Fotografia: Profondità di Campo o Depth of Field

La profondità di campo (PDC) o in inglese depth of field (DOF) è uno dei concetti chiave che un buon fotografo dovrebbe conoscere e saper gestire per ottenere il tipo di foto che vuole scattare. La profondità di campo come visto per l’esposizione, infatti, influenza il risultato finale di una fotografia fornendo al fotografo l’opportunità di interpretare un soggetto a seconda della propria idea. Nei paragrafi che seguiranno definiremo la profondità di campo e vedremo quali sono i fattori chiave con cui è possibile controllarla.

Profondità di campo: definizione

Il modo più semplice per capire il concetto di profondità di campo è quello di osservarlo con degli esempi. Pensiamo a due casi molto comuni: la foto di un panorama in montagna e la foto di un insetto scattata molto vicino.

Nelle due immagini sopra proposte vediamo come nella prima il panorama sia a fuoco, mentre nella seconda solo il soggetto (la zanzara e parte del piano su cui è poggiata) è a fuoco (effetto bokeh). Tutto il resto è sfuocato. La porzione di spazio reale percepita come a fuoco è definita per l’appunto profondità di campo. Essa è quindi la differenza tra la distanza dell’oggetto più lontano dalla macchina fotografica a fuoco e la distanza dell’oggetto più vicino alla macchina fotografica che risultano a fuoco. Nella foto panoramica quindi, la profondità di campo è dell’ordine dei chilometri mentre nella seconda foto la profondità di campo è di qualche cm.

I fattori che possono influenzare a profondità di campo sono molteplici. In questo appunto tratteremo solo quelli che possono influenzare la profondità di campo in modo percettibile nella foto finale. Effetti di aberrazioni dovute a errori di costruzione delle lenti o a fattori geometrici nono verranno quindi considerati. Ecco qui l’elenco dei principali fattori che possono influenzare la profondità di campo:

• Distanza soggetto lente. Influenza diretta
• Apertura della lente. Influenza diretta
• Dimensione del sensore. Influenza indiretta
• Lunghezza focale della lente. Influenza diretta

Nei prossimi paragrafi vedremo in che modo questi fattori influenzano il risultato finale della foto. Come avrai potuto notare accanto a ciascun fattore è stato annotato se questo influenza direttamente o indirettamente la profondità di capo. Nel seguito capiremo il perché senza entrare nei dettagli di fisica ottica che tratteremo in altri appunti.

Distanza soggetto fotocamera

Il primo importante parametro che influenza la profondità di campo è la distanza tra il soggetto da fotografare e la fotocamera stessa. In generale bisogna ricordare che utilizzando una fotocamera con le medesime impostazioni e mettendo a fuoco due soggetti a distanze diverse,  la profondità di campo è minore nella foto che rappresenta il soggetto più vicino.

Per cui la profondità di campo diminuisce al diminuire della distanza soggetto macchina fotografica. La ragione di questo comportamento è di tipo geometrico e non sarà trattata in questo appunto. Abbiamo però detto che la profondità di campo è quella zona dello spazio in cui il nostro cervello non è in grado di percepire deviazioni dalla perfetta convergenza dei raggi luminosi (messa a fuoco) in un punto. I raggi, che dovrebbero convergere in un punto, formano in realtà un cerchio. La dimensione  minima che il cerchio deve avere per percepire la sfocatura è detta cerchio di confusione.

Immaginiamo di scattare la foto di un panorama alpino. I monti sono molto distanti dalla fotocamera e molto distanti tra di loro. All’aumentare della distanza soggetto/fotocamera, il soggetto è ripreso sempre più rimpicciolito. Immaginiamo di volere fotografare due monti A e B mettendo a fuoco il monte A. Poiché i due monti sono rimpiccioliti da dimensioni di qualche km a dimensioni di qualche mm, accade che il nostro cervello non riesce a percepire la differenza in termini di messa a fuoco tra il monte A e il monte B. Per poter osservare la sfocatura, i due monti devono essere a distanze enormi (non sempre possibile).

Al contrario, quando fotografiamo due soggetti vicini alla fotocamera e poco distanti tra di loro, essi possono risultare o poco rimpiccioliti o addirittura ingranditi. Oggetti poco lontani dal soggetto a fuoco possono essere percepiti come sfuocati molto più facilmente.  Per semplificare quanto descritto sopra, consideriamo quanto accade con l’occhio umano (sistema molto più complesso di una fotocamera). Copriamo un occhio e mettiamo a fuoco con l’altro occhio prima due oggetti molto distanti qualche metro e  distanti tra loro di una decina di cm nella direzione dell’asse ottico  Quello che notiamo è che riusciamo a mettere a fuoco entrambi gli oggetti. Se invece mettiamo a fuoco due oggetti molto vicini  noteremo che lo solo l’oggetto che mettiamo a fuoco è realmente a fuoco. L’altro è sfuocato.

In generale, quando scattiamo una fotografia, la profondità di campo si suddivide in due porzioni. La prima porzione è quella davanti al soggetto da fotografare, mentre la seconda porzione è situata dietro al soggetto messo a fuoco. Queste due porzioni non sono mai uguali. La porzione dietro al soggetto è sempre più ampia della porzione davanti al soggetto. Quando la distanza soggetto fotocamera aumenta, questa disproporzione tra ciò che è a fuoco davanti al soggetto e ciò che è messo a fuoco dietro al soggetto aumenta fino ad arrivare ad una distanza (detta distanza iperfocale) in cui la profondità di campo dietro al soggetto è infinita. In quest’ultimo caso tutto ciò che è dietro al soggetto è a fuoco (come nel caso della foto panoramica).

