¿Qué es la distancia focal de la cámara?

Traducción del inglés desde el blog de Photomodeler aquí:

https://www.photomodeler.com/kb/what_is_camera_focal_length/


La distancia focal es un número vital para la fotografía y la fotogrametría, pero a menudo se malinterpreta.


¿Qué es la distancia focal?


Una definición técnica estricta de la distancia focal es difícil sin proporcionar algunos antecedentes en la teoría de lentes, por lo que usaremos una simplificación. Puedes pensar en la distancia focal como la distancia entre el plano de imagen (por ejemplo, el chip del sensor de imagen en una cámara digital) y un punto donde todos los rayos de luz se cruzan dentro de la lente (el "centro óptico"). Por tanto, una distancia focal de 20 mm significa que la distancia desde el centro óptico al plano de imagen es de 20 mm de largo (aproximadamente ¾ de pulgada).


¿Qué significa el número de distancia focal?


El número de distancia focal nos dice qué parte de la escena se captura en la imagen. Cuanto menor sea el número, más amplia será la vista y más podremos ver. Cuanto mayor sea el número, más estrecha será la vista y menos podremos ver. Esto se ilustra a continuación, donde la cámara está estacionaria y la distancia focal (en números blancos) cambia:


Una cámara suele tener una distancia focal en un rango de 10 mm a 500 mm. Los diferentes tipos de cámara pueden tener diferentes rangos y los lentes especiales también pueden extenderse fuera de este rango. Una distancia focal de 10 mm sería una lente muy amplia (capturando gran parte de la escena), y 500 mm sería una lente muy estrecha (capturando solo una pequeña parte de la escena, lo que da un gran aumento como largavistas o un telescopio).


Las cámaras pueden tener lentes fijas (a veces llamadas lentes 'principales') que tienen solo una distancia focal, o lentes con zoom que permiten variar la distancia focal (por ejemplo, entre 18 mm-55 mm o 55 mm-200 mm).

Para un trabajo fotogramétrico de alta precisión en PhotoModeler, se recomienda una lente ancha fija (o principal) (como una lente de 20 mm en una cámara con marco APS-C) como la opción principal, pero diferentes aplicaciones pueden requerir diferentes distancias focales y cámaras con los objetivos con zoom pueden seguir utilizándose para lograr muy buenos resultados con un cuidado adicional en el procedimiento sobre la distancia focal.


Nota: Un término técnico de fotogrametría que puedes encontrar es la "Distancia principal". Estrictamente, la distancia principal es la distancia mencionada anteriormente (es decir, la distancia desde el plano de imagen al sensor óptico de la lente), y la distancia focal es la distancia principal cuando la lente se enfoca al infinito. Lee a continuación para obtener más información sobre el enfoque frente a la distancia focal. Cuando PhotoModeler enumera la distancia focal de una cámara, en realidad lo que se muestra es la Distancia principal.


Tamaño del formato


Cuando compra una cámara digital, a menudo verá la especificación "distancia focal equivalente de 35 mm". ¿Qué significa esto? La mayoría de las cámaras digitales tienen sensores de imagen que cubren mucho menos área que un fotograma de película de 35 mm. Dado que las cámaras de película de 35 mm fueron el estándar durante tanto tiempo en fotografía, muchas de las técnicas y métodos se desarrollaron en torno a ellas. Una cámara de película de 35 mm tiene un negativo de aproximadamente 36 mm de ancho por 24 mm de alto (el “35” proviene del ancho físico de la película que tiene exactamente 35 mm de ancho). Una 'lente normal' (tiene un campo de visión que parece 'natural' para los humanos) en una cámara de película de 35 mm tiene una distancia focal de 50 mm.


Las cámaras digitales modernas pueden tener chips de imágenes tan pequeños como 6 x 4 mm; algunas cámaras de teléfonos inteligentes son incluso más pequeñas, y luego tienen un tamaño completo de 24 mm por 35 mm. Un tamaño muy común es el formato APS-C de 16 mm por 24 mm. Este tamaño más pequeño afecta lo que se considera una distancia focal "normal".


Digamos que tomas una fotografía de un automóvil con dos cámaras, una cámara de película de 35 mm y una cámara de teléfono inteligente. Te paras en el mismo lugar y tomas dos fotos, una con cada cámara. En ambos casos deseas tomar una foto del automóvil que llena el marco. Si la lente de la cámara de película de 35 mm tiene una distancia focal de 50 mm, la distancia focal de la cámara digital podría ser de 4 mm. Entonces, aunque son números muy diferentes, producen el mismo resultado debido al tamaño de la superficie de la imagen. Por lo tanto, la "distancia focal equivalente de 35 mm" para esta cámara de teléfono inteligente a 4 mm es 50 mm.


