Profondità di campo

Tutto quello che avreste voluto sapere sulla profondità di campo…

Molte regole…

Tra le prime nozioni che un neofito della fotografia apprende nei corsi di base, figura il concetto di profondità di campo (d’ora in poi semplicemente PDC): “Area all’interno della quale tutto è a fuoco”. Si sente ripetere che nei paesaggi deve essere ampia (tutto in un paesaggio, cioè, deve essere nitido e a fuoco, vedi figura 1), nei ritratti e nelle foto naturalistiche come le macro la più ristretta possibile (dove viceversa nulla deve distrarre l’attenzione dal soggetto, vedi figura 2).

Figura 1. Obiettivo 12-24, f/22 (elevata profondità di campo)

Figura 2: obiettivo 35-350 mm a 350 mm, f/5,6 (ridotta profondità di campo)

Apprende poi che si regola con il diaframma, una serie di lamelle sovrapposte formanti nell’obiettivo un’apertura quasi perfettamente circolare (più il diaframma è chiuso più aumenta la PDC, e viceversa), ma anche modificando la distanza del soggetto (la PDC aumenta all’aumentare di questa) e la lunghezza focale dell’ottica (i grandangoli aumentano la PDC, i tele la riducono). Che, infine, le fotocamere con sensore piccolo hanno un’elevata PDC.

Non facciamo… confusione!

A questo punto il neofito si starà chiedendo: perché? È possibile dare un’unica spiegazione che renda conto di tutti questi fattori? La risposta alla seconda domanda è sì. Per la prima occorre spendere qualche parola in più.

Immaginiamo di mettere a fuoco un soggetto puntiforme. Se la messa a fuoco è corretta, esso sarà rappresentato sul sensore in modo nitido, sarà cioè un punto. Possiamo verificare empiricamente che, se spostiamo la fotocamera – o la messa a fuoco – avanti o indietro, il punto che lo rappresenta sul sensore aumenta la sua dimensione diventando un cerchio (figura 3). In pratica i raggi luminosi provenienti dal punto si ricongiungono perfettamente in un punto prima o dopo il sensore (a seconda di com’è stata modificata la posizione della fotocamera o della messa a fuoco).

Figura 3: punti di luce fuori fuoco diventano cerchi

 

Quanto dovrà essere rimpicciolito il nostro punto per tornare a essere nitido? Fino a quando l’occhio non sarà più in grado di distinguerlo da un punto vero e proprio. Chiamiamo questo cerchio di dimensioni molto piccole “circolo di confusione” o “cerchio di minima confusione” (d’ora in poi CdC). Più in generale possiamo quindi affermare che un’immagine sarà nitida se i vari punti che la compongono avranno una dimensione inferiore a quella del CdC. Osservando l’immagine di un soggetto tridimensionale si può notare che esiste una distanza minima (Dmin) dalla lente per cui la dimensione di un punto diventa uguale a quella del CdC: avvicinandosi ulteriormente il punto diventerà un cerchio e l’immagine sfocata. Analogamente esiste una distanza massima (DMAX) alla quale si verificano le stesse condizioni (l’immagine in questo caso sarà sfocata allontanandosi dalla lente).

Ecco quindi la definizione di profondità di campo: l’estensione dalla minima alla massima distanza per cui la dimensione di un punto è minore del CdC. Ovvero:

PDC =DMAX–Dmin.

Questione di formati

Quant’è grande il CdC? Il concetto è stato introdotto ai tempi della fotografia analogica ed era legato alle dimensioni fisiche della pellicola (fotogrammi più piccoli, a parità di dimensioni di stampa, dovevano essere ingranditi di più). In pratica più piccola è la dimensione del sensore minore sarà la dimensione del CdC. Per il formato 35 mm il diametro del CdC è fissato convenzionalmente a 0,03 mm (26 micron), che diventa 0,019 mm per il formato APS-C (1,6x) e 0,015 mm per il micro quattro terzi.

