Update domain name to kpe.io
[cl-photo.git] / dof.lisp
old mode 100755 (executable)
new mode 100644 (file)
index 8770027..d8677d3
--- a/dof.lisp
+++ b/dof.lisp
@@ -9,22 +9,47 @@
 ;;;;
 ;;;; $Id$
 ;;;;
-;;;; This file, part of cl-photo, is Copyright (c) 2005 by Kevin Rosenberg.
-;;;; Rights of modification and redistribution are in the LICENSE file.
+;;;; This file, part of cl-photo, is Copyright (c) 2005 by Kevin M. Rosenberg
+;;;;
+;;;; cl-photo users are granted the rights to distribute and use this software
+;;;; as governed by the terms of the GNU General Public License v2
+;;;; (http://www.gnu.org/licenses/gpl.html)
 ;;;;
 ;;;; *************************************************************************
 
 (in-package #:photo)
 
-;; Based on http://www.photostuff.co.uk/dofmstr.htm
+(defun sort-size (size)
+  "Returns a cons pair with the smaller size first."
+  (if (>= (car size) (cdr size))
+      (cons (cdr size) (car size))
+      (cons (car size) (cdr size))))
+
+(defun print-magnification (imager-size print-size)
+  "Returns the magnification required between an imager and print sizes
+while taking crop into consideration."
+  (setf imager-size (sort-size imager-size))
+  (setf print-size (sort-size print-size))
+  (float (max (/ (car print-size) (car imager-size))
+              (/ (cdr print-size) (cdr print-size)))))
+
+(defun coc (imager-size &key (lpm 5) (minimum-distance 250)
+                   (viewing-distance 250)
+                   (print-size (output-dimensions :8x10in)))
+  "Returns circle of confusion in mm and print magnification for a format.
+Default resolving power is 5 lpm at 25cm."
+  (let* ((magnification (print-magnification imager-size print-size))
+         (resolution-factor (/ (* magnification lpm minimum-distance) viewing-distance))
+         (coc (/ 1.0d0 resolution-factor)))
+    (values coc magnification)))
 
-(defun coc-format (format &key (lpm 5) (minimum-distance 250) 
+(defun coc-format (format &key (lpm 5) (minimum-distance 250)
                           (viewing-distance 250)
-                          (print-size (format-dimensions :8x10in)))
-  "Returns circle of confusion in mm and print magnification for a format. 
+                          (print-size (output-dimensions :8x10in)))
+  "Returns circle of confusion in mm and print magnification for a format.
 Default resolving power is 5 lpm at 25cm."
 
-  (let* ((format-size (format-dimensions format))
+  (let* ((format-size (imager-dimensions format))
          (format-diagonal (diagonal (car format-size) (cdr format-size)))
          (print-diagonal (diagonal (car print-size) (cdr print-size)))
          (resolution-factor (/ (* lpm print-diagonal minimum-distance)
@@ -33,77 +58,102 @@ Default resolving power is 5 lpm at 25cm."
          (print-magnification (/ print-diagonal format-diagonal)))
     (values coc print-magnification)))
 
