第五章 景深与超焦距
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景深与超焦距
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)。
前景深 ΔL1=
——————
f2 + FδL FδL2
(1)
后景深 ΔL2=
—————— f2 - FδL 2f2FδL2
(2)
景深 ΔL =
ΔL2 + ΔL2 =
—————— f4 - F2δ2L2
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)：
人眼的辨识力以及对锐利度的感受
一道直径只有百万分之三米的光束，被看成是一个「点」，是无庸置疑 的。真正的问题在 於：这直径大到何种程度，人眼会看成一个「圆」而 不是一个「点」？这就是人眼辨识力 的界线。如果我们把标准略微放宽 一点，我们可以说任何一个直径小於0.1m m（100微米）的物体，在一 般距离下都会被人眼看成一个「锐利的点」。以往这个判断标 准用在建 立「景深表」。景深表与底片片幅有关，因此模糊圆的容许直径大小也 有不同。
对於一支特定焦距的镜头而言，，焦平面会 落在上述这两种极端之间。
至此，模糊圆是一个很简单的概念：它是光束（或一个焦散面）聚焦在影 像平面上时，所 能形成的最小直径。
要计算模糊圆直径，只需要利用简单的几何学即可，而且模糊圆必须位於 影像平面，也就 是底片上。模糊圆决定了光束所能聚焦形成的焦散面的最 小直径，但这也要看镜头的品质 而定，一般来说，模糊圆直径在30微米 （microns）到3微米之间（1 micron＝百万分之一 米）。现代新徕卡镜头 的模糊圆都在3微米等级，老一代的徕卡镜头也拥有20微米的模糊圆 实力。 当然，位於焦平面以外的影像点，就是失焦（out of focus）。这些影像点 一样会有相同 结构的焦散面，但是在焦平面上产生的横断面，和位於焦平 面上的最小模糊圆是截然不同 的。假如这个横断面向最小模糊圆位置靠近， 这个点会变小，但是外围会低反差的光晕； 如果横断面远离最小模糊圆， 光点会形成一个漫射的光束。这三种型态对於散景（bokeh） 的发生有相 当重要的影响。
(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。
光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大
调焦距离越远，景深越大；调焦距离越近，景深越小
5、一些计算实例
1)、200/2.8对焦在5m时，f/2.8的景深： (2)、200/2.8+2X=400/5.6对焦在5m时，f/5.6的景深： δ f F L = 0.035mm = 200mm = 2.8 = 5000mm δ f F L = 0.035mm = 400mm = 5.6 = 5000mm
Δ = 60mm L1
Δ = 30mm L1
Δ = 31mm L2 Δ L 结 论 = 61mm ： 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。
Δ = 62mm L2
Δ L 结 论 = 122mm ： 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。
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
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8x10寸的照片，观察距离为25~30cm。
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。
各家厂商通用的35mm底片使用的容许模糊圆直径大小为33微米，事实上也是求方 便的结果 。一般而言，在早期35mm底片的放大倍率都在3到4倍左右（即使今天最 常见的10cm×15cm 尺寸，即4×6，也是放大4倍），因此，在底片上直径为33微 米的粒子放大4倍之后，就是 132微米或0.13mm，大约等於0.1mm，和上述我们提 到「锐利度的感受」时所指出的边界值 相同。这是在1930年代所建立的一个标准， 当初已经考虑到未来光学、底片技术的发展， 以及几种不同底片片幅的放大倍率。 此外，高倍率的幻灯机投射，观赏距离都比较远，因 此人眼的辨识力的准则依然适 用。镜头的上景深标尺都是根据以上的标准而定的。
景深的实际拍摄照片
运用大光圈拍摄营造斑斓色块艺术的典型作品
这幅图片的前景由模糊的色 斑烘托出人物主题， 制造 这种效果从摄影技巧上讲是 运用了大光圈使景深 范围 减到最小，镜头焦距以人物 为清晰点对焦。如果 使用 小光圈前景的花草与人物将 同样清晰。运用大光 圈即 掌握景深的技巧往往能营造 出虚中托实的艺术效果。
穿越影像平面的光束的形状，很像是沙漏时钟，它的正式名称为「焦散 面」（caustic su rface）。这个焦散面的外型变化，与像差校正程度有很大 的关系，因此设计人员的诸多考 量，也会影响到焦散面的形状。在一张照片 上，其实有两种不同意义的焦平面。 其中一种 我们称为「光束焦平面」（paraxial focal plane），理论上它是影 像成像的最佳位置， 有最大量的光束集中在这一平面上，光束形成了一个很 小的高密度核，但是外围有著大面 积、低反差的光晕。因此光点虽然小，但 对比却很低。 另外一种情况，是光束本身形成了一个直径最小的光晕圆，称为「最小模糊 圆」（Circle of Least Confusion）。光束形成的「核」直径会较大，但是外 围的低反差光晕却比较小 ，整体有较高的反差。
自我检测
对于一个确定的镜头，f/11比f/4的景深大。 对于一个确定的镜头，聚焦20英尺的景深比聚焦10英尺的 景深大。 对于大多数的孔径和中等拍摄距离，向焦点前后扩展的景 深范围都是相同的距离。 景深范围内从前到后所有各点都是同等清晰的 可以获得最大的可能景深范围聚焦距离叫做超焦距。
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。
பைடு நூலகம்
4、景深的计算
δ
f F L
——
—— —— ——
容许弥散圆直径
镜头焦距 镜头的拍摄光圈值 对焦距离
下面是景深的计算公式。其中：
ΔL1
ΔL2 ΔL FδL2
——
