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Lentes Macro: Ampliação, Profundidade de Campo e F-Stop Efetivo

Uma lente macro abre literalmente um mundo totalmente novo de assuntos fotográficos. Pode até fazer você pensar diferente sobre objetos do dia a dia. Porém, apesar dessas possibilidades empolgantes, fotografia macro também é frequentemente um empreendimento altamente meticuloso e técnico. Como detalhe fino é frequentemente componente chave, fotos macro exigem excelente nitidez, que por sua vez requer técnica fotográfica cuidadosa. Conceitos como ampliação, tamanho do sensor, profundidade de campo e difração ganham nova importância. Este tutorial avançado fornece visão técnica de como esses conceitos se inter-relacionam.

Lentes Macro: Ampliação, Profundidade de Campo e F-Stop Efetivo

Foto cedida por Piotr Naskrecki, autor de "The Smaller MajorityLentes Macro: Ampliação, Profundidade de Campo e F-Stop Efetivo."

AMPLIAÇÃO

Ampliação descreve o tamanho que um objeto aparecerá no sensor da câmera, comparado ao seu tamanho real. Por exemplo, se a imagem no sensor for 25% do tamanho do objeto real, a ampliação é 1:4 ou 0.25X. Em outras palavras, quanto mais ampliação, menor o objeto pode ser e ainda preencher o enquadramento.

Lentes Macro: Ampliação, Profundidade de Campo e F-Stop Efetivo
Fotografia a 0.25X Ampliação
(assunto mais distante)
Fotografia a 1.0X Ampliação
(assunto mais próximo)

Diagrama apenas ilustração qualitativa; distâncias horizontais não em escala.

Ampliação é controlada por apenas duas propriedades da lente: distância focal e distância de foco. Quanto mais perto se pode focar, mais ampliação uma lente alcançará — o que faz sentido porque objetos mais próximos parecem maiores. Similarmente, distância focal maior (mais zoom) alcança maior ampliação, mesmo se distância mínima de foco permanecer igual.

Notas: a "distância de foco" é medida como distância entre sensor da câmera e assunto, e a "distância focal da lente" é a distância focal real (sem multiplicadores).

Lentes macro verdadeiras conseguem capturar objeto no sensor no mesmo tamanho do objeto real (termo 1:1 ou 1.0X macro). Estritamente, lente é categorizada como "macro" apenas se alcança essa ampliação 1:1. Porém, "macro" é frequentemente usado solto para incluir fotografia de aproximação (close-up), que se aplica a ampliações de cerca de 1:10 ou maior. Usaremos essa definição solta de macro no resto do tutorial...

Nota sobre precisão: Fabricantes de lentes definem inconsistente a distância de foco; alguns usam distância sensor-assunto, outros medem da frente ou centro da lente. Se valor de ampliação máxima estiver disponível ou mensurável, dará resultados mais precisos que a calculadora acima.

Nota sobre sensores com corte: Se você usa lente full frame em sensor com corte, a luz capturada no sensor parecerá mais ampliada que se capturada com sensor full frame — mesmo com mesma distância focal. Isso é apenas porque o sensor menor recorta regiões externas da imagem — não porque a lente ampliou a imagem. Porém, se quiser saber a ampliação efetiva acima, multiplicador de distância focal pode ser usado — mas apenas para lentes full frame em sensores com corte.

AMPLIAÇÃO & TAMANHO DO SENSOR

Porém, apesar de sua utilidade, ampliação não diz nada sobre o que fotógrafos frequentemente mais se importam: qual o menor objeto que pode preencher o quadro? Infelizmente, isso depende do tamanho do sensor — do qual há grande diversidade hoje.

Lentes Macro: Ampliação, Profundidade de Campo e F-Stop Efetivo Objeto Tamanho Real
(24 mm diâmetro)
Lentes Macro: Ampliação, Profundidade de Campo e F-Stop Efetivo
Câmera Compacta a 0.25X
Câmera DSLR Full Frame a 0.25X

Todas ilustrações acima mostradas em escala.
Exemplo compacta usa sensor 1/1.7" (7.6 x 5.7 mm).
Moeda de 25 centavos (US quarter) foi escolhida por ter altura similar a sensor full frame 35 mm.

No exemplo acima, mesmo a moeda ampliada para mesmo 0.25X em cada sensor, o sensor menor da compacta consegue preencher o quadro com a imagem. Tudo mais igual, sensor menor é capaz de fotografar assuntos menores.

Nota: "menor tamanho do assunto" é medido na dimensão mais curta da foto.

EXTENSÃO DA LENTE & F-STOP EFETIVO

Para que lente foque progressivamente mais perto, o aparato da lente deve se afastar do sensor (chamado "extensão"). Para baixas ampliações, a extensão é minúscula, então a lente fica na distância esperada de aproximadamente uma distância focal do sensor. Porém, ao se aproximar de 0.25-0.5X ou mais, a lente fica tão longe do sensor que se comporta como se tivesse distância focal maior. Em 1:1, a lente vai até o dobro da distância focal do sensor:

Lentes Macro: Ampliação, Profundidade de Campo e F-Stop Efetivo
Escolha Ampliação: 1:2 (0.5X) 1:1 (1.0X)

Nota: Diagrama assume lente simétrica (magnificação pupilar = 1).

