光圈改变光束宽度,景深描述我们能接受多少模糊
镜头里的开口变小,为什么背景有时更清楚?开口限制了进来的光束,离焦的小光斑也会变小。但缩得太小,光的波动又会把光斑铺开;我们比较的是这两个效果。
先做两个小比较
- 保持对焦位置,比较大开口和小开口下的前景、花和背景。
- 再把焦点移到远处,看看清楚的主角怎样改变。
光圈、弥散圆与清晰范围的计算
想细看:完整观察与操作说明
画面里的叶片、主花、花瓶和背景分别位于 1.3、2、3 和 6 米处。对焦主花时,来自花心一点的光会在传感器附近收拢;其他距离的光束却被传感器提前或延后截开,留下小片光斑。这就是离焦模糊的来源。
收小光圈,截到的光束更窄,离焦光斑也更小。于是更多距离进入“看起来足够清楚”的范围。真正精确合焦的物平面仍然只有一个。 景深边界不是突然清楚或突然模糊的一堵墙,而是依照观看条件选定的容许阈值。
动画中的圆形开口表示入瞳——从镜头前方看到的有效孔径,不是某一款机械光圈叶片的结构模型。ƒ/2 的数字比 ƒ/8 小,实际开口却更大,因为光圈值是焦距除以入瞳直径。
- 对焦 2 米,比较大光圈与小光圈。看花心、前景叶片、后方花瓶和灯光分别如何改变。
- 固定光圈,把对焦距离从 2 米推到 6 米。主花变软,背景接过注意力。
- 关闭亮度补偿,再从
ƒ/2收到ƒ/4。理想入瞳面积剩四分之一,等快门条件下进入的光也约剩四分之一。 - 恢复亮度补偿,让画面的亮度尽量一致,再单独判断景深。不要把“更暗”和“更清楚”混为一谈。
很小的光圈也有代价:波动光学中的衍射斑会变大。片中的放大圆展示了这个尺寸趋势,并非某个真实镜头的锐度测试。
用同一只镜头计算所有距离
D 是入瞳直径,N 是光圈值。vₛ 是对焦物距对应的传感器位置,v 是另一物距的理想像距。图中的弥散圆来自光束与传感器相交的几何,不是根据章节手动指定的模糊数字。
绿色范围使用传感器上直径 0.03 mm 作为可接受阈值,采用理想 50 mm 薄透镜计算。更严格的输出尺寸、观看距离或分辨率要求会改变这个阈值,因此也改变报告的景深。
相对进光量以相同对焦距离、透射率和快门下的 ƒ/2 为基准,按 1/N² 比较。实际显示亮度经过近似的显示响应,不是线性辐照度计,也不是完整的快门、ISO 或噪声模拟。
画面如何生成?
花叶、花瓶、建筑和灯光是程序绘制的原创图层,按其设定距离分别计算离焦。孤立灯点显示实际几何弥散圆;花叶等扩展图形使用由同一弥散圆尺度确定的高斯核近似,不声称模拟真实镜头的完整点扩散函数。
衍射尺寸使用波长 550 nm 时的近似中央斑直径 2.44λN,忽略有限共轭修正和真实镜片像差。对焦、景深与衍射都有边界;这个实验帮助建立关系,而不替代具体相机镜头的实测。