镜头焦距和景深.docx

1、镜头焦距和景深1. 镜头焦距是一个固定的物理尺寸，是多少毫米，就是多少毫米，100mm就是100mm，不会变成150mm，不会随着相机的画幅不同而改变；2. 相同焦距的镜头放在不同画幅的相机上，画幅越大，视角越大，画幅越小，视角越小；3. 相同画幅的机身，如果镜头焦距越长，景深越浅（短），焦距越短，景深越大（或者说越深、越长）。要搞明白这些道理，首先要搞懂基本概念。【下面先说说焦距、视角和画幅】通俗地说，镜头焦距是指从镜头光心（单片镜头的中心或多片镜头的成像中心）到焦平面的距离。焦平面是相机里的成像面或感光面。这个感光面从早期使用的干板式玻璃片式的底板，到后来的软片式的胶片底板，一直发展到现在

2、数码相机所使用的CCD、超级CCD或CMOS等感光器件。这个成像面的尺寸规格就是我们所说的画幅。通过上面的定义不难看出，镜头焦距实际上是一段距离长度，而且是一个不会改变的固定长度，是一个物理尺寸。不论你的105mm镜头放在DX画幅的D300上，还是放在FX全画幅的D3上，这段物理距离都是固定的，没有发生任何改变。发生改变的只是你的相机焦平面（即CMOS）的大小而已。这个焦平面越大，视角也越大，也就是说所能容纳的拍摄场景越大，反之视角越小，容纳的场景越小。换一句话说，同样的拍摄对象，使用同样焦距的镜头，当焦平面是全画幅时，感光面积大，所得到的拍摄对象就更全面一些，如果是DX画幅，感光面积小了，拍

3、摄对象的四周的一部分被剪裁到画面外，因此得到的成像则就更局部一些了。这是从相同焦距的镜头放在不同画幅相机的角度上说的。下面我们换一种方法，看看用相同画幅的相机使用不同焦距的镜头是什么结果。如果我们使用相同画幅的相机，不论是D3还是D300，在同样的拍摄距离，用100mm的镜头拍摄之后再用150mm的镜头拍摄。我们会发现用150mm镜头拍摄时，只能拍到100mm镜头画面中的一部分。结果和上面使用不同画幅相机一样，视角小了。尽管两种拍摄条件不同，一个用全画幅150mm焦距镜头，另外一个是DX画幅100mm焦距镜头，但由于两者成像时的视角相同，结果被摄物体在画面中的大小比例便一样了。因此，人们便发明

4、了一种说明相同焦距镜头在不同画幅相机上使用的表述方法，即“相当于”三个字。我们可以说，100mm的镜头放在D3上是100mm，放在D300上之后，就相当于150mm焦距（视角）。注意：这里说的是“相当于”，指的是视角效果，不是说镜头的100mm焦距变成了150mm，因为人们经常把括弧里面的“视角”两个字有意无意地忽略了。更完整和更正确的说法就是，“100mm的镜头放在D3上是100mm，放在D300上之后，其视角相当于150mm焦距的镜头”，这种说法能清楚地说明问题的本质。【什么是恒定光圈镜头？】曾经看到有的网友提问说：恒定大光圈镜头怎么那么贵啊？但永远是f2.8的光圈可怎么用啊？这些问题听起

5、来确实很恐怖，试想，如果你买了一辆车，哪怕档次再高，如果永远只能开一挡，那还怎么开呢？提这种问题的人看来还是没有搞清楚基本概念。首先，恒定光圈的概念是相对于变焦镜头说的。有的变焦镜头非常便宜，比如不带防抖的70-300mm/f4.5-5.6才几百元钱，而有的变焦头则要上万，比如尼康新出的24-70mm/f2.8。后者贵是因为后者是恒定大光圈，无论你将焦距调整到多少，都可以使用f2.8的光圈。图样，佳能的24-105/F4镜头也是如此，无论是在24mm焦距还是105mm焦距，都可以使用f4的光圈。而70-300mm/f4.5-5.6由于不是恒定光圈的，所以尽管你在相机里使用光圈优先，把光圈调整为

