
定焦镜头常用于文章监控领域。与变焦镜头相比,它的成本更低,因为没有焦点,现场安装使用更方便。定焦镜头产品在出厂时都需要提前对焦,那么如何对不同焦距的镜头进行对焦才能得到远近清晰的图像呢?这涉及到焦距和最大景深。
一、基本概念
首先,让澄清几个镜头的基本概念:
1、焦点
当平行于光轴的光线入射到凸透镜上时,理想的透镜应该是所有光线会聚在一点,然后呈圆锥形散开。所有光线会聚的这一点叫做焦点。
2、困惑圈
焦点前后,光线开始聚集扩散,点的像变得模糊,形成一个放大的圆,称为弥散圈。
在现实中,观看和拍摄图像是以一定的方式观察的(如投影、放大成照片等。),而人眼感知的图像与放大倍数、投影距离、观看距离有很大关系。如果弥散圆的直径小于人眼的分辨能力,实际图像产生的模糊可能在一定范围内不会被认出来。这个不可识别的分散圈被称为允许的混乱圈。
不同的厂家,不同的膜面积,对允许的色散圆直径有不同的数值定义。35mm摄影镜头的允许弥散圆约为底片对角线长度的1/1000~1/1500。前提是图片放大到5x7寸,观察距离25~30cm。
上述允许的弥散圆直径适用于模拟胶片,但不适用于现在更常用的数字图像传感器。对于数字图像传感器,最小的单位是像素,像素的大小决定了不同传感器所允许的弥散圆的直径。根据经验,如果弥散圈在3个像素以内,基本可以认为图像清晰。
3、景深
焦点前后有一个允许的弥散圆,这两个圆之间的距离称为景深,即被摄体(焦点)前后仍有一个清晰的影像范围,即景深。换句话说,被摄体的前后景深和负片表面的影像模糊都在允许的弥散圆范围内。
以相机拍摄者为基准,从焦点到近允许弥散圆的距离称为前景深度,从焦点到远允许弥散圆的距离称为景深。
4、光圈
光圈是一种用于控制通过镜头进入机身感光面的光量的装置。一般都是在镜头里。对于制造出来的镜片,我们可以不能随意改变透镜的直径,但我们可以通过在透镜内部增加一个面积可变的多边形或圆形孔径光栅来控制透镜的光通量。这个装置叫光圈。一般用f值来表示光圈的大小,光圈的计算公式如下
F=f/D
其中f代表光圈值,f代表镜头焦距,d代表通光孔径。从上面的公式可以看出,光圈大小与镜头的实际光圈大小成反比,即光圈值越小,光圈大小越大。从公式中我们还可以看出,焦距越长,要达到同样的光圈值,镜头需要的光圈就越大。光圈值完整系列如下:F1.0、F1.4、F2.0、F2.8、F4.0、F5.6、F8.0、F11、F16、F22、F32、F44、F64,如下图所示。
由于通光孔一般为圆形,实际通光面积与通光孔径的平方成正比,每个孔径之间相差1.4倍,也就是说每个孔径之间的通光面积相差近2倍。
5、景深的计算公式
下面是景深的计算公式:
其中包括:
从景深的计算公式可以看出,后景深的前景是很深的。此外,景深与镜头使用的光圈、镜头焦距、拍摄距离以及对画质的要求有关(
(2)镜头的焦距
焦距越长,景深越小;焦距越短,景深越大;
(3)拍摄距离
距离越远,景深越大;距离越近,景深越小。
6、超焦距
如果你聚焦于远处的某一点,那么景深的另一个极端就是无限的距离,距离无限的距离()到景深的距离叫做超焦距距离。如果先将焦点设置为超焦距距离,则会落在从超焦距距离的一半到无限远的景深范围内。
因为镜头后面的景深比较大,所以人们把能清晰成像的焦点后面的距离称为超焦距。傻瓜相机一般利用的是超焦距,利用的是短焦镜头在一定距离后仍能清晰成像的特性,省略了对焦功能。因此,一般来说,低级的傻瓜相机可以自动对焦,但只利用超焦距。如前所述,清晰度不是一个绝对的概念。超焦距的景物并没有真正清晰地成像。因为没有对焦,所以肯定是模糊的,但是模糊的程度一般人都能接受。这就是傻瓜相机拍的底片不能放大太多的原因。
超焦距的原始公式的计算是:
其中L 是超焦距,f是透镜的焦距,允许的色散圆,f是透镜的孔径。由于透镜的焦距比透镜焦距的平方除以f的乘积小得多,一般公式写成
二、计算示例
以MT9M034为例,其像素大小为3.75um,以三个像素为基准,弥散圆的允许直径为0.0112mm。
1、如果我们采用一个焦距为2.8mm,光圈为F1.8的镜头,我们可以在MT9M034上计算出这个镜头的超焦距如下:
也就是说,如果我们把镜头聚焦在0.4m左右,就可以得到0.2m到无限远的扩展景深。实测图像如下:
显然,这种镜头可以获得大视场、大景深的图像,但由于镜头焦距有限,对远处场景的细节表现明显不足。
2、如果我们采用一个焦距为6mm,光圈为F1.6的镜头,我们可以在MT9M034上计算出这个镜头的超焦距距离如下:
也就是说,如果我们将镜头聚焦在2m左右,我们可以获得从1m到无限远的扩展景深。实测图像如下:
图像的视野明显变窄,景深也明显减小。近处的景物已经模糊,远处景物的细节却明显增加。
3、如果我们采用一个焦距为8mm,光圈为F1.6的镜头,我们可以在MT9M034上计算出这个镜头的超焦距距离如下:
也就是说,如果我们把镜头对焦在3.6m左右,就可以得到1.8m到无限远的扩展景深。实测图像如下:
4、如果我们采用一个焦距为12mm,光圈为F1.6的镜头,我们可以在MT9M034上计算出这个镜头的超焦距距离如下:
从上面的计算可以看出,如果把镜头聚焦在8m左右,可以得到从4m到无穷远的扩展景深。实测图像如下:
图像的视野明显变窄了,景深也变小了。近处的景物已经模糊了,远处景物的细节却明显增加了。
5、如果我们采用一个焦距为16mm,光圈为F1.8的镜头,我们可以在MT9M034上计算出这个镜头的超焦距距离如下:
从上面的计算可以看出,如果把镜头聚焦在13m左右,可以得到6.5m到无限远的扩展景深。实测图像如下:
远视图的距离在13米左右,可以看到整体画面清晰。那么,用这个焦点,景深能达到无穷远吗?我们将在室内13米的距离瞄准对焦良好的相机,在室外现场拍照如下:
远物距离100米以上,成像清晰可辨,无虚焦现象。
结论
通过计算超焦距距离,我们可以在离开f时将定焦透镜乘积聚焦在超焦距距离上









