科普向 篇一:镜头超焦距探讨(理论和模拟)

2019-03-05 10:04:09 62点赞 398收藏 65评论

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最近入手三阳14mm f2.8后,出现了第一个困扰我的问题。因为三阳14mm f2.8是手动对焦镜头,因此如何对焦成了一个不得不解决、不适应的问题。

 

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 因此在寻找这个对焦问题的过程中接触到了一个名词。

超焦距理论

目的

1、利用大景深拍摄大场景,保证前景和后景都清晰。

2、手动对焦困难;没有时间去精确对焦又需要快速去拍摄,利用广角最近对焦距离到无限远距离短的特点快速拍摄。

应用举例

1、卡片机

2、大疆、GO PRO

3、新闻记者抓拍

卡片机的傻瓜对焦能够把近处和远处都拍摄清楚;大疆和GO PRO也是同样的现象;记者为了抓拍场景,如果拿起相机再对焦就可能错过一些瞬间,所以不如用超焦距无需对焦直接抓拍。

理光GR为什么有街拍神器这么一说,随便拿起来就是一拍,无需对焦,画面就能有一定的清晰范围,清晰度也足够。

概念介绍

超焦距或称泛焦距离,摄影术语。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(景深前缘)起延伸到无限远(景深后缘)。——维基百科:超焦距

在这段文字中,我们可以看到泛焦距离焦距光圈景深(景深前缘、景深后缘)对焦点。因此需要先对这一系列的名词做一些解释。

泛焦:画面内一定范围内景物全部清晰。

焦距:相机的镜头是一组透镜,当平行于主光轴的光线穿过透镜时,光会聚到一点上,这个点叫做焦点,焦点到透镜中心(即光心)的距离。我们常见的定焦24mm、35mm、50mm、85mm、105mm,即光汇聚到一点的焦点到透镜中心的距离为24mm、35mm等等。变焦24-70mm、70-200mm同理,只不过是焦点到透镜中心的距离可调。更具体的解释就不多说了。

光圈:是照相机上用来控制镜头孔径大小的部件,以控制景深、镜头成像质素、以及和快门协同控制进光量。有时也表示光圈值的概念。表达光圈大小用f值表示,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内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,光圈f值=镜头的焦距/光圈口径。——维基百科:光圈

f的值越大光圈越小f的值越大光圈越小

光圈F值=镜头焦距/镜头有效口径直径

因此在焦距一定的时候,光圈F值和镜头有效口径直径(即孔的大小)成反比。即口径越大,F值越小,这也是为什么f/1.8孔径那么大的原因。

对焦点:延伸出来其实是对焦距离,是镜头到物体的距离与镜头到感光元件的距离之和。

图源https://jingyan.baidu.com/article/08b6a591e6abca14a80922a6.html图源https://jingyan.baidu.com/article/08b6a591e6abca14a80922a6.html

景深:指相机对焦点前后相对清晰的成像范围。景深前缘即下图的前景深,景深后缘即后景深。

所谓的景深深、景深浅也就是景深的大小。景深深,就是前景深+后景深的范围大;景深浅就是前景深+后景深的范围小。

弥散圆:在焦点前光线开始聚集,在焦点后光线开始扩散。此时,点的影像从圆到点(焦点),继而又扩散到圆,这个焦点前面和后面的圆就叫做弥散圆。

点的影像在焦点两侧随着弥散圆的扩大也就逐渐变得模糊。如果弥散圆足够小,肉眼就分辨不出它是一个圆,依旧把它视为点的成像。这个可以被接受的圆的最大直径被称为容许弥散圆直径。

镜头超焦距探讨(理论和模拟)

图源

从上图就能比较清楚的理解弥散圆的概念了。

对焦点经过折射形成一个像点,该点上有一个成像平面,前景成像在焦平面后,后景成像在焦平面前,这两个像均在焦平面上形成一个圆,这个圆就是容许弥散圆。

对于这个弥散圆,在不同大小的cmos上有不同的定义。不过基本上是一个固定值。一般全画幅的弥散圆是0.035mm。

景深与超焦距

从超焦距的概念中得知,景深是超焦距的关键。

景深及计算公式

镜头超焦距探讨(理论和模拟)

图源

焦距、光圈、对焦点三者都对景深有影响。

1、焦距越小,景深越大;焦距越大,景深越小。

镜头超焦距探讨(理论和模拟)

图源

2、光圈越小,景深越大;光圈越大,景深越小。

光圈与景深的关系光圈与景深的关系

根据上图,在光圈全开,弥散圆直径固定的时候,景深(准确的说应该是焦深)小;

