景深

景深（Depth of field, DOF）是指相机对焦点前后相对清晰的成像范围。在光学中，尤其是录影或是摄影，是一个描述在空间中，可以清楚成像的距离范围。虽然透镜只能够将光聚到某一固定的距离，远离此点则会逐渐模糊，但是在某一段特定的距离内，影像模糊的程度是肉眼无法察觉的，这段距离称之为景深。当焦点设在超焦距处时，景深会从超焦距的一半延伸到无限远，对一个固定的光圈值来说，这是最大的景深。

景深通常由物距、镜头焦距，以及镜头的光圈值所决定（相对于焦距的光圈大小）。除了在近距离时，一般来说景深是由物体的放大率以及透镜的光圈值决定。固定光圈值时，增加放大率，不论是更靠近拍摄物或是使用长焦距的镜头，都会减少景深的距离；减少放大率时，则会增加景深。如果固定放大率时，增加光圈值（缩小光圈）则会增加景深；减小光圈值（增大光圈）则会减少景深。

对于某些影像，例如风景照，比较适合用较大的景深，然而在人像摄影时，则经常使用小景深（或者叫浅景深）来构图，造成所谓背景虚化的效果。因为数位影像的进步，影像的锐利度可以由电脑后制而改变，因此也可以由后制的方式来改变景深。

## 感光元件尺寸与景深的关系

在等效焦距、等效光圈、对焦距离三者相同的条件下，不同尺寸的感光元件景深保持一致。其中焦距和等效焦距、光圈和等效光圈的换算普遍以135传感器为标准。

## 相机运动和景深的关系

### 景深标尺

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从1933年起开始，徕卡相机开始将超焦距尺刻印在镜头上 此后各厂家出产的大部分镜头或照相机，都配备了根据焦距和光圈值换算景深的景深标尺。景深标尺通常包括英尺和米两种单位；当某个距离值对准白色标线时，这一距离的物体就恰好在焦平面上成像。景深表下方白色标线两侧有标示光圈值的数值，当镜头的光圈值设定为某一数值时，景深就为该光圈值标线对齐的距离标尺上的两个数值范围。

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也有一些相机，景深标尺不在镜头上，而在控制焦距的旋钮上，例如Rolleiflex双反相机和Tessina微型相机。

### 超焦距

当远景深被扩大到无穷远时，从焦点到镜头中心的距离即是超焦距（Hyperfocal distance，亦称泛焦距离）；通过将相机对焦在超焦距上可以获得给定f值下的最大景深。让对焦距离超过超焦距并不会使远景深增加（因为它已经被扩展到了无穷远），但这样却会缩短近景深，进而使完整的景深缩小，所以一些摄影师认为这样做会浪费景深。然而，这个结论是基于近处和远处的模糊圆一样大得出的，亦有摄影师认为，远处的物体在照片上较实际尺寸的比例偏小，因此若远处的物体是照片表现的主体，需要保证更小的模糊圆才能让观众感到清晰，因此对焦时超过超焦距靠近无穷远是合理的。

如果镜头包含景深刻度，那么可以将无限远标志和某个f值的标志对齐来设置超焦距。例如，将上图中的35mm镜头设置到 11 处，即将无限远标志与‘11’标志对齐就可以将焦距设成超焦距。对焦在超焦距上是一个将对焦区域在远景深上延伸至无限远的特例。

### 红点摄影

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有一些相机将超焦距表示为红字或红点。例如美乐时 LX 型相机的对焦盘上，在2m与无穷远之间有一红点，将镜头对准红点，则景深由米延伸到无穷远。又如蔡司Contessa相机镜头上20英尺为红字，光圈 8 也为红字，表示当光圈设为 8 时，将镜头对焦至20英尺可获得最大的景深，景深范围为10英尺至无穷远。

