o fundo em relação ao primeiro plano (devido ao seu ângulo de visão estreito). Isso pode fazer com que um fundo fora de foco pareça mais fora de foco porque  seu borrão se tornou ampliado. Porém, esse é um conceito inteiramente diferente, já que a profundidade de campo descreve apenas a nitidez da região da foto – não as regiões turvas.

Por outro lado, quando se permanece em um mesmo local e focando em um sujeito em uma mesma distância, um comprimento de foco maior terá uma profundidade de campo mais rasa (apesar das imagens mostrarem algo inteiramente diferente). Isso é mais representativo no uso diário, mas é um efeito causado pela alta ampliação, não pelo comprimento de foco.

Profundidade de campo também parece mais rasa para câmeras SLR do que para câmeras digitais compactas, porque câmeras SLR necessitam de um comprimento de foco maior para conseguir o mesmo campo de visão. Veja o artigo Tamanhos dos sensores das câmeras digitais para mais informações sobre isso.

*Nota técnica: Descrevemos profundidade de campo como sendo virtualmente constante porque existem casos limitantes onde isso pode não ser verdade. Para distâncias de foco resultantes de uma ampliação alta, ou muito próximas da distância hiperfocal, lentes grande angulares podem fornecer uma profundidade de foco maior do que lentes tele-objetivas. Por outro lado, em ampliações altas  o calculo tradicional de profundidade de campo torna-se inadequado devido a outro fator: a ampliação da pupila. Isso reduz as vantagens de profundidade de campo da maioria das lentes grande angulares, e aumenta essa vantagem para lentes tele-objetivas ou macro. Em outro caso limitante, próximo à distância hiperfocal, o aumento da profundidade de campo é notado porque as lentes grande angulares possuem uma grande profundidade de campo traseira.

Calculo da profundidade de campo

Para poder calcular a profundidade de campo, é precisa decidir primeiro um valor apropriado para o máximo circulo de confusão permitido. Isso é baseado tanto no tipo de câmera (tamanho do sensor ou filme), quanto na combinação distância de visualização / tamanho de impressão. Não é preciso dizer que saber o que isso será antes do tempo não é simples. Tente a ferramenta de calculo de profundida de campo para lhe ajudar a determinar isso para sua situação específica.


Depth of Field Calculator








mm








Profundidade de foco & Visualização da abertura

Uma outra implicação de circulo de confusão é o conceito de profundidade de foco (também conhecido com “espalhamento de foco”). Ele difere da profundidade de campo porque descreve a distância sobre a qual a luz é focada no sensor da câmera, ao contrário de estar no sujeito:

Visualization: Aperture vs Depth of Field

Diagrama descrevendo a profundidade de foco contra a abertura da câmera: As linhas roxas representam os ângulos extremos nos quais a luz poderia potencialmente entrar na abertura. A sombra purpura representa todos os outros ângulos possíveis. O diagrama pode também ser usado para ilustrar a profundidade de campo, mas nesse caso são os elementos da lente que se movem ao invés do sensor.

O conceito chave é esse: quando um objeto está em foco, os raios de luz que se originam desse ponto convergem para um ponto no sensor da câmera. Se os raios de luz atingem o sensor em locais ligeiramente diferentes (chegando em um disco ao invés de um ponto), então esse objeto será renderizado fora de foco – e de forma crescente dependendo de quão distantes os raios de luz estão.

Outras observações

Por que não usar a menor abertura (maior número) para alcançar a melhor profundidade de campo possível? Além do fato de que isso pode requerer velocidades do obturador proibitivamente longas sem um tripé, uma abertura muito pequena atenua a imagem pela criação de um circulo de confusão grande (ou “Airy disc“, disco imaginário) devido a um efeito chamado difração – mesmo dentro do plano focal. A difração rapidamente torna-se mais do que um fator limitante para a profundidade de campo a medida que a abertura fica cada vez menor. Apesar de sua profundidade de campo extrema, esse é o motivo pelo qual “câmera pinhole” tem resolução limitada.

Para fotografia macro (alta ampliação), a profundidade de campo é de fato influenciada por outro fator: a ampliação da pupila. Isso é igual a um para lentes que são internamente simétricas, apesar de que para lentes grande angulares e tele-objetivas isso seja maior ou menor que um, respectivamente. Uma grande profundidade de campo é conseguida (que seria calculada normalmente) para uma ampliação da pupila menor do que um, ao passo que a ampliação da pupila não altera o calculo quando é igual a um. O problema é que a ampliação da pupila normalmente não é fornecida pelos fabricantes de lentes, e apenas pode-se estimar grosseiramente esse valor visualmente.

Traduzido de Cambride in Colour