黑猫警长是乌云盖雪猫:超焦距在数字单反相机中的应用

来源:百度文库 编辑:九乡新闻网 时间:2020/04/03 00:17:47

超焦距在数字单反相机中的应用

 

 

[摘要] 我们知道了超焦距的运用是一种扩大景深的聚焦技术,在数码单反时代,怎样应用超焦距呢?

在拍摄静态景物时,当希望远处的景物和尽可能近的景物都在景深范围内时,运用超焦距聚焦和较小光圈是最佳的选择。在动态拍摄中,尤其是需要抢镜头的新闻摄影中,如果光线条件允许你使用小光圈,那么,利用超焦距聚焦更可省去拍摄时的聚焦,从而有利于捕捉精彩的瞬间形象。

查表和计算公式,在风景、人像、静物等静态摄影中还能应付,可万一遇到街头速写抓拍运动物体,精彩可能转瞬即逝,那么该怎么办呢?其实只要预先设置好对焦距离就可以用超焦距进行快速的免对焦拍摄。

把相机设置为TV模式,选择较大的ISO,预先对焦在∞,转回对焦环,使前景深尽量增大,到∞开始变模糊时停止转动对焦环,这样的预先设置足可以应付几乎所有的突发事件的拍摄。

[关键词] 超焦距、数字单反、DSLR、弥散圈、感光元件尺寸。

 

1990 年,Kodak公司在德国科隆的Photokina展示会上展出了Kodak DCS100,从而开始了实用型数子单反相机DSLR(Digital Single Lens Reflex)发展的历史。此后,佳能、索尼、奥林巴斯、尼康也相继推出了自己品牌的单反机型,但由于价格昂贵,且像素很低等诸多因素的制约,DSLR的市场化发展受到了很大的制约。进入新世纪后,数字技术得到了突飞猛进的发展,DSLR在性能上得到了很大的改善, DSLR逐渐取代传统光学相机进入普通消费大众的视野。

 

图一 当聚焦在无穷远时的超焦距示意图

当我们手持数码相机准备拍摄风景或新闻场景等大纵深场面时,你会选择在什么距离对焦呢?“当然是无限远∞或者放在风景模式”。很多学生包括专业人士可能会这样毫不犹豫地给出答复。这种设置无疑获得了较大的景深范围。可是当我们面对有足够近的前景时,这样的设置就有可能失效,而使前景变得模糊不清。如果此时还要求你把近处的景物纳入景深范围内,你可能会采取缩小光圈,如果光圈已经达到最小,超过了安全快门怎么办呢?……殊不知,有一种方法可以比较轻松帮你解决这个问题,使你不必一味地把光圈缩得很小就能获得相对最大的景深,把所需的近景也拍得清楚,这就是运用胶片时代的超焦距。

 

一、什么是超焦距?

 

超焦距是超焦点距离(hyperfocal distance)的简称,是指在某一已定光圈和焦距下,当镜头聚焦在无穷远时,从镜头中心至景深近界的距离。如图一,超焦距不是一个点,而是一段距离。当聚焦在超焦距的端点A上时,景深便扩大为1/2超焦距至无穷远∞(图二)。

 

从上图可以看出,当聚焦在超焦距点A时,景深为A’B段,比聚焦在无穷远时的景深AB段,增加了1/2超焦距(即A’A),从而得到的景深的最大化。

二、弥散圈和景深

为了更好地理解超焦距,我们再来看一下与之紧密关联的景深和弥散圈。

 

图三 模糊圈示意图

当镜头以一定焦距对焦时,通过镜头的成像光线像一个光锥聚焦在焦平面上,当锥顶与焦平面重合时,物象在理论上成为一个清晰的光电。而在调焦点之前和之后,物像在焦平面上所形成的像点就会变得模糊,形成一个扩大的圆圈,这个圆圈就称为弥散圈C(Circle of confusion),也叫模糊圈。

