Círculo de Confusão

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Introdução

Para compreender melhor como uma câmera funciona e como suas dimensões físicas afetam a nitidez de uma fotografia, é necessário entender o conceito de círculo de confusão.

O círculo de confusão é utilizado no cálculo da profundidade de campo e da distância hiperfocal e está relacionado com a nitidez/desfoque aceitável de uma imagem.

Na fotografia, o círculo de confusão é o maior círculo que uma imagem produzida a partir de um objeto pontual pode apresentar, sem que o cérebro e o olho humano a interpretem como uma imagem desfocada.

Não entendeu? Tudo bem, este é um conceito difícil de entender quando explicado com palavras… Veja a animação abaixo:

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Observe que nenhum dos objetos na animação acima está em escala e também não apresentam proporções reais. O círculo de confusão é muito menor do que o sensor, e além disso, a lente da câmera é composta por múltiplos elementos e não apenas um como representado.


Distância, tamanho e ambiente

O círculo de confusão aceitável para um observador não depende apenas da sua acuidade visual, mas também do ambiente em que ele está e da própria imagem.

Detalhes e imperfeições são geralmente mais perceptíveis em imagens de alto contraste, apresentando linhas bem definidas de transição entre tons claros e escuros. Assim entendemos que estas imagens requerem um círculo de confusão menor, enquanto círculos de confusão maiores podem ser aceitáveis em imagens de baixo contraste.

Iluminação é outro fator a ser considerado. É mais difícil para a vista humana identificar detalhes em uma imagem quando ela está pouco iluminada. Uma fotografia impressa colocada em um ambiente escuro poderá apresentar uma nitidez menor do que se ela fosse ser colocada em um ambiente bem iluminado. Portanto, quando menor a intensidade da iluminação, maior poderá ser o círculo de confusão aceitável.

A distância da qual a fotografia é observada e o tamanho da imagem são fatores críticos para o círculo de confusão. A relação é simples: quanto maior a imagem e quanto mais próximo o observador estiver dela, mais fácil será de a pessoa enxergar detalhes e, por isso, menor deverá ser o círculo de confusão aceitável. Mas geralmente, quanto maior a imagem, mais o observador tende a se distanciar dela para tê-la completamente em seu campo de visão. E quanto menor a imagem, mais o observador tende a se aproximar dela.

É como ir ao cinema: apesar de a tela ter vários metros quadrados, os observadores estarão posicionados longe dela. Por isso, a resolução da imagem não precisa ser maior só porque a imagem (tela) é maior.

Como uma regra geral, é assumido que a distância do observador até a imagem é igual à diagonal da imagem. Desta forma, o tamanho do círculo de confusão aceitável só vai diminuir se o fotógrafo assumir que a sua foto será observada mais de perto do que o normal.


Círculo de confusão e acuidade visual

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O círculo de confusão também é diretamente relacionado à acuidade visual humana, ou seja, está ligado à capacidade que uma pessoa tem para enxergar detalhes em uma imagem com um dado contraste, de um dado tamanho, a uma dada distância, com certa iluminação.

Um bom exemplo de se pensar seria o de uma pessoa que precisa utilizar óculos de grau. Se esta pessoa tira os óculos, as imagens que o cérebro dela recebe perdem parcialmente a nitidez e com isso, o círculo de confusão aceitável para ela aumenta de tamanho.

Agora, se esta mesma pessoa coloca os óculos novamente, as imagens que o seu cérebro recebe são mais nítidas e ela consegue identificar mais detalhes. Assim, esta pessoa vai perceber desfoques com maior facilidade e por isso, o círculo de confusão aceitável para ela vai ter um tamanho menor.

Sabendo que o círculo de confusão aceitável varia de pessoa para pessoa, entendemos que os números clássicos de círculos de confusão (mostrados nas tabelas de distância hiperfocal) levam em conta que os observadores têm uma boa acuidade visual.

Basicamente, se o desfoque em uma fotografia (ou parte dela) for muito pequeno, uma pessoa não será capaz de identificá-lo e o seu cérebro vai aceitar que a imagem está em foco. Conforme o desfoque aumenta em tamanho, mais fácil é identificá-lo.


Círculo de confusão da câmera à tela

A imagem é primeiramente captada no sensor da câmera e depois exibida na tela relativamente pequena da câmera. Logo após, pode ser exibida, por exemplo, em uma televisão grande ou colocada em cartazes gigantes de propaganda…

Tendo em mente que a imagem captada por um sensor de uma câmera full frame, que é um retângulo de 24x36mm, é a mesma que depois será exibida em uma televisão bem grande, percebemos o quanto esta imagem será ampliada.

Digamos que a imagem será ampliada de 24x36mm para uma televisão de 52 polegadas, com uma tela de altura x largura = 720x1080mm. Isto significa que a imagem será ampliada 30 vezes. Isto também significa que um círculo em desfoque de aproximadamente um milímetro de diâmetro no sensor, se transformará em um círculo de 3cm de diâmetro na tela.

círculo de confusão; como tirar fotos; fotografia

Assim, podemos esperar que os valores aceitáveis de círculo de confusão sejam da ordem de centésimos de milímetros, para que a imagem na telona seja nítida a olho nu. E conseguimos entender que, quanto maior o sensor da câmera, menor será a ampliação da imagem quando ela for exibida em um tamanho maior.

