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班门弄斧 镜头与景深

什么是景深?当您用相机瞄着某一点对好焦,按下快门后,您会在您的照片上发现,不仅对焦点是清楚的,在它前后各有一段距离内的影像都是清楚的,这段清楚的景物范围就被称为景深(图1)。


图1 什么是景深
 

  怎么会是这样?中学物理不是这么教的!只有什么分之一加什么分之一等于什么分之一的时候,才能成清晰倒立的实像(图2A),这才是真理。没错,但世界总是比理想状态要复杂。当您的对焦点清晰成像的时候(图2A),这时候远景其实是成像在传感器前面的(图2B), P点发出的光线穿过汇聚点P’后继续向前,投射在传感器上时已经漫散成了一个小圈(图2B)。这个圈通常被称为弥散圈,它的亮度要比P’点的亮度低好多,而且越靠近圈的边缘就越暗。问题来了,人眼是有分辨率的,不是什么都能看见。人眼在明视距离(大约25cm)上能分辨相距0.073mm的两个点。反过来说,如果那个弥散圈的直径小于这个值,在人眼看来,那就是一个点。这就意味着远景尽管没有在传感器上清晰成像,但在人眼看来还是是清晰的。近景也是同样的道理,差别只是那些光线还没来得及汇成一点就撞在传感器上了(图2C)。

图2 出现景深的原因

  那些在景深远点以外的物体,还有在景深近点以内的物体,它们上面的每一个点都在传感器上弥散成一个圆。如果仅是一个点的成像也就罢了,人眼只是把它看成是一个圆,问题是相邻的圆都漫漶在一起,这就在照片上出现了糊里糊涂的图像,这就是您听说过的“焦外”。好的镜头会把光线发散得很均匀,焦外也就糊得很匀,有人形容那像奶油一样。


图3 景深的三个主要影响因素
 

  既然眼睛被镜头骗过了,照片上看出了景深,人就会想控制它。靠什么能控制景深呢?注意图3A右侧角α,这个角越小,弥散圈越小,弥散圈越小意味意越清晰,那么:
  ● 在镜头焦距、光圈确定的情况下,拍摄距离越远,景深就越深。这是因为越远的距离上,角α就越小,前后景间距离的变化对这个角α的影响就越小,景深就越深(图4)。


图4 相同焦距、光圈情况下比较不同拍摄距离的景深范围
图像被裁剪成了相同大小
注意拍摄距离增大后(右),前后景间距与拍摄距离的比值减小,因此在照片上显得更近
这个道理和用长焦拍摄时空间被压缩的原理是一样的,参见①

 

  ● 在镜头光圈和拍摄距离不变的情况下,镜头焦距越短,景深就越深。这是因为越短的镜头,焦点越靠近镜头光心,前后景间距离的变化对角α的影响越小,景深就越深(图5)。

 
图5 相同光圈、固定拍摄距离情况下比较不同焦距镜头的景深范围

  更为重要的是,为了控制镜头的通光量,镜头内部都有个被称为光圈的结构,光圈口径的大小会影响角α的大小,从而影响弥散圈的大小(图3B)。于是:
  ● 在镜头焦距和拍摄距离固定的情况下,光圈越小,景深就越深。这是因为光圈越小,角α就越小,对前后景距离增大的容受能力就越大,景深就越深(图6)。

 
图6 相同焦距、固定拍摄距离情况下比较不同光圈的景深范围

  根据景深的原理,对于某支镜头,在某个特定物距的情况下,可以计算出对应的景深。附注中的网址是一个在线计算景深的工具,您可以试试。但在实际拍摄中,除了专业的广告摄影师或者在拍电影,哪有几个人会去计算啊。这个时候老镜头上的景深表,或者新相机上的景深预览功能就显得很重要了,需要您仔细看一下说明书,学会怎么用。如果您想仅凭照片中带有的数据(EXIF)学习别人的拍摄手法,还是很难对照片的实际景深范围做出判断,毕竟影响照片成像的因素还有很多。
  出现“景深”这种现象的原因,是人眼被骗了,或者说人眼的能力不足。如果能力足够强呢?比如照片被放大了?这时候景深就变浅了。如果传感器没那么精细,那个弥散圈只能被反映成一个JPGE图像中的像素点呢?那景深自然就变深了——当然这时候整个照片也精细不到哪儿去,多半像版画一样。所以说,只要能欺骗您的眼睛,影响景深的因素有很多,但在摄影实践中应用得最多的就是上面提到的三个办法。
  控制景深有什么用?
  大景深可以减少对焦难度,只要被拍对象在景深范围内,不需要准确对焦也能清晰成像,这对摄影记者非常重要。有人还发现了扩大景深的超焦距方法⑤⑥,可惜现代的电子镜头没有景深表,没法儿用了。早年的傻瓜相机,其实就是利用了短焦镜头宽广景深的特点,只要不是太近,不用对焦就可以拍摄。

