超焦距及應(yīng)用探析

江鐵成

(1.安徽大學(xué) 藝術(shù)與傳媒學(xué)院，合肥 230011；2.安徽廣播影視職業(yè)技術(shù)學(xué)院 新聞系，合肥 230011)

超焦距及應(yīng)用探析

江鐵成1，2

(1.安徽大學(xué) 藝術(shù)與傳媒學(xué)院，合肥 230011；2.安徽廣播影視職業(yè)技術(shù)學(xué)院 新聞系，合肥 230011)

攝影者常接觸到超焦距的概念，但對(duì)于其含義及應(yīng)用價(jià)值未必都準(zhǔn)確掌握。通過(guò)對(duì)超焦距的含義、影響因素、主要特征進(jìn)行分析，提出了超焦距的近似求法，論述了其實(shí)用價(jià)值。在拍攝過(guò)程中，可以根據(jù)實(shí)際情況靈活運(yùn)用超焦距，真正為攝影實(shí)踐服務(wù)。

超焦距;影響因素;主要特征;求法;實(shí)用價(jià)值

0 引 言

隨著社會(huì)和科技的快速發(fā)展，照相機(jī)已進(jìn)入尋常百姓家。使用過(guò)照相機(jī)的人，可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)超焦距的問(wèn)題。雖然有些人知道使用超焦距可以擴(kuò)大景深范圍、提高照片質(zhì)量，但是對(duì)于超焦距的含義、影響因素、主要特征、求法及其實(shí)用價(jià)值未必都清楚。下面對(duì)此作些分析。

1 超焦距的含義

超焦距又稱超焦點(diǎn)距離，一般用H表示，它的準(zhǔn)確定義是指在鏡頭焦距f和光圈系數(shù)F都已固定的情況下，鏡頭對(duì)焦在無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)，鏡頭到景深前界(最近清晰點(diǎn))的距離[1]。

圖1 景物成像

我們可以通過(guò)圖1進(jìn)行分析，到鏡頭距離為H的物點(diǎn)X成像在X′，它在焦平面上的彌散圈直徑為最大允許彌散圈直徑δ，則X點(diǎn)是能在像平面上清晰成像的最近點(diǎn)，再靠近相機(jī)的物點(diǎn)在像平面上所成的像就模糊不清了，這個(gè)最近清晰點(diǎn)X到鏡頭的物距就是超焦距H。

根據(jù)高斯成像公式和相似三角形原理，利用圖1可以推出：

H=Df/δ=f2/(δF)

(1)

其中：H表示超焦距，D表示光孔直徑，f表示鏡頭焦距，δ表示最大允許彌散圈直徑，F(xiàn)表示光圈系數(shù)。

還有一種近似定義超焦距的方法為：在鏡頭焦距f和光圈系數(shù)F都已固定的情況下，能夠得到最大景深時(shí)的攝影物距，稱為在該焦距f和光圈系數(shù)F下的超焦距。

我們知道隨著被調(diào)焦物平面的物距逐漸增大，景深后界將會(huì)比景深前界以更快的速率增長(zhǎng)，并趨近于無(wú)限遠(yuǎn)，所攝畫面的景深也將顯著增大。而當(dāng)景深后界增大到無(wú)限遠(yuǎn)后，再繼續(xù)增大調(diào)焦物平面的物距，則由于景深前界的繼續(xù)遠(yuǎn)離而使所攝畫面的景深反而逐漸減小。顯然，只有當(dāng)景深后界剛好增至為無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)，所攝畫面才可獲得最大景深。

因此，又有一種近似定義超焦距的方法為：在攝影鏡頭焦距f和光圈系數(shù)F均已確定的條件下，調(diào)焦時(shí)景深后界剛好為無(wú)限遠(yuǎn)時(shí)的那一調(diào)焦物平面的物距就是超焦距。

根據(jù)景深后界的公式：

L2=f2L/{f2-δF(L-f)}

(2)

其中：L2表示景深后界，f表示鏡頭焦距，L表示調(diào)焦距離，δ表示最大允許彌散圈直徑,F表示光圈系數(shù)。

令上述公式(2)中分母為零時(shí)，景深后界的物距將剛好為無(wú)限遠(yuǎn)。此時(shí)的調(diào)焦距離L即為近似超焦距。

則：

L=f2/(δF)+f

(3)

由于近似超焦值L遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于該攝影鏡頭的焦距值f，即L》f，所以：

