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影響景深大小的成因很多,網路常見的說法是『景深三要素:焦長、光圈、物距』,然而這是倒果為因的不嚴謹定義,本篇將深入淺出,剖析景深公式,讓大家了解 ...
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景深公式完全解析
发布者:yunhongwang,发布时间:2009年9月14日01:55
景深公式完全解析
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景深(DepthofField)是攝影人不可不知的重要觀念,就定義而言:物體所能清晰顯現的範圍稱為景深。
影響景深大小的成因很多,網路常見的說法是『景深三要素:焦長、光圈、物距』,然而這是倒果為因的不嚴謹定義,本篇將深入淺出,剖析景深公式,讓大家了解其原理。
〔模糊圈〕要講景深則必須先提到模糊圈(CircleofConfusion),若把鏡頭等效成一透鏡,我們可用構圖法繪出下列圖示:紫色點為對焦點,會在CCD上成為完美的一點。
對焦點之後的紅點光源會在CCD前方聚焦,而在CCD上變成模糊一圈。
對焦點之前的黃點光源會在CCD後方聚焦,同上,變成模糊一圈。
然而人眼的辨視率是有限的,直徑低於一定大小我們就無法分辨。
根據Zeiss對於模糊圈大小的公式:是以片幅對角線除以1730,舉例來說:35mm底片的CoC約為29μm、APS-c的DSLR換算之後是18μm、而1/1.8"的DC換算之後則是5.2μm,直徑小於CoC的圈都被視作清晰的點,所以可反推回對焦點前後一定範圍內能清晰成像(因為這範圍內的點光源在CCD上的點直徑小於CoC),我們可以說,要先有CoC我們才能定義清晰與模糊的分界,能一分為二之後才能定義景深範圍。
〔光圈口徑對於景深範圍的影響〕光圈口徑對於景深的影響可以用下面的圖來解釋之:假設原本在景深範圍外的點光源,在CCD上形成模糊的成像(如左上圖),然而因為光圈縮小,因此光線變成只有部份能在CCD上感光,投射在CCD上的點直徑縮小(如右下圖),若直徑小於CoC,則會被視為聚焦清晰的點,所以可以反推,光圈口徑縮小,讓原本投射在CCD上的圈直徑變小,此舉讓成像點小於CoC,反推原本不清楚的點現在變為清楚的了。
〔景深公式推導〕令C=CoC參數、d=光圈口徑=焦長f/光圈值a,可得:Vf-v/Vf=C/d,代入d=f/a可得Vf=fv/f-acv-Vn/Vn=C/d,代入d=f/a可得Vn=fv/f+ac根據透鏡公式 1/s+1/v=1/f可逆推:景深近點:Dn=sf²/f²+ac(s-f)景深遠點:Df=sf²/f²-ac(s-f)景深:Dof=Df-Dn=sf^4+2ac(s-f)/f^4-a²c²(s-f)²根據最後公式可知,景深與四個參數有關:實體焦長、光圈值、物距、CoC
〔超焦距〕接著要談一個名詞叫超焦距(HyperfocalDistance),超焦距定義是對焦點距離等於超焦距時,景深近端點距離為H/2,而遠點會是無限(稱之為泛焦或超焦),根據近點公式可反推:H=F²/aC (H=超焦距、F=焦長、a=光圈值、C=該片幅的Coc值)景深遠點與近點的公式可歸納為其下:近點:Dn=HS/(H+s)遠點:Df=HS/(H-s)DOF=Df-Dn=2HS²/(H²-S²)當S小於H時,我們可以利用這個公式來算DOF的大小,下面我會用一系列的試算表來驗算各個參數與景深的關係。
〔焦長與景深〕以APS-C片幅的DSLR為例,CoC值為18μm,光圈值固定在4,物距固定在5m處,用EXCEL試算後得到以下結果:可以發現焦長越短超焦距會越小(H=F²/aC),物距若在5m,焦長為12mm、16mm都已經泛焦了,20mm之後物距小於超焦距因此可用公式計算,景深則與焦長呈負相關(焦長越長景深越淺),其實主要原因就是入射光口徑會越大的關係。
〔物距與景深〕根據透鏡公式,相同焦長下,對焦點物距與會影響透鏡與CCD間的距離(鏡組位移),近而影響到景深遠點與近點,用EXCEL試算後得到以下結果:對焦點距離與景深呈正相關(對焦距離越遠,景深越深,若等於超焦距,則景深為無限)
〔光圈值與景深〕沒什麼好說的,光圈值與景深呈正相關(光圈值越大,口徑越小,景深越深),然而有趣的是我們拿DSLR跟DC來做對比,為什麼同樣在DC上也是2.8,景深卻差那麼多呢?原因是DC的實體焦長太短,所以入射光口徑極小,以我的G7來說,廣角端的實體焦長是7.4mm,等效焦長為36mm,在DSLR上視角相對應的鏡頭實焦為24mm(24x1.5=36),同樣是f2.8,入射口徑d比是2.64mm比8.57mm,雖然DC的CoC較小,會使景深計算時較淺,但入射口徑小,因此景深較DSLR深多了。
物距若是非常接近時上述的景深公式將會不準,這時我們會用放大率來算景深,這邊就不多花篇幅介紹了,若有興趣可以自行參閱Wiki上關於DOF的公式解析,希望經過這篇的介紹,大家會對景深公式有更深一層的了解囉。
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