 

当物点偏离调焦点不大远时,弥散圈足够小,仍然可以近似地看作一个点,从而保证了影像的清晰度,允许的最大的弥散圈称为容许弥散圈(Permissible circle of confusion ),容许弥散圈的直径与相机的画幅有关,一般常用的是,135相机(24 mm×36 mm)C=0.030mm,120相机(60 mm×60 mm)C=0.050mm,APS-C画幅(24.9×16.6mm)的相机C=0.019mm,

容许弥散圈还与冲洗照片尺寸和观察距离有关,一般说的135相机(24 mm×36 mm)C=0.030mm,是指画面放大为5x7(12.70mm×17.78 mm)英寸的照片,观察距离为250-300mm。

在焦平面的焦点前后各有一个容许弥散圈,这两个弥散圈之间的距离反映在成像的影像上就叫景深,它与焦平面前后的焦深对应存在,(如图X)即在被摄主体对焦点前后,其影像仍然有一段清晰范围的,就是景深。换言之,被摄体的前后纵深,呈现在底片面的影象清晰度,都在容许弥散圈的限定范围内。

 

图四 景深和模糊圈示意图

景深随镜头的焦距、光圈值、拍摄距离的变化而变化,同时,弥散圈的取值也会影响到景深的大小,可以说,景深的大小是由弥散圈的取值来决定的。对于同一画幅的相机,设定的弥散圈值越大,景深就越大,景深增大的同时,超焦距就会相应地减少。

 

 

三、DSLR的画幅尺寸

DSLR画幅是指其感光元件的面积大小。感光元件就像传统相机的底片,它能够将光线转化为电荷信号,承担着生成影像的责任。根据结构和性能的差异,数码相机的感光元件主要有两种,即CCD(Charge Coupled Device的缩写,意即电荷耦合器件)和CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor的缩写,意即互补金属氧化物半导体)。数码单反感光元件的大小大致分为4种:全画幅、APS-C、APS-H和4/3系统。弥散圈和感光元件(或者是感光材料)的面积有关,所以不同大小的感光元件有不同的弥散圈取值。如图

 

图五 数码相机感光元件的尺寸

全画幅感光元件的尺寸和传统的135底片基本相同,为24×36 mm,因其技术难度大造价较高,目前只有柯达、佳能、尼康和索尼将全画幅感光元件装配在专业数码单反中。一般情况下,全画幅相机和135相机的的弥散圈相同,取值C=0.030。因为全画幅DSLR属于专业机型,价格偏高不下,市场占有率不是太高。从2000年起截止到2008年年底,投入到市场的全画幅数码单反有CONTAX(康太时)N Digital(2001年11月)、Kodak DCS Pro 14n(2002年9月)、Canon EOS -1Ds(2002年9月)、柯达DSC PRO SLR/n(2004年2月)、Kodak DSC PRO SLR/c(2004年3月)、Canon EOS 1Ds MARK II(2004年9月)、Canon EOS- 5D(2005年8月) 、Canon EOS- 1Ds MARK III(2007年8月)、Nikon D3(2007年8月)、Nikon D700(2008年7月)、Sonny α900(2008年9月)、Canon EOS -5D MarkII(2008年9月)、Nikon D3X (2008年12月)等共计14个品种。

 

