景深 超焦距 公式推导
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[1 楼] sd6509 [泡菜]
10-5-20 22:10
景深﹑超焦距离及模糊圆的概念,在很多论坛有相互转抄的贴子介绍,笔者业余初学拍照(还说不上摄影的层次),看了后总感到概念叙述的太简单,缺少比较严格的数学推导证明,因此,在实际应用时,对光圈﹑焦距和物距(拍摄距离)间的变化关系很难把握,为此,编发此文,恭请朋友拍砖指正。

       图一  景深公式和超焦距离公式证明推导示意图

参数设定:
镜头口径为D,两个端点分别为u,v两点;对焦点物距为Lo,景深近点Lon,景深远点为Lof,底片至镜头距离(像距)为Li,对焦物体的成像点为q(CCD),近点成像在r,像距为Lin,景深远点成像在p,像距为Lif,底片上可容许的最大模糊直径为a,其两个端点分别为u’和v’。镜头焦长(焦距)为f
关于模糊直径为a(模糊圆)的深入讨论见另文“模糊圓的深度討論”。这里仅给出简单的
结论性数值。对于135胶片(全画幅),推荐

,即30~33微米。对于APS画幅,a值应较全画幅小些。模糊圓大小,等於底片对角线的1/1418,1/1309,以及1/907。
一,景深计算公式推导
根据高斯成像公式:
           (1)
          (2)
          (3)
图一中
相似三角形:

  
       (4)
            (5)
由(4)式整理出:
          
由(5)式整理出:
         
代入(1),消去 :  
      (6)
代入(1),消去 :
      (7)
(6)代入(2),消去 :
    (8)
(7)代入(2), 消去 :
     (9)
由(8)和(9)式:
      (10)
(8)为景深远点尽计算公式,(9)式为景深近点计算公式,(10)式为景深范围DOF(depth of field)计算公式。
定义n 为光圈数值,且符合  ,分别代入(8)(9)(10)式得:
     (景深远点 ) (11)
      (景深近点)  (12)
           (景深)     (13)
若:
  
(这样的假定是合理的,因为一般摄影通常如此,极近的微距摄影除外)
式(11)可以简化为:
     (景深远点 )     (14)
式(12)可以简化为:
     (景深近点)      (15)
式(13)可以简化为:
   (景深)        (16)
上式中:
:镜头焦长(焦距)。
:对焦点物距(即对焦距离)。
:可容许的最大模糊直径。
:光圈数值。
二,超焦距离公式推导
原理:令
  为无穷远,所得到的物距 即是超焦距离h
令(11)式分母为0(即 值为无穷大):
  得:
        (17)
通常     

这样(17)式可简化为:
       (17a)
上式即是我们常用的超焦距离计算公式。
(17)代入(15),得:
            (18)
    对焦点物距(即对焦距离)。
从上式可以看出,当对焦在超焦距离时,景深点是超焦距离的一半。即,从此处到无穷远处皆可清晰成像。
[7 楼] mls123321 [泡菜]
10-5-22 11:31
摸索下 自已学了
[6 楼] sd6509 [泡菜]
10-5-21 12:04
原文由 u2511 在2010-05-20 22:35发表
LZ你把所有推导过程和示意图都画在一张图上,贴了图不就啥都看的到了么


我想这么办,可现在我发不了图啊。公式是用公式编辑器输入的,很规范
[5 楼] andoon [禁言中]
10-5-21 00:08
图还是没出来啊?楼主呢?
[4 楼] u2511 [泡菜]
10-5-20 22:35
LZ你把所有推导过程和示意图都画在一张图上,贴了图不就啥都看的到了么
[3 楼] 河南红圈 [泡菜]
10-5-20 22:27
?
[2 楼] sd6509 [泡菜]
10-5-20 22:16
唉,文字是上去了,可公式和图却显示不出来。白费劲了