相机成像原理与背景虚化(上篇)

首先讨论相机的成像原理。

任何一个发光的物体，不管其是主动发光还是被动发光，它们所发的光都不能自动地在某一投影平面——譬如一面墙上——形成自身的影像。这是因为，普通物体产生的是漫射光，漫无目标地向四周空间照射。如果在一个投影面的前面放一个发光的小点，我们在投影面上看到的不是一个光点，而是茫茫的一片，是这个光点的漫射光的一部分——光束——照亮了投影面，见图-1。

 

图-1

假如在光点与投影面之间的适当位置放一个凸透镜，光束通过透镜时，所有的光线改变方向重新汇聚到一点，这样在投影面上就形成一个亮点，这就是那个发光点的“像”，如图-2。

图-2

当一个物体能够被我们看得见时，是因为这个物体在发光。一个物体发光，可以看成是有无穷多的点在发光。如果通过凸透镜将每个发光点的“像”准确地投射到投影面上，则投影面上就会出现这个物体完整的“倒像”，见图-3。图中只表示了三个点的成像路线，仅作示意。

图-3

照相机的镜头相当于一个凸透镜，它可以将物体的像投射到相机的感光元件上，从而拍到了物体。如果没有凸透镜，投影面上不会出现物体的“像”(影子除外)。

曾经有一篇科幻小说，讲的是一伙罪犯在夜晚作案时，一个闪电的照耀将他们的像留在了墙壁上——这是不可能的！

下面讨论背景虚化。

某个发光点的光束经过凸透镜后，光束逐渐汇聚到一个点，此点即为焦点。随着光线的继续前进，光束又发散开来。如果像平面(投影面)恰好位于焦点上，则发光点在平面上的像为一清晰的点。如果像平面不在焦点位置，不管其靠前或靠后(图中虚线部分)，光点在平面上的成像不是一个点，而是一个圆，行话叫做弥散圆，见图-4。

图-4

当弥散圆直径很小以至于肉眼不能分辨时，那么物体的成像看上去是清晰的。如果弥散圆的直径增大，物体的像就变模糊了。

凸透镜能够将发散的光束聚焦到一点(焦点)上，此点到透镜中心的距离，称为焦距。由不同距离射入的发散光束，由于光束的发散角不同，经过凸透镜折射后其聚焦的位置也不同——距离越远，焦距越小；距离越近，焦距越大。所以，远近不同的小点在像平面上的成像是不同的，有些是清晰的小点，有些则是弥散开来的小圆，见图-5。

图-5

如此一来，当你调节相机对着拍摄主体聚焦后，主体成像很清晰，但位于主体前(近景或前景，如A点)和主体后的物体(远景或背景，如C点)就比较模糊或者很模糊了。

很多时候，为了突出拍摄主体我们会尽一切办法让背景变得模糊，即虚化背景。虚化背景的本质，就是使背景的每一个点在像平面上呈弥散圆状。弥散圆直径越大，背景的像就越 “虚”。那么如何将背景更好地虚化呢？下面就几个有关的因素分别进行分析。

①光圈

在保持焦距不变的前提下，增大光圈实际就是加大光圈的通光孔径。由图-6可以知道，随着光圈孔径的增加，背景光点弥散圆的直径成比例地增加，虚化程度加强。

图-6

②焦距　改变凸透镜的凸度，就可以改变成像的焦距。焦距越大，则不同发散角的光束折射后形成的焦点间的距离就越大，远点(C点)在像平面上所成的弥散圆直径就越大，因而背景就越模糊(见图-7)。因此，虚化背景的方法之二就是加大镜头的焦距。

 

图-7

③主体与背景至镜头的距离　由图-5可知，增加背景(C点)至镜头的距离或减小主体(B点)至镜头的距离，会使二者的光束发散角的差别增大，经透镜折射后二者成像焦点的距离随之增加，则C点在像平面上所成的弥散圆直径就越大，因而背景就越模糊。因此，虚化背景的方法之三就是让镜头贴近拍摄主体并且远离背景。

④像平面的尺寸　同样大小的弥散圆，在不同大小的像平面上的表现是不同的。像平面越大，弥散圆相对显得越小；像平面小，弥散圆相对显得越大。这就是说，在其它参数相同的条件下，像平面越小则背景越虚。这一观点或许很多朋友不能接受，因为大家都知道小DC的像平面——CCD是比较小的，而它的虚化能力较弱，你怎么能说像平面越小背景能力越强呢？我的解释是：虽然小DC的CCD较小，但它的焦距和通光口径更小，以至于小CCD的虚化效应被小焦距和小口径的清晰效应抵消甚至超越，故而虚化能力降低。

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