Camera基础知识系列(2)——对焦和变焦

news2024/11/15 8:06:07

目录

一. 引言

二. 对焦

定义:

原理

三. 变焦

定义

用途     

四. 总结


一. 引言

        这一节简单聊一下对焦变焦,这两个是摄影种出现的高频词,但这里把它们放一起讲,主要还是因为它们在字面上就一字之差,初次接触有可能会搞混。实际上两者的原理和用途完全不同。

二. 对焦

        在所有的摄影术语中,对焦这个概念应该是最好理解的,我们平时拿手机拍照时,大家一定会有这样的需求:想要被拍摄的主体拍出来是清晰的。如果画面中的被拍摄物体不清晰,我们往往会点一下手机屏幕中对应的区域,让被摄物体在手机中呈现出来的图片变得清晰,这个过程其实就是在对焦。

       就用户而言,我们只需要知道该怎么操作手机\相机做对焦就差不多了。本文也只简单说一下对焦的基本原理,不涉及具体的对焦方法和算法。

  • 定义:

          将镜头对准被拍摄物体,通过调整透镜的位置,让被拍摄物体的像清楚地投射到感光元件上,这个过程就是对焦。

  • 原理

       在Camera基础知识这一节里有介绍过一个关于凸透镜成像时物距、像距和焦距之间的关系:

\frac{1}{u}+\frac{1}{v}=\frac{1}{f}

       调整透镜的位置,其实就是在调整光心和感光元件之间的距离、以及物距,使它们之间的大小满足或接近上面的关系,这样就可以把被摄物体的像清晰地呈现在光屏上了,这就是对焦的基本原理了。       

      用两幅示意图简单说明一下不同场景下的对焦情况:  

  • 图(1)是对焦在无穷远时的情况,透镜光心到感光元件的距离正好是焦距f,因为被摄物体在无穷远时,物距u趋于无穷大,所以像距v近似等于f。无穷远处的被摄物体通过透镜的像会出现在另一侧的焦平面上 (焦平面:位置在焦点,并且与镜头主轴线垂直的平面)。
  • 图(2)是被摄物体在有限距离时的情况,从之前凸透镜那一节的回顾中,我们知道当物距u比焦距f大时,才会成实像,因此当物距u大于焦距f,并且物距u不是无限大时,会得出像距v>焦距f的结论·,这种情况下透镜需要向前移动,才会让被摄物体在感光元件上清晰地成像。

三. 变焦

       变焦,是一个容易与对焦搞混的概念。这一小节简单说明一下变焦这个概念。

       虽然我们前面说把相机镜头抽象成是单个的凸透镜就可以了,但这是为了便于分析而抽象成这样子的。事实上,相机的镜头由多片凸透镜和凹透镜组成,可以改变这个镜头里某些镜片的位置,达到改变这“一个”凸透镜的“凸的程度”的效果,从而改变了镜头的焦距。

  • 定义

       变焦指的是镜头的焦距是可变化的。我们根据这个标准,可以将镜头分为变焦镜头和定焦镜头。比如某些镜头的焦距标示为:18-55MM,那这就是一个变焦镜头,即它的焦距是可变的,其变化范围在:18-55MM;与之对应的,就是定焦镜头,顾名思义,其焦距是固定的,无法变化。

  • 用途     

       所以一般会看到,变焦镜头是可伸缩的。那焦距变化会影响什么呢,焦距变化影响的会是视野范围。如下图所示,当焦距变大时(用蓝色表示的这个透镜),镜头会往前伸,由光路图,可以看到目标区域会被放大,最后看到的视野就变小了。

       这幅图是从网上其他地方贴过来的,这幅图演示了焦距变化,和视野之间的对应关系,这个是基于全画幅来定义的。

  1.  ‌广角镜头:焦距小于35mm的镜头,拍摄画面的视角宽广,能取景到的物体较多。
  2. 标准镜头:焦距在35mm到85mm之间的镜头,拍摄效果接近人眼看到的,观感自然,广泛应用于人像题材的拍摄。
  3. 长焦镜头:焦距超过85mm的镜头,拍摄画面的视角狭窄,能把远处的物体拉近拍摄,常用于鸟类、体育赛事等远距离题材拍摄。

四. 总结

       变焦和对焦,虽然只有一字之差,但是它们原理和作用都不相同:变焦改变的是镜头的焦距,影响的是视野范围(Filed of View : FOV);而对焦的话,镜头焦距没有变化,改变的是镜头光心和感光元件之间的距离,目的是清晰成像。

原理作用
变焦改变镜头焦距改变成像的视野范围
对焦镜头焦距没有变化,改变的是光心和感光元件之间的距离使被摄主体能够清晰成像

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