miércoles, 11 de junio de 2008

La profundidad de campo (Artículo)


Hoy trataré de explicar el concepto de la profundidad de campo en profundidad (valga la redundancia), se trata de un tema bastante espeso por lo que es recomendable leer este artículo en "pequeñas dosis" o se corre el riesgo de entrar en estado letárgico en un corto espacio de tiempo (se prohíbe el manejo y/o conducción de vehículos tras la lectura de este artículo).


La profundidad de campo es la zona por delante y por detrás del sujeto que aparece aceptablemente nítida, de manera que en la reproducción fotográfica los sujetos fotografiados que se encuentren dentro de esa zona aparecerán también nítidos o enfocados.

Al enfocar con una cámara podemos observar que a medida que se acciona el mecanismo de enfoque, el sujeto que se está enfocando se ve cada vez más nítido hasta que se llega a un punto óptimo. Lo que queda delante y detrás de ese punto óptimo aparecerá, en mayor o menor medida, desenfocado.

Si nuestra cámara posee un botón para previsualizar la profundidad de campo a través del visor, podemos ver como a medida que se cierra el diafragma el rango de enfoque nítido va aumentando (y la imagen también se va oscureciendo, son las limitaciones de la física).

A ese rango de distancias en que los objetos se encuentran nítidos en la imagen (están a foco) se le denomina “profundidad de campo” y aumenta al cerrar el diafragma.

¿Por qué se producen estos efectos sobre la zona nítida en la imagen al abrir o cerrar el diafragma?

La imagen que incide sobre el plano focal idealmente está constituida por infinitos puntos y a cada punto del sujeto fotografiado, le corresponde un punto en la imagen.

En la práctica, estos puntos son manchas de luz de distintos tamaños que determinan la nitidez de una zona de la imagen (que es la que está a foco). Así los puntos del objeto enfocado serán puntos muy pequeños en la imagen formada, mientras que los puntos de la zona fuera de foco serán mayores en la imagen sobre el plano focal.

Como podemos observar en el siguiente esquema, los rayos de luz provenientes de K (K está a foco), inciden puntualmente sobre el plano focal formando una imagen nítida, mientras que los rayos de luz provinentes de J o L convergen detrás o delante del plano focal respectivamente y ya no forman un punto sino una mancha de dimensiones mayores a las manchas puntuales de la zona que sí está a foco.

Por tanto, cuanto menor es el tamaño de las manchas de luz que se forman en el plano focal, más nítida será la imagen formada.

Alrededor del plano de enfoque habrá una zona (con una extensión que varía en función de diversas variables que luego comentaremos) donde las manchas de luz tienen un tamaño menor al que el ojo puede distinguir que es donde se extiende la zona de nitidez.

La mancha de menor tamaño que el ojo es capaz de distinguir es lo que se denomina como Círculo de Confusión.

Aunque a la hora de calcular los valores para el círculo de confusión (CC) se debería tener en cuenta la ampliación final del fotograma, hay una serie de valores estándar para diversos formatos:


Límite cercano y límite lejano

Puede decirse que la profundidad de campo se extiende desde un límite cercano hasta un límite lejano de agudeza aceptable.

Los límites cercano y lejano pueden calcularse mediante las siguientes fórmulas:



Donde PC es el límite cercano o lejano de la profundidad de campo, D es la distancia de enfoque, C es el círculo de confusión, f el diafragma y df la distancia focal.

Un ejercicio para que veáis por donde va la cosa:

Tenemos un objetivo con una distancia focal (df) de 135 mm y un diafragma (f) 5.6, si enfocamos un sujeto a 7 metros, ¿en qué rango se extenderá la profundidad de campo, teniendo en cuenta que usamos una cámara con un formato de 24X35 mm?



Por lo que la profundidad de campo se extenderá en un rango desde 6,54 m hasta 7,53 m, pudiendo decirse que todo cuanto esté comprendido entre esas dos distancias respecto al plano focal, se plasmará sobre el fotograma con una nitidez aceptable.

Más usos de la profundidad de campo: La distancia hiperfocal

Como para cada apertura de diafragma existe un rango de definición aceptable, tanto por delante como por detrás del plano enfocado, esto es lo que conforma la profundidad de campo.

Los objetos que se sitúen dentro del rango se tendrán una nitidez aceptable. En el caso de que incrementemos la distancia enfocada, llegará un momento en que el límite posterior de la profundidad de campo (que se extiende por detrás de la distancia enfocada) se extenderá hasta el infinito. Esa distancia de enfoque es la llamada Distancia Hiperfocal.

