景深

摄影测量与遥感学术语

景深（DOF），是指在摄影机镜头或其他成像器前沿能够取得清晰图像的成像所测定包括被摄物体的前后距离范围。镜头光圈、镜头焦距、及焦平面到拍摄物的距离是影响景深的重要因素。

详细解释

当相机的镜头对着某一物体聚焦清晰时，在镜头中心所对的位置垂直镜头轴线的同一平面的点都可以在胶片或者接收器上形成相当清晰的图像，在这个平面沿着镜头轴线的前面和后面一定范围的点也可以结成眼睛可以接受的较清晰的像点，把这个平面的前面和后面的所有景物的距离叫做相机的景深。

光轴平行的光线射入凸透镜时，理想的镜头应该是所有的光线聚集在一点后，再以锥状扩散开来，这个聚集所有光线的一点，就叫作焦点。在焦点前后，光线开始聚集和扩散，点的影像变成模糊的，形成一个扩大的圆，这个圆就叫作弥散圆。

在现实当中，观赏拍摄的影像是以某种方式(比如投影、放大成照片等等)来观察的，人的肉眼所感受到的影像与放大倍率、投影距离及观看距离有很大的关系，如果弥散圆的直径小于人眼的鉴别能力，在一定范围内实际影象产生的模糊是不能辨认的。这个不能辨认的弥散圆就称为容许弥散圆(permissible circle of confusion)。在焦点的前、后各有一个容许弥散圆。

以持照相机拍摄者为基准，从焦点到近处容许弥散圆的的距离叫前焦深，从焦点到远方容许弥散圆的距离叫后焦深。

三要素

镜头光圈、镜头焦距、及拍摄物的距离是影响景深的重要因素：

1、光圈越大（光圈值f越小）则背景虚化，景深越浅（更适合拍人像），光圈越小（光圈值f越大）则背景清晰，景深越深（更适合拍风景）。

2、相同光圈下：镜头焦距越长，景深越浅，焦距越短，景深越大。

在使用长焦镜头拍摄，特别是使用超长焦距镜头拍摄时，在对焦的时候应特别小心，以免被摄主体超出景深的范围，造成影像模糊。

3、主体越近，景深越浅，主体越远，景深越深。

当然，除此之外，某种程度上景深与相机传感器尺寸也有一定关系，但由于绝大多数人并不会更换不同画幅摄影器材频繁拍摄，因此并不将其作为主要影响因素。

在进行拍摄时，调节相机镜头，使距离相机一定距离的景物清晰成像的过程，叫作对焦，那个景物所在的点，称为对焦点，因为“清晰”并不是一种绝对的概念，所以，对焦点前（靠近相机）、后一定距离内的景物的成像都可以是清晰的，这个前后范围的总和，就叫作景深，意思是只要在这个范围之内的景物，都能清楚地拍摄到。景深的大小，首先与镜头焦距有关，焦距长的镜头，景深小，焦距短的镜头景深大。其次，景深与光圈有关，光圈越小（数值越大，例如f16的光圈比f11的光圈小），景深就越大；光圈越大（数值越小，例如f2.8的光圈大于f5.6）景深就越小。其次，前景深小于后景深，也就是说，精确对焦之后，对焦点前面只有很短一点距离内的景物能清晰成像，而对焦点后面很长一段距离内的景物，都是清晰的。

能同时被眼看清楚的空间深度称为眼的成像空间深度，即是景深。

计算方法

计算公式

下面是景深的计算公式。其中：

δ——容许弥散圆直径

F——镜头的拍摄光圈值

f——镜头焦距

L——对焦距离

ΔL1——前景深

ΔL2——后景深

ΔL——景深

前景深ΔL1=FδL^2/（f^2+FδL）

后景深ΔL2=FδL^2/（f^2-FδL）

景深ΔL=ΔL1+ΔL2=（2f^2FδL^2）/（f^4-F^2δ^2L^2）

从公式(1)和(2)可以看出，后景深＞前景深。

需要注意的是，哪怕科班出身或是专业人士也会经常混淆景深和焦深，尽管这种错误不影响具体理解。区别：景深是从最近的聚焦物面到最远的聚焦物面的距离。焦深则是像面空间。

由景深计算公式可以看出，景深与镜头使用光圈、镜头焦距、拍摄距离以及对像质的要求(表现为对容许弥散圆的大小)有关。这些主要因素对景深的影响如下(假定其他的条件都不改变)：