-(defun coc-sensor (format nx ny)
+(defun coc-pixels (imager pixels)
+  "Returns lpm and circle of confusion based on pixel size."
+  (when (and (consp imager) (consp pixels))
+    (let ((coc-w (float (* 2 (/ (car imager) (car pixels)))))
+          (coc-h (float (* 2 (/ (cdr imager) (cdr pixels))))))
+    (values coc-w coc-h (/ 1. coc-w) (/ 1. coc-h)))))
+
+(defun coc-pixels-format (format)
   "Returns circle of confusion based on pixel size."
-  (let* ((dim (format-dimensions format))
-         (pixel-width (/ (car dim) nx))
-         (pixel-height (/ (cdr dim) ny))) 
-    (values (coerce (* 2 pixel-width) 'float)
-            (coerce (* 2 pixel-height) 'float))))
-
-(defun coc-sensor-camera (camera &key (format :aps))
-  (let ((dim (sensor-dimensions camera :format format)))
-    (coc-sensor format (car dim) (cdr dim))))
-
-(defun sensor-dimensions-megapixels (format megapixels)
-  (let* ((dim (format-dimensions format))
-         (aspect-ratio (/ (car dim) (cdr dim)))
-         (width (round (sqrt (* aspect-ratio 1000000 megapixels)))))
-    (cons width (round (/ width aspect-ratio)))))
-
-(defun sensor-dimensions (camera &key (format :aps))
-  (etypecase camera
-    (keyword
-     (ecase camera
-       ;; nikon
-       (:d2x (cons 4288 2848))
-       (:d2x (cons 2484 1242))
-       (:d70 (cons 3008 2000))
-
-       ;; canon
-       (:1d (cons 2464 1648))
-       (:1d2 (cons 3504 2336))
-       (:1ds (cons 4064 2704))
-       (:1ds2 (cons 4992 3328))
-
-       ))
-    (number
-     (sensor-dimensions-megapixels format camera))))
-
-(defun coc-airy-disk (f-stop)
-  "Return the circle of confusion based on the airy disk."
-  (let ((airy (/ f-stop 1500)))
-    (coerce (* 2 airy) 'float)))
+  (coc-pixels (imager-dimensions format) (pixel-dimensions format)))
 
