景深(英语:Depth of field, DOF)是指相机对焦点前后相对清晰的成像范围。在光学中,尤其是录影或是摄影,是一个描述在空间中,可以清楚成像的距离范围。虽然透镜只能够将光聚到某一固定的距离,远离此点则会逐渐模糊,但是在某一段特定的距离内,影像模糊的程度是肉眼无法察觉的,这段距离称之为景深。当焦点设在超焦距处时,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。

景深指的是相机对焦点前后相对清晰的成像范围。在景深之内的影像比较清楚,在这个范围之前或是之后的影像则比较模糊。

景深通常由物距、镜头焦距,以及镜头的光圈值所决定(相对于焦距的光圈大小)。除了在近距离时,一般来说景深是由物体的放大率以及透镜的光圈值决定。固定光圈值时,增加放大率,不论是更靠近拍摄物或是使用长焦距的镜头,都会减少景深的距离;减少放大率时,则会增加景深。如果固定放大率时,增加光圈值(缩小光圈)则会增加景深;减小光圈值(增大光圈)则会减少景深。

对于某些影像,例如风景照,比较适合用较大的景深,然而在人像摄影时,则经常使用小景深(或者叫浅景深)来构图,造成所谓背景虚化的效果。因为数位影像的进步,影像的锐利度可以由电脑后制而改变,因此也可以由后制的方式来改变景深。

感光元件尺寸与景深的关系

等效焦距等效光圈、对焦距离三者相同的条件下,不同尺寸的感光元件景深保持一致。其中焦距和等效焦距、光圈和等效光圈的换算普遍以135传感器为标准。

相机运动和景深的关系

景深标尺

 
景深表,下面调节光圈,上面有对应的景深,光圈数值的颜色对应对焦环上的景深刻度颜色。例如把光圈调为黄色的 f/11,对应的景深就是上方两条黄色刻线中间的部分,用米和英尺两种单位表示

从1933年起开始,徕卡相机开始将超焦距尺刻印在镜头上 此后各厂家出产的大部分镜头或照相机,都配备了根据焦距和光圈值换算景深的景深标尺。景深标尺通常包括英尺和米两种单位;当某个距离值对准白色标线时,这一距离的物体就恰好在焦平面上成像。景深表下方白色标线两侧有标示光圈值的数值,当镜头的光圈值设定为某一数值时,景深就为该光圈值标线对齐的距离标尺上的两个数值范围。

 
Tessina 相机的景深标尺

也有一些相机,景深标尺不在镜头上,而在控制焦距的旋钮上,例如Rolleiflex双反相机Tessina微型相机

超焦距

当远景深被扩大到无穷远时,从焦点到镜头中心的距离即是超焦距(英语:Hyperfocal distance,亦称泛焦距离);通过将相机对焦在超焦距上可以获得给定f值下的最大景深。让对焦距离超过超焦距并不会使远景深增加(因为它已经被扩展到了无穷远),但这样却会缩短近景深,进而使完整的景深缩小,所以一些摄影师认为这样做会浪费景深。然而,这个结论是基于近处和远处的模糊圆一样大得出的,亦有摄影师认为,远处的物体在照片上较实际尺寸的比例偏小,因此若远处的物体是照片表现的主体,需要保证更小的模糊圆才能让观众感到清晰,因此对焦时超过超焦距靠近无穷远是合理的[1]

如果镜头包含景深刻度,那么可以将无限远标志和某个f值的标志对齐来设置超焦距。例如,将上图中的35mm镜头设置到 f/11 处,即将无限远标志与‘11’标志对齐就可以将焦距设成超焦距。对焦在超焦距上是一个将对焦区域在远景深上延伸至无限远的特例。

红点摄影

 
美乐时 LX 型相机的超焦距红点
 
蔡司Contessa相机的超焦距红字

有一些相机将超焦距表示为红字或红点。例如美乐时 LX 型相机的对焦盘上,在2m与无穷远之间有一红点,将镜头对准红点,则景深由米延伸到无穷远。又如蔡司Contessa相机镜头上20英尺为红字,光圈 f/8 也为红字,表示当光圈设为 f/8 时,将镜头对焦至20英尺可获得最大的景深,景深范围为10英尺至无穷远。

有限景深:选择对焦

要获得有限景深的照片,其目的是获得小景深的照片,因此要选择大光圈。

模糊圈

 
光圈对景深以及模糊圈的影响。焦点 (2) 可以在像平面 (5)成像,但是在不同距离的点,如 (13)则会投影出一个模糊的点,此点已大于模糊圈。减少光圈的大小 (4) 可以减小那些不在焦点上的点的模糊圈大小,因此模糊就变的比较不易察觉,看起来这些点就变成都在景深内

当镜头准确对焦时一个物体,一个点光源在像平面上成像为一个点(不考虑光的衍射);而在此物体前后的点光源在像平面上显示为圆斑。偏离准确对焦位置越多的点光,像平面上的圆斑越大,大过一定程度,人眼看去就显得模糊,这个圆斑限度就是模糊圈。人眼观看一张在明视距离25厘米的照片,可以分辨出不小于1/4毫米的圆斑;如果这张照片是一张从35毫米底片放大的8x10英寸照片,放大倍数为8,那么在底片上与放大照片上0.25毫米像对应的斑的直径为[2]

 c=      毫米

这就是一般35毫米相机取模糊圈为 1/30 毫米的由来。

如果35毫米底片放大16倍,即 16 X 20 吋,而观看距离增加到50厘米,模糊圈仍保持 1/30 毫米。

对于其他像幅,模糊圈做相应的改变

例一: 6 X 6 厘米相机

放大 8 吋照片,放大倍数=3.4 模糊圈 = 1/(3.4 x 4) ~ 1/14 毫米

例二:14x21毫米像幅微型相机

放大8吋照片,放大倍数为 15倍;所以模糊圈 c = 1/60 毫米

景深公式

超焦距

 代表镜头的焦距 代表镜头的光圈值,而   代表的特定的底片格式 模糊圈的直径,超焦距 可由下式描述:[3]

 

景深的准确公式

 
景深图

景深公式依据下列6个关系式

1) 光圈的直径 d =   其中 f 为镜头的焦距, N代表 镜头设定的光圈数(2.8,4,5.6,8,11,16,22等)。

2)光学透镜成像公式

  其中v代表像距,s代表物距

3)后物体的成像公式:

 

4) 前物体的成像:

 

5)  

6)  

从这6个关系式组成的连立方程, 利用逐次消元法,可以不作任何简化,就得到

 

 

 为无穷大,求s

  即超焦距

将超焦距公式代入   关系式,即得

 

 

此二公式,对于中长距离和近距离一律适用

例: 镜头对焦于s=H, 代入上列二式得

 

 = ∞

前景和背景虚化

在焦点前的虚化一般叫前景虚化。相应的,在焦点后的叫背景虚化。

范例

外部链接

参考文献

  1. ^ Merklinger, Harold M. The INs and OUTs of FOCUS: An Alternative Way to Estimate Depth-of-Field and Sharpness in the Photographic Image v. 1.0.3. Bedford, Nova Scotia: Seaboard Printing Limited. 1992 [2020-03-24]. ISBN 0-9695025-0-8. (原始内容存档于2020-01-31). 
  2. ^ Harold Merklingger, The INs and OUTs of FOCUS, p13 Seaboard Printing Limited, Nova Scotia, ISBN 0-9695025-0-8
  3. ^ Harold Merklinger, p14