Como calcular a ampliação macro com tubos de extensão e sensores crop

A ampliação, também chamada de razão de reprodução, compara o tamanho físico da imagem no sensor com o tamanho real do assunto. Em 1:1, ou 1×, um assunto de 10 mm forma uma imagem de 10 mm no sensor. Em 1:2, ou 0,5×, a imagem mede 5 mm. A Nikon descreve a reprodução em tamanho real nesses termos relativos ao plano do sensor. Nikon: Experimentando a fotografia macro em casa.

O cálculo que define a ampliação é m = tamanho da imagem no sensor ÷ tamanho real do assunto. A ampliação na tela é uma grandeza diferente: aproximar uma fotografia em um monitor altera seu tamanho exibido sem alterar a razão de reprodução no momento da captura.

Essa distinção importa ao comparar câmeras. Uma imagem do assunto com 10 mm de largura ocupa uma proporção maior de um sensor menor, embora seu tamanho físico continue sendo 10 mm. Isso decorre diretamente da definição de razão de reprodução.

Um tubo de extensão é um espaçador oco entre a câmera e a lente. Afastar a lente do sensor permite focalizar mais perto e aumentar a ampliação. Os tubos não contêm elementos ópticos adicionais e tubos compatíveis podem ser empilhados; some os comprimentos de extensão indicados para calcular o total. Cambridge in Colour: Tubos de extensão macro e lentes close-up.

Use m ≈ m₀ + E/f, em que:

• m é a ampliação estimada com o tubo.
• m₀ é a ampliação da lente sem tubo na posição de foco selecionada.
• E é a extensão adicionada, em milímetros.
• f é a distância focal da lente nessa posição de foco, em milímetros.

Claff deduz essa relação a partir da distância da imagem e da distância focal da lente. Como os tubos de extensão afetam a ampliação.

Para uma lente ilustrativa de 50 mm com ampliação máxima nativa de 0,20×, adicionar 20 mm de extensão resulta em m ≈ 0,20 + 20/50 = 0,60×. Isso estima o resultado com a lente na distância mínima de foco, supondo que sua distância focal relevante permaneça aproximadamente em 50 mm.

Se, em vez disso, você ajustar a lente para o infinito, sua ampliação nativa se aproxima de zero, então a estimativa simplificada passa a ser m ≈ E/f. O mesmo tubo de 20 mm nessa lente de 50 mm produziria então aproximadamente 0,40×. Portanto, a posição do anel de foco deve fazer parte do cálculo; o comprimento do tubo, sozinho, não determina o resultado.

Use a distância focal real da lente nesta fórmula. Para uma lente identificada como 50 mm, não substitua pela distância focal equivalente ajustada pelo fator de corte.

A Nikon explica que um sensor menor registra uma parte central mais estreita da imagem projetada pela lente, sem alterar fisicamente as características ópticas dela. Consequentemente, mudar o tamanho do sensor mantendo a configuração óptica não altera a razão de reprodução. Nikon: O que é fator de corte e como calculá-lo?.

Para calcular a largura do assunto que cabe no enquadramento, reorganize a definição da razão de reprodução: largura do campo do assunto = largura ativa do sensor ÷ ampliação. Use a largura do sensor indicada nas especificações da câmera e a área da imagem efetivamente registrada. A comparação a seguir usa sensores hipotéticos com 36 mm e 24 mm de largura:

Ampliação óptica	Largura do campo em um sensor de 36 mm de largura	Largura do campo em um sensor de 24 mm de largura
0.50×	72 mm	48 mm
0.60×	60 mm	40 mm
1.00×	36 mm	24 mm

Em 0,60×, um objeto com 20 mm de largura projeta uma imagem de 12 mm. Ele ocupa um terço da largura do sensor de 36 mm e metade da largura do sensor de 24 mm. O sensor menor produz um enquadramento mais fechado com a mesma ampliação óptica.

Para comparar o enquadramento horizontal, calcule ampliação equivalente em quadro completo = m × 36/largura do sensor. Assim, 0,60× no sensor ilustrativo de 24 mm de largura oferece a mesma cobertura horizontal do assunto que 0,90× em um sensor de 36 mm. Identifique esse valor como equivalente de enquadramento; a ampliação óptica continua sendo 0,60×.

Usar diretamente a largura do sensor também evita ambiguidades ao comparar formatos com proporções de tela diferentes. Calcule a cobertura vertical separadamente como altura do sensor ÷ m sempre que a altura do assunto puder determinar se ele cabe no enquadramento.

Comece pela composição desejada. Seja W a largura real do assunto, S a largura do sensor e p a fração da largura do enquadramento que você quer que o assunto ocupe. Todas as dimensões físicas devem usar as mesmas unidades.

Pela definição da razão de reprodução, a largura necessária da imagem no sensor é p × S, portanto ampliação desejada = p × S/W. Reorganizando a estimativa de extensão, temos extensão necessária ≈ f × (ampliação desejada − m₀).