-(defun dof (focal-length f-stop distance coc)
-  "Returns depth of field as fives values: 
-near dof, far dof, total dof, near point, far point.
+(defun coc-airy (f-stop &optional (wavelength 0.000512))
+  "Return the circle of confusion based on the airy disk."
+  (float (/ 1 (rayleigh-limit f-stop wavelength))))
+
+(defun rayleigh-limit (f-stop &optional (wavelength 0.0005))
+  "Returns the rayleigh limit in line pairs per mm (MTF 9%) as well as the MTF50"
+  (let ((rayleigh (float (/ 1 1.22 f-stop wavelength))))
+    (values rayleigh (* 0.46 rayleigh))))
+
+(defun maximum-sharpness-aperture (format &optional (wavelength 0.0005))
+  (multiple-value-bind (coc-w coc-h lpm-w lpm-h) (coc-pixels-format format)
+    (declare (ignore coc-w coc-h))
+    (/ 1. (* 1.22 wavelength (/ (min lpm-w lpm-h) 0.46)))))
+
+(defun dof-mm (focal-length f-stop distance coc &key (pupil-factor 1))
+  "Returns depth of field based on focal-length, f-stop, distance, and coc.
+Six values are returned:
+near point, far point, total dof, magnification, blur size at infinity (mm).
+Circle of confusion can either be a number or keyword designating format.
+Reference: http://www.vanwalree.com/optics/dofderivation.html"
+  (let* ((aperture (/ focal-length f-stop))
+         (hyperfocal (hyperfocal focal-length f-stop coc))
+         (numerator-1 (* (- pupil-factor 1) (- distance focal-length)
+                         coc focal-length))
+         (numerator-2 (* pupil-factor aperture focal-length distance))
+         (denominator-1 (* pupil-factor coc (- distance focal-length)))
+         (denominator-2 (* pupil-factor aperture focal-length))
+         (near (/ (+ numerator-1 numerator-2)
+                  (+ denominator-1 denominator-2)))
+         (far (when (/= denominator-1 denominator-2)
+                (/ (- numerator-1 numerator-2)
+                   (- denominator-1 denominator-2))))
+         (mag (float (/ focal-length (- distance focal-length))))
+         (infinity-blur-diameter (/ (* mag focal-length) f-stop))
+         (depth (when far (- far near))))
+    (when (or (>= distance hyperfocal)
+               (and (null far) (>= distance (* hyperfocal 0.99))))
+      (setq near (/ hyperfocal 2)
+            far most-positive-short-float
+            depth most-positive-short-float))
+    (values near far depth mag infinity-blur-diameter)))
+
+;; Simplified calculation for symmetric lens
+(defun dof-symmetric-mm (focal-length f-stop distance coc)
+  "Returns depth of field based on focal-length, f-stop, distance, and coc.
+Six values are returned:
+near point, far point, total dof, near point, far point, magnification,
+blur size at infinity (mm).
 Circle of confusion can either be a number or keyword designating format."
-  (let* ((aperature (/ focal-length f-stop))
+  (let* ((aperture (/ focal-length f-stop))
+         (hyperfocal (hyperfocal focal-length f-stop coc))
          (numerator (* distance coc (- distance focal-length)))
-         (factor-1 (* focal-length aperature))
+         (factor-1 (* focal-length aperture))
          (factor-2 (* coc (- distance focal-length)))
-         (near (/ numerator (+ factor-1 factor-2)))
-         (far (/ numerator (- factor-1 factor-2)))
-         (depth (+ far near)))
-    (values near far depth (- distance near) (+ distance far))))
-
-(defun dof-feet (focal-length f-stop distance coc)
-  (multiple-value-bind (near-dof far-dof total-dof near-point far-point)
-      (dof focal-length f-stop (feet->mm distance) coc)
-    (values (mm->feet near-dof) (mm->feet far-dof) (mm->feet total-dof)
-            (mm->feet near-point) (mm->feet far-point))))
-
-(defun dof-meters (focal-length f-stop distance coc)
-  (multiple-value-bind (near-dof far-dof total-dof near-point far-point)
-      (dof focal-length f-stop (* 1000 distance) coc)
-    (values (* 0.001 near-dof) (* 0.001 far-dof) (* 0.001 total-dof)
-            (* 0.001 near-point) (* 0.001 far-point))))
-
-(defun hyperfocal (focal-length f-stop coc)
-  (+ focal-length (/ (* focal-length focal-length) (* f-stop coc))))
-
-(defun hyperfocal-feet (focal-length f-stop coc)
-  (mm->feet (hyperfocal focal-length f-stop coc)))
-
+         (near (- distance (/ numerator (+ factor-1 factor-2))))
+         (far (when (/= factor-1 factor-2)
+                (+ distance (/ numerator (- factor-1 factor-2)))))
+         (mag (magnification :focal-length focal-length :object-distance distance :units :mm))
+         (infinity-blur-diameter (/ (* mag focal-length) f-stop))
+         (depth (when far (- far near))))
+    (when (or (>= distance hyperfocal)
+               (and (null far) (>= distance (* hyperfocal 0.99))))
+      (setq near (/ hyperfocal 2)
+            far most-positive-short-float
+            depth most-positive-short-float))
+    (values near far depth mag infinity-blur-diameter)))
+
+(defun dof (focal-length f-stop distance coc &key (units :mm) (pupil-factor 1))
+  "Returns the Depth of Field.
+Input: FOCAL-LENGTH, F-STOP, DISTANCE, CIRCLE-OF-CONFUSION.
+Output: NEAR-POINT, FAR-POINT, TOTAL-DOF, MAGNIFICATION, BLUR-SIZE-OF-INFINITY-POINT-IN-MM."
+  (multiple-value-bind (near-point far-point total-dof mag blur)
+      (dof-mm focal-length f-stop (length->mm distance units) coc
+              :pupil-factor pupil-factor)
+    (values (mm->length near-point units)
+            (mm->length far-point units)
+            (mm->length total-dof units)
+            mag blur)))
+
+(defun hyperfocal (focal-length f-stop coc &key (units :mm))
+  (mm->length (+ focal-length (/ (* focal-length focal-length) f-stop coc)) units))
+
+(defun effective-aperture (focal-length distance aperture)
+  (* aperture (bellows-factor focal-length distance)))
+
+(defun mtf-scanner (freq dscan-freq &optional (order 3))
+  (abs (expt (kmrcl:sinc (* pi (/ freq dscan-freq))) order)))