Profondità di campo e distanza iperfocale.

Da un po di tempo avevo in mente di riprendere questo argomento, perché mi è capitato frequentemente di osservare che risulta poco chiaro a chi si interessa da poco di fotografia. La spinta definitiva mi è arrivata a metà del mese scorso da un lettore del blog, che mi ha scritto rappresentando il seguente problema: "Se fotografo un oggetto in primo piano, lo sfondo mi viene sfocato; se fotografo un soggetto lontano utilizzando lo zoom, gli oggetti in primo piano risultano sfocati: da cosa dipende e come posso evitare questi errori?"

Le foto con tutto a fuoco, dal primo piano allo sfondo, trovano un loro perché nella fotografia di paesaggio, in quella documentaristica, nei ritratti ambientati, e così via; un gruppo di generi fotografici che Bryan Peterson (fotografo affermato e scrittore di libri sulla fotografia) accomuna in una particolare categoria, che lui definisce: "scatti che raccontano", perché hanno un "Inizio" (soggetto in primo piano), un "Corpo" (secondo piano), e una "Fine" (lo sfondo),  in ognuno dei quali devono essere ben comprensibili (nitidi) i particolari.
Alla base della buona narrazione fotografica, prosegue Peterson, gli "scatti che raccontano" possono però confondere le persone: il fotografo, che potrebbe non sapere su quale punto mettere a fuoco per ottenere che sia tutto nitido, ma anche chi osserva la foto, che potrebbe non riuscire a cogliere con immediatezza quale sia, tra le tante cose presenti, il soggetto principale e/o ciò che si voleva raccontare attraverso quello scatto.

Ma avere il controllo sull'estensione della zona in cui risulta tutto a fuoco, che viene definita con il termine "Profondità di Campo "(PdC), risulta oltremodo indispensabile anche quando, al contrario, si vuole isolare il soggetto dal contesto nel quale è inserito, come molto spesso viene espressamente ricercato nel ritratto.

Prima di ogni altra cosa, è necessario affrontare un aspetto che risulta essere d'aiuto per comprendere cosa rappresenti esattamente in fotografia la "Profondità di Campo".

- Dalle reminiscenze scolastiche, sappiamo che una lente proietta l'immagine di un oggetto mettendola a fuoco esclusivamente su un piano ben preciso, basterà spostare anche di poco avanti o indietro la lente oppure l'oggetto per vedere che la sua immagine su quel piano diventerà sfocata.

Una fotocamera, nella sua forma più semplice, può essere ricondotta a una lente (obiettivo), e una camera oscura con un piano fisso, nel quale si trova la pellicola o il sensore, sul quale sarà proiettata dalla lente l'immagine della scena che si vuole riprendere;...

...se come normalmente succede, all'interno della scena sono presenti oggetti/soggetti posti a distanze diverse, e che quindi saranno focalizzati su piani diversi da quello in cui è posta la pellicola o il sensore, come è possibile che nella foto possano risultare tutti a fuoco?

Bene...semplifichiamo il problema, e al posto di un oggetto complesso consideriamo un singolo punto, come detto precedentemente la sua immagine risulterà a fuoco esclusivamente su un solo piano (piano focale), ma se ad esempio spostiamo la posizione del punto in avanti, lasciando invariata quella della lente e del piano, l'immagine che si proietta su quest'ultimo non sarà più un punto ma un cerchietto sfocato di dimensioni via via crescenti ma mano che aumenta la distanza. Questo cerchietto prende il nome di "Circolo di Confusione" (CdC).

Nonostante il circolo di confusione sia la proiezione sfocata del punto, i nostri occhi continueranno a percepirlo come un punto sino a che la sua dimensione non avrà raggiunto una grandezza apprezzabile. La Profondità di Campo deriva quindi dal fatto che esiste una zona, che si estende sia anteriormente che posteriormente al piano di messa a fuoco, nella quale il nostro sistema visivo non è in grado di riconoscere la sfocatura esistente, e pertanto ogni cosa compresa al suo interno verrà comunque percepita come nitida.