(1)、镜头光圈：光圈越大，即光圈值(F)越小，景深越小；光圈越小，即光圈值(F)越大，景深越大；

(2)、镜头焦距：镜头焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大；

(3)、拍摄距离：距离越远，景深越大；距离越近，景深越小。

不同的厂家、不同的胶片面积都有不同的容许弥散圆直径的数值定义。一般常用的是：

35mm照相镜头的容许弥散圆，大约是底片对角线长度的1/1000~1/1500左右。前提是画面放大为5x7英寸的照片，观察距离为25~750px。

常用在线计算器

摄影光学计算器

Windows版本的可下载的计数器在f/Calc

(1)、200/2.8对焦在5m时，f/2.8的景深：

δ=0.035mm

f=200mm

F=2.8

L=5000mm

ΔL1=60mm

ΔL2=62mm

ΔL=122mm

结论：该镜头在用f/2.8拍摄时，清晰范围是从4.94m~5.062m，景深很浅。

(2)、200/2.8+2X=400/5.6对焦在5m时，f/5.6的景深：

δ=0.035mm

f=400mm

F=5.6

L=5000mm

ΔL1=30mm

ΔL2=31mm

ΔL=61mm

结论：该镜头在配合2X增距镜后，主镜头用f/2.8拍摄时，景深是(1)的一半。

精确计算

然而，上述的计算公式本身并无问题，但是和实际结果稍有偏差，可以进行更精确的景深计算，这里以显微镜为例。

一个系统的景深实际上包括物理景深、几何景深、调节景深三个方面：

物理景深是由衍射效应所限制，在显微系统而言是Δp=λ/NA2。

几何景深是由人眼的角分辨率造成的，Δg=250nε/NAΓm，250mm是人的明视距离， Γm是系统放大倍率，n是介质折射率，在空气中n是1，油中是1.515. ε是人眼角分辨率。

调节景深则是由于人眼具有一定调节能力，对于一个正常人而言，通常可以调节7个屈光度。则Δa=437.5n/Γm2。

显微镜景深是上述三项之和，即Δm=Δg+Δp+Δa，而这一公式只是对人眼直接目镜观测而言，人眼通常可对无限远到250mm明视距离成像，常常人眼看着清楚的，用数字探测器去观测反而是模糊的。即使没有用过显微镜，可能在照相时虽然单反相机取景窗观看是清晰的，也会出现拍出来是模糊的情况。因为对于数字器件而言，没有直接由人眼观察引起的项。取而代之的是成像器件采样以及人眼观察成像器件带来的几何景深，修正后为Δg=ne/ΓmNA ，其中e是数字探测器最小可分辨距离，2倍的像元尺寸，它通常在4-24微米左右。（Δm=Δp+Δg）

注：以上推导是在非相干照明情况下计算，此时聚光镜的数值孔径比物镜大，抑或相同。而照明相干性增加（随着聚光镜数值孔径趋近于零）景深会增加。然而，在许多基于相衬或相位成像显微镜中，景深可能会出乎意料地比根据上述等式预测的更浅，并且可能产生非常薄的光学界面。

心算法

虚化等级法是定量估算超焦距和浅景深的一种快速心算法。即，使用视场短边标准身高倍数来代替传统的对焦距离，并引入虚化等级，将超焦距与浅景深的心算结合在一起。

理论

虚化程度X =弥散圆直径r/传感元件短边尺寸L×100%

虚化等级R与X的对应值如下表：

R值的物理含义如下：

注：L300dpi为300dpi下短边可打印尺寸。弥散圆亮度均匀，爱里斑能量集中在中心，爱里斑直径是弥散圆直径2倍时，模糊效果近似等效。

无穷远处的虚化程度X∞ = 0.5倍对焦距离处的虚化程度X0.5

=弥散圆直径/传感元件短边尺寸×100%

=f/(F×1700N) ×100%

其中N的定义见图1。

f=24mm，F=5.6，N=1时，X∞ =X0.5=0.25%，对应虚化等级R∞ =R0.5=0。记住f24F5.6N1这个基准，可快速估算其余情况。例如f35F2.8N0.5对应R∞ =R0.5=2.5；f35F11N0.5对应R∞ =R0.5= -0.5。

背景并不是无穷远。当R∞≥2.5时，距对焦面5m以外的背景通常可以达到虚化。

只要保证无穷远处锐利（R∞≤k），背景处就一定锐利，同时，只要保证前景比0.5倍对焦距离远，前景就一定锐利。

实例

如图2，N=5.6(蓝点)、f=17、F=5.6、APS-C。由于透视，蓝点处柱子长度为红点处的一半，说明蓝点距离相机的距离为红点的2倍。对蓝点平面对焦，无穷远处和红点处的虚化等级R相同，R∞ =R0.5= -3。若设置F=4，则R∞ =R0.5= -2.5；F=8，则R∞ =R0.5= -3.5。三种光圈设置都可获得大景深，此时，应使用镜头的最佳光圈（取决于镜头的设计和加工误差）。

实拍分析

浅景深

当希望画面中主体突出明显时就可以用上浅景深，通常叫作微距拍摄，可以用来拍摄花卉、昆虫或者是人物。抑或想要营造一种梦幻的效果时也可以用上浅景深。

大景深

当希望画面中所有的内容都清晰显示时就用大景深。常用于风景摄影或者扫街。

景深控制

摄影的基本技术之一是对景深的控制，景深效果对照片的构图影响非常明显。

扩大景深，使所有被摄体在画面上都清晰可见。缩小景深，清晰地表现主要的物体，让次要的物体虚化隐去。

得到最大的景深：采用最小光圈＋最短焦距镜头＋超焦距聚焦能获取最大景深效果。

得到最小的景深：采用最大光圈＋尽可能缩短的摄距＋长焦距镜头能获取最小景深的效果。

前后景对焦拍摄

在取景时，取景器中的画面都会分为前景和后景。