A consequência mais importante é que o f-stop efetivo da lente aumenta*. Isso tem todas as características usuais, incluindo aumento de profundidade de campo, tempo de exposição maior e maior susceptibilidade à difração. Na verdade, a única razão de "efetivo" ser usado é porque muitas câmeras ainda mostram o f-stop sem compensação (como apareceria em baixa ampliação). Em todos outros aspectos, o f-stop realmente mudou.

*Notas Técnicas: A razão do f-stop mudar é porque este depende da distância focal da lente. F-stop é razão entre distância focal e diâmetro da abertura. Lente 100 mm com abertura 25 mm tem f-stop f/4. No caso de lente macro, f-stop aumenta porque distância focal efetiva aumenta — não por mudança na abertura (que permanece no mesmo diâmetro independentemente da ampliação).

Regra prática: em 1:1 o f-stop efetivo fica cerca de 2 stops maior que o valor configurado na câmera. Abertura f/2.8 vira mais como f/5.6, f/8 vira f/16, etc. Porém, isso raramente exige ação extra do fotógrafo, pois o sistema de fotometria da câmera compensa automaticamente a queda de luz ao calcular exposição:

Lentes Macro: Ampliação, Profundidade de Campo e F-Stop Efetivo Lentes Macro: Ampliação, Profundidade de Campo e F-Stop Efetivo

Foto cedida por Piotr Naskrecki.

Para outras ampliações, pode-se estimar f-stop efetivo assim:

F-Stop Efetivo = F-Stop x (1 + Ampliação)

Por exemplo, se fotografando a 0.5X, f-stop efetivo para lente em f/4 ficará entre f/5.6 e f/6.3. Na prática, isso significa que precisará de tempo de exposição 2-3X maior, o que pode fazer diferença entre foto na mão e necessidade de tripé.

Notas Técnicas:
A fórmula acima funciona melhor para lentes normais (perto de 50 mm). Usando para macros com distâncias focais maiores, como 105 mm ou 180 mm, tenderá a subestimar ligeiramente o f-stop efetivo. Para resultados mais precisos, precisa usar fórmula abaixo com magnificação pupilar da lente:

F-Stop Efetivo = F-Stop x (1 + Ampliação / Magnificação Pupilar)

Lente Canon 180 mm f/3.5L macro tem magnificação pupilar 0.5 em 1:1, resultando em f-stop 50% maior que fórmula simples. Porém, usar fórmula com magnificação pupilar provavelmente não é prático na maioria das situações. Maior problema é que magnificação pupilar muda com distância de foco, introduzindo outra fórmula. Também raramente publicada por fabricantes.

Outras consequências da abertura efetiva incluem capacidade de autofoco e brilho do visor. Por exemplo, a maioria das DSLRs perde autofoco quando f-stop mínimo fica maior que f/5.6. Como resultado, lentes com f-stop mínimo maior que f/2.8 perdem autofoco em 1:1. Além disso, visor pode ficar escuro demais em alta ampliação. Para ver como ficaria, configure câmera para f/5.6 ou f/8 e aperte botão "pré-visualização de profundidade de campo".

Finalmente, importante notar que câmeras Nikon corrigem automaticamente o f-stop efetivo. Ou seja, o f-stop mostrado no visor/LCD da Nikon aumentará progressivamente conforme distância de foco diminui — mesmo se você nunca mudou o f-stop usando métodos padrão.

PROFUNDIDADE DE CAMPO MACRO

Quanto mais se amplia um assunto, mais rasa a profundidade de campo. Com macro e close-up, isso pode ficar extremamente fina — frequentemente apenas milímetros:

Lentes Macro: Ampliação, Profundidade de Campo e F-Stop Efetivo

Exemplo de foto de aproximação com profundidade de campo muito rasa.
Foto cedida por Piotr Naskrecki.

Fotos macro geralmente exigem f-stops altos para profundidade de campo adequada. Alternativamente, pode-se aproveitar ao máximo a pouca profundidade de campo alinhando o assunto com o plano de foco mais nítido. De qualquer forma, é útil saber quanta profundidade de campo se tem:

Nota: Profundidade de campo definida baseada no que pareceria nítido em impressão 8x10 pol vista a 30 cm; baseada no círculo de confusão padrão para 35 mm de 0.032 mm. Para ampliações acima de 1X, saída em µm (micrômetros ou 1/1000 mm).
*Se usando DSLR Nikon, marque esta caixa; caso contrário deixe desmarcada.

Note que profundidade de campo é independente de distância focal; lente 100 mm a 0.5X tem mesma profundidade de campo que lente 65 mm a 0.5X, por exemplo, se ambas no mesmo f-stop. Também, diferente de fotografia de baixa ampliação, a profundidade de campo permanece simétrica em relação à distância de foco (profundidade frontal e traseira são iguais).