La distancia hiperfocal permite una profundidad de campo que se extiende desde la mitad de la misma distancia enfocada hasta el infinito.

La distancia hiperfocal es variable en función del diafragma y de la distancia focal, como luego veremos. Suele usarse para fotografía de paisajes o de acción donde puede resultar difícil hacer un enfoque perfecto durante el corto intervalo de tiempo que dure la actividad que queremos fotografiar.

H=df2/C·f


Donde:

H = distancia hiperfocal

df = distancia focal

C = círculo de confusión

f = diafragma

Ejemplo: Con una cámara de 35 mm, queremos fotografiar un paisaje con un objetivo de 28 mm a f:16 para conseguir una profundidad de campo bastante grande. Para que esta profundidad de campo no se extienda por detrás del infinito, procedemos a calcular la distancia hiperfocal:

H=282/33·16

El resultado de esta operación es H = 1,48, lo que significa que para maximizar la profundidad de campo, deberemos llevar el anillo de enfoque a 1,48 metros.

Apreciaciones acerca de la Profundidad de Campo

Muchos fotógrafos piensan que se puede incrementar la profundidad de campo utilizando un objetivo de distancia focal mas corta, pero esto solo es correcto si de mantiene la misma distancia de enfoque. Solo en ese caso se incrementa la profundidad de campo.

Dos factores importantes para determinar la profundidad de campo son la apertura del diafragma y la magnificación.

La profundidad de campo se aumenta a medida que se cierra el diafragma, y disminuye al abrirlo.

Por otro lado cuando se incrementa la magnificación, disminuye la profundidad de campo, bien por incrementar la distancia focal del objetivo o por acercarse al sujeto.

Para una misma magnificación e idéntico diafragma, todas los objetivos presentan la misma profundidad de campo, aunque sus longitudes focales sean muy diferentes.


Es decir, una fotografía con una magnificación de 1:3 tomada con un objetivo de 180 mm a f:8 tendrá la misma profundidad de campo que otra fotografía, también con una magnificación de 1:3, realizada con un objetivo de 60 mm a f:8. Con el objetivo de 180 mm la distancia de enfoque será mayor que en el objetivo de 60 mm para obtener la misma magnificación.

La profundidad de campo se incrementa al utilizar un objetivo de distancia focal mas corta tan sólo si se mantiene la misma distancia de enfoque (pero en ese caso, la magnificación sería menor).

La profundidad de campo en macrofotografía

Las fórmulas que hemos visto se aplican a sujetos relativamente alejados del plano focal de la cámara al menos 9-10 veces la distancia focal del objetivo.

En el campo de la macrofotografía hay algunos cambios importantes en la percepción de la profundidad de campo, ya que la distancia de enfoque y la distancia focal del objetivo dejan de tener efecto sobre la profundidad de campo. Los únicos factores que influyen serán la apertura y la magnificación que estemos usando.

Por otro lado la profundidad de campo en macrofotografía es tan escasa que el enfoque es realmente crítico.

La fórmula para calcular la profundidad de campo en macrofotografía es la siguiente:

Siendo:

f = distancia focal

C= círculo de confusión

M = magnificación

Con esta formula podremos averiguar la profundidad de campo tanto delante como detrás (puesto que se extiende en igual medida) del sujeto a foco.

Para conocer el valor de la profundidad de campo total deberemos multiplicar el resultado por 2.

Uso de lentes de aproximación:

En este caso, también debe corregirse la apertura, ya que el número f cambia al variar la distancia focal del conjunto óptico.

Por ello deberemos calcular el diafragma corregido, haciendo uso de la siguiente fórmula:


Donde fn es el diafragma corregido, dl es la distancia focal de la lente de aproximación, f es el diafragma que figura en el objetivo y df es la distancia focal del objetivo.

Para calcular la distancia focal de una lente de aproximación se ha de dividir 1000 por las dioptrías de la lente y para calcular las dioptrías de un objetivo debemos dividir 1000 por su distancia focal.

Aquí finaliza este artículo, espero que saquéis provecho de él, aunque sea para inducir el sueño.

8 comentarios:

Oskartxu dijo...

Hola! Interesante blog. Siempre se puede aprender algo, o saber el porque de algunas cosas que no se saben muy bien de donde vienen!
Me seguire pasando y te animo que sigas explicando cosas.
Un saludo.

Juan Pablo Navarro dijo...