Se quanto maior o tamanho do sensor da câmera menor deverá ser a ampliação, então maior poderá ser o círculo de confusão (menor nitidez) aceitável em uma imagem. Isto significa que círculos de confusão aceitáveis para sensores de câmeras full frame deverão ser maiores do que os círculos de confusão aceitáveis para câmeras semiprofissionais e compactas.

Como explicado, o círculo de confusão será primeiramente medido no sensor da câmera e será da ordem de 0,03mm para sensores de câmeras full frame. Valores de 1/1000” = 0,025mm, 0,029 e 0,036mm também são amplamente mencionados em literatura especializada.

Para sensores menores, o círculo de confusão será menor. Por exemplo, para sensores Nikon DX em que a imagem tem um fator de corte de 1,5X, o círculo de confusão deverá ser da ordem de 0,02mm= 0,03/1,5.

Vale mencionar que estes podem não ser os valores de círculo de confusão oficiais adotados pelos fabricantes de câmeras para calcular profundidade de campo e distância hiperfocal tabelados em seus manuais.

No fim das contas, dependendo do uso que será dado para a imagem, o fotógrafo terá que definir a nitidez aceitável e utilizar números para círculo de confusão bem menores do que os usualmente mencionados na literatura.


Cálculo do círculo de confusão

Muitos dos valores de círculo de confusão (CdC) citados em literatura especializada vêm da fórmula de Zeiss, que mostra que o círculo de confusão depende da dimensão da diagonal (d) do sensor da câmera. Outros são apenas palpites que funcionaram para algumas situações ou requerimentos específicos.

A fórmula de Zeiss diz que o círculo de confusão é 1/1730 avos da diagonal do sensor da câmera:

círculo de confusão; como tirar fotos; fotografia

Além desta, há também a fórmula de Zeiss moderna, que permite um círculo de confusão aceitável ligeiramente maior:

círculo de confusão; como tirar fotos; fotografia

A dimensão da diagonal do sensor depende das dimensões das laterais do sensor:

círculo de confusão; como tirar fotos; fotografia

círculo de confusão; como tirar fotos; fotografia

Como exemplo, calculando o tamanho do círculo de confusão para um sensor full frame (aproximadamente 36x24mm), teremos o seguinte:

círculo de confusão; como tirar fotos; fotografia

De acordo com a fórmula de Zeiss moderna:

círculo de confusão; como tirar fotos; fotografia

É importante ter em mente que valores de círculos de confusão calculados com as fórmulas de Zeiss podem muitas vezes não atender requerimentos específicos mais restritos que algumas agências de fotografia (ou curadores) podem ter. Algumas imagens podem ser analisadas mais de perto e para tanto um círculo de confusão menor será necessário.

Não se detenha a utilizar valores de círculos de confusão menores do que os tabelados, mas sim compreenda  todos os fatores que podem limitar a redução do círculos de confusão aceitável.


Limitantes à redução do círculo de confusão

O equipamento fotográfico pode limitar o tamanho mínimo do círculo de confusão atingível em uma imagem de diversas formas.

A resolução do sensor pode ser um limitante, bem como a abertura do diafragma (f/stop) e as aberrações provocadas pela lente.

Para não ficar utilizando números de círculo de confusão tabelados há décadas atrás, o fotógrafo tem que compreender como cada um desses limitantes está presente nos seus equipamentos e assim poder otimizar a nitidez de suas fotografias.


1 – Número de Pixels

Sabendo que o tamanho do sensor tem relação direta com o tamanho do círculo de confusão aceitável, é preciso entender como a quantidade de pixels pode influenciar no tamanho do círculo de confusão na hora de calcular a profundidade de campo ou a distância hiperfocal.

Tendo em mente que quanto maior o tamanho da fotografia impressa, mais afastado o observador estará para conseguir enquadrar a cena por completo em seu campo de visão, podemos dizer que fotografias tiradas com sensores de baixa resolução poderão ser ampliadas indefinidamente desde que o observador também aumente a sua distância para a imagem.

A diferença entre utilizar um sensor de 24 megapixels ou um de 10 megapixels com as mesmas dimensões físicas só será percebida pelo observador se ele se posicionar a uma distância curta da fotografia ampliada na tela ou impressa. Se ele quiser analisar a fotografia ampliada estando apenas a poucos centímetros de distância da mesma, o tamanho do círculo de confusão aceitável será menor (o observador estará buscando maior nitidez).

Em casos extremos, pode ser que a ampliação seja tão grande e a distância do observador seja curta o suficiente para que o círculo de confusão aceitável passe a ser menor do que a largura de dois pixels juntos. Isso significa que o limite de resolução do sensor foi alcançado. Neste momento em que o círculo de confusão aceitável passa a ser menor ou igual à largura de dois pixels é que se nota o diferencial entre a resolução máxima dos sensores.

