请教各位大侠一个关于弥散圆的简单问题

Horace · 发表于 2008-10-28 14:23:08

我是一个摄影爱好者，关于弥散圆有一些疑问在摄影论坛没办法得到回答，这里都是光学设计的高手，希望大家能帮帮我。

问题是这样的：根据景深公式，可以知道弥散圆直径、镜头焦距、镜头光圈和对焦距离四个参数决定了景深的大小，弥散圆越小，景深越大.。在焦平面上合焦的影像点最终的分辨率表现决定于弥散圆的大小，弥散圆越小，照片的分辨率将显得越高，现在我感到疑惑是失焦的那些点在焦平面的成像，摄影爱好者叫它虚化，这个虚化的表现是否也依赖于弥散圆的大小？弥散圆越小，虚化越小，弥散圆越大，虚化越大？是否成立？

如果成立的话就有一个问题了，大家都知道镜头成像有分锐利和不锐利，依我的理解，锐利的成像当然是指那些合焦的影像点，因为球差控制得好，弥散圆小，成像便锐利了。不锐利的成像则是因为球差控制不佳，弥散圆大，影像便显得模糊。但如果按照上面说的弥散圆小，虚化也小，弥散圆大，虚化也大的原则，锐利的镜头岂不是就会虚化比较小，景深比较大了？不锐利的镜头反而虚化会比较大，景深更浅？可事实是很多镜头的景深表现是一致的，但焦内成像锐利程度相差很大。这样的现象从光学设计的角度如何解释呢？

问题可能很外行，让大家见笑了，希望各位大侠能不吝赐教，谢谢。

optoboy · 发表于 2008-10-28 21:25:55

小哥这个问题一点也不简单，很容易被一些概念搞乱掉。我知道在不少的景深计算中都有弥散斑这个因素（如图），我们不妨从另外一个角度考虑这个问题。
我们知道相机的景深和焦深是相对应的，前景深对应前焦深，后景深对应着后焦深。光学系统中的像差在焦深的范围内被认为是可以接受的（这里便对应着弥散斑的大小，数值不定），焦深的计算公式是4λF^2（F是一定像距的有效F数），所以可以说像距固定、光圈、焦距固定，相机的景深也是固定的。
至于说成像虚化，确实和弥散斑的大小有关（如你所说），但是弥散斑是个比较综合的评价方式。镜头的虚化主要和光学系统中的球差有关系，在光圈的直径范围内球差不能各处矫正的一样，有的孔径值球差就会超过一倍焦深的范围内（4倍焦深是允许的），那么在这个孔径上的成像就表现为虚化。如下图（二）是三个镜头的球差矫正曲线，Y轴是像面，曲线越靠近像面成像的锐度越好，越远离成像便虚化，有的镜头成像很虚化（甚至是糊像）这和像差矫正有关系，还不能完全和景深联系上。
以上便是拙见，有不当的地方大家一起讨论，呵呵
C:\2.jpg
C:\3.jpg

[ 本帖最后由 optoboy 于 2008-10-28 21:29 编辑 ]

Horace · 发表于 2008-10-28 22:32:25

非常感谢optoboy大侠的回复，我有些明白了，是不是说焦内的成像锐利与否主要取决于像差的控制，只要像差没有大于焦深，就可以忽略它近似地认为现在没有像差，成像是锐利的。如果像差大于焦深了，则会开始影响成像的锐利程度，表现在照片上就是即便是焦点，也不清晰。

镜头的虚化表现主要和球差有关，那是不是说球差越大，虚化越虚呢？但……我的理解可能有些谬误哦，我以为球差作为一种影响成像分辨率的像差，不是要竭力缩小的吗？如果想把弥散斑变小，好像也是要控制球差呀？像差，一般情况不都是希望越小越好吗？那是不是说如果想设计一个用于人像拍摄镜头，希望有好的虚化，就不能把球差控制得太小？需要设计在一个恰当的值使得焦内也足够锐利，焦外的虚化也好看？另外，弥散圆的大小在虚化表现上是不是不占主导地位？

另外，optoboy大侠的图2的球差矫正曲线里X轴是什么？请指教

optoboy · 发表于 2008-10-29 08:17:00

是这样的，可能有些细节放在光学设计上还有点问题，这个就不说啦。
其实球差曲线也可以看作“焦点”离焦面的变化曲线（不同孔径上的光线与光轴的交点是不一样的--球差的概念），X轴为离焦距离。如果不同孔径与光轴的交点离胶片越远（球差越大），在胶片上的弥散斑也越大，成像就越虚化。
在光学设计里面，不是说球差在各个孔径上面都得矫正的那么好，如果这样的话需要更复杂的结构，更复杂的面型等等，一般情况下只能把它限制在一个范围内。所以只是在不同孔径之间做平衡，比如小光圈锐利，大光圈虚化，这就看不同的设计者对摄影效果的理解程度了。