Tornando all’esempio del punto fuori fuoco, per ridurre le dimensioni del CdC che lo rappresenta, occorrerà assottigliare il fascio luminoso che colpisce il sensore. Possiamo raggiungere questo scopo in vari modi:

1. agire direttamente sul fascio luminoso chiudendo il diaframma;
2. usare un’ottica di lunghezza focale inferiore (a parità di diaframma, ad esempio, un 25 mm farà passare un fascio luminoso di diametro esattamente metà rispetto a un 50 mm).

Quest’ultimo modo include anche l’utilizzo della fotocamera con sensore piccolo, a causa della riduzione conseguente delle lunghezze focali impiegate. Facciamo un esempio.

Il classico obiettivo 50 mm su pieno formato ha un angolo di campo diagonale di 46,79°. In una fotocamera APS-C (1,6x), per ottenere la stessa inquadratura basterà una focale di circa 31 mm, su una fotocamera micro quattro terzi un 25 mm, su una compatta con sensore di 1/2,3” (7x) circa un 7 mm.

Che cosa succede diaframmando le tre fotocamere (meglio, i tre obiettivi) a f/8?

Fotocamera	Focale	Focale equivalente	Diaframma	PDC equivalente	Dmin	DMAX
“full frame” o formato 35 mm	50 mm	50 mm	f/8	f/8	5,23	INFINITO
APS-C (1,6x)	31 mm	50 mm	f/8	f/13	3,22	INFINITO
micro quattro terzi (2x)	25 mm	50 mm	f/8	f/16	2,62	INFINITO
Compatta (7x)	7 mm	50 mm	f/8	f/56	0,72	INFINITO

Il valore “f” indica infatti il rapporto tra la lunghezza focale e il diametro degli obiettivi. A parità di “f” diminuendo la lunghezza focale diminuirà proporzionalmente anche il diametro.

Questo naturalmente ha delle conseguenze pratiche molto importanti. Con una fotocamera reflex in molti casi sarà difficile estendere la PDC come con una compatta o un cellulare, viceversa con i sensori piccoli sarà spesso difficile limitarla isolando il soggetto (vedere figure 4 e 5).

Figura 4: obiettivo 4 mm, f/3,5(28 mm a f/24 equivalenti); fotocamera compatta

Figura 5: obiettivo 28 mm, f/3,5 (fotocamera reflex “full frame”

 

E se ci avviciniamo al soggetto?

Figura 6: obiettivo 3,8 mm, f/2 (smartphone)

Se si tiene conto dei dati di scatto (lunghezza focale di 3,8 mm e PDC equivalente di circa f/16), nella figura 6 colpisce il fuori fuoco della barca sulla destra. Cos’è successo? Il punto di ripresa è molto vicino al fiore: in questo modo è come se avessimo aumentato la dimensione dei circoli di confusione dei punti fuori fuoco. Avvicinarsi al soggetto significa quindi diminuire la PDC (al contrario allontanandosi).

Riassumendo, la massima estensione della PDC si avrà in queste condizioni:

1. utilizzo di una focale corta;
2. diaframma chiuso;
3. punto di ripresa molto lontano dal soggetto (figura 7).

Figura 7: obiettivo 12 mm, f/5,6 (24 mm e f/11 equivalenti)

La minima estensione, diversamente, con:

1. utilizzo di una focale lunga;
2. diaframma aperto;
3. punto di ripresa molto vicino al soggetto (figura 8).

Figura 8: obiettivo 85 mm, f/1,4. Per fotografare questi fili d’erba sulla neve ho diminuito la Dmin usando dei tubi di prolunga

La distanza iperfocale

Proviamo adesso a risolvere un problema pratico di messa a fuoco.

