光学基础知识:焦点、弥散圆、景深:概念与计算

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    这是一篇技术篇,要一定的理论基础与相关了解 先介绍几个概念: 1、焦点(focus) 与光轴平行的光线射入凸透镜时,理想的镜头应该是所有的光线聚集在一点后,再以锥状的扩散开来,这个聚集所有光线的一点,就叫做焦点。 2、弥散圆(circle of confusion) 在焦点前后,光线开始聚集和扩散,点的影象变成模糊的,形成一个扩大的圆,这个圆就叫做弥散圆。 在现实当中,观赏拍摄的影象是以某种方式(比如投影、放大成照片等等)来观察的,人的肉眼所感受到的影象与放大倍率、投影距离及观看距离有很大的关系,如果弥散圆的直径小于人眼的鉴别能力,在一定范围内实际影象产生的模糊是不能辨认的。这个不能辨认的弥散圆就称为容许弥散圆(permissible circle of confusion)。 不同的厂家、不同的胶片面积都有不同的容许弥散圆直径的数值定义。一般常用的是: 画幅   24mm x 36mm   150px x 225px   4" x 5" 弥散圆直径   0.035mm   0.0817mm   0.146mm 35mm照相镜头的容许弥散圆,大约是底片对角线长度的1/1000~1/1500左右。前提是画面放大为5x7英寸的照片,观察距离为25~750px。 3 、景深(depth of field) 在焦点前后各有一个容许弥散圆,这两个弥散圆之间的距离就叫景深,即:在被摄主体(对焦点)前后,其影像仍然有一段清晰范围的,就是景深。换言之,被摄体的前后纵深,呈现在底片面的影象模糊度,都在容许弥散圆的限定范围内。 景深随镜头的焦距、光圈值、拍摄距离而变化。对于固定焦距和拍摄距离,使用光圈越小,景深越大。 示意图1 示意图2 以持照相机拍摄者为基准,从焦点到近处容许弥散圆的的距离叫前景深,从焦点到远方容许弥散圆的距离叫后景深。 4、景深的计算 下面是景深的计算公式。其中: δ    ——    容许弥散圆直径 f    ——    镜头焦距 F    ——    镜头的拍摄光圈值 L    ——    对焦距离 ΔL1    ——    前景深 ΔL2    ——    后景深 ΔL    ——    景深 从公式(1)和(2)可以看出,后景深 > 前景深。 由景深计算公式可以看出,景深与镜头使用光圈、镜头焦距、拍摄距离以及对像质的要求(表现为对容许弥散圆的大小)有关。这些主要因素对景深的影响如下(假定其他的条件都不改变): (1)、镜头光圈: 光圈越大,景深越小;光圈越小,景深越大; (2)、镜头焦距 镜头焦距越长,景深越小;焦距越短,景深越大; (3)、拍摄距离 距离越远,景深越大;距离越近,景深越小。 5、一些计算实例 网上有些在线计算器,有兴趣的网友可以参考: 摄影光学计算器 Windows版本的可下载的计数器在 f/Calc (1)、200/2.8对焦在5m时,f/2.8的景深: δ   =    0.035mm f   =    200mm F   =    2.8 L   =    5000mm ΔL1   =    60mm ΔL2   =    62mm ΔL   =    122mm 结论   :    该镜头在用f/2.8拍摄时,清晰范围是从4.94m~5.062m,景深很浅。 (2)、200/2.8+2X=400/5.6对焦在5m时,f/5.6的景深: δ   =    0.035mm f   =    400mm F   =    5.6 L   =    5000mm ΔL1   =    30mm ΔL2   =    31mm ΔL   =    61mm 结论   :    该镜头在配合2X增距镜后,主镜头用f/2.8拍摄时,景深是(1)的一半。

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