Quale sia con precisione la dimensione massima accettabile per il Circolo di Confusione è questione aperta, dato che dipende da molti fattori: la capacità visiva del soggetto, l'ingrandimento della stampa che si esamina o la dimensione dell'immagine sullo schermo e ovviamente anche la distanza dalla quale la si osserva.
A suo tempo, per convenzione, fu stabilito di calcolare la dimensione del CdC basandosi su una stampa 20x25cm. (8x10 pollici), osservata a una distanza pari alla sua diagonale, da una persona dotata di normali capacità visive. Il risultato fu che era possibile valutare correttamente solo i punti di grandezza superiore a 0,2 mm., e considerato l'ingrandimento necessario per ottenere una stampa 20x25 dal negativo 24x36, il valore per la pellicola 135 venne fissato a 0,03mm.
Nel digitale, i vari programmi e tabelle presenti sulla rete utilizzano normalmente i seguenti valori:

- Full Frame: 0,03 mm. 
- APS-H Canon: 0,023 mm.
- APS-C Nikon, Pentax: 0,02 mm.
- APS-C Canon: 0,019 mm.
- Sistema 4/3: 0,015 mm. 

Nonostante ciò, non sono pochi coloro che ritengono questi valori troppo ottimistici e preferiscono calcolare la PdC partendo da un circolo di confusione di 0,026 per il Full Frame e  0,016 per l'APS-C.
D'altronde non poteva essere diversamente dato che i calcoli sono stati fatti agli albori della fotografia e si basano sulla percezione visiva, che è un parametro assolutamente soggettivo.
Non solo, alcuni costruttori sostengono che applicando quei valori si sta sottoutilizzando la propria attrezzatura, e che la definizione delle migliori ottiche in commercio e dei nuovi sensori, consente di utilizzare numeri decisamente più bassi (presumibilmente 0,012 per il FF e 0,01 per l'APS-C).

Nel foglio di calcolo che ho creato e che potete scaricare seguendo quanto indicato a fine post, pur essendo presente la tabella dei valori standard del CdC, potrete decidere quale valore inserire a seconda delle vostre personali preferenze o della qualità dell'attrezzatura in vostro possesso, ma anche delle necessità di ingrandimento e di visione delle immagini.

Senza fare ricorso a formule, vediamo di seguito i parametri attraverso i quali è possibile influire sulla Profondità di Campo:

1) L'APERTURA DI DIAFRAMMA utilizzata.

Tanto più è chiuso il diaframma, tanto più è ampia la PdC risultante.

Facciamo un esempio prendendo in considerazione una Reflex Canon APS-C, con obiettivo da 50mm. focalizzato sulla distanza di 3 mt.:

Vi ricordo che per una migliore visibilità delle immagini, le potete ingrandire cliccandoci sopra con il mouse.

Passando dalla grafica alla pratica, vediamo delle foto scattate a una fontana del Parco della Musica di Cagliari, nelle medesime condizioni:

2) LA DISTANZA alla quale si mette a fuoco il soggetto.

Tanto più è distante il soggetto sul quale stiamo mettendo a fuoco, tanto più è grande la PdC.

Nella rappresentazione grafica (stessa attrezzatura dell'esempio precedente) i risultati che si hanno impostando il diaframma a f/16.

Potete notare come sia particolarmente influente la distanza di ripresa, infatti nonostante il diaframma chiuso a f/16, se si mette a fuoco un oggetto a 1 mt. di distanza, l'estensione della zona a fuoco risultante è di soli 23cm. (da 90cm. a 1,13mt.).

3) LA FOCALE dell'obiettivo.

Tanto più è corta la Focale dell'obiettivo, tanto più è ampia la PdC risultante, con l'importante precisazione: a parità di distanza del soggetto.

L'esempio è sempre su APS-C Canon con focale 200mm. lungo teleobiettivo (equivalente FF 320mm.); con 28mm. obiettivo normale (equivalente a circa 45mm. su FF); con 10mm. grandangolo spinto (equivalente a 16mm. su FF).

Appaiono subito evidenti le possibilità offerte dagli obiettivi grandangolari spinti, che anche con l'utilizzo di diaframmi intermedi, possono consentire agevolmente di mantenere tutto a fuoco.

Notiamo invece quanto sia ridotta la zona percepita come nitida quando si utilizza un lungo teleobiettivo (200mm.), aspetto che può consentire di avere tutto a fuoco, dal primo piano allo sfondo, solo se il soggetto principale si trova a quasi 190mt. e anche chiudendo il diaframma a f/16, il soggetto dovrebbe trovarsi a una distanza non inferiore ai 65mt.