6、f4.5，但只要你把焦距拉到长焦端，光圈就会变小了。恒定大光圈镜头为了保持能够恒定使用f2.8的光圈，所以镜身一般很大，因此成本也高，所以价格自然就上去了。【镜头的最佳光圈是怎么回事？】有的人曾经问我，你的照片怎么经常使用f5.6的光圈啊？我回答说，f5.6是我那个17-55的镜头的最佳光圈。然后，他又问，为什么不使用f22啊，不是光圈越小越清楚吗？看来问这种问题的人是把景深和分辨率的概念搞混了了。最佳光圈的意思是，任何一只镜头，无论是定焦还是变焦镜头，都有成像质量最好的那一档或若干档光圈。在这一档或这几档光圈下，镜头的分辨率可以发挥到极致，即达到最大的分辨率。最大分辨率指的不是前后清楚的围（

7、即不是景深）。普通镜头的最佳光圈往往在f5.6-f11的围，所以才有那种“f8下无狗头”的说法。而高级镜头，即所为的“牛头”，其最佳光圈往往比较大，即使在全开的情况下，也可能很锐利。这就是人们为什么要花高代价购买牛头的原因之一。他们进牛头，除了焦外成像好看之外，同时也是为了追求大光圈下的高分辨率。所以，这也是为什么我在用17-55时经常使用f5.6的原因。有人曾经对大多数镜头的最佳光圈进行过如下统计：*F1.2F1.4的标准镜头的最佳光圈为F4F1.8F2的标准镜头的最佳光圈为F5.6F2F2.8的定焦镜头的最佳光圈为F4F5.6F2.8恒定变焦镜头的最佳光圈为F5.6F3.5F5.6的变焦距

8、镜头的最佳光圈为F8F4.5F5.6的变焦距镜头的最佳光圈为F8F11*我不敢保证以上这些数据是否非常准确，仅抄录到这里供大家参考。总之，无论是牛头还是狗头，好好研究一下它们的最佳光圈到底是多少对你拍片是十分有好处的。光圈（Aperture）是一个用来控制光线透过镜头，进入机身感光面的光量的装置，以控制景深、镜头成像质素、以及和快门协同控制进光量。对于已经制造好的镜头，不能随意改变镜头的直径，但是可以通过在镜头部加入多边形或者圆型，并且面积可变的孔状光栅来达到控制镜头通光量，这个装置就叫做光圈。平时所说的光圈值F2.8、F8、F16等是光圈“系数”，是相对光圈，并非光圈的物理孔径，与光圈的物理

9、孔径及镜头到感光器件（胶片或CCD或CMOS）的距离有关。表达光圈大小用F值（光圈“系数”）。光圈F值 = 镜头的焦距/镜头口径的直径。要达到相同的光圈F值，长焦距镜头的口径要比短焦距镜头的口径大。这里值得一题的是光圈F值愈小，在同一单位时间的进光量便愈多，而且上一级的进光量刚是下一级的一倍，例如光圈从F8调整到F5.6，进光量便多一倍，我们也说光圈开大了一级。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，也叫做模糊圈。如果弥散圆的直径小于人眼的鉴别能力，在一定围实际影象产生的模糊是不能辨认的，这个不

10、能辨认的弥散圆就称为容许弥散圆(permissible circle of confusion)。景深（depth of field）：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围。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。景深随镜头的焦距、光圈值、拍摄距离（物距）而变化。对于固定焦距和拍摄距离，使用光圈越小，景深越大。当焦点设在超焦距时，景深会从超焦距的一半延伸到无限远，对一个固定的光圈值来说，这是最大的景深。景深的计算：超焦距或称泛焦距离，是一个和焦距与光圈有关的对焦距离，当镜头以这个距离对焦时景深最大、可以从相机和对焦点之间的某处

11、（景深前缘）起延伸到无限远（景深后缘）。如果镜头对焦在超焦距，则景深是从超焦距之半到无穷远。超焦距通常最适用的是焦距短的广角镜头，原因就是景深与镜头焦距的长短是有关系的。镜头焦距越短，景深越大；镜头焦距越长，景深越小。一般地，使用超焦距还是在50mm以下的镜头比较好，到了85mm以上，它的景深围小，使用超焦距已经没什么意义了。计算相机图像传感器分辨率以及镜头焦距问题：请问我如何确定使用了正确的镜头、焦距以及传感器分辨率（相机传感器CCD像素的行数和列数）？关于真实世界中的情况，我已了解下列定义：视场(FOV) - 相机可以采集到的被检测区域分辨率 - 成像系统需要复制出的物体细节数量物距 -