—— ——
前景深
后景深 景深
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)。
前景深 ΔL1=
——————
f2 + FδL FδL2
(1)
后景深 ΔL2=
—————— f2 - FδL 2f2FδL2
(2)
景深 ΔL =
ΔL2 + ΔL2 =
—————— f4 - F2δ2L2
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)：
人眼的辨识力以及对锐利度的感受
一道直径只有百万分之三米的光束，被看成是一个「点」，是无庸置疑 的。真正的问题在 於：这直径大到何种程度，人眼会看成一个「圆」而 不是一个「点」？这就是人眼辨识力 的界线。如果我们把标准略微放宽 一点，我们可以说任何一个直径小於0.1m m（100微米）的物体，在一 般距离下都会被人眼看成一个「锐利的点」。以往这个判断标 准用在建 立「景深表」。景深表与底片片幅有关，因此模糊圆的容许直径大小也 有不同。
对於一支特定焦距的镜头而言，，焦平面会 落在上述这两种极端之间。
至此，模糊圆是一个很简单的概念：它是光束（或一个焦散面）聚焦在影 像平面上时，所 能形成的最小直径。
要计算模糊圆直径，只需要利用简单的几何学即可，而且模糊圆必须位於 影像平面，也就 是底片上。模糊圆决定了光束所能聚焦形成的焦散面的最 小直径，但这也要看镜头的品质 而定，一般来说，模糊圆直径在30微米 （microns）到3微米之间（1 micron＝百万分之一 米）。现代新徕卡镜头 的模糊圆都在3微米等级，老一代的徕卡镜头也拥有20微米的模糊圆 实力。 当然，位於焦平面以外的影像点，就是失焦（out of focus）。这些影像点 一样会有相同 结构的焦散面，但是在焦平面上产生的横断面，和位於焦平 面上的最小模糊圆是截然不同 的。假如这个横断面向最小模糊圆位置靠近， 这个点会变小，但是外围会低反差的光晕； 如果横断面远离最小模糊圆， 光点会形成一个漫射的光束。这三种型态对於散景（bokeh） 的发生有相 当重要的影响。
(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。
光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大
调焦距离越远，景深越大；调焦距离越近，景深越小
5、一些计算实例
1)、200/2.8对焦在5m时，f/2.8的景深： (2)、200/2.8+2X=400/5.6对焦在5m时，f/5.6的景深： δ f F L = 0.035mm = 200mm = 2.8 = 5000mm δ f F L = 0.035mm = 400mm = 5.6 = 5000mm
Δ = 60mm L1
Δ = 30mm L1
Δ = 31mm L2 Δ L 结 论 = 61mm ： 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。
Δ = 62mm L2
Δ L 结 论 = 122mm ： 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。
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
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8x10寸的照片，观察距离为25~30cm。
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。
各家厂商通用的35mm底片使用的容许模糊圆直径大小为33微米，事实上也是求方 便的结果 。一般而言，在早期35mm底片的放大倍率都在3到4倍左右（即使今天最 常见的10cm×15cm 尺寸，即4×6，也是放大4倍），因此，在底片上直径为33微 米的粒子放大4倍之后，就是 132微米或0.13mm，大约等於0.1mm，和上述我们提 到「锐利度的感受」时所指出的边界值 相同。这是在1930年代所建立的一个标准， 当初已经考虑到未来光学、底片技术的发展， 以及几种不同底片片幅的放大倍率。 此外，高倍率的幻灯机投射，观赏距离都比较远，因 此人眼的辨识力的准则依然适 用。镜头的上景深标尺都是根据以上的标准而定的。
景深的实际拍摄照片
运用大光圈拍摄营造斑斓色块艺术的典型作品
这幅图片的前景由模糊的色 斑烘托出人物主题， 制造 这种效果从摄影技巧上讲是 运用了大光圈使景深 范围 减到最小，镜头焦距以人物 为清晰点对焦。如果 使用 小光圈前景的花草与人物将 同样清晰。运用大光 圈即 掌握景深的技巧往往能营造 出虚中托实的艺术效果。
穿越影像平面的光束的形状，很像是沙漏时钟，它的正式名称为「焦散 面」（caustic su rface）。这个焦散面的外型变化，与像差校正程度有很大 的关系，因此设计人员的诸多考 量，也会影响到焦散面的形状。在一张照片 上，其实有两种不同意义的焦平面。 其中一种 我们称为「光束焦平面」（paraxial focal plane），理论上它是影 像成像的最佳位置， 有最大量的光束集中在这一平面上，光束形成了一个很 小的高密度核，但是外围有著大面 积、低反差的光晕。因此光点虽然小，但 对比却很低。 另外一种情况，是光束本身形成了一个直径最小的光晕圆，称为「最小模糊 圆」（Circle of Least Confusion）。光束形成的「核」直径会较大，但是外 围的低反差光晕却比较小 ，整体有较高的反差。
自我检测
对于一个确定的镜头，f/11比f/4的景深大。 对于一个确定的镜头，聚焦20英尺的景深比聚焦10英尺的 景深大。 对于大多数的孔径和中等拍摄距离，向焦点前后扩展的景 深范围都是相同的距离。 景深范围内从前到后所有各点都是同等清晰的 可以获得最大的可能景深范围聚焦距离叫做超焦距。
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。
பைடு நூலகம்
4、景深的计算
δ
f F L
——
—— —— ——
容许弥散圆直径
镜头焦距 镜头的拍摄光圈值 对焦距离
下面是景深的计算公式。其中：
ΔL1
ΔL2 ΔL FδL2
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前景深
后景深 景深