 APS-C画幅的感光元件主要运用于入门级的数码单反上,是目前应用最广泛的感光元件尺寸。APS诞生于数码相机诞生前的胶片时代,是当时一种新的胶片规格标准。APS胶卷有3种尺寸——C、H、P。C型的尺寸是30.3×16.6 mm,长宽比是3:2,和全画幅的比例相同。数字单反的开发人员借用了APS尺寸的概念,将配备了接近C尺寸的感光元件的相机称为APS-C画幅DSLR。APS-C画幅数字单反的感光元件尺寸主要有两种规格,佳能采用的是22.5×15.0 mm,尼康采用的是23.6×15.8 mm。APS-C画幅相机的镜头焦距转换成全画幅时,焦距需要乘以1.5或1.6的转换系数[①],APS-C数字单反的弥散圈和全画幅的相比,则要除以1.5或1.6的转换系数,即C=0.030÷1.5=0.020,C=0.030÷1.6=0.01785,通常情况下取值C=0.019。此标准的数码相机市场占有率很高,如Canon 450D、Canon 50D、Nikon D90Nikon D2Xs、Nikon D300、Sonyα700、Sonyα350、FUJI(富士OlympusE-420OlympusE-30OlympusE-3Panasonic L1GK、Panasonic L10GK 等机型,柯达则在2005年退出了数码单反市场,富士的准专业单反则重新选择了APS-C画幅标准,这对4/3系统数字单反无疑是雪上加霜。

   此外,还有APS-H尺寸(28.7×17.8mm)类型,目前只有在佳能品牌的EOS-1D、EOS-1D Mark II、EOS-1D Mark III 这3款相机上使用,感光元件尺寸均为28.1 x 18.7mm。弥散圈C= 0.023 mm。

 

四、DSLR的超焦距运用

我们知道了超焦距的运用是一种扩大景深的聚焦技术,通常用于获取最大景深的拍摄。那么,在DSLR中,在什么情况下能用到超焦距呢?

第一,静态景物的拍摄。如风景摄影。

对于静态景物的拍摄,在运用这一技术时,首先要注意只有你所需要的景深范围包括无穷远时,才涉及运用超焦距。如果你所需要的景深范围不包括无穷远时,要想增大景深,则是运用光圈、摄距和镜头焦距影响景深的规律。

    在运用超焦距时,还要注意你的拍摄对象中是否有较近的景物需要包括在景深范围内。只有当有较近的景物也需要包括在景深范围内时,运用超焦距才有价值,否则会是弄巧成拙。例如,你拍摄一幅需要大景深的风景照片,而风景中离镜头最近的景物也在“无穷远聚焦”时的最近清晰点之外,这时,如果聚焦在超焦距就不得要领了,其效果反而不如聚焦在无穷远,这是因为,一是聚焦在超焦距所扩大的近景深中并无实际景物,二是根据景深原理,远处景物虽在景深范围,但它的成像清晰度是低于焦点上影像清晰度的。

    由此可见,在拍摄静态景物时,当希望远处的景物和尽可能近的景物都在景深范围内时,运用超焦距聚焦和较小光圈是最佳的选择。

第二,在动态景物的拍摄中,尤其是在需要抓拍的摄影中。例如:新闻摄影、体育摄影、民俗摄影等等。

在动态拍摄中,尤其是需要抢镜头的新闻摄影中,如果光线条件允许你使用小光圈,那么,利用超焦距聚焦更可省去拍摄时的聚焦,从而有利于捕捉精彩的瞬间形象。例如,35mm镜头,f16的超焦距是2.8米,聚焦在超焦距的景深是1.4至无穷远,利用这种超焦距拍摄时,只要把握住离开被摄对象在1.4米以外,便可不再聚焦而全心贯注于抓取精彩的瞬间形象

知道了在DSLR拍摄中超焦距的用途,那么在实际的操作过程中,怎样利用超焦距获得最大景深呢?

 

图六 定焦镜头的景深标尺

在胶片机时代,定焦镜头可以利用景深标尺(见图六),很方便的使用超焦距实现免对焦来进行快速拍摄。对于变焦镜头,可以用公式计算超焦距。对于DSLR来说,带景深标尺的推拉式变焦镜头几乎不再使用,标有景深标尺的定焦镜头也运用得很少,而变焦(旋转式)镜头,一般都没有景深标尺[②]。那么,在变焦镜头的单反数码相机上,我们怎样来利用超焦距呢?可以用以下几种操作办法:

 

