光圈与景深关系详解
光圈与景深关系详解
光圈与景深是摄影中两个非常重要的概念，它们直接影响着照片的清晰度和视觉效果。本文将从物理原理的角度，深入探讨光圈与景深的关系，帮助读者更好地理解摄影背后的科学原理。
几个重要概念
容许弥散圆（CoC）：容许弥散圆是指在图像中被认为是“清晰”的最大模糊圆的直径。这个值通常由相机制造商或摄影师根据最终输出的图像尺寸和观看距离来确定。
光圈（F）：光圈是控制光线进入相机的装置，其大小直接影响景深。
景深（DoF）：景深是指在照片中从前景到背景的范围内，所有物体都能被认为是清晰的区域。
焦外模糊范围：在景深之外的区域，物体的成像会变得模糊，形成一个模糊的圆圈。这个模糊圆圈的大小与容许弥散圆的半径成正比。具体来说，焦外模糊范围内的物体成像模糊程度会随着距离焦点的远近而变化，距离焦点越远，模糊圆圈越大。
焦外模糊范围与CoC关系
假设某个物体位于焦点前或焦点后的一定距离 Δd，那么这个物体在图像平面上的模糊圆圈的直径 D 可以通过以下公式计算：
D = c * Δd / d
- c 是容许弥散圆的直径
- Δd 是物体距离焦点的距离
- d 是焦点到图像平面的距离
初中物理知识回顾
物距（U）、像距（V）和焦距（F）：凸透镜成像的特点可以通过物距、像距和焦距的关系来描述。
三个距离之间的关系：根据凸透镜成像公式 1/f = 1/u + 1/v，可以推导出物距、像距和焦距之间的关系。
光圈对景深的影响
对于定焦镜头而言，透镜到图像传感器的距离（即像距 v）是固定不变的。根据成像公式 1/f = 1/u + 1/v，对于给定焦距 f 和像距 v，存在一个固定的物距 u。在没有容许弥散圆的情况下，定焦镜头只能从给定物距平面成清晰像，前后任意距离成像都会模糊。
现在引入容许弥散圆的概念。假设焦外模糊范围（R=8），图中很直观可以看出，当大光圈（R=38）时，近景物体A可以被清晰拍摄；当小光圈（R=15）时，远景物体B也可以被清晰拍摄。这说明光圈半径越小，景深越深，画面越能容纳不同深度的物体。
景深计算公式
景深（DoF）的计算公式为：
DoF = (2 * N * c * u^2) / f^2
其中：
- N 是光圈值（F值）
- c 是容许弥散圆的直径
- u 是拍摄距离
- f 是镜头的焦距
通过化简，可以得到：
DoF = (2 * c * u^2) / (R * f)
上式表明，对于给定的相机和固定物距，景深与光圈半径成反比关系。