L=f2/(δF)+f≈f2/(δF)=H

顯然，當(dāng)無(wú)限遠(yuǎn)剛好為景深后界時(shí)(即能獲得最大景深時(shí))的調(diào)焦距離L近似等于該攝影鏡頭在該焦距和光圈系數(shù)下的超焦距H。

2 超焦距的影響因素

從超焦距公式1中可以看出超焦距不是一個(gè)固定不變的值，影響超焦距H的因素有：鏡頭焦距f、光圈系數(shù)F、最大允許彌散圈直徑δ。其具體相關(guān)性為：

(1)超焦距H與鏡頭焦距f的平方成正比。即鏡頭焦距f越小，則超焦距H越小，超焦距物平面也越靠近攝影鏡頭；反之，若鏡頭焦距f越大，則超焦距H越大，超焦距物平面也越遠(yuǎn)離攝影鏡頭。

它們之間的變化規(guī)律為：當(dāng)鏡頭焦距f增大到2倍時(shí)，超焦距H就增大到4倍；當(dāng)鏡頭焦距f縮小到1/2倍時(shí)，超焦距H就縮小到1/4倍。

(2)超焦距H與光圈系數(shù)F成反比。即光圈系數(shù)F越小(也就是鏡頭光圈越大)，則超焦距H反而越大，超焦距物平面也越遠(yuǎn)離攝影鏡頭；反之，若鏡頭光圈系數(shù)F越大(也就是鏡頭光圈越小)，則超焦距H越小，超焦距物平面也越靠近攝影鏡頭。

(3)超焦距H與最大允許彌散圈直徑δ成反比。即最大允許彌散圈直徑δ越小，則超焦距H反而越大，超焦距物平面也越遠(yuǎn)離攝影鏡頭；反之，若最大允許彌散圈直徑δ越大，則超焦距H反而越小，超焦距物平面也越靠近攝影鏡頭。鏡頭在設(shè)計(jì)和制造過(guò)程中，最大允許彌散圈直徑δ與攝影機(jī)所攝畫幅尺寸大小有關(guān)。

3 超焦距的主要特征

超焦距的主要特征如下：

(1)從超焦距的近似定義可知：當(dāng)攝影鏡頭的焦距f、光圈系數(shù)F和最大允許彌散圈δ選定以后，對(duì)超焦距平面調(diào)焦即可獲得最大景深。也就是說(shuō)，使用超焦距聚焦就可獲得最大景深。

(2)對(duì)超焦距物平面調(diào)焦時(shí)，可形成清晰影像的景深范圍約為二分之一超焦距至無(wú)限遠(yuǎn)。

我們可通過(guò)景深前界的公式

L1=f2L/{f2+δF(L-f)}

(4)

其中：L1表示景深前界，f表示鏡頭焦距，L表示對(duì)焦距離，δ表示最大允許彌散圈直徑，F(xiàn)表示光圈系數(shù)?？芍褂昧顺咕鄷r(shí)，L=H，則可推出：

L1≈H/2

由此可知：當(dāng)對(duì)超焦距的物平面聚焦時(shí)，景深前界的物距約為二分之一超焦距值；也就是說(shuō)，當(dāng)攝影鏡頭對(duì)超焦距調(diào)焦時(shí)，無(wú)限遠(yuǎn)至二分之一超焦距之間的景物，都可在感光材料上形成清晰的影像。這個(gè)特性可通過(guò)照相機(jī)或攝影鏡頭上的景深表得以驗(yàn)證。

(3)超焦距越大，景深反而越小。

超焦距和景深的關(guān)系為：超焦距越大，則對(duì)該超焦距物平面調(diào)焦時(shí)所獲得的景深越??；超焦距越小，則對(duì)該超焦距物平面調(diào)焦時(shí)獲得的景深越大。因?yàn)榫吧罴s為：二分之一超焦距至無(wú)限遠(yuǎn)。這個(gè)特性可以通過(guò)下圖2得以證實(shí)。

圖2 超焦距

4 超焦距的求法

早期的照相機(jī)或鏡頭上都有景深刻度，聚焦到無(wú)限遠(yuǎn)后很容易看出超焦距是多少。而現(xiàn)今許多鏡頭，特別是變焦距鏡頭都不再標(biāo)出景深刻度，有些只是在其說(shuō)明書上列出景深表，看起來(lái)比較麻煩，使用也不方便。那么我們是否可以不用景深表，直接求出超焦距呢？

