焦距

凸透镜成像原理

凸透镜成像规律 与 成像范围

        我们用的照相机的镜头就相当于一个凸透镜，胶片（或是数码相机的感光器件）就处在这个凸透镜的焦点附近，或者说，胶片与凸透镜光心的距离约等于这个凸透镜的焦距。

焦距

        焦距，是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指平行光入射时从透镜光心到光聚集之焦点的距离。亦是照相机中，从镜片中心到底片或CCD等成像平面的距离。具有短焦距的光学系统比长焦距的光学系统有更佳聚集光的能力。简单的说焦距是焦点到面镜的中心点之间的距离。

光学概念

        如果你在相机的英文规格书上看过“f =”，那么后面接的数码通常就是它的焦长，即焦距长度。如：“f=8-24mm，38-115mm(35mm equivalent)”，就是指这台相机的焦距长度为8-24mm，同时对角线的视角换算后相当于传统35mm相机的38-115mm焦长。一般而言，35mm相机的标准镜头焦长约是28-70mm，因此如果焦长高于70mm就代表支持望远效果，若是低于28mm就表示有广角拍摄能力。

        “可对焦范围”则是焦长的延伸，通常分为一般拍摄距离与近拍距离，相机的一般拍摄距离通常都标示为“从某公分到无限远”，而近阶段设计的产品则往往还会提供近距离拍摄功能(macro)，以弥补一般拍摄模式下无法对焦的问题。有些相机就非常强调具有支持1厘米近拍的神奇能力，适合用来拍摄精细的物体。

        相机的镜头是一组透镜，当平行于主光轴的光线穿过透镜时，光会聚到一点上，这个点叫做焦点，焦点到透镜中心（即光心）的距离，就称为焦距。焦距固定的镜头，即定焦镜头；焦距可以调节变化的镜头，就是变焦镜头。

        光心（Optical center）：透镜中的一个特殊点，凡是通过该点的光，其传播方向不变(除一条垂直于透镜的光线外，其余光线均有平移)。

        我们用的照相机的镜头就相当于一个凸透镜，胶片（或是数码相机的感光器件）就处在这个凸透镜的焦点附近，或者说，胶片与凸透镜光心的距离约等于这个凸透镜的焦距。

        凸透镜（convex lens）能成像，一般用凸透镜做照相机的镜头时，它成的最清晰的像一般不会正好落在焦点上，或者说，最清晰的像到光心的距离(像距)一般不等于焦距，而是略大于焦距。具体的距离与被照的物体与镜头的距离（物距）有关，物距越大，像距越小，(但实际上总是大于焦距)。       

        由于照相时，被照的物体与相机(镜头)的距离不总是相同的，比如给人照相，有时，想照全身的，离得就远；照半身的，离得就近。也就是说，像距不总是固定的，这样，要想照得到清晰的像，就必须随着物距的不同而改变胶片到镜头光心的距离，这个改变的过程就是我们平常说的“调焦”。

摄影上

焦距的概念

        视野的大小取决于镜头的焦距和底片大小的比例。由于最大众化的是35mm规格，镜头的视野经常是根据这种规格标示的。对标准镜头（50mm）、广角镜头（24mm）、望远镜头（500mm）视野都是不一样的。对数码相机上也是一样，它们的感光器比一般传统的35mm底片还要更小，所以相对的只要更短的焦距，就可以得到相同的影像。

衍伸的概念

1、变焦：拍摄时对于焦点和焦距的相应调整。

2、对焦：调整焦点，使被拍摄物位于焦距内（in focus），成像清晰。

3、失焦（out of focus）：被拍摄物偏离出焦距以外，成像模糊。

4、选焦：选择景深中的某一个层面清晰对焦，其他层面成像模糊（失焦）。

镜头焦距

镜头焦距分类

        较常见的有：8mm，15mm，24mm，28mm，35mm，50mm，85mm，105mm，135mm，200mm，400mm，600mm，1200mm等，还有长达2500mm超长焦望远镜头。

        镜头根据其焦距的长短，也即拍摄时的视角，可分为标准镜头，广角镜头和长焦距镜头等。

        标准镜头的视角约50度左右，这是人单眼在头和眼不转动的情况下所能看到的视角，从标准镜头中观察的感觉与我们平时所见的景物基本相同。35mm相机的标准镜头的焦距多为40mm，50mm或55mm。120相机的标准镜头焦距一般为80mm或75mm，相机片幅越大则标准镜头的焦距越大。而数码相机由于其成像介质（CCD或CMOS）有大有小，标准镜头的焦距也不一致。为了 方便直观，说起DC镜头时经常采用等效于35mm相机的所谓等效焦距，这个等效就是指视角上的等效。以下就只说35mm相机的镜头，其他片幅的相机以及数 码相机可以类推。

广角镜头

        广角镜头，顾名思义就是其摄影视角比较广，适用于拍摄距离近且范围大的景物，有时用来刻意夸大前景表现，强烈远近感以及透视。135相机的典型广角镜头为焦距28mm，视角为75度。常用的还有比28mm略长一些的35mm，38mm的所谓小广角（多见于傻瓜机）。

