Profundidad de campo y distancia hiperfocal

Profundidad de campo

Enfoque, profundidad de campo y círculos de confusión

Un objetivo, en teoría, enfoca a un solo plano pues muchos objetivos tienen fallos de planitud y enfocan superficies que se aproximan al plano pero que pueden curvarse o deformarse por los bordes o ciertas zonas (curvatura de campo).

A esa superficie más o menos plana, para entendernos, la llamaremos plano de enfoque y es el plano que se reproduce enfocado en la película o sensor de la cámara.

En un plano enfocado cada punto de la imagen original se reproduce como un punto definido en el plano focal, que es donde están la película o el sensor y la pantalla de enfoque (si la hay).

Los puntos de la escena situados en planos por delante y por detrás de ese plano enfocado ya no se reproducen como puntos nítidos sino como círculos difusos cada vez mayores según se alejan del plano enfocado.

Esos círculos difusos, que corresponden a puntos no enfocados de la imagen se llaman círculos de confusión.

El ojo humano tiene una resolución limitada y si los círculos de confusión (CdC) son lo suficientemente pequeños o se observan a determinada distancia los percibirá como puntos nítidos, o sea, como planos enfocados de la imagen.

La distancia que hay entre el plano más lejano y el más próximo de la escena que el ojo percibe como enfocados es lo que se llama profundidad de campo (PdC) de la imagen final.

Distancia hiperfocal

Es la distancia a la que hay que enfocar, a un diafragma dado, para obtener la mayor PdC posible. Coincide con la distancia mínima a que se puede enfocar manteniendo enfocado el infinito, pues de esta manera se obtiene siempre la máxima PdC posible para una abertura determinada.

En los objetivos manuales (y en los antiguos) la cosa es muy simple. Todos llevan su escala de profundidad de campo para cada diafragma y una simple mirada a esa escala informa de lo que está a foco y de la hiperfocal.

Importante. Estas escalas de profundidad de campo grabadas en los objetivos están calculadas en función de la ampliación estimada para cada formato de película o sensor, para la que fue diseñado ese objetivo. Si el objetivo se monta en un formato menor, la PdC disminuirá según disminuya el formato, pues el círculo de confusión es relativamente mayor (se precisará más ampliación para alcanzar un mismo tamaño de copia final).

Así, si el objetivo es para una cámara full frame (de 24×36 mm) y se monta en APS-C, disparando a f/11 deberemos considerar como enfocado lo comprendido entre las marcas de PdC para f/8 del objetivo. Del mismo modo, si se monta en una 4/3, las marcas a considerar serían las de f/5.6 si disparamos a f/11.

A igualdad de objetivo la PdC disminuye según disminuye el formato de sensor/película.

Profundidad de campo

Es la distancia que hay entre el plano más próximo y el más lejano que se perciben como enfocados al observar una imagen y que se extiende más o menos por delante y por detrás del plano de enfoque y que depende de los siguientes factores:

• Distancia focal del objetivo. A menor distancia focal mayor profundidad de campo.
• Abertura del diafragma. Cuanto más cerrado esté el diafragma mayor será la PdC.
• Distancia de la cámara al plano enfocado. Cuanto más cerca esté el plano enfocado menor será la profundidad de campo.
• Ampliación de la copia final y distancia de observación de la misma. Se entiende por ampliación de copia a la relación tamaño-copia/tamaño-sensor, medida en unidades de longitud y no en píxeles. La influencia de esta ampliación es más difícil de evaluar pues, normalmente, una copia muy grande no se observa a centímetros de distancia y estos dos factores, estrechamente ligados, son inversamente proporcionales:
  A mayor distancia de observación, mayor sensación de nitidez y de PdC.
  A mayor tamaño de ampliación, menor sensación de nitidez y de PdC.

La profundidad de campo depende exclusivamente de los anteriores factores, y de ninguno más.

Cálculo de la distancia hiperfocal y la profundidad de campo.

Siendo:

f : distancia focal del objetivo en mm
E : distancia a que hemos enfocado en mm
N : nº f o diafragma usado
c : diámetro del círculo de confusión en mm
H : distancia hiperfocal en mm
d : distancia mínima a foco en mm
D : distancia máxima a foco en mm

Podemos calcular la distancia hiperfocal, las distancias mínima y máxima a foco y la profundidad de campo usando las fórmulas que siguen:

H = ((f^2)/(N*c))+f

d = E*(H-f)/(H+E-2*f)

D = E*(H-f)/(H-E)

PdC = D-d

El diámetro máximo del círculo de confusión que veremos como un punto enfocado depende del formato y de la ampliación que requiera, y de la distancia normal de observación a que se miran los distintos tamaños.