Notas Técnicas:
Ao contrário de primeiras impressões, profundidade de campo não é inerentemente melhor com sensores menores. Embora sensor menor tenha maior profundidade de campo no mesmo f-stop, não é comparação justa, pois sensor maior tolera f-stop maior antes que difração limite resolução. Quando ambos produzem impressões com mesma resolução limitada por difração, ambos têm mesma profundidade de campo. A única vantagem inerente é que sensor menor requer tempo de exposição menor para alcançar essa profundidade de campo.

LIMITE DE DIFRAÇÃO MACRO

Difração é efeito óptico que limita resolução das fotos — independentemente de megapixels da câmera (veja tutorial difração na fotografia). Imagens ficam mais suscetíveis à difração conforme f-stop aumenta; em f-stops altos, difração se torna tão pronunciada que limita resolução (o "limite de difração"). Após isso, qualquer aumento de f-stop só diminui resolução.

Porém, em alta ampliação o f-stop efetivo é o que determina limite de difração — não necessariamente o configurado na câmera. Isso é contabilizado abaixo:

*Marque se usando DSLR Nikon; caso contrário deixe desmarcado.
Resultado é f/stop mostrado pela câmera, não necessariamente f/stop efetivo.

Lembre-se que início de difração é gradual, então aberturas ligeiramente maiores ou menores que o limite acima não ficarão repentinamente melhores ou piores. Além disso, o acima é apenas limite teórico; resultados reais dependem das características da sua lente. Finalmente, calculadora acima é para visualização a 100% na tela; tamanhos de impressão pequenos ou grandes podem significar que f-stop limitado por difração é maior ou menor que sugerido.

Com fotografia macro quase sempre se está disposto a trocar algum amolecimento por difração por maior profundidade de campo. Não tenha medo de empurrar f-stop além do limite de difração. Difração é apenas algo para estar ciente ao escolher exposição, similar a balancear outros trade-offs como ruído (ISO) vs velocidade do obturador. Com DSLRs em geral, aberturas f/11-f/16 dão bom trade-off entre profundidade de campo e nitidez, mas f/22+ às vezes necessário para profundidade extra (porém mais suave). No fim, melhor forma de identificar trade-off ótimo é experimentar — com sua lente e assunto específicos.

DISTÂNCIA DE TRABALHO & DISTÂNCIA FOCAL

Distância de trabalho de lente macro descreve distância entre frente da lente e assunto. Diferente da distância mínima de foco, que é (geralmente) medida do sensor ao assunto.

Lentes Macro: Ampliação, Profundidade de Campo e F-Stop Efetivo

Foto cedida por Piotr Naskrecki

Distância de trabalho é indicador útil de quão seu assunto será perturbado. Distância curta pode ser fine para flores e objetos estáticos, mas pode perturbar insetos e criaturas pequenas (fazer abelha voar da flor). Além disso, assunto em grama ou folhagem pode tornar distâncias curtas impraticáveis. Distâncias curtas também podem bloquear luz ambiente e criar sombra no assunto.

Em dada ampliação, distância de trabalho geralmente aumenta com distância focal. Essa é frequentemente a consideração mais importante ao escolher entre macros de diferentes distâncias focais. Por exemplo, Canon 100 mm f/2.8 macro tem distância de trabalho ~150 mm (6") em 1:1, enquanto Canon 180 mm f/3.5L macro tem ~300 mm (12") na mesma ampliação. Isso pode fazer diferença entre fotografar um assunto ou espantá-lo.

Porém, outra consideração é que distâncias focais menores frequentemente dão foto mais tridimensional e imersiva. Isso é especialmente verdade com macros, porque maior distância focal efetiva tende a achatar perspectiva. Usar menor distância focal disponível ajuda a compensar isso e dar maior senso de profundidade.

QUALIDADE DE IMAGEM EM APROXIMAÇÃO

Maior ampliação também amplia imperfeições da lente. Incluem aberrações cromáticas (halos magenta ou azul em bordas de alto contraste, especialmente nos cantos), distorção e desfoque. Tudo isso é mais aparente ao usar lente não-macro em alta ampliação; por contraste, uma lente macro verdadeira alcança qualidade ótima de imagem perto de sua distância mínima de foco.

O exemplo abaixo foi feito a 0.3X ampliação usando compacta na distância mínima de foco. Como é lente não-macro padrão, qualidade sofre claramente:

Lentes Macro: Ampliação, Profundidade de Campo e F-Stop Efetivo Close-up a 0.3X usando Câmera Compacta Lentes Macro: Ampliação, Profundidade de Campo e F-Stop Efetivo
Lentes Macro: Ampliação, Profundidade de Campo e F-Stop Efetivo Recortes Mostrados a 100% Zoom

Imagens acima mesmo após nitidez de captura agressiva aplicada.

Note como aberrações cromáticas e desfoque são mais pronunciados longe do centro (recorte vermelho). Enquanto recorte central (azul) não é tão nítido quanto se esperaria, aberração cromática é muito menos aparente.

Para opções adicionais de fotografia macro, veja tutorial:
Tubos de Extensão Macro & Lentes de Aproximação
Para artigo introdutório, veja Introdução à Técnica de Fotografia Macro

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