## 有限景深：选择对焦

要获得有限景深的照片，其目的是获得小景深的照片，因此要选择大光圈。

## 模糊圈

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当镜头准确对焦时一个物体，一个点光源在像平面上成像为一个点（不考虑光的衍射）；而在此物体前后的点光源在像平面上显示为圆斑。偏离准确对焦位置越多的点光，像平面上的圆斑越大，大过一定程度，人眼看去就显得模糊，这个圆斑限度就是模糊圈。人眼观看一张在明视距离25厘米的照片，可以分辨出不小于1/4毫米的圆斑；如果这张照片是一张从35毫米底片放大的8x10英寸照片，放大倍数为8，那么在底片上与放大照片上0.25毫米像对应的斑的直径为

```
 c=     <math>  \frac {1}{8*4} \approx  \frac{1}{30} </math>毫米
```

这就是一般35毫米相机取模糊圈为 1/30 毫米的由来。

如果35毫米底片放大16倍，即 16 X 20 吋，而观看距离增加到50厘米，模糊圈仍保持 1/30 毫米。

对于其他像幅，模糊圈做相应的改变

例一： 6 X 6 厘米相机

放大 8 吋照片，放大倍数=3.4 模糊圈 = 1/（3.4 x 4) ~ 1/14 毫米

例二：14x21毫米像幅微型相机

放大8吋照片，放大倍数为 15倍；所以模糊圈 c = 1/60 毫米

## 景深公式

### 超焦距

$f$代表镜头的焦距，$N$代表镜头的光圈值，而 $c$ 代表的特定的底片格式模糊圈的直径，超焦距为$H$可由下式描述：

$$H =f + \frac {f^2}{N c}$$

### 景深的准确公式

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景深公式依据下列6个关系式

1）光圈的直径 d = $\frac {f}{N}$ 其中 f 为镜头的焦距， N代表 镜头设定的光圈数（2.8，4，5.6，8，11，16，22等）。

2）光学透镜成像公式

$$\frac{1}{s} +\frac{1}{v}=\frac {1}{f}$$ 其中v代表像距，s代表物距

3）后物体的成像公式：

$$\frac {1}{D_N}+ \frac{1}{v_N} =\frac {1}{f}$$

$$\frac{1}{D_F} +\frac{1}{v_F}=\frac{1}{f}$$

- $\frac{v_N-v}{v_N}=\frac{c}{d}$

- $\frac{v-v_F}{v_F}=\frac{c}{d}$

从这6个关系式组成的连立方程，利用逐次消元法，可以不作任何简化，就得到

$$D_N=\frac{sf^2}{f^2+cN(s-f)}$$

$$D_F=\frac{sf^2}{f^2-cN(s-f)}$$

$$DOF=D_F - D_N=\frac{sf^2*2(cN)(s-f)}{f^4-(cN)^2(s-f)^2}$$

令$D_F$为无穷大，求$s$

$s=H=f+\frac{f^2}{Nc}$ 即超焦距

将超焦距公式代入$D_N$，$D_F$ 关系式，即得

$$D_N=\frac{s(H-f)}{H-2f+s}$$

$$D_F=\frac{s(H-f)}{H-s}$$

此二公式，对于中长距离和近距离一律适用

例：镜头对焦于$s=H/n$, 代入上列二式得

$$D_N= \frac{H}{n+1-\frac{n-1}{\frac{H}{f}-1}}$$

$$D_F=\frac{H}{n-1}(1-\frac{f}{H})$$

当$n=1,s=H$,

$D_N=\frac {H}{2}$, $D_F=\infty$

对$n>1,H \gg f,$ 当$s=H/n$,

$$D_N \approx \frac{H}{n+1}$$

$$D_F\approx \frac{H}{n-1}$$

### 前景和背景虚化

在焦点前的虚化一般叫前景虚化。相应的，在焦点后的叫背景虚化。

## 范例

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- 22

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- 8

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- 4

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- 2.8

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- 在32，背景很清楚

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- 在5.6，光圈开大，使背景模糊，让花与背景分离

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- 2.8，利用浅景深主题猫也与背景分离

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- 使用非常浅景深的微距镜头