Aquí está estimado para una copia de tamaño 30×20 (aprox.) que se observará a una distancia de unos 25 cm.

Sus diámetros máximos, para el supuesto anterior son:

Para 24×36 (FF): c = 0,030 mm
Para APS-C (Nikon, Pentax, Soni, Fuji): c = 0,020 mm
Para APS-C (Canon): c = 0,019 mm
Para Micro Cuatro Tercios: c = 0,015 mm
Para 1/1.7″ (Compactas sensor “grande”): c = 0,006 mm

Se afirma en muchas partes que “las cámaras compactas, como tienen el sensor muy pequeño, tienen mucha profundidad de campo”. Eso no es exactamente así y muestra un error de concepto de quien lo afirma, puesto que el sensor o película, sea del tamaño que sea, no influye en absoluto en las características físicas u ópticas del objetivo que se utilice.

Un sensor no tiene profundidad de campo: ni poca ni mucha. Lo que pasa es que en los formatos pequeños hay que utilizar objetivos con distancias focales mucho más cortas que en los formatos grandes para obtener los mismos encuadres o ángulos de visión y son esas focales tan cortas las que producen la mayor profundidad de campo.

Ejemplos de la influencia de los factores que intervienen en la profundidad de campo

1. Distancia focal

Las fotos están hechas sin variar las distancias de la cámara ni de los componentes de la escena, con los dos objetivos enfocados al mismo plano, el de la botella, que está a 1,7 m de distancia de la cámara y a la misma abertura, f8.

Pese a la gran ampliación aplicada a la última imagen (6.75x respecto a la del 135mm), la PdC es muchísimo mayor que la que se obtiene con el objetivo de focal larga.

2. Abertura del objetivo

Las fotos de este ejemplo, para ver la influencia de la abertura en la PDC, están hechas con el mismo objetivo, a la misma distancia y a diferentes aberturas.

3. Distancia de los sujetos a la cámara
(o distancia de enfoque)

Las fotos están hechas con el mismo objetivo y la misma abertura, pero a distintas distancias del sujeto.

4. Tamaño del sensor

Para alcanzar un mismo tamaño final impreso de copia, las imágenes obtenidas con la cámara de sensor pequeño hay que ampliarlas más que las obtenidas con la de formato grande.

En los ejemplos, hay que ampliar 1,53 veces más la imagen APS-C que la imagen FF y los círculos de confusión –tamaño de los puntos desenfocados– que son exactamente iguales en ambos sensores se ampliarán también en esa proporción, disminuyendo la profundidad de campo de la copia de la APS-C.

4.1 Tomas con mismo objetivo y diferentes sensores

Usando el mismo objetivo, la misma abertura y la misma distancia al sujeto en ambas cámaras, los círculos de confusión –tamaño de los puntos desenfocados– serán exactamente iguales en ambos sensores y la imagen de la APS-C será un simple recorte de la de 24×36.

Al haber ampliado 1.53 veces más la de la APS-C, su PdC es algo menor, pero poco apreciable en los ejemplos de abajo. Es más notable cuanto más diferencia de tamaño haya entre ambos formatos.

En contra de lo que habitualmente se afirma, a igualdad de condiciones y objetivo, con la cámara de sensor grande obtenemos más profundidad de campo y más ángulo de visión que con la de sensor pequeño.

4.2 Tomas con diferentes objetivos y diferentes sensores

Si cambiamos de objetivo para obtener encuadres iguales en ambos formatos, la menor distancia focal que hay que usar en el formato pequeño produce mayor profundidad de campo.
En este caso, como influye más la distancia focal usada que la mayor ampliación de la copia, la imagen del sensor pequeño tendrá más profundidad de campo.

Pese a que la copia de la foto tomada con la APS-C ha tenido mayor ampliación para ser del mismo tamaño que le tomada con la FF, su profundidad de campo es mayor debido al uso de un objetivo de menor distancia focal para aproximar los encuadres.

4.3 Conclusión

• A mismo objetivo, mismo factor de ampliación de copia, misma distancia y mismo diafragma, la PDC de la copia obtenida del formato grande es exactamente igual que la del formato pequeño.
  La copia del formato pequeño es un simple recorte de la del grande y, por tanto, de menor tamaño.
• A mismo factor de ampliación de copia, misma distancia, mismo diafragma y mismo encuadre (lo que implica el cambio de objetivo), la PdC de la copia obtenida con el formato menor es superior a la del grande, debido exclusivamente al uso de un objetivo de menor distancia focal.
  Y la copia del formato pequeño es más pequeña que la del grande.
• A igual tamaño de copia (mayor factor de ampliación del formato pequeño), misma distancia, mismo diafragma y mismo objetivo la PdC del formato pequeño es menor que la del grande, debido exclusivamente a la mayor ampliación.