Per capire in che modo il pixel pitch di una fotocamera può influire sulla Profondità di campo (DoF) , devi prima capire che cos'è DoF e cosa non lo è.

Indipendentemente dall'apertura di un obiettivo, ci sarà solo una distanza che sarà a fuoco. Ciò significa che ci sarà solo una distanza alla quale una sorgente puntiforme di luce sarà essere focalizzato su un singolo punto del supporto di registrazione. Sorgenti puntiformi di luce ad altre distanze verranno proiettate sul piano del sensore (o pellicola) come un cerchio sfocato, o cerchio di confusione (CoC) . Se questo CoC è sufficientemente piccolo da essere percepito come un punto dalla visione umana a una specifica dimensione e distanza del display, si dice che rientri nella DoF. I limiti della DoF cambiano in base all'apertura, alla lunghezza focale e alla distanza di messa a fuoco, nonché alle dimensioni del display e alla distanza di visualizzazione dell'immagine. È possibile stampare due copie dello stesso file immagine e se una viene visualizzata al doppio delle dimensioni dell'altra alla stessa distanza di visione da una persona con la stessa acuità visiva, la stampa più piccola sembrerà avere più DoF di quella più grande ( supponendo che la risoluzione del file immagine stesso non sia il fattore limitante ). Non esiste una barriera magica in cui tutto su un lato sia perfettamente a fuoco e tutto al di fuori di quella linea sia sfocato. Piuttosto, all'aumentare della distanza dal vero punto di messa a fuoco , aumenta anche la dimensione del cerchio di sfocatura e gradualmente iniziamo a percepire che gli oggetti non sono assolutamente nitidi.

La tua comprensione fondamentale di come un'immagine viene creata a partire dai dati di un sensore con una maschera Bayer davanti (la stragrande maggioranza delle fotocamere digitali) non è del tutto accurata . Non esiste una correlazione diretta tra un singolo sensore (pozzetto di pixel) su un sensore Bayer e un singolo pixel in un'immagine prodotta dai dati forniti da quel sensore. I numeri per ogni colore di ogni pixel nell'immagine prodotta sono interpolati dai dati prodotti da più sensori adiacenti.

Presumi anche, in modo errato nella maggior parte dei casi di utilizzo, che una sfocatura di due pixel sarà rilevabile alle dimensioni e alle distanze di visualizzazione tipiche. Non lo sarà. Un tipico cerchio di confusione per le telecamere FF è 0,03 mm (30 µm). Un tipico sensore FF da 20 MP ha pixel di circa 6,5 ​​µm di larghezza. Anche tenendo conto della griglia 2x2 di pixel mascherati RGGB utilizzata per produrre 4 pixel RGB nell'immagine prodotta, la larghezza di 13 µm di una cella 2x2 è ancora inferiore alla metà della larghezza del CoC da 0,03 mm necessaria per una stampa 8x10 visualizzata a 10-12 pollici da una persona con una visione di 20/20. La maggior parte delle fotocamere APS-C ha pixel leggermente più grandi di 4 µm di larghezza. Quindi il CoC consigliato per un sensore APS-C di circa 0,019 mm è ancora più largo del doppio di un 2x2 celle su un tipico sensore APS-C.

Se il sensore teorico nella tua domanda con pixel 4X più grandi sono sufficientemente grandi da limitare la risoluzione percepita dell'immagine, quindi tutto nell'immagine con un CoC inferiore ai limiti di risoluzione del sensore apparirà ugualmente a fuoco a scapito di apparire ugualmente pixelato / sfocato. Ciò si verifica quando il CoC necessario per una particolare dimensione di visualizzazione e distanza di visualizzazione è inferiore al doppio della larghezza del pixel pitch del sensore della telecamera. Tuttavia, non sarebbe un limite rigido, ma piuttosto il punto in cui iniziamo gradualmente a percepire che l'immagine è composta da singoli pixel che i nostri occhi possono discriminare.

Penso che il tuo ragionamento sia corretto.

Il problema deriva da persone che mescolano termini astratti con le loro esperienze senza realmente comprendere il significato dei termini.

circle- of-confusion (CoC) (in tedesco: "Unschärfekreis")

è uno di questi termini. La traduzione letterale dal tedesco significa: "cerchio di non nitidezza" che IMHO è una descrizione migliore (e il motivo per cui l'ho inclusa). Così. Di cosa si tratta?

Come fotografo , è facile capire se un'immagine è a fuoco o meno: basta guardarla e vedere se è a fuoco. Ma tua moglie (oi tuoi figli oi tuoi clienti per questo motivo) potrebbero avere un'opinione molto diversa su questa immagine.

