Imagem equivalente

O termo imagem equivalente ou equivalente a full frame ou ainda equivalente a 35mm, é um termo que está presente em alguns manuais de fotografia ou na descrição de algumas câmaras e objetivas.

O termo equivalente está relacionando com o ângulo de visão ("o tamanho" angular da região que conseguimos observar sem movimentar o rosto ou os olhos).  O ângulo de visão normal do ser humano é um pouco menor que 50⁰ , assim as objetivas com ângulo de visão próximo a este valor é descrita como normal. Para ângulos maiores, as objetivas são denominadas grande angular e para ângulos menores de teleobjetiva. (Para ângulos próximos de 180⁰, as objetivas são denominadas olho-de-peixe.)

Para uma câmara fotográfica, o ângulo de visão depende da distância focal da objetiva  e também do tamanho do sensor. Para uma câmara com filme de 35mm ou um sensor denominado "fullframe",   uma objetiva com distância focal na faixa  de 50 mm e 35 mm são consideradas normais, pois possuem um ângulo de visão respectivamente de   46,7⁰ a 63,4⁰ (considerando a diagonal, ver a figura 1).

Figura 1. A diagonal está representada em linhas pontilhadas.

No caso de sensores com tamanhos diferentes do fullframe, a situação é diferente. Por exemplo, as câmaras com sensores do tipo APS-C (existem diferenças entre uma APS-C da Canon e da Nikon, mas não vamos nos preocupar no momento com esta diferença)   possuem sensores com uma diagonal cerca de 0,62 vezes  a da fullframe. Isto faz com que o ângulo de visão, utilizando uma objetiva com a mesma distância focal em uma fullframe e uma APS-C, sejam diferentes, e dependem deste fator.  Por exemplo,  ângulo de visão de uma objetiva de 50mm em uma fullframe é cerca de 47⁰ (considerando a diagonal do filme) enquanto em um sensor APS-C, o ângulo de visão é cerca de 30⁰ [1].

O que isto significa na prática? Se você utilizar apenas um tipo de câmara, não significa muita coisa, pois estará acostumado a utilizar apenas um tipo de sensor e estará habituado a um tipo de enquadramento. Mas caso utilize diferentes tipos de câmara, ou deseja comparar as imagens obtidas com diferentes câmaras, entender a diferença é muito importante. Por exemplo, caso enquadre uma imagem utilizando uma fullframe e depois utilize a mesma objetiva em uma câmara com sensor APS-C, para obter o mesmo enquadramento, você precisa aumentar distância da câmara para o objeto fotografado. Por exemplo, com uma fullfrane se estiver  a uma  distância de 2 metros, ao utilizar  uma câmara APS-C, a distância para obter o mesmo enquadramento precisa ser aumentado para cerca de (2/0,62) metros ou cerca de 3,2 metros.

Podemos pensar de forma inversa, isto é,  para obter um mesmo enquadramento que uma APS-C, ao utilizarmos uma fullframe, precisamos reduzir a distância no nosso exemplo de  3,2 metros para 2 metros.

O valor 1,6  (que é o inverso de 0,62) utilizado acima é denominado fator de crop para o sensor APS-C da Canon. Para as câmaras da Nikon,  com sensor APS-C o fator de crop é 1,5. Existem sensores menores (como as existentes nos telefones celulares ou em câmaras compactas), com fatores de crop bem maiores. Por exemplo o sensor do IPhone 5 tem fator de crop de 7.61, e a câmara X20 da Fujifilm possui um fator de crop de 3,93. Existem fatores de crop menores, mas isto é para câmaras com filme ou sensores de médio formato , com utilização muito mais restrita para trabalhos profissionais. Na figura 2 temos os tamanhos relativos dos sensores, o maior sensor sendo de uma câmara de médio formato da Kodak, com fator de crop igual a 0,5.

Figura 2. Tamanho relativos dos sensores (fonte wikipedia [2]).