Apertura della lente

Un altro parametro che influenza molto la profondità di campo è l’apertura della lente dell’obiettivo. La profondità di campo infatti aumenta al diminuire dell’apertura della lente. Non entriamo nelle motivazioni fisiche del fenomeno. Quello che però sappiamo è che qualsiasi lente tende a convergere raggi paralleli al proprio asse ottico in un punto detto fuoco. Tuttavia ogni lente può presentare delle deviazioni dal caso teorico perfetto. I raggi non sono perfettamente convogliati in un unico punto. Tali deviazioni dal caso teorico sono tanto tanto maggiori quanto maggiore è la porzione della lente raggiunta dalla luce.

Diminuire l’apertura della lente significa quindi ridurre la porzione di lente coinvolta e quindi diminuire effetti geometrici e di aberrazione (cromatica e non). E’ bene dire che l’obiettivo di una fotocamera non è costituito da una singola lente, ma da un sistema di lenti che dovrebbe diminuire gli effetti di aberrazione. Nonostante l’utilizzo di tali lenti compensative, la profondità di campo risulta comunque limitata. Vediamo nelle foto sotto come questa varia al diminuire dell’apertura della lente.

Lunghezza focale della lente

Anche la lunghezza focale della lente ha un impatto sulla profondità di campo. La regola da memorizzare in questo caso è che la profondità di campo aumenta al diminuire della lunghezza focale. Vediamo come questo risulta scattando due foto con lunghezza focale diversa.

Come si può vedere, mettendo a fuoco lo stesso oggetto con due lunghezze focali diverse, varia la profondità di campo.  Questo effetto è in generale dovuto al fatto che all’aumentare della lunghezza focale diminuisce il cono di luce che provenienti dagli oggetti di sfondo, per cui sono ripresi meno oggetti con lo stesso sensore. Gli oggetti di sfondo si ingrandiscono quindi all’aumentare della lunghezza focale dando quindi un effetto di sfocatura.

Dimensione del sensore

Partiamo subito dalle conclusioni: la dimensione del sensore non ha alcun effetto diretto sulla profondità di campo. Si tratta inoltre di un fattore non governabile dal fotografo a meno che non utilizzi più macchine fotografiche per eseguire degli scatti (non si può sostituire un sensore in una macchina fotografica).

Senza entrare troppo nel dettaglio, sappiamo che esistono diverse tipologie di sensori. Tra i sensori più famosi abbiamo il full frame che con una dimensione di 35 mm x 24 mm riproduce le dimensioni di una pellicola. Si tratta di un sensore molto costoso a causa del costo del processo necessario a produrlo. Per ridurre il prezzo di una macchina fotografica, i produttori sono soliti utilizzare dei sensori più piccoli (banalmente il costo si riduce perché se ne riesce a produrre di più in un singolo wafer di silicio). La dimensione del sensore non ha alcun effetto sulla profondità di campo, ma ha un effetto importante sulla composizione della foto. A parità di impostazioni (lunghezza focale e distanza dal soggetto), la macchina fotografica con il sensore più piccolo, riesce a fotografare solo una porzione dello spazio fotografata con un sensore full frame. Per capirlo vediamo l’immagine sotto:

I sensori più piccoli sono quindi detti crop sensor perché sembra che sia stata eseguita una operazione di crop sull’immagine scattata con sensore full frame. La sensazione è inoltre che l’immagine scattata con un crop sensor  sia stata catturata con un obiettivo con lunghezza focale maggiore. La lunghezza focale percepita è infatti una caratteristica che dipende dal fattore di crop c del sensore:

Ne conviene che per ottenere la stessa composizione catturata con un sensore full frame abbiamo due opzioni:

• diminuire la lunghezza focale utilizzata a parità di apertura focale e distanza. L’effetto sarà quindi che con la macchina fotografica con il crop sensor, la profondità di campo sarà maggiore
• aumentare la distanza dal soggetto a parità di apertura focale e distanza. Anche questo comporterà una PDC maggiore sulla foto scattata con il crop sensor.

Quindi, per concludere, la dimensione del sensore non influisce sulla profondità di campo. Tuttavia, per ottenere una particolare composizione, la macchina fotografica con un sensore più piccolo induce a cambiare alcuni fattori (distanza o lunghezza focale) che hanno come conseguenza l’aumento della profondità di campo dell’immagine.

Formula per profondità di campo

Ma è possibile calcolare la profondità di campo che avrà una foto conoscendo le impostazioni della macchina fotografica?

La risposta è si! Si può dimostrare, ma qui non lo faremo, che la profondità di campo è data da:

dove d è la distanza soggetto/macchina fotografica, N è l’f-number ed esprime l’apertura della lente, c è la dimensione del cerchio di confusione ed F è la lunghezza focale della lente.

Notiamo dalla formula che è presente anche il cerchio di confusione. Banalmente maggiore è il centro di confusione(dimensione minima che deve avere per percepire la sfuocatura) e maggiore sarà la profondità di campo.