镜头与景深关系及其计算

照相机镜头与景深关系及其计算

一、关于照相机镜头的常识

1、焦距

无限远处的景物在胶片感光平面上聚成最清晰的影像时，由感光平面到镜头后节点（通常是镜头中心）的距离，就是镜头的焦距。

焦距是照相机镜头最重要的三个光学特性参数（焦距、相对孔径、视场角）之一。它直接影响到镜头的视角大小，镜头的焦距越长，拍到底片上的影像范围越小，景深越短；反之，镜头的焦距越短则在底片上的影像范围越大，景深越长，透视越明显。

照相机镜头按焦距的不同可分为：超广角镜头、广角镜头、标准镜头、中焦镜头、长焦镜头、超长焦镜头。

（1）超广角镜头视角大于直角（90°）的镜头称超广角镜头。这种镜头的视角比人眼的视角大1倍之多，拍摄范围广阔。由于视角大，改变了人眼平常的透视关系，所拍摄的照片会形成明显的夸张，可创造特殊的艺术效果。对于35㎜照相机，镜头的焦距在21㎜以下的便是超广角镜头。

（2）广角镜头视角小于直角、大于60°的镜头称广角镜头。由于它的透视效果不像超广角那么夸张，被普遍用于拍摄近距离的大场面。对35㎜照相机而言，镜头焦距的范围在21～40㎜之间。

（3）标准镜头这种镜头的视角与人眼的视角相近，在46°左右。由于这种镜头的透视关系真实，是照相机最基本的镜头。这种镜头的焦距与其所摄底片的对角线基本相等。35㎜照相机的镜头焦呀为40～70㎜。

（4）中焦镜头视角在35°～20°之间的镜头称为中焦镜头。这种镜头视角比人眼的视角略小，变形不大，适用于拍摄人物特写，所以有些人喜欢把这种镜头称为人像镜头。35㎜照相机，其镜头焦距为70～100㎜。

（5）长焦镜头这种镜头的视角介于8°至20°之间，因镜头的焦距比较长，所以被称为长焦镜头。它的视角还不到人眼的一半，所以远处的东西经它拍摄后显得比较大。同等光圈下，镜头焦距越长，景深越小，因此，这种镜头利于突出主体，去除杂乱的背景，很适用于远距离抓拍，如体育活动等。对35㎜照相机而言，其镜头焦距为100～300㎜。

（6）超长焦镜头视角小于8°的镜头称为超长焦镜头。它的视角很小，可把远处的实物拍得很大，专用于望远摄影，如野生动物、朝阳落日特写、体育竞赛、人物特写等。这种镜头往往口径大、镜身长、造价高，多为专业人士使用。对35㎜照相机而言，其镜头焦距在300㎜以上。

2、相对孔径与光圈系数

镜头是摄影光线的输入口，镜头上用来控制光束大小和形状的装置叫光阑。光阑能使像平面上获得适宜的照度并使成像质量得到改善。光阑按作用分，主要有孔径光阑、现场光阑、消杂光光阑。光圈是光阑中的一种（孔径光阑），一般由一组光圈叶片组成，这组叶片组成一个光孔，与镜头轴线垂直，光孔中心在轴线上，并可以通过镜头上的光圈调节光孔直径的大小。

当光线通过镜头时，镜筒和光圈都会遮挡光线的通过。不同的镜头结构，即使在相同的光圈直径时，通光能力也并不一样，所以常常用镜头的有效孔径（实际通过镜头的光束直径，用D表示）更能有效表述镜头的实际通光能力。

为了简明，便于刻制，目前世界各国采用如下经圆整的光圈系数：

f1、f1.4、f2、f2.8、f4、f5.6、f8、f11、f16、f22、f32、f45、f64……

二、景深的概念及其计算

介绍几个概念：

1、焦点

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

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允许弥散圆。

不同的厂家、不同的感光芯片或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 6cm x 9cm 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25~30cm。

3、景深

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，都在允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，使用光圈越大，景深越小；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，从焦点到近处允许弥散圆的的距离叫前景深，从焦点到远方允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：

前景深ΔL1= FδL2 / f2+ FδL 公式(1)

后景深ΔL2= FδL2 / f/ f2+ FδL - FδL 公式(2)

景深ΔL =ΔL2 + ΔL2 = 2f2FδL2 / f4- F2δ2L2

计算公式所含参数说明：

δ允许弥散圆直径

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(表现为对允许弥散圆的大小)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