Normalmente as câmaras simples possuem sensores bem menores, por exemplo a Canon Powershot modelo SX600 SH  , possui um  fator de crop de 5,62 (o sensor aparece indicado como 1/2.3" na figura 2, sendo no caso o menor dos sensores na figura, mas existem sensores menores que não estão representados na figura). Esta câmara é anunciada como tendo uma distância focal equivalente de 24 a 450mm, o que corresponderia uma distância focal real aproximadamente de 4,2 mm a 80 mm (no manual aparece 4,5 a 81 mm).  Com a distância focal equivalente, esta câmara consegue capturar imagens em  um ângulo de visão que varia de cerca de 5,5⁰ até pouco mais de 84⁰, e tudo isto em uma câmara muito compacta! Esta câmara de acordo com o site da Canon tem uma massa de 188g, enquanto  apenas   a lente de 28mm a 300mm  (a EF 28-300mm f/3.5-5.6L IS USM) possui uma massa de 1,67kg e considerando o corpo de uma câmara fullframe, todo o conjunto teria uma massa maior que 2 kg, ou seja mais de 10 vezes mais massa que a câmara compacta!

 

Para finalizar, o fato de possuir o mesmo enquadramento não quer dizer que as imagens obtidas sejam necessariamente idênticas. Se  utilizarmos os mesmos valores de ISO, velocidade e f/stop, como a distância para o objeto é variado (assumindo que utilizamos a mesma objetiva nas câmaras com sensores diferentes), a profundidade de foco também varia. Também não podemos esquecer que quanto menor é o sensor, maior deve ser a ampliação da imagem para obter a fotografia final (digamos para imprimir em uma folha de ofício) -  não podemos esquecer  que o círculo de confusão para diferentes tamanhos de sensores, são diferentes.  Assim, para obtermos imagens iguais, precisamos considerar outros fatores, além do fator de crop.  O termo imagem equivalente, neste caso aplica-se apenas para o enquadramento, mas as imagens não serão necessariamente iguais.

Notas

[1]  Para ângulos menores que um radiano (cerca de 57⁰) para determinar o ângulo de visão de um sensor com fator de crop FC em relação ao fullframe, para uma aproximação razoável basta dividir o ângulo por FC. A explicação é que para ângulos menores que um radiano, a tangente do ângulo é aproximadamente igual ao ângulo (medido em radianos). E o ângulo de visão é obtido como sendo  duas vezes  arcotangente da razão entre a metade da diagonal do sensor pela distância focal.  Para ângulos cada vez menores (em realação a 1 radiano) esta aproximação se torna muito melhor.

[2] http://en.wikipedia.org/wiki/Image_sensor_format

Luz

A luz é o elemento fundamental para a fotografia! É muito comum escutar ou ler que a fotografia é a arte de esculpir com a luz. Mas o que é a luz?

Para a ciência a luz é formada por um conjunto de partículas, denominados fótons. Estes objetos foram propostos pela primeira vez por Albert Einstein, em 1905 para explicar o chamado efeito fotoelétrico. Mas para uma vasta gama de situações, podemos aproximar o comportamento da luz não como um conjunto de partículas, mas como uma tipo de oscilação que denominamos ondas eletromagnéticas. As ondas eletromagnéticas descrevem não apenas a luz, mas descreve  também as ondas de rádio, as microondas,o infravermelho , a luz ultravioleta , o raio-X. A luz é apenas uma pequena parte do que denominamos espectro eletromagnético. A figura 1 ilustra o que denominamos espectro eletromagnético ( o texto do wikipédia e a ilustração podem ser acessadas  aqui, aonde os números estão mais visívies ).

Figura 1. O espectro eletromagnético (fonte wikipédia)

Na figura 1, na parte superior é apresentado de forma ampliada, a região do espectro eletromagnético que contém a parte da luz visível. Notemos que é uma fração muito pequena do espectro eletromagnético.  O que caracteriza o espectro eletromagnético? Podemos utilizar uma grandeza física   denominado comprimento de onda para caracterizar o espectro (outra possibilidade é a frequência).  Deslocando para o lado esquerdo do espectro  temos comprimentos de onda diminuindo  (e frequência aumentando ) e deslocando para o lado  direito do espectro temos os comprimento de onda aumentando (e frequência diminuindo).   Na figura 2, indicamos o que entendemos como comprimento de onda: é a distância entre os máximos de oscilação.