  如果是拍风景,包括拍到此一游照,您当然会希望从远到近地都清楚。这时候就需要大景深,您可以试试用短焦距或者小光圈。当然了,如果用了短焦距,就应该向拍摄对象靠近些,不然人物可能就太小了。经常在景区听游客报怨:你的单反怎么还不如人家卡片机照得好啊?这是因为卡片机焦距短、口径小,自然景深就深,对于追求“清楚”的普通游客来说,您“奶油般的焦外”就成了不清楚,是白花钱啦。请试试小光圈吧,保您让太太满意。

  摄影很多时候都在做减法,构图是减法,控制拍摄内容的构成也是减法,更常用的,浅浅的景深也是在做减法——那些不希望它出现的东西,就让它在焦外化成奶油吧。用我此前说过的话,通过虚化焦外,把主体剥离出来,可以把读者的注意力吸引到您要表达的东西上。但是,突出主体是重点,虚化焦外不是。经常看到这样的评论:焦外不错。对不住啊,兄弟,咱让您看的是焦内,不是焦外,请您吃饺子,您啃我的碗干嘛? 

  说到这儿,忍不住报怨一下大陆产电影。编不出好故事,写不出好剧本也就罢了,摄影也搞不好?再看美国大片时,您可以注意一下他们的景深运用——交待环境的大景深和交待人物的浅景深,完全地控制着您的视线。摄影不就是那种通过控制您的视线,强制向您表达的艺术形式么?再看看咱们的电影吧,总是乱糟糟的镜头——要知道电影镜头的光圈可是连续的,由此控制出来的景深,是可以一毫米一毫米改变的。白瞎那些昂贵的镜头了。




__________________________
① 班门弄斧 透视与镜头 (
http://blog.sciencenet.cn/blog-259438-690407.html)
② 注意是对焦点,不是焦点,这是两个完全不同的概念。摄影用语里,太多的混乱了。
③ 注意啊,清晰的景物范围叫景深。从对焦点到最近清晰点称为前景深,另外一边叫后景深。相对地,在传感器上的清晰范围称为焦深,对应地也可以区别分前焦深和后焦深。一般拍摄就不需要知道这些了。
④ 这儿充满了混乱。光圈口径是指的镜头能进光部分的直径,影响镜头的进光量。但是镜头的焦距也会影响镜头的进光量,焦距越短,视野越宽,进光量就越大。为了能够比较不同镜头的进光量,人们使用了“相对口径”这个概念,对相对口径的度量就大家平时说的“光圈值(F值)”,简称光圈(这就是混乱的来源,有时这个词指的是那个结构,有时指的是光圈口径,在有的人的口中它就是光圈值,本文一律称光圈)。光圈是一个与光圈口径的倒数有关的量,所以光圈越大,光圈口径越小,镜头的进光圈越小(但是,当有人跟您说用大光圈时,您得确认一下,他说的是光圈口径还是光圈值?)。老镜头的两级光圈间(f1.4, f2.8, f4, f5.6 …),进光面积和进光量刚好相差一倍。新的电子镜头,光圈的级间差变小了,也就是说控制可以更精细了。而电影镜头的光圈是连续的,不分级的。
⑤ Online Depth of Field Calculator (
http://www.dofmaster.com/dofjs.html)
⑥ 超焦距是什么?( 
http://arch.pconline.com.cn/digital/textlib/video/v03/10303/144007.html)
⑦ 过小的光圈,由于光线衍射的缘故,成像质量会下降,当然这是另外的话了。
⑧ 照片中被拍对象的形状、颜色、朝向、姿势等等的组合方式。“构成”几乎是所有美术相关的学生必经的一个训练内容。
⑨ 当然了,您故意失焦,让整张照片都处于焦外,为了营造一个小布尔乔亚的气氛,那是另外一回事。


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