¿Qué es la longitud focal equivalente?

Con el avance de la tecnología, las cámaras digitales con sensores de imagen digital han reemplazado en gran medida a las cámaras tradicionales de película de 35mm. Esto ha hecho que el campo de visión se convierta en una especificación óptica importante al seleccionar un lente para cámara. El campo de visión está estrechamente relacionado con la longitud focal y el tamaño del sensor de imagen, pero como los sensores de imagen digitales no se ajustan a un estándar de tamaño único, como lo hacía la película de 35 mm, la relación entre la longitud focal y el campo de visión ya no es uniforme. Para redefinir esta relación, se creó el término fotográfico "longitud focal equivalente".

Cuando surgió por primera vez, el término "longitud focal equivalente" se definió como "longitud focal equivalente a 35 mm", lo que significa "una longitud focal que proporciona el mismo campo de visión que en una cámara de película de 35 mm". Los sensores ópticos predominantes actualmente vienen en varios formatos, incluyendo, de mayor a menor: full-frame (FF, 36mm x 24mm), APS-H (28.1mm x 18.7mm), APS-C (23.5 x 15.6mm) y Micro Four Thirds (M4/3, 17mm x 13mm). Podemos ilustrar el uso de la longitud focal equivalente aplicada a dichos formatos con un ejemplo. Si un lente de cámara con una longitud focal de 50 mm se utiliza en una cámara con un sensor APS-C (Canon), el campo de visión es de aproximadamente 30°, pero si ese mismo lente se instala en una cámara con un sensor FF, el campo de visión se expande a alrededor de 45°. Si desea obtener un campo de visión de aproximadamente 30° en una cámara con un sensor FF, necesit usar un lente de 80 mm. Esto equivale a decir que el lente de 50 mm en una cámara con un sensor APS-C tiene una longitud focal equivalente de 80 mm en una cámara con un sensor FF.

Figura 1. Relación entre formatos de sensor y campo de visión

Figura 2. Relación entre el campo de visión y las combinaciones de sensor/lentes

¿Por qué usar la longitud focal equivalente?

Debido a las diferentes dimensiones de los sensores de imagen, las cámaras utilizadas para aplicaciones de vigilancia generan una gama de tamaños de imagen correspondientemente amplia. Los lentes con una longitud focal idéntica de 3 mm, por ejemplo, producirán diferentes campos de visión y relaciones de magnificación dependiendo del sensor de imagen con el que se combinen. Esto genera confusión entre los clientes al tomar decisiones de compra, ya que una longitud focal específica no garantiza un tamaño de imagen particular. Para resolver esta dificultad, hemos adoptado el concepto de longitud focal equivalente, lo que aumenta la facilidad e intuición al seleccionar la mejor opción.

Cómo calcular la longitud focal equivalente

HFOV = 120°(W) ~ 46°(T)

Usando las cámaras de la Serie 65 como ejemplo, el lente utilizado tiene una longitud focal de 4-9 mm y se combina con un sensor de imagen de 1/2". El campo de visión horizontal (HFOV) medido es de 120° en el extremo de gran angular de la longitud focal del lente y de 46° en el extremo de telefoto. Por ejemplo, si desea conocer la longitud focal de un lente que produciría el mismo campo de visión en una cámara con un sensor de imagen de 1/3", esta es la información que proporciona la longitud focal equivalente.

La proporción de la dimensión diagonal del sensor es de aproximadamente 1,5 entre un sensor de 1/3" y un sensor de 1/2". Por lo tanto, la longitud focal equivalente para el extremo de gran angular es de aproximadamente 2,7 mm. También se debe considerar el efecto de distorsión, donde la relación de zoom desde el extremo de gran angular hasta el extremo de telefoto es de aproximadamente 4, por lo que la longitud focal equivalente para el extremo de telefoto es de aproximadamente 12 mm. Por lo tanto, podemos deducir que la longitud focal equivalente para las cámaras de la Serie 65 con un sensor de 1/3" es de 2,7 mm ~ 10,8 mm.

Tabla 1. Ejemplo de Longitud Focal Equivalente

Suplemento: Explicación de términos básicos

1. Tamaño del Sensor

Como su nombre lo indica, el tamaño del sensor es el tamaño del área efectiva de imagen de un sensor, y se expresa en pulgadas. Aunque esto puede ser confuso, ya que no se refiere al tamaño real del sensor. Por ejemplo, un sensor de tamaño 1" tiene un área efectiva de imagen de 12,8 mm de ancho, 9,6 mm de alto y 16 mm en diagonal. Al describir las especificaciones de lentes y sensores, el "tamaño del sensor" es más relevante para la compatibilidad entre componentes que para los tamaños reales.

2. Longitud Focal

Cuando utilizamos una cámara para tomar una fotografía de un objeto, la luz reflejada por el objeto es capturada por el lente y enfocada en el plano focal, que es donde se encuentra el sensor de imagen. Si la distancia al objeto fotografiado tiende al infinito, la distancia entre el plano focal y el "punto de referencia" del lente es la longitud focal. Dado que un lente óptico típico se construye a partir de múltiples lentes o incluso módulos de lentes, su estructura es bastante compleja. Para simplificar, consideremos un solo lente convexo, cuyo punto de referencia será el centro del lente. En este caso, la longitud focal será la distancia desde el plano focal hasta el centro del lente.



3. Campo de visión (FOV)

El "campo de visión" se refiere a la extensión angular de una escena que el sensor de imagen de una cámara puede capturar. El campo de visión se divide además en campo de visión diagonal (ӨD), campo de visión horizontal (ӨH) y campo de visión vertical (ӨV). Usando la longitud focal del lente y el tamaño del sensor, se puede calcular fácilmente el tamaño teórico del campo de visión.



4. Distorsión

La distorsión es una medida de la aberración de imagen producida por un lente de cámara. Según si el valor calculado es positivo o negativo, la distorsión se clasifica como distorsión de cojín (cuando es positivo) o distorsión de barril (cuando es negativo). En los sistemas ópticos, la distorsión genera una discrepancia entre el campo de visión medido realmente y el campo de visión teórico. La distorsión de barril provoca que el campo de visión real del sistema sea mayor que el valor calculado, mientras que la distorsión de cojín resulta en que el campo de visión real del sistema sea menor que el valor calculado.



Dependiendo de la aplicación específica en la que se utilice un componente óptico, la forma de calcular la distorsión también puede variar. Para cámaras, los métodos de cálculo más comunes son SMIA-Distortion y TV-Distortion, siendo los valores de SMIA-Distortion el doble de grandes que los de TV-Distortion.

5. Relación de Zoom

La relación de zoom es una especificación importante de un lente con zoom. Se define como la cantidad de aumento producida en la imagen de un objeto al fotografiarlo utilizando el extremo telefoto del rango de zoom, en comparación con la imagen capturada utilizando el extremo gran angular, específicamente la proporción en las alturas de las imágenes. La figura a continuación utiliza un lente de cámara con una longitud focal de 2,8-12 mm para ilustrar. Un cálculo simple arroja la proporción de la altura de la imagen, que es proporcional a la relación entre las longitudes focales correspondientes.