12、镜头前端到被检测物体的距离请参考下列图例：解答：为了获得精确的测量，您至少需要两个像素来表达您希望检测的最小特征。请使用分辨率信息为您的应用选择合适的相机和镜头。首先，需要决定您的图像采集系统所需的分辨率。可以先用真实世界的度量单位测量您需要检测的最小特征的大小。然后，传感器分辨率（S）= (FOV / 分辨率) x 2 = (FOV / 最小特征的大小) x 2。例如：有一个传感器分辨率为640x480的相机，希望知道在任何方向上可以检测出的最小特征的分辨率。因为要求测量不依赖于方向，因此取CCD尺寸参数中的短边，这里就是480；假设想捕获的FOV是100mm。根据上式，能够检测到的最小特征

13、尺寸是FOV除以传感器分辨率再乘以2（最小特征尺寸=(100/480)*2）。这样可以计算出能检测到的最小特征尺寸就是0.42mm。请注意这是一个大致的等式，没有考虑到镜头失真、具体的特征检测算法、以及是否采用亚像素精度。然后，计算所需的焦距：焦距 x FOV = 传感器尺寸 x 物距。对于上述例子，如果要确定物距，先假设传感器尺寸是1/2，镜头焦距是12.5mm，那么物距就是98mm（物距=(12.5*100)/12.7）。请注意为统一单位要将1/2换算为12.7mm。出厂的镜头中，只有一部分具有标准焦距。通常的镜头焦距包括6mm，8mm，12.5mm，25mm，以及50mm等几种。一旦您选

14、择了一个焦距接近您图像采集系统所需焦距的镜头，您需要调整物距以使被检测物体合焦。焦距较短（小于12mm）的镜头拍摄的图像会有明显的失真。如果您的应用对图像失真比较敏感，请尽量增加物距并使用焦距较长的镜头。如果您不便调整物距，您在选择镜头时就会受到比较大的限制。宽动态技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的一种技术。 当在强光源（日光、灯具或反光等）照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。摄像机在同一场景中对最亮区域及较暗区域的表现是存在局限的，这种局限就是通常所讲的

15、动态围。宽动态就技术言，不算背光补偿技术，有二种实现方式：CCD+DSP技术和CMOS+DPS技术。现在，CCD+DSP宽动态技术仍是主流应用技术，通常接触到的宽动态产品大多都是CCD宽动态。CCD+DSP：这种双曝光（或双快门）技术的核心是针对明暗反差较大的场景，摄像机先对明亮区域进行一次快速曝光，得到一幅亮部区域清晰正常的图像并存储到数据缓冲存储器中；然后再对场景中暗部区域进行一次慢速曝光，得到一幅暗部区域画面清晰的图像也存储到数据缓冲存储器中。以上曝光完毕后，利用DSP特有的图像处理算法，将两幅图像当中亮度适当的部分分别切割下来，最后进行叠加合成并输出一幅明暗区域都清晰可见的图像。CMO

16、S+DPS：DPS采用的是每一个像素单独曝光和ARM7控制技术，相比于CCD的两次曝光成像有了更高的动态围。低照度摄像机：可以在极其微弱的光照下工作的闭路电视摄像机。照度是用Lux表示。0Lux表示在没有光线情况下也能拍摄，一般摄像机大都在0Lux或者0.1Lux，照度值的大小是要看镜头的光圈大小（F值），F值越小所需的照度越低。当Lux值在0.001的时候，基本已经达到星光级照度。3A技术指的是自动对焦（AF）、自动曝光（AE）及自动白平衡（AWB）。自动对焦算法通过既得图像对比度移动镜头使图像对比度达到最大，自动曝光算法将根据可用的光源条件自动设置曝光值，自动白平衡算法根据光源条件调整图片颜色的保真程度。