光学基础知识

光学基础知识：焦点、弥散圆、景深：概念与计算2009/03/3023:04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(circleofconfusion)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(permissiblecircleofconfusion)o

弥散圆直径不同的厂家、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24mmx36mm6cmx9cm4"x5"弥散圆直径0.035mm0.0817mm0.146mm35mm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(depthoffield)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A£牌深景深随镜头的焦距、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。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。4、景深的计算下面是景深的计算公式。其中:s容许弥散圆直径f镜头焦距F——镜头的拍摄光圈值L对焦距离△L1前景深L2后景深L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)：、镜头光圈：光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大；、镜头焦距镜头焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大；⑶、拍摄距离距离越远，景深越大；距离越近，景深越小。景深公式（2007-01-2114:28:31）景深=（2*弥散圆直径*镜头焦距的平方*光圈值*调焦距离的平方）/（镜头焦距的4次方一弥散圆直径的平方*光圈值的平方*调焦距离的平方）如图u为物距v为像距F为镜头焦距c为可允许弥散圆直径D为光圈孔径，等于F*f，其中f是光圈值1、2两点在焦平面v上的成像都扩散到最大可允许弥散圆c,1、2两点之间的距离就是景深。推导过程是中学几何，用到透镜成像公式（1/u+1/v=1/F）和相似三角形，但对学习不太用功的中学生来说可能比较恐怖。电脑上写出来太麻烦了。景深=（2*弥散圆直径*镜头焦距的平方*光圈值*调焦距离的平方）/（镜头焦距的4次方一弥散圆直径的平方*光圈值的平方*调焦距离的平方）可允许弥散圆（COC）（2007-01-2312:21:22）到底多大的圆可以被视为清晰的点呢？这个和观看距离有关系。通常情况下，最佳的辩读距离，或称“明视距离”是在眼睛正前方25cm左右。在这个距离上，视力优秀的人能辩读细节的能力能够达到5线/mm，所以0.2mm就是该条件下的可允许弥散圆直径。人们舒适的视场是不超过60度。也就是说，把一张10寸的照片（A4幅面的文件或者14寸电脑屏幕也一样）放在眼睛前面25cm处，看得最清楚也最舒服。这时候可允许弥算圆直径是照片对焦线长度的1/1626。对于更大尺寸的照片，人们习惯在更远距离上观看，以保持60度的舒适视野，所以可允许弥算圆直径大些；小尺寸的照片，人们可能会看得近些、仔细些，可允许弥算圆直径也略小些。用照片对角线长度的1/1626作为可允许弥算圆直径的标准，可以作为一个基础的参考值。蔡斯公司的标准更严格，是对角线长度的1/1730。这个标准是按照35mm底片上，0.025mm的分辨率要求计算的，并被很多接受为行业标准。当然也有人使用更简单的1/1500，因为正如前面所述，景深是相对的，不用那么较真。还有另外一种标准，使用孤度来表示可允许弥算圆的，其实和对角线分数一个意思。数码相机景深大小与135相机的比较（2007-01-2416:44:57）通过景深公式的推算可知，景深和镜头焦距、拍摄距离、光圈值以及可允许弥散圆直径有关系。这个公式对于任何相机都适用。前文说过，可允许弥散圆直径是胶片对角线长度的1/1730，对于数码相机来说，自然就是CCD或者CMOS成像元件对角线长度的1/1730。这只有一个前提：数码相机对角线的分辨率必须大约1730像素，否则，每个象素大小就是可允许弥散圆大小。幸好现在好像没有那么小像素的数码相机。135相机可允许弥散圆直径与数码相机的比值就是胶卷和成像元件尺寸的比值，也就是镜头等效倍率！以EOS30D为例，可允许弥散圆为135相机的1/1.6。代入景深公式可知：30D与135相机使用同一镜头、在同一距离用同一光圈拍摄同一物体，30D的景深比135相机小，大约是其1/1.6。当然，此时30D和135相机拍摄的照片并不一样，30D只拍到了场景中间的一部分，相当于135相机用1.6倍焦距的镜头拍到的。30D与135相机使用同一镜头、同一光圈拍摄同一物体，30D拍摄距离是135相机的1.6倍，此时两部相机拍摄的照片、拍到的场景大小