Suponha que você queira que um objeto decorativo de 30 mm de largura ocupe 80% do enquadramento de um sensor hipotético de 24 mm de largura. Você tem a lente ilustrativa de 50 mm com ampliação máxima nativa de 0,20×:

1. Ampliação desejada = 0,80 × 24/30 = 0,64×.
2. Extensão necessária ≈ 50 × (0,64 − 0,20) = 22 mm.
3. Largura prevista do campo = 24/0,64 = 37,5 mm.
4. Ocupação do assunto = 30/37,5 = 80%.

Um comprimento de extensão disponível próximo serve como ponto de partida. Com as mesmas premissas, esses cálculos mostram por que instalar todos os tubos que você tem pode resultar em uma composição desnecessariamente fechada:

Extensão adicionada	Ampliação estimada	Largura do campo no sensor ilustrativo de 24 mm	O assunto de 30 mm cabe na horizontal?
0 mm	0.20×	120 mm	Sim, com bastante espaço ao redor
12 mm	0.44×	54.5 mm	Sim
20 mm	0.60×	40 mm	Sim, ocupando 75% da largura
36 mm	0.92×	26.1 mm	Não, nessa posição de foco

Se o cálculo resultar em uma extensão nula ou negativa, a composição desejada não requer ampliação adicional na configuração nativa selecionada. Experimente a lente sem tubo e ajuste o foco e a posição da câmera. Se alterar o foco, recalcule ou meça a razão resultante.

A principal limitação é usar a distância focal impressa na lente como se ela permanecesse inalterada em todas as distâncias de foco. A análise original de Claff observa que a distância focal costuma diminuir durante a focalização de perto e demonstra como usar a distância focal de foco próximo altera o ganho de extensão previsto. Como os tubos de extensão afetam a ampliação.

Trate os cálculos que usam a distância focal indicada como estimativas de planejamento. Se o fabricante fornecer uma tabela de ampliação para a combinação exata da sua lente com o tubo, use essas informações para refinar a previsão.

As instruções da Canon para a EF50mm f/1.8 STM oferecem um exemplo real útil. Elas indicam ampliação máxima nativa de 0,21×, ampliação com a EF12 II de 0,24–0,45× e ampliação com a EF25 II de 0,53–0,74×. Esses são intervalos que variam conforme a posição de foco. Instruções da Canon EF50mm f/1.8 STM, especificações dos tubos de extensão.

Usar a distância focal indicada de 50 mm prevê uma ampliação máxima de 0,21 + 25/50 = 0,71× com 25 mm de extensão, em comparação com os 0,74× indicados pela Canon. Essa comparação ilustra por que uma fórmula aproximada não deve se sobrepor a uma especificação documentada.

A ampliação também não informa o espaço disponível entre o assunto e a parte frontal da lente. Avalie isso separadamente ao organizar a composição e a iluminação. Os tubos de extensão reduzem o intervalo de distâncias em que a lente consegue focalizar, inclusive eliminando o foco em objetos distantes. Cambridge in Colour: Considerações sobre tubos de extensão.

Uma fotografia de uma régua permite conferir o resultado sem precisar conhecer a distância focal da lente em foco próximo. O método abaixo decorre da definição da razão de reprodução: se uma largura conhecida do assunto ocupar toda a largura registrada do sensor, a ampliação será a razão entre elas.

1. Consulte a largura física do sensor da sua câmera nas especificações oficiais. Use a largura ativa se estiver registrando uma área de imagem cortada.
2. Monte o tubo e a lente escolhidos, selecione uma distância focal e ajuste a posição de foco que deseja testar.
3. Coloque uma régua milimetrada paralela ao plano do sensor, com a escala na horizontal, passando pelo centro do enquadramento.
4. Mova a câmera ou a régua até que a escala fique em foco nítido. Mantenha a posição de foco inalterada durante esse ajuste.
5. Capture o quadro completo e leia a distância da régua entre as bordas esquerda e direita da imagem. Evite usar uma versão posteriormente recortada ou corrigida em perspectiva.
6. Calcule ampliação medida = largura ativa do sensor ÷ extensão da régua no enquadramento.

Por exemplo, se um sensor hipotético de 24 mm de largura registrar exatamente 30 mm da régua no enquadramento, m = 24/30 = 0,80×. Essa é a razão de reprodução óptica medida. Sua equivalência de enquadramento horizontal em quadro completo é 0,80 × 36/24 = 1,20×.

Mantenha a régua paralela ao sensor e leia cuidadosamente os intervalos completos de milímetros. Uma escala inclinada ou um corte alterado na imagem introduz erros de medição. Anote o comprimento do tubo, a distância focal, a posição de foco, a extensão da régua no enquadramento e a razão calculada para reproduzir a configuração.

Use a fórmula de extensão para escolher uma combinação inicial, as dimensões do sensor para prever a composição e a fotografia da régua para determinar a razão real. Quando o campo de visão medido comportar o assunto e o espaço ao redor que você deseja, substitua a régua pelo assunto e mantenha essas configurações ópticas para a fotografia.

• Em foco: Experimentando a fotografia macro em casa — Nikon
• Tubos de extensão macro e lentes close-up — Cambridge in Colour
• Como os tubos de extensão afetam a ampliação — Bill Claff, Photons to Photos
• O que é fator de corte e como calculá-lo? Entenda DX e FX — Nikon
• Instruções da EF50mm f/1.8 STM — Canon