Come scienziato vuoi fatti concreti che si applichino a tutti: Uno strumento che dirà se un'immagine è a fuoco o fuori fuoco, indipendentemente dalle circostanze.

Ciò che dobbiamo capire è quanto segue:

CoC è non è un valore che è in qualche modo calcolato o fisso, è assunto caso per caso.

In quanto tale, il CoC attribuisce un numero preciso all'opinione del fotografo. Per lo scienziato è una stampella inserire la "roba soffice" in un numero preciso. Con questo numero preciso, lo scienziato può utilizzare le formule ottiche e calcolare la profondità di campo per situazioni specifiche.

Quando si studia l'ottica geometrica apprendiamo che l'obiettivo forma un'immagine nitida di un oggetto a una data distanza a valle dell'obiettivo; Gli oggetti a distanze diverse non saranno così nitidi perché le loro immagini rispetto alle distanze dell'obiettivo saranno diverse. In altre parole, un oggetto all'infinito (∞), viene messo a fuoco più vicino all'obiettivo rispetto a un oggetto vicino. L'osservazione pratica, tuttavia, rivela che gli oggetti prima e dietro il punto su cui si è focalizzato spesso appaiono nitidi. Quindi abbiamo una zona a monte ea poppa del punto su cui focalizzarci che viene percepita come a fuoco soddisfacente. Questa è la zona di profondità di campo.

Ora l'obiettivo immagina ogni punto sui vari soggetti e li rende come piccoli cerchi sul piano focale. Il termine per questi è "cerchi di confusione". Chiamati così perché si sovrappongono e si mescolano e al microscopio appaiono come cerchi indistinti dal bordo smerlato. Percepiamo un'immagine, o parte di un'immagine, come nitida quando questi cerchi di confusione sono così piccoli da non essere osservati come cerchi, cioè appaiono come punti senza forma disabilitabile.

Compaiono piccoli cerchi come punti se visti da una distanza che è circa 3000 volte il loro diametro. Una moneta da 1 pollice vista da 3000 pollici appare come un punto (25,4 mm vista da 76 metri). Questo criterio si rivela troppo rigoroso per la visualizzazione delle fotografie. Ciò è dovuto alle prestazioni dell'obiettivo e al tipico rapporto di contrasto delle immagini grafiche. Lo standard ampiamente adottato è un cerchio con un diametro di 1/1000 della distanza di visione. Questo è il contenuto delle tabelle e dei calcoli di profondità di campo. Ciò equivale a 1/100 di pollice (0,25 mm) visto da 10 pollici (250 mm). In altre parole una dimensione del cerchio di 2/100 pollici = ½ mm visto da 500 mm.

Poiché le fotocamere odierne producono immagini minuscole, dobbiamo ingrandirle per ottenere un'immagine utile. Tipicamente guardiamo le immagini da una distanza circa uguale alla loro misura diagonale. Pertanto, i calcoli della profondità di campo in genere tengono conto di tutto ciò, generalizzando che la dimensione del cerchio consentita sul piano focale è 1/1000 della lunghezza focale. L'imaging tecnico spesso richiede standard più rigorosi. Kodak ha adattato 1/1750 della lunghezza focale. Ancora una volta, la maggior parte delle tabelle e dei grafici utilizza 1/1000. Pertanto, per un obiettivo da 50 mm, le tabelle della profondità di campo utilizzano una dimensione del cerchio di 0,05 mm. Considera una stampa 8 x 12 o un'immagine visualizzata di un fotogramma intero. L'ingrandimento sarà di circa 10X. La distanza di visione abituale è di circa 20 pollici. Con una dimensione del cerchio di 0,05 sul piano focale, la dimensione del cerchio sulla stampa (display) sarà 0,05 x 10 = 0,5 (1/2 mm).

Questa è la sostanza della profondità di campo. La matematica tiene conto della portata della visione umana, del contrasto dell'immagine, del grado di ingrandimento e della distanza di visione. Anche in questo caso lo standard più utilizzato è 1/1000 della lunghezza focale. Questi valori sono validi per le dimensioni dei fotositi.

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Quindi, teoria e matematica a parte, non riesco a comprendere come la distanza iperfocale, basata sulle impostazioni di lunghezza focale e apertura di un obiettivo, possa essere moltiplicata per una costante (il CofC) che si basa esclusivamente sulla dimensione del sensore. Immagino che, a parità di impostazioni della fotocamera, le immagini stampate di una data dimensione - diciamo 40 "x 30", per amor di discussione - abbiano la stessa 'nitidezza accettabile' se viste a una distanza ragionevolmente vicina ma uguale, quando le immagini sono state scattate da fotocamere con sensori full frame rispettivamente da 20, 40 e 60 megapixel ...