Supponiamo di avere un obiettivo con lunghezza focale 50 mm chiuso a f/16 e di inquadrare un soggetto che si trova alla distanza di 20 metri. La zona nitida è estesa da 4,14 metri a infinito. Se ci sarà un elemento di interesse a 2 metri esso risulterà sfocato. Proviamo quindi a chiudere il diaframma a f/22. La zona nitida inizia, in questo caso, a 3,12 metri: ancora troppo poco. Cosa si può fare? Avvicinare il punto di messa a fuoco. Qual è la distanza migliore? Se la riduciamo eccessivamente rischiamo di perdere la messa a fuoco all’infinito. Esiste tuttavia una distanza, la cosiddetta distanza iperfocale

(Di), tale che PDC=INFINITO – Di/2.

Nel caso del nostro 50 mm a f/22 la distanza iperfocale è 3,73 metri, per cui la PDC si estende da 1,87 metri a infinito. Regolando quindi la messa a fuoco a una distanza di poco inferiore a 4 metri e chiudendo il diaframma a f/22 avremo risolto il nostro problema, estendo inoltre la PDC all’infinito (figura 9).

Figura 9: obiettivo 50 mm, f/22 (PDC da 1,87 a infinito)

Questa tecnica (usata in passato ad esempio dai fotoreporter) risulta molto utile soprattutto con gli obiettivi grandangolari e normali, grazie alla quale anche un obiettivo completamente manuale mette a fuoco alla velocità della luce! (cioè non necessita più di messa a fuoco…)

Nel caso dei teleobiettivi, chiaramente, la Di aumenta, mentre diminuisce la PDC.

Fotocamera	Focale	Diaframma	Distanza iperfocale (metri)
“full frame” o formato 35 mm	25 mm	f/4	5,23
“full frame” o formato 35 mm	50 mm	f/4	20,88
“full frame” o formato 35 mm	100 mm	f/4	88,43
“full frame” o formato 35 mm	200 mm	f/4	333,53

Come si calcola?

Ecco la formula per il calcolo dell’iperfocale:

Di=focale+(focale²/(diaframma*CdC)).

Prendiamo un obiettivo di lunghezza focale 50 mm chiuso a f/8. Su full frame il CdC è, come abbiamo detto, 0,03 mm. La Di in questo caso sarà: 50+50²/(8*0,03), cioè 10466,67 mm (10,47 metri).

Quello che è interessante notare è che la Di dipende dal quadrato della focale (vedere tabella sopra) e diminuisce con l’aumentare del valore del diaframma (chiudendolo cioè la PDC si estende).

Chiaramente non è facile applicare nella pratica fotografica questa formula.

Consiglio di imparare a memoria qualche riferimento sull’obiettivo che si usa più frequentemente. Ecco Dmin per alcune focali comuni a vari diaframmi:

Fotocamera	Focale	f/8	f/11	f/16
“full frame” o formato 35 mm	17 mm	0,61	0,43	0,31
“full frame” o formato 35 mm	28 mm	1,65	1,17	0,83
“full frame” o formato 35 mm	35 mm	2,57	1,82	1,29
“full frame” o formato 35 mm	50 mm	5,23	3,71	2,63

In certi casi il costruttore indica la scala della PDC nell’obiettivo stesso (figura 10).

Figura 10: scala della PDC in un obiettivo di fabbricazione sovietica

 

Il Gruppo f/64…?

Per finire, una curiosità. Ansel Adams (1902-1984), il grande fotografo statunitense noto per le fotografie in bianco e nero di paesaggio e l’invenzione del cosiddetto sistema zonale, aveva fondato il “Gruppo f/64” (1932), dal valore del diaframma utilizzato. Per ottenere la massima profondità di campo, verrebbe da dire. In realtà questo valore va rapportato alle dimensioni del supporto utilizzato da Adams per i suoi capolavori, e cioè il grande formato 20×25 cm. In pratica è come se oggi dei fotografi che utilizzano il 24×36 mm fondassero il gruppo “f/8”. La massima estensione della PDC era ottenuta comunque da Adams anche con i vari movimenti del banco ottico impiegato.

 

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Andrea Tessaro

 

Link utili

• https://en.wikipedia.org/wiki/Hyperfocal_distance
• https://it.wikipedia.org/wiki/Ansel_Adams
• https://it.wikipedia.org/wiki/Gruppo_f/64

 

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