第一,查表。利用超焦距对照表(如图5)。

 

图七 135相机的景深对照表(弥散圈0.030mm) 

例如,F5.6,焦距50mm时的超焦距可以从表格上快速查出是13.4m。可是一般的超焦距速查表都是适应的135相机(或全画幅数码相机),对于时下流行的APS—C画幅的DSLR并没有现成的表格。很明显,查表太麻烦,并不实用。

 

第二,利用公式计算获得超焦距。


超焦距的计算的公式是:

F:镜头焦距  f:光圈系数  c:弥散圈。图5中的超焦距对照表就是利用超焦距计算公式得来的。

例如使用Canon 450D 搭载 Canon EF-S 18-55mm f3.5-5.6镜头,焦距设定24cm,光圈11,这时的超焦距是H=(24×24)÷(11×0.019)=2756(mm)≈2.8(m),在2.8m处对焦,可以得到1.4m到无穷远的景深。

使用Nikon D3X 搭载Nikon AF-S DX 17-55mm f/2.8G镜头,焦距设定为24cm,F11,这时的超焦距是H=(24×24)÷(11×0.030)=1745(mm)≈1.7(m),在1.7m处对焦,可以得到0.85m到无穷远的景深。

   查表和计算公式,在风景、人像、静物等静态摄影中还能应付,可万一遇到街头速写抓拍运动物体,精彩可能转瞬即逝,那么该怎么办呢?下面的方法就非常实用。

在纪实摄影里面,街头速写成功率偏低,原因在于相机的对焦速度始终追不上那一刹那发生的事情,很多精彩镜头就一瞬间错过了。可是到了数码单反时代,超焦距的使用反而少了起来,很多人不知道或是一知半解,其实只要预先设置好对焦距离就可以用超焦距进行快速的免对焦拍摄。

事先把相机设置为TV模式,选择较大的ISO,选择MF,预先对焦在∞,转回对焦环,使前景深尽量增大,到∞开始变模糊时停止转动对焦环,这样的预先设置足可以应付几乎所有的突发事件的拍摄。例如,使用Canon 450D+CanonEF-S 17-85mm F/4-5.6 IS USM镜头拍摄街头风景,35mm焦距,ISO400,F13 ,手持,快门1/80 ,选择MF,预先对焦在∞,转回对焦环,通过目镜取景器或者实时显示的LCD,当转到2.5M处时无限远处开始变得模糊,停止转动。可知超焦距H=2.5×2=5(m)。这样就很好地利用了超焦距的免对焦拍摄。

 

     五、超焦距的在数字单反中的实用价值

     一是扩大景深。摄影时,无论使用哪一级光圈,凡是把镜头对焦无限远∞时,都只超焦点距离的特点:有限远和无限远的景物同时结成清晰的影像。能得到前景深(即超焦点距离至无限远),而没有后景深,因为这时后景深也在无限远,失去了作用。为了把后景深也利用起来,以扩大景深范围,就必须改变调焦方法,把焦点从无限远处移到超焦点距离上。换句话说,就是以超焦点距离作为调焦距离,这是扩大景深唯一的正确方法。

二是提高感光能力。应用超焦距不但可以扩大景深,还可以相对开大光圈,实际上是等价提高了感光度。例如,使用全画幅数码单反,弥散圈C=0.030 mm,从下表的对比中就可以一目了然。

 

焦距

 

光圈系数

 

快门速度

 

超焦距

 

调焦距离

 

景深

 

18mm

 

f16

 

1/60

 

7m

 

 

7m-∞

 

18mm

 

f8

 

1/250

 

14m

 

 

14m-∞

 

18mm

 

f8

 

1/250

 

14m

 

14 m

 

7m-∞

 

如果应用超焦点距离来调焦,使用光圈就可得到同样的景深范围,从而等价相对地开大了两级光圈,提高了感光能力4倍,这对于光线较弱情况下的拍摄是非常有利的。