Figura 2: Uma ilustração da onda eletromagnética. (fonte wikipédia)

Do espectro, já podemos notar que a cor depende do comprimento de onda! Uma luz vermelha tem um comprimento de onda maior que uma luz azul, que por sua vez tem um comprimento de onda maior que a luz violeta. Mas atenção, a cor que associamos aos objetos , não dependem apenas do  comprimentos de onda da luz que observamos! Depende da nossa fisiologia (nossa olho e nosso cérebro) e também do ambiente. Alguns autores preferem dizer "cor espectral" para fazer referência a cor associada a uma onda eletromagnética com comprimento de onda bem definido. Por exemplo, a luz amarela espectral é definida como uma onda eletromagnética com comprimento de onda na faixa de 570–590 nm (nm significa nanômetro ou um bilionésimo de metro ou  0,0000000001 metro). Por que esta necessidade de especificarmos o temo "espectral"? A luz amarela pode ser obtida combinando outras cores, e esta luz amarela, apesar de percebermos como amarela, não é na verdade uma onda com um único comprimento de onda. E isto vale para as outras cores também. Pode parecer um simples capricho, afinal "amarelo é amarelo", mas é necessário para que possamos entender melhor a natureza. Além destes fato (a possibilidade de obter diferentes cores combinado cores diferentes), a cor também depende do ambiente. Nosso cérebro - produto de uma longa evolução - procura interpretar os sinais que recebe, com um padrão previamente aprendido. Mas este é um outro tópico, que vamos tratar em outro momento.

A descrição ondulatória da luz, nos permite compreender quase todos os fenômenos que são importantes na fotografia. No entanto, para o estudo de lentes de uma maneira simplificada, utilizamos uma aproximação: a ótica geométrica. Nela, a luz é considerada como um "feixe de retas" (as retas representam o "caminho" da luz, ou de forma mais precisa a frente de onda eletromagnética, mas não vamos nos preocupar com isto), como na figura 3 . Em geral, esta aproximação é boa quando os objetos que interagem com a luz, tem tamanhos muito maiores que o comprimento de onda típico da onda eletromagnética em estudo. Mas mesmo nesta situação, se olharmos a borda do objeto, a aproximação deixa de ser válida.

Figura 3. A utilização da ótica geométrica, simplifica o estudo das lentes.

Dependendo da luz utilizada, esta aproximação se torna muito boa, como podemos ver na figura 4, que foi obtida utilizando uma fonte de luz laser.

Figura 4. O funcionamento de lentes utilizando um feixe de lus laser.

Esta aproximação de ótica geométrica, nos permite estudar muitas propriedades de uma lente utilizada em fotografia: a distância focal, a abertura, o f-stop. Mas para explicar algumas aberrações que ocorrem nas lentes ou outros fenômenos,  a utilização da  ótica geométrica não é adequada. Por exemplo, a existência de uma abertura mínima para que não ocorra a degradação de uma imagem, não pode ser explicada pela ótica geométrica, nem a existência das aberrações cromáticas (na verdade dependendo do grau da aberração cromática, ainda podemos utilizar a ótica geométrica, mas não conseguimos explicar a razão da aberração). A foto na figura 5, mostra o que denominamos efeito de difração, sendo a foto de um feixe de laser que passa por um orifício pequeno. Se não tivesse o efeito da difração, teríamos apenas a região central iluminada e os anéis concêntricos de luz não iriam existir.

Figura 5.Efeito de difração (fonte wikipédia).

O efeito de difração se torna pronunciado para aberturas pequenas. Em uma foto, significa que a qualidade a imagem é reduzida. É importante lembrarmos que a difração sempre ocorre, mas caso os efeitos sejam inferiores em tamanho ao círculo de confusão, acaba não tendo muita importância dependendo da ampliação da foto ou da distância que observamos a foto.

No início escrevemos que a luz é na verdade uma coleção de partículas , os fótons. Não precisamos dos fótons para descrever nada da fotografia? Na verdade podemos utilizar apenas a descrição da luz como fótons e obter todos os resultados acima, desde o comportamento ondulatório até a descrição da  ótica geométrica. E caso esteja curioso, recomendamos o livro QED de Richard Feynmann. (QED são as inicias em inglês de Eletrodinâmica Quântica que é um tópico bem especializado da física), que propõe a discutir em forma simples a eletrodinâmica quântica.

Mas tem um tópico que a não tem como utilizar a luz como uma onda eletromagnética para explicar corretamente: é o efeito fotoelétrico citado no começo do texto. E aonde este efeito é utilizado em fotografia? Nos sensores digitais (e em última análise, na descrição também da fotografia analógica, aonde o filme faz o papel do sensor) que são o "coração" das modernas câmeras digitais!

No próximo texto, vamos então explicar o que é o efeito fotoelétrico e porque precisamos da descrição da luz como  fóton (partícula)


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