Me alegro mucho de que te guste el blog oskartxu, tengo interés en proseguir con él y añadir más fotografías y artículos, no obstante últimamente y hasta que acabe enero voy a estar muy ocupado por lo que probablemente no amplíe el blog hasta febrero.

Si tú o alguien quiere hacer alguna propuesta sobre algún artículo que pueda resultar interesante, por favor que lo publique en algún comentario.

Un saludo y hasta pronto.

Anónimo dijo...

Hola.

Soy un curioso de la fotografía y diseñador 3D. Quería saber si puedo calcular mi campo de profundidad "a la carta". Por ejemplo acrcar todo el volumen de la profundidad de campo a la cámara de forma que ésta se encuentre dentro del mismo.

En principio con programas 3D de última generación creo que se puede. Se calcula todo según la física pero no hay límite si se quiere sobrepasar.

Ahí viene mi duda: quiero enfocar una imagen de forma un tanto particular: el "target" de la cámara está (en rojo) a 37cm de distancia. Quiero que se encuentre todo perfectamente enfocado durante la distancia del objetivo hasta unos 60cm (distancia en azul oscuro en el esquema) y luego a partir de ahí hasta el infinito quiero un desenfoque máximo (distancia en azul claro).
La lente es de 29mm.

¿Es posible hacer eso?

Es una lástima porque no puedo adjuntar archivos .

Mándame un e-mail a jorari71@yahoo.es y te mando un correo con la imagen.

O si no, explícame cómo aplicar alguna fórmula. He aplicado la de "macro" y me da 0'038m...Un poco raro. No ofreces información sobre las unidades...Supongo que serán las del Sistema Internacional (m).

Juan Pablo Navarro dijo...

Tienes toda la razón del mundo, no he puesto las unidades, y el caso es que la primera vez que vi estas fórmulas también me llamó la atención el echo de que no todos los parámetros se ponen en el SI, como en física, sino que por causas que desconozco, se hace una cierta mezcla de unidades (seguro que alguien lo puede explicar pero no es mi caso). En la tabla de círculo de confusión de los diferentes formatos, he puesto las unidades en metros, pero en las fórmulas de los límites cercano y lejano (que parece ser la que necesitas) hay un pequeño lío de unidades que ahora te describo:
El resultado de las fórmulas se expresa en metros al igual que la distancia de enfoque "D", pero tanto el círculo de confusión "C" como la distancia focal "df" (que recuerdo que se ha de elevar al cuadrado) se expresan ambos en milímetros. Por último, el número "f" es adimensional (carece de unidades) al ser el resultado del cociente entre la distancia focal respecto al diámetro de la pupila (ambos en mm).

Por otra parte, si no me equivoco, en el post del blog has mencionado que 29 mm es la distancia focal del objetivo (en cuyo caso no se trataría de un objetivo muy habitual... ¿ó estamos hablando de una cámara compacta?). Si hablamos de una cámara compacta (o reflex, da igual) se debe poner la distancia focal real del objetivo, no su focal equivalente en 35 mm teniendo en cuenta su factor de recorte. También necesitas conocer el diafragmado del objetivo (o ponerlo tu mismo), y como has dicho tu mismo hay que conocer el círculo de confusión, relacionado con el tamaño del sensor (aunque ahora mismo no estoy seguro de que tengan relación lineal directa entre ellos, por lo que no se si puedes usar una interpolación simple para calcularlo, en todo caso, si buscas en google especificando el modelo de tu cámara, es fácil encontrar el círculo de confusión para ese sensor en concreto).

Saludos.

Anónimo dijo...

Querido amigo,
revisa tus formulas y el ejemplo que pones.
No puedes dividir metros ( 7 metros) entre milímetros (135mm ) y diámetro circulo de confusión (mm)
O todo en metros o todo en milímetros; esto es básico en matemáticas!!

Juan Pablo Navarro dijo...

Sip...tienes razón, hace un par de años ya lo miré para arreglarlo, pero me surgieron algunos compromisos y lo dejé en "tareas pendientes". Luego simplemente me olvidé de ello. Tan pronto tenga algo de tiempo libre prometo solucionarlo.

Gracias por el aviso y un saludo.

Joan Cristià dijo...

Revisa la formula de macor, f no es la focal sino el diafragma.

con respecto al problema de la distancias en m, mm si pones todas los valores en la misma unidad (mm) funciona bien

Joan

Alberto Alcántara dijo...

Muy buen artículo, muchas gracias por las fórmulas !!!