镜头与景深关系及其计算.docx
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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
24mmx36mm
6cmx9cm
4"x5"
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
（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在添加2X增距镜后，变成了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
该该镜头在配合2X增距镜后，主镜头用f/2.8
拍摄时，景深是原来的一半。
（3）景深的实例拍摄照片比较
相信摄影爱好者朋友在阅读完此文后，对摄影中涉及的景深问题有一个初步的认识，希望对摄影初学者有所帮助。
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