Horace · 发表于 2008-10-29 09:49:17

感谢optoboy大侠的再次解惑。
这样，我变换一下我的问题，有没有可能设计出这样一个镜头，焦段和别人一样，光圈和别人一样，在同样的拍摄距离，景深却比别人小，虚化也比别人大，同时还能保证焦点的清晰。

我的理解是只要把弥散斑做大就可以做到更小的景深，但问题是如果要把弥散斑做大，是不是一定要把球差或者别的什么像差变大？但这样一来，不就影响了焦内成像的锐利程度了吗？

这问题困扰了我很久，再次请教了

[ 本帖最后由 Horace 于 2008-10-29 10:52 编辑 ]

optoboy · 发表于 2008-10-29 12:21:53

我不认为把弥散斑做大就会获得更小的景深，某种程度上景深是固定的，弥散斑大（成像不好）只能说明这个镜头的像差没有矫正好而已。
弥散斑是像差的综合考量（球差、色差、慧差等等），弥散斑大相应的球差等像差也会变大，成像自然就变坏了（锐度不好）。
似乎还没见过控制弥散斑大小的方法来控制景深的，弥散斑不能作为景深的完全变量。在光学设计中获得最小的像差(弥散斑)是一直的追求。呵呵

注：在景深的计算公式里面，弥散斑的大小不是随便取的，这个值是保证成像清晰的最大值，是一个容限。
举个例子：在光圈、焦距、像距不变的条件下，更换两种颗粒大小不同的底片，颗粒小的底片对弥散斑的大小很敏感，那么拍的较好像质时实际景深要比理论值小一点；颗粒大的不敏感，实际景深要比理论值大一些；由此看来景深似乎是变化了，但是有一件事没有统一---那就是像质是不一样的！如果我们规定某种程度的像质，弥散斑的大小就定下来了，景深是固定的。
你之前说的弥散斑大景深就大，公式上看也是这样。可以这样理解，弥散斑大就是容限大，对像质要求不高，那么景深就大了。取个极端的例子，弥撒斑可以无穷大，成像是浆糊都没关系，那么景深肯定是无穷大。但是事实上对成像的像质都是有要求的，有标准的，标准确定了景深也就确定了。

[ 本帖最后由 optoboy 于 2008-10-29 13:05 编辑 ]

Horace · 发表于 2008-10-29 14:11:48

的确，容许弥散圆这个概念是我弄错了，其实这是个主观的参数。真正的景深还是取决于镜头焦距、镜头光圈和对焦距离，容许弥散圆只是定义哪些影像点可以算作景深内。这个概念我算是搞清楚了，谢谢optoboy大侠。

现在的问题是我碰到一些镜头，使用同样的相机（同样的CCD），焦段相同，拍摄时使用的光圈也相同，同样的拍摄距离，但景深表现有差异。这样的现象如何解释呢？

optoboy · 发表于 2008-10-29 15:13:06

这个就是每个镜头像差矫正的程度产生的问题啦，理论上的景深应该是相同的，但是我们的“感受”景深却觉得不一样。这个问题和我上面举的例子反过来一样，比如说在一倍焦深处A镜头的弥散斑（像差矫正程度）要比B镜头小，也就是A镜头的像差矫正的好，那么在成像质量要求和B一样的时候（容许弥散斑确定），A镜头的“景深”就可以超过理论景深一些也能达到像质要求，我们感觉它的景深要长。
上面两个“弥散斑”所代表的意义是不一样的，注意区分。
大概是这样吧，我瞎想的，呵呵

[ 本帖最后由 optoboy 于 2008-10-29 15:19 编辑 ]

Horace · 发表于 2008-10-29 15:19:30

明白了！非常感谢optoboy大侠的耐心解答

下次有问题再向您请教

ds1234567 · 发表于 2008-11-2 05:23:32

摄影的景深就是清晰范围，为了突出主题，把主题的前后景物虚化掉，也就是开大光圈，这时的虚化不是工程的质量，而是相机的功能和艺术的需要。一般高档、中档、低档都可以选择景深，实现虚化景物突出主题的目的。这时的虚化多是物距不同的离焦，不成像。

请教各位大侠一个关于弥散圆的简单问题

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