Los fabricantes de cámaras a veces enumeran estos equivalentes porque algunos fotógrafos están más familiarizados con las cámaras de 35 mm y quieren que sea más fácil de entender. También nos dan un estándar de referencia para todos los diferentes tamaños de formato. O también pueden enumerar el factor multiplicador. Por ejemplo, el multiplicador APS-C es de alrededor de 1.6x. Entonces, una lente de 32 mm en una cámara APS-C (como la Nikon D3200) actuaría como una lente de 50 mm en una cámara de película de 35 mm.


¿El enfoque afecta la distancia focal?


Arriba mencionamos que la distancia focal está relacionada con la distancia de enfoque. La distancia focal es la distancia principal de una cámara cuando está enfocada al infinito. En fotogrametría nos interesa la geometría interna de la cámara en el momento en que se tomaron las fotos, por lo que es la distancia principal lo que queremos conocer con precisión en fotogrametría.


La respuesta es "sí, enfocar una lente cambia su distancia principal".


Todos los objetivos tienen un valor de distancia focal establecido o especificado (o rango de valores para un objetivo con zoom). Este número impreso es en realidad su longitud nominal o la distancia principal cuando la lente está enfocada al infinito. A medida que enfoca los objetos que están más cerca de la cámara, la distancia principal cambia. Entonces, por ejemplo, una lente de 50 mm enfocada en un objeto a unos pocos pies de distancia podría tener una distancia principal de lente de 55 mm en ese momento. El ejemplo más extremo de esto es con una configuración macro (una configuración de lente que permite enfocar objetos muy pequeños y muy cercanos, de menos de 13 cm de tamaño, por ejemplo). Una lente que tiene una distancia focal nominal de 50 mm (por lo que una distancia principal de 50 mm cuando se enfoca al infinito) podría de hecho tener una distancia principal de 100 mm cuando se enfoca a unas pocas pulgadas.Por eso es bueno con la fotogrametría (donde se necesita una geometría precisa) calibrar una cámara a la distancia con la que se trabajará.


Existe cierta capacidad para calibrar una cámara (que resuelve la distancia principal) en un enfoque, y ejecutar su proyecto fotogramétrico en otro enfoque. La discrepancia real que es aceptable depende de los requisitos de precisión y cuánto cambia el enfoque. Generalmente, una calibración realizada a una distancia de enfoque de 2 m es aceptable para proyectos hasta un enfoque infinito (nuevamente, dependiendo de los requisitos de precisión), pero puede no ser aceptable para un proyecto donde la distancia de enfoque fue de 50 cm.


Sin embargo, en muchos casos, las ventajas de usar el enfoque (es decir, objetivos nítidos y características distintas) con efectos sutiles en la distancia principal / longitud focal, superan las ventajas de mantener el enfoque y la distancia principal constantes (es decir, causar potencialmente borrosidad en algunas fotos tomadas a diferentes distancia).


Distancia focal y fotogrametría


Hay tres elementos principales para recordar en relación con la distancia focal y la fotogrametría / PhotoModeler:


1- PhotoModeler necesita conocer la distancia principal de la cámara / lente en el momento en que se tomaron las fotos para poder resolver la geometría y calcular las posiciones de la cámara y crear puntos de coordenadas 3D. Esto significa a) calibrar la cámara para establecer la distancia focal / distancia principal exacta para mayor precisión (o al menos usar una estimación de distancia focal razonablemente cercana), y b) si se usa una lente con zoom, toma fotos con la cámara configurada a la misma distancia focal (ajusta del zoom) a la que se calibró la cámara (para lograr repetibilidad, emplea el ángulo más amplio o el zoom completo).

2- El tamaño de formato y la distancia focal son importantes. Conocer solo la distancia focal no es suficiente.

3- PhotoModeler tiene cuatro métodos para calcular la distancia focal / distancia principal y el tamaño de formato. Estos son a) Calibración de la cámara, b) el método de cámara aproximada rápida utilizando el encabezado EXIF ​​de las imágenes, c) el método de cámara inversa (para proyectos que usan fotos de una fuente desconocida) y d) la calibración de campo y automática (que es la calibración de la cámara ejecutada al mismo tiempo que el proyecto es modelado). Para obtener los resultados del proyecto más consistentes y precisos, calibra tu cámara y luego emplea siempre la misma distancia focal a la que se calibró.


PhotoModeler y fotogrametría


PhotoModeler es una de las herramientas líderes para la fotogrametría (la ciencia de generar mediciones y datos 3D precisos a partir de fotografías).


Para obtener una breve explicación sobre cómo funciona PhotoModeler:

www.photomodeler.com/products/how-it-works.html


Para obtener información sobre cámaras para PhotoModeler:

www.photomodeler.com/products/about_cameras.html


Aprende a usar PhotoModeler con tu cámara para crear modelos digitales detallados:

www.photomodeler.com/products/why.html


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