Nota: a resolução máxima considera a largura de dois pixels no caso de o sensor ter seus pixels arranjados no formato de Bayer (arranjo comum). Para aprender mais sobre o arranjo tipo Bayer, siga o link a seguir para a cópia da patente da invenção deste arranjo (em inglês): Patente Sensor Bayer

Para calcular o tamanho dos pixels da sua câmera, primeiro descubra a largura exata do sensor da mesma (veja no manual da sua câmera ou pesquise no Google) e depois divida o valor pelo número de pixels presentes no maior lado do sensor (mostrado nos metadados de uma fotografia tirada pela sua câmera).

Apenas como curiosidade, abaixo segue uma tabela comparativa entre as câmeras Nikon modelos D3200, D3100 e D3000.

Câmera D3200 D3100 D3000
Dimensões do sensor 23,2 x 15,4 mm 23,1 x 15,4 mm 23,6 x 15,8 mm
Número de pixels 6016 x 4000 pixels 4608 x 3072 pixels 3872 x 2592 pixels
Pixels efetivos 24,2 MP 14,2 MP 10,2 MP
Círculo de confusão (Zeiss Moderno) 0,019 mm 0,019 mm 0,019 mm
Círculo de confusão mínimo (diâmetro) 2×23,2 /6016 = 0,008 mm 0,010 mm 0,012 mm

 

Vale lembrar que o círculo de confusão mínimo que o sensor pode alcançar, na maioria das vezes, não é realista para ser considerado no cálculo da distância focal ou da distância hiperfocal. Isso porque a difração, as aberrações provocadas pelas lentes e até mesmo o balançar da câmera passarão a ser os fatores limitantes da nitidez da fotografia.


2 – Qualidade da lente

No mundo ideal, quando focamos e fotografamos um objeto pontual (uma cabeça de alfinete, por exemplo), a câmera iria produzir uma imagem também pontual. Mas no mundo real, o que acontece é que este ponto não é retratado como um ponto, e sim como um borrão (muito pequeno), e isso ocorre devido a limitações físicas da lente da câmera.

Basicamente, o que acontece dentro da lente é o seguinte: os raios de luz, que deveriam convergir com perfeição para um ponto singular no sensor, acabam sofrendo um espalhamento pontual devido à difração da luz. Assim, o ponto acaba virando um borrão.

Para que isso não aconteça (ou aconteça minimamente), muita tecnologia entra na produção das lentes mais recentes, como o seu arranjo interno, polimentos especiais, aplicação de revestimentos e outros. Quanto maior a qualidade da lente, maior vai ser a nitidez da imagem retratada.

Para entender mais sobre espalhamento de luz, veja as imagens na página 4 do PDF no link a seguir. Elas mostram como a luz de uma fonte pontual atinge o sensor após passar pela lente: How to Read MTF Curves, by H. H. Nasse – Carl Zeiss, Camera Lens Division, December 2008

Muitas das vezes, este espalhamento pontual será maior do que a largura de dois pixels juntos e por isso, ele passa a ser o fator limitante da nitidez de uma fotografia. Isso significa que o menor círculo de confusão alcançável pode ser limitado pela qualidade da lente (quanto pior for a qualidade da lente, maior é o espalhamento).

Como regra geral, lentes primárias apresentam melhor qualidade de imagem do que lentes de zoom e superzoom, o mesmo é válido para lentes rápidas. Além disso, lentes de zoom e superzoom tendem a apresentar imagens menos nítidas quando operadas perto de seus extremos (menor ou maior distância focal possível).

Operar as lentes nas maiores aberturas possíveis também pode levar à imagens menos nítidas do que imagens feitas com uma abertura mediana (mas esta regra nem sempre é válida). Enquanto isso, fotografar com as menores aberturas possíveis vai induzir à perda de nitidez considerável devido à difração.


3 – Difração

Ao passarem próximas às beiras de superfícies, as ondas de luz tendem a divergir do seu rumo original. Na fotografia, a difração ocorre quando a luz passa pela abertura do diafragma da lente e pode provocar perda de resolução notável na imagem quando a abertura for pequena (menores f/stop).

Para mais detalhes, visite a página de difração.


4 – ISO alto, ruído e granulação

Fotos com sensibilidade ISO mais alta tendem a ser mais granuladas ou ter mais ruído do que as tiradas com ISO baixo. Este ruído ou granulação causam uma perda irreparável de detalhes na fotografia e reduz a resolução da imagem.

Esta granulação (fotografia analógica) também pode ser chamada de ruído na fotografia digital, e ela pode ser tão forte, que passa a ser o fator limitante do círculo de confusão mínimo da imagem.

A maioria das câmeras faz automaticamente a redução de ruído quando a imagem está sendo salva no cartão de memória (ou possui a opção para fazê-lo). Apesar de muitas vezes melhorar o aspecto da fotografia, a redução de ruído também diminui sua nitidez ao tentar corrigir a cor e o brilho dos pixels.

 

Publicado por Câmera Neon em 04/Setembro/2013. Última atualização em . Câmera Neon

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