在收缩光圈的时候,景深(准确的说应该是焦深)变长。

3、对焦点(对焦距离)在一定范围内,对焦距离越小,景深越小;对焦距离越大景深越大。

超焦距的目的是为了能够在光圈和焦距一定的情况下让画面清晰的范围最大化。

我们用某一个光圈值跟焦距对焦到无穷远,会有一个清晰的范围。不清晰到清晰之间,我们叫临界点,这个临界点,也叫超焦点,相机到超焦点的距离,就是超焦距。

当我们对焦到这个距离的时候所获得的景深是当时焦距和光圈下的最大景深。

计算

超焦距计算公式

原始公式原始公式

通常情况下左边焦距远小于右边计算值,因此,通常把焦距省略掉。变成

简化公式简化公式

以三阳14mm f2.8为例。

当我选择14mm f2.8,弥散圆全幅下大约是0.035mm。

大致计算大致计算

在光圈2.8的时候,理论上对焦到2.014米所得景深最大。

景深公式景深公式


14mm f2.814mm f2.8

把2.014代入L值,只计算分母。

计算结果计算结果

经过计算,未省略焦距是计算结果为负值,省略焦距后计算结果为0。也就是省略焦距后计算公式的分母大小为0,景深为无穷远。

分开计算前景深和后景深。

计算结果计算结果

可以看到,当对焦点设在2m的时候,前景深为2m的一半。后景深为无穷远。

也就是说当对焦点设为超焦距时,前景深为超焦距的一半,后景深为无穷远。(后面的计算不久多列举了)此时的景深范围是最大的。

清晰范围也是最大的。

超焦距软件模拟

这里使用的软件是景深app。

 

‎App Store 上的“景深-现场计算器自动测量距离焦深”‎阅读评论、比较用户评分、查看屏幕快照并进一步了解“景深-现场计算器自动测量距离焦深”。在 iPhone、iPad 和 iPod touch 上下载“景深-现场计算器自动测量距离焦深”,尽享 App 丰富功能。itunes.apple.com去看看

 这个app虽然ui是丑了点,不过好在比较直观。

画幅设置

软件界面软件界面

画圈处设置相机画幅。

从手机到大画幅都有从手机到大画幅都有

我的相机是尼康D610,所以就直接选全画幅了。

选完后返回。

功能介绍

功能介绍功能介绍

光圈调整和超焦距变化

光圈2.8 超焦距大概为2.33米光圈2.8 超焦距大概为2.33米

至于为什么是2.33米和计算不太一致。原因在于软件使用的是简化后公式,而且弥散圆直径设置为0.03mm,而不是0.035mm。问题不大,毕竟手动对焦你也不一定找得到2.33m或者2m真正的位置(有时候标尺都不一定准)。

光圈4 超焦距1.63光圈4 超焦距1.63

光圈5.6 超焦距1.17光圈5.6 超焦距1.17

光圈8 超焦距0.82光圈8 超焦距0.82

光圈11 超焦距0.59光圈11 超焦距0.59

可以看到,光圈越小,超焦距离镜头越近。

如果对焦点设置在超焦距位置,会有什么变化。

光圈2.8 超焦距2.33 焦点放在2.33位置光圈2.8 超焦距2.33 焦点放在2.33位置

发现后景深还不算是无穷远。前景深1.16m,后景深1628......不知道多少米,应该是趋近于无穷远。那我们设置成2.34。

光圈2.8 超焦距2.33 对焦点2.34光圈2.8 超焦距2.33 对焦点2.34

此时发现前景深1.17米,后景深无穷远。同时观察右边红黄两线的范围是最大景深。

拖动焦点距离往无穷远走拖动焦点距离往无穷远走

把焦点往远处拉发现前景深也在往前移,后景深不变,因此总的景深相对超焦距点位是缩小的。

拖动焦点距离往镜头拉拖动焦点距离往镜头拉

发现后景深迅速减小,整体景深快速缩小。

因此超焦距是景深最大对焦距离。

那么焦距确定,超焦距也设在所在光圈的规定值的时候,景深差距有多大呢?


光圈2.8 光圈2.8 

光圈11光圈11

可以看到f11的光圈后景深依然是无穷远,但是前景深已经是0.3m。

所以拍风景的时候如果需要前后景都清晰,使用小光圈+超焦距拍摄是一种不错的方法。

省事点当然也可以对焦无穷远无脑对也行,损失一点前景。

总结

1、你是手动头或者不想花时间在对焦上,想要抓拍用大景深(超焦距)是不错的选择。

2、拍摄风景想要画面前后尽可能的清晰,用大景深(超焦距)是不错的选择。

好像还有一种叫景深合成的方法,有时间去试试。镜头超焦距探讨(理论和模拟) 

祺鸽也不是什么大佬,只是碰到了才去查询相关的知识。写这篇文章只是小小的抛砖引玉。能有更多的大佬来做出分享。

文章肯定也会有说的不太清楚的地方。大家轻喷。镜头超焦距探讨(理论和模拟) 

这篇偏向理论,下篇等天气好了外出实测(其实在室内实测了几组,但是效果不太好就不放了)。这雨快下了一个月了镜头超焦距探讨(理论和模拟) 


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