從超焦距公式(1)及以上分析可知：影響超焦距H大小的因素有：鏡頭焦距f、光圈系數(shù)F、最大允許彌散圈直徑δ。在攝影瞬間，鏡頭焦距的長(zhǎng)短f和光圈系數(shù)大小F均以確定，而最大允許彌散圈直徑δ與照相機(jī)所攝畫面尺寸大小有關(guān)，也與人為規(guī)定的因素有關(guān)。

不同時(shí)期、不同光學(xué)公司對(duì)最大允許彌散圈直徑δ的規(guī)定也不同。早期攝影者曾建議δ取f/1000,應(yīng)當(dāng)明確的提出的是：此時(shí)f約等于所攝畫幅對(duì)角線的長(zhǎng)度，也就是所使用照相機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距大小，并不是攝影者拍攝時(shí)所使用的實(shí)際鏡頭焦距。對(duì)于135照相機(jī)其標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距f為50 mm；對(duì)于120照相機(jī)其標(biāo)準(zhǔn)鏡頭焦距f為80 mm?，F(xiàn)在一般規(guī)定δ取f/1500，而國(guó)外有些光學(xué)生產(chǎn)廠家規(guī)定最大允許彌散圈直徑δ為f/2000。為了更嚴(yán)格、更精確地控制景深，我們也取最大允許彌散圈直徑為f/2000,即可設(shè)定135照相機(jī)的最大允許彌散圈直徑δ為0.025 mm，120照相機(jī)的最大允許彌散圈為0.04 mm。

下面通過(guò)一個(gè)例子說(shuō)明如何求超焦距。

例如：求135照相機(jī)的50毫米鏡頭在F8下的超焦距及其景深。

根據(jù)超焦距公式：

H=f2/(δF)=502/(0.025×8)=2 500/(25×8)×1 000 =12 500 mm=12.5m

如果將鏡頭對(duì)焦到12.5 m處，則從二分之一超焦距(1/2×12.5=6.25)到無(wú)限遠(yuǎn)的景物都在底片上成清晰的像，即景深范圍為6.25 m至無(wú)限遠(yuǎn)。

通過(guò)上述公式計(jì)算起來(lái)有時(shí)也不是很方便，特別是不便于口算。有一個(gè)有趣的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式適合135照相機(jī)的攝影者使用。首先讓鏡頭焦距自乘，然后乘以4/100，再除以光圈系數(shù)，其結(jié)果就是用米表示的超焦距。使用超焦距時(shí)景深約為超焦距一半至無(wú)窮遠(yuǎn)。上述例子的算法為50×50÷100×4÷8，其結(jié)果可以口算出超焦距為12.5米。

如果焦距自乘的結(jié)果難以口算，可將焦距兩乘數(shù)一個(gè)加幾，另一個(gè)減幾，使其成為便于計(jì)算的數(shù)字，其結(jié)果與準(zhǔn)確值差不多。如28自乘，算起來(lái)比較麻煩，可以把一個(gè)加上2，另一個(gè)減去2，變?yōu)?0×26，這樣算起來(lái)比較方便，二者結(jié)果又非常接近，誤差也很小，通過(guò)以上這種方法求超焦距就比較方便實(shí)用。

5 超焦距的實(shí)用價(jià)值

超焦距的實(shí)用價(jià)值可以用以下三點(diǎn)來(lái)概括：(1)擴(kuò)大景深范圍；(2)提高感光度；(3)適用于抓拍。

5.1 擴(kuò)大景深范圍

從超焦距的近似定義和超焦距的特性可知：在鏡頭焦距f和光圈系數(shù)F均已確定的前提下，使用超焦距就可以提高照片質(zhì)量，獲得最大景深，此時(shí)的景深約為超焦距的一半至無(wú)限遠(yuǎn)。如果讓被攝影主體位于二分之一超焦距至超焦距之間的某一位置處，則對(duì)超焦距物平面調(diào)焦可以充分利用前景深，并可顯著擴(kuò)展后景深的景深范圍，使位于遠(yuǎn)處的背景更清晰；如果讓被攝影主體位于比超焦距還遠(yuǎn)的某一位置處，則對(duì)超焦距物平面調(diào)焦就可以充分利用攝影鏡頭的后景深，并可顯著擴(kuò)展前景深的縱深范圍，以使位于近處的前景更加清晰[2]?？傊瑢?duì)超焦距物平面聚焦，景深范圍增加，可以把有較大前后縱深范圍的景物，在畫面上相當(dāng)清晰地拍攝出來(lái)。

