dof.lisp

   1 ;;;; -*- Mode: LISP; Syntax: ANSI-Common-Lisp; Base: 10; Package: photo -*-
   2 ;;;; *************************************************************************
   3 ;;;; FILE IDENTIFICATION
   4 ;;;;
   5 ;;;; Name:          dof.lisp
   6 ;;;; Purpose:       Depth of field functions for cl-photo
   7 ;;;; Programmer:    Kevin M. Rosenberg
   8 ;;;; Date Started:  April 2005
   9 ;;;;
  10 ;;;; $Id$
  11 ;;;;
  12 ;;;; This file, part of cl-photo, is Copyright (c) 2005 by Kevin M. Rosenberg
  13 ;;;;
  14 ;;;; cl-photo users are granted the rights to distribute and use this software
  15 ;;;; as governed by the terms of the GNU General Public License v2
  16 ;;;; (http://www.gnu.org/licenses/gpl.html)
  17 ;;;;
  18 ;;;; *************************************************************************
  19
  20 (in-package #:photo)
  21
  22
  23 (defun coc-format (format &key (lpm 5) (minimum-distance 250)
  24                           (viewing-distance 250)
  25                           (print-size (format-dimensions :8x10in)))
  26   "Returns circle of confusion in mm and print magnification for a format.
  27 Default resolving power is 5 lpm at 25cm."
  28
  29   (let* ((format-size (format-dimensions format))
  30          (format-diagonal (diagonal (car format-size) (cdr format-size)))
  31          (print-diagonal (diagonal (car print-size) (cdr print-size)))
  32          (resolution-factor (/ (* lpm print-diagonal minimum-distance)
  33                                (* format-diagonal viewing-distance)))
  34          (coc (/ 1.0d0 resolution-factor))
  35          (print-magnification (/ print-diagonal format-diagonal)))
  36     (values coc print-magnification)))
  37
  38 (defun coc-sensor (format nx ny)
  39   "Returns circle of confusion based on pixel size."
  40   (let* ((dim (format-dimensions format))
  41          (pixel-width (/ (car dim) nx))
  42          (pixel-height (/ (cdr dim) ny)))
  43     (values (float (* 2 pixel-width))
  44             (float (* 2 pixel-height)))))
  45
  46 (defun coc-sensor-camera (camera &key (format :aps))
  47   (let ((dim (sensor-dimensions camera :format format)))
  48     (coc-sensor format (car dim) (cdr dim))))
  49
  50 (defun sensor-dimensions-megapixels (format megapixels)
  51   (let* ((dim (format-dimensions format))
  52          (aspect-ratio (/ (car dim) (cdr dim)))
  53          (width (round (sqrt (* aspect-ratio 1000000 megapixels)))))
  54     (cons width (round (/ width aspect-ratio)))))
  55
  56
  57 (defun sensor-dimensions (sensor-spec &key (format :aps))
  58   "Returns the number of pixels for a sensor.
  59 CAMERA-SPEC is either a keyword designating the camera or
  60 the number of megapixels of the sensor.
  61 FORMAT should be defined if the CAMERA-SPEC is the number of megapixels
  62 so the proper aspect ratio is used."
  63   (etypecase sensor-spec
  64     (keyword
  65      (ecase sensor-spec
  66        ;; nikon
  67        (:d2x (cons 4288 2848))
  68        (:d100 (cons 3037 2024))
  69        (:d2h (cons 2464 1632))
  70        (:d70 (cons 3008 2000))
  71
  72        ;; canon
  73        (:1d (cons 2464 1648))
  74        (:1d2 (cons 3504 2336))
  75        (:1ds (cons 4064 2704))
  76        (:1ds2 (cons 4992 3328))
  77
  78        ))
  79     (number
  80      (sensor-dimensions-megapixels format sensor-spec))))
  81
  82 (defun coc-airy (f-stop)
  83   "Return the circle of confusion based on the airy disk."
  84   (let ((airy (/ f-stop 1500)))
  85     (float (* 2 airy))))
  86
  87 (defun dof-mm (focal-length f-stop distance coc &key (pupil-factor 1))
  88   "Returns depth of field based on focal-length, f-stop, distance, and coc.
  89 Six values are returned:
  90 near dof, far dof, total dof, near point, far point, magnification,
  91 blur size at infinity (mm).
  92 Circle of confusion can either be a number or keyword designating format."
  93   (let* ((aperture (/ focal-length f-stop))
  94          (numerator-1 (* (- pupil-factor 1) (- distance focal-length)
  95                          coc focal-length))
  96          (numerator-2 (* pupil-factor aperture focal-length distance))
  97          (denominator-1 (* pupil-factor coc (- distance focal-length)))
  98          (denominator-2 (* pupil-factor aperture focal-length))
  99          (near (/ (+ numerator-1 numerator-2)
 100                   (+ denominator-1 denominator-2)))
 101          (far (/ (- numerator-1 numerator-2)
 102                  (- denominator-1 denominator-2)))
 103          (mag (float (/ focal-length (- distance focal-length))))
 104          (infinity-blur-diameter (/ (* mag focal-length) f-stop))
 105          (depth (- far near)))
 106     (values near far depth mag infinity-blur-diameter)))
 107
 108 ;; Simplified calculation for symmetric lens
 109 (defun dof-symmetric-mm (focal-length f-stop distance coc)
 110   "Returns depth of field based on focal-length, f-stop, distance, and coc.
 111 Six values are returned:
 112 near dof, far dof, total dof, near point, far point, magnification,
 113 blur size at infinity (mm).
 114 Circle of confusion can either be a number or keyword designating format.
 115 Pupil factor is the ratio of the exit to enterance pupil diameters."
 116   (let* ((aperture (/ focal-length f-stop))
 117          (numerator (* distance coc (- distance focal-length)))
 118          (factor-1 (* focal-length aperture))
 119          (factor-2 (* coc (- distance focal-length)))
 120          (near (- distance (/ numerator (+ factor-1 factor-2))))
 121          (far (+ distance (/ numerator (- factor-1 factor-2))))
 122          (mag (magnification focal-length distance))
 123          (infinity-blur-diameter (/ (* mag focal-length) f-stop))
 124          (depth (- far near)))
 125     (values near far depth mag infinity-blur-diameter)))
 126
 127 (defun dof (focal-length f-stop distance coc &key (units :mm) (pupil-factor 1))
 128   (multiple-value-bind (near-point far-point total-dof mag blur)
 129       (dof-mm focal-length f-stop (length->mm distance units) coc
 130               :pupil-factor pupil-factor)
 131     (values (mm->length near-point units)
 132             (mm->length far-point units)
 133             (mm->length total-dof units)
 134             mag blur)))
 135
 136 (defun hyperfocal (focal-length f-stop coc &key (units :mm))
 137   (mm->length
 138    (+ focal-length (/ (* focal-length focal-length) f-stop coc))
 139    units))
 140
 141 (defun magnification (focal-length distance)
 142   (float (/ focal-length (- distance focal-length))))
 143
 144 (defun bellows-factor (focal-length distance)
 145   (1+ (magnification focal-length distance)))
 146
 147 (defun effective-aperture (focal-length distance aperture)
 148   (* aperture (bellows-factor focal-length distance)))