Vediamo una serie di foto scattate alla fontana, mantenendo inalterata la distanza, ma utilizzando un'ampia gamma di focali:

E' indispensabile sottolineare un aspetto che sfugge ai più: la differenza di PdC al variare della focale è particolarmente marcata solo quando si mantiene la la stessa distanza dal soggetto (nel nostro caso 3mt.). 
Vediamo di seguito un esempio, nel quale si è invece ipotizzato di raddoppiare la distanza di scatto a ogni raddoppio della focale utilizzata, così da mantenere inalterate le dimensioni del soggetto:

Possiamo notare come in questo caso la focale abbia una rilevanza decisamente inferiore, mentre cambiano sostanzialmente le percentuali della zona che risulta a fuoco anteriormente e posteriormente.
Naturalmente si modifica profondamente l'impressione prospettica (vedi serie di foto in basso), date le differenti distanze tra fotocamera, soggetto e sfondo.  

Per quanto riguarda le foto "tutte a fuoco" rimane comunque vantaggioso l'uso di un obiettivo grandangolare, e non solo perché la zona nitida si estende posteriormente al punto di fuoco per una percentuale molto maggiore rispetto alle focali più lunghe (aspetto che torna utile nella classica fotografia di paesaggio), ma sopratutto perché gli obiettivi con un ampio angolo di ripresa possono contare su una distanza iperfocale ridotta. 

Vediamo meglio di cosa si tratta:

Stabilito il valore del circolo di confusione e la focale da utilizzare, esiste una distanza di messa a fuoco - chiamata "Distanza Iperfocale"- che consente di ottenere la massima estensione possibile della Profondità di Campo per un determinato diaframma.
Più precisamente, mettendo a fuoco su tale distanza, si otterrà una zona nella quale apparirà nitido tutto ciò che è compreso tra la metà della distanza iperfocale e l'infinito.

Sfruttando l'iperfocale su un grandangolo spinto (10mm. - equivalente a 16mm. sul FF), si può contare su un'estesa profondità di campo, che rimane abbastanza ampia anche nel caso di un grandangolare medio (20mm. - eq. a 32mm. sul FF), per poi calare rapidamente già con l'utilizzo di un obiettivo di focale normale (30mm. - eq. a 48mm. sul FF).

Anche in questo caso si pone il problema del valore da adottare per il Circolo di Confusione. Nella rete ho trovato diverse notazioni di fotografi che si dedicano alla foto di paesaggio, particolarmente critici sui risultati che si ottengono basandosi sui valori standard; l'aspetto principale riguarda la nitidezza dello sfondo, che a loro dire non viene assolutamente garantita.

Così ho fatto i calcoli della distanza iperfocale per una fotocamera APS-C Canon, con obiettivo impostato sulla focale grandangolare di 15mm. e apertura f/5,6, inserendo il CdC standard di 0,019  e poi quello di 0,01 consigliato dai costruttori di obiettivi, ottenendo rispettivamente: 2,12mt. (distanza minima a fuoco 1,06mt.), e 4,04mt. (distanza minima a fuoco 2,02mt.).

Quindi ho scattato alcune foto nella mia terrazza, ponendo un oggetto (una girandola) alla distanza minima prevista; successivamente ho ingrandito un particolare del palazzo sullo sfondo per verificare  la nitidezza risultante nei due casi:

Risultati con CdC pari a 0,019mm.

Risultati con CdC pari a 0,01mm.

La prova conferma che se si vuole avere una buona definizione anche sullo sfondo è indispensabile adottare valori del Circolo di Confusione decisamente più bassi di quelli standard. 

Un aspetto che non avevo preso in considerazione in passato, quasi certamente perché la prudenza mi ha sempre suggerito di mantenere il soggetto/oggetto più vicino, a una distanza decisamente più grande di quella minima (la metà dell'iperfocale) prevista dalla teoria. 

Per calcolare la Profondità di Campo, con i limiti anteriore e posteriore rispetto alla distanza di messa a fuoco e l'Iperfocale, potete utilizzare il foglio excel che ho appositamente creato, cliccando  QUI, si accede direttamente al mio Google Drive e potete scaricare il file cliccando sull'icona in alto a destra