5.2 提高感光度

超焦距的另一個(gè)應(yīng)用如下：為了獲得同樣大小的景深，對(duì)超焦距物平面調(diào)焦時(shí)所用的光圈可以比對(duì)無(wú)限遠(yuǎn)調(diào)焦時(shí)的光圈大二檔，也就是說(shuō)在景深不變的情況下使用了超焦距，就相當(dāng)于使膠卷的感光度提高了二檔，從而使拍攝者：(1)能夠在比原先暗二檔的光線條件下，增大二檔光圈，仍可獲得正確曝光，且仍保證原景深不變，從而有利于在低照度下攝影。(2)能夠在景深不變且照明條件相同的情況下，把快門時(shí)間縮短二檔，以提高所攝影像的清晰度[3]。例如：采用50 mm焦距的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭在同一拍攝點(diǎn)拍攝同一景物，當(dāng)用光圈系數(shù)F16對(duì)無(wú)限遠(yuǎn)處直接調(diào)焦時(shí)，由景深近界的物距公式(約等于該攝影鏡頭在該光圈系數(shù)F16下的超焦距)可知，所攝的景物范圍為6.25m至無(wú)限遠(yuǎn)。當(dāng)改用光圈系數(shù)F8并對(duì)此刻的超焦距(即該攝影鏡頭在該光圈系數(shù)F8下的超焦距)物平面調(diào)焦時(shí)，由超焦距公式及其特性(景深為超焦距的一半至無(wú)限遠(yuǎn))可知，所攝畫面的景深范圍為6.25 m至無(wú)限遠(yuǎn)。顯然，用后一種方式拍攝時(shí)光圈開大了二檔，而景深仍保持不變。

5.3 適用于抓拍

超焦距還常用于抓拍現(xiàn)場(chǎng)。在抓拍攝影時(shí)，常常會(huì)遇到被攝體的精彩表情、動(dòng)作突然出現(xiàn)在面前，轉(zhuǎn)瞬即逝，而攝影者又來(lái)不及迅速調(diào)焦的情況下，攝影者可預(yù)先將攝影鏡頭的光圈縮小，并對(duì)超焦距物平面調(diào)焦，就可以即時(shí)捕捉且把距離并非太近的精彩、美妙的瞬間攝入畫面，當(dāng)然此時(shí)所要求的距離并非太近，是指被攝體與照相機(jī)的距離必須大于超焦距的一半，否則，被攝體仍將不能成清晰的像[4]。

6 結(jié) 語(yǔ)

攝影既是一門技術(shù)，又是一門藝術(shù)，攝影者只有真正理解超焦距的含義，掌握其影響因素和主要特性，清楚它的求法，并在熟練運(yùn)用其實(shí)用價(jià)值的基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)際情況靈活運(yùn)用，才能真正為攝影實(shí)踐服務(wù)，拍攝出成功的作品來(lái)。

[1] 沙占祥.攝影鏡頭的性能與選擇[M].北京:中國(guó)攝影出版社,2001:86-92.

[2] 江鐵成.超焦距的實(shí)用價(jià)值[J].攝影之友,2000(1)：88.

[3] 江鐵成.如何增強(qiáng)攝影畫面的立體感[J].新聞世界,2008(10)：73-74.

[4] 江鐵成.電視攝像技藝[M].合肥:合肥工業(yè)大學(xué)出版社，2015:18-20.

[責(zé)任編輯：劉躍平]

On the Application of the Hyperfocal Distance

JIANG Tie-cheng1，2

(1. College of Art and Communication, Anhui University; 2.Departtment of Journalism Anhui Vocational College of Radio, Film and Television, Hefei 230011, China)

Photographers often come into contact with the hyperfocal distance concept, but its meaning and value are not accurate. Based on the analysis of its meaning and the affecting factors, and main characteristics, this paper proposes the approximation of hyperfocal distance and discusses its practical value. In the filming process, according to the actual situation, it can be flexibly used so as to serve the practice of photography truly.

hyperfocal distance; affecting factor; main characteristic; method; practical value

2016-12-16

2017-01-11

安徽省教育廳自然科學(xué)重點(diǎn)項(xiàng)目課題基金(SK2014A447)資助。

江鐵成(1971— )，男，安徽潛山人，安徽大學(xué)藝術(shù)與傳媒學(xué)院副教授、工程師，碩士；研究方向：影視攝影與制作。

TB89

A

2096-2371(2017)01-0125-04