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景深的原理

时间:2026-01-29 09:25:58

首先什么是景深?

  对于光学系统而言,由于像差的限制,点物很难成点像,加上衍射受限,会形成一个弥散斑。

  但幸好,人眼也不够高级。对于照相物镜来说,若照片上各点的弥散斑对人眼的张角小于人眼极限角分辨率1~2',则感觉犹似点像。所以人仍然会认为图像是清晰的。

  故当镜头对着处于焦面物体拍摄时,被摄物体与其前后的景物有一段清晰的范围,这个范围我们将其称为“景深”。

  如下图(右)所示,当我们聚焦前景的时候,背景往往就虚化了,聚焦背景的时候前景又被虚化。当然这样的好处是突出了主体,我们也喜欢这样的虚化效果。但是如果想同时得到清晰的前景和背景(如左图),那我们则需要更大的景深。


第二,景深和焦深有什么区别?

  即使是科班出身的人,也经常会搞混淆景深(Depth of field)和焦深(Depth of focus),经常可以在正规的论文甚至顶级刊物上看到,尽管这样的错误并没有影响我们的正确理解。

  如下图,景深是从最近的聚焦物面到最远的聚焦物面的距离。焦深则是像面空间。


第三,如何定量计算景深?

  作为读者,想必或多或少会知道影响景深的因素:光圈,焦距,物距

从公式中可以看出,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。这些因素对景深的影响如下:
(1)、镜头光圈:光圈越大,景深越小;光圈越小,景深越大;
(2)、镜头焦距:镜头焦距越长,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。

无论是通过数学公式还是光线追迹的方法都是很好理解的。

第四,如何精确计算景深(以显微镜系统举例)

  然而,上述的计算公式是没有问题的,但是它和实际的结果有偏差。

  更精准的计算我想以显微物镜来举例。实质上,显微物镜和照相物镜没有理论和本质的区别,只是术语上,显微术从业者喜欢用数值孔径(NA),放大倍率等词汇,而摄影光学则喜欢用焦距、相对孔径、光圈数来描述系统。


一个系统的景深实际上包括三个方面,






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