        比一般广角镜头视角更大的是超广角镜头（如焦距为24mm，视角84度）以及所谓的鱼眼镜头，其焦距为8mm，视角可达180度。

长焦镜头

        长焦镜头俗称“望远镜头”，长焦距镜头适于拍摄远距离景物，景深较小，因 此容易使背景模糊，主体突出。35mm相机长焦距镜头通常分为三级，135mm以下称中焦距，如85mm，视角28度，105mm，视角23度以及 135mm，视角18度。中焦距镜头经常用来拍摄人像，有时也称为人像镜头。135－500称长焦距，如200mm，视角12度，400mm，视角6度。 500mm以上的称为超长焦距，其视角小于5度，适用于拍摄远处的景物。如球场上的特写以及野生动物的拍摄，因无法靠近被摄物，超长焦距镜头就大有用武之地。

镜头焦距的理解

        一般我们说：焦距就是透镜中心到焦点的距离。但这仅仅是单片薄透镜镜头焦距 的情况，由于照相机的镜头都是由许多片透镜组合而成的，因此，情况远不是那么简单。

        镜头的焦距分为像方焦距和物方焦距。像方焦距是像方主面到象方焦点的距 离，同样，物方焦距就是物方主面到物方焦点的距离。必须注意，由于照相机镜头设计，特别是变焦距镜头中广泛采用了望远镜结构，物方焦距与像方焦距是不一定相等的。我们平时说的照相机镜头的焦距是指像方焦距。

        如何来确定主面和焦距

入射平行光线（或其延长线）与出射会聚光线（或其延长线）相交，就能确定折射主面，这个想象的平面与镜头光轴相交处就是主点。像方主点和无穷远光线形成的焦平面（焦点）之间的距离称为复合镜头的焦距（严格说是有效焦距）。用同样的原理也可以确定物方主面和物方焦距。

主面的位置根据设计可能出现在镜头之外。这在许多场合下是很重要的。

镜头焦距的用例

例如8mm鱼眼镜头，像方主平面应位于焦平面正前方8mm处，但是8mm内无法容纳反光镜、曝光窗、及焦平面快门的厚度。因此8mm鱼眼镜头事实上采用了前面加负组光学系统的设计(也称倒置望远结构)，使镜头能够安装在像面定位距比8mm大得多的机身上去。

同样，如果是500mm的超长焦镜头，不采用望远镜结构的话，镜头就要长达500mm以上，使用时无疑是十分不便的。望远镜结构的设计可以使主面远在镜头之前，大大地减小了镜头的长度。

焦距与镜头拍摄

        镜头的焦距决定了该镜头拍摄的被摄物体在成像平面上所形成影像的大小。假设以相同的距离面对同一被摄体进行拍摄，那么镜头的焦距越长，则被摄体在胶片或影像传感器上所形成的影像的放大倍率就越大。

变焦

        所谓的变焦能力包括光学变焦(optical zoom)与数码变焦(digital zoom)两种。两者虽然都有有助于望远拍摄时放大远方物体，但是只有光学变焦可以支持图像主体成像后，增加更多的像素，让主体不但变大，同时也相对更清 晰。通常变焦倍数大者越适合用于望远拍摄。光学变焦同传统相机设计一样，取决于镜头的焦距，所以分辨率及画质不会改变。数码变焦只能将原先的图像尺寸裁小，让图像在lcd屏幕上变得比较大，但并不会有助于使细节更清晰。

光学变焦

        光学变焦英文名称为OpticalZoom，数码相机依靠光学镜头结构来实现变焦。光学变焦数码相机的光学变焦方式与传统35mm相机差不多，就是通过镜片移动来放大与缩小需要拍摄的景物，光学变焦倍数越大，能拍摄的景物就越远，对于变焦性能不强的相机来对比，调整焦距的远程拍摄也相对清晰一些。

光学变焦是通过镜头、物体和焦点三方的位置发生变化而产生的。当成像面在水平方向运动的时候，视觉和焦距就会发生变化，更远的景物变得更清晰，让人感觉像物体递进的感觉。

        显而易见，要改变视角必然有两种办法，一种是改变镜头的焦距。用摄影的话来说，这就是光学变焦。通过改变变焦镜头中的各镜片的相对位置来改变镜头的焦距。另一种就是改变成像面的大小，即成像面的对角线长短在的数码摄影中，这就叫做数码变焦。实际上数码变焦并没有改变镜头的焦距，只是通过改变成像面对角线的角度来改变视角，从而产生了“相当于”镜头焦距变化的效果。

优缺点

        正如上面的分析，光学变焦是利用镜头内透镜的移动 来改变焦距，从而实现影像的放大与缩小。这种图象的放大是通过物理学原理，在放大过程中，感光元件从被摄体中直接感光并形成影像，而没有经过其他任何的电子放大处理。并且在这个过程中，感光元件都是全幅面成像，图象能够保持原有的最高分辨率。因此，通过光学变焦所获得的影像不但使被摄物体变大了，同时也相对更加清晰。这是光学变焦的主要优势。

        另外，通过光学变焦，我们还可以获得景深更加小的图片。在拍摄人像等题材时，我们往往使用中长焦段，这样除了能够将人物“拉近”、“放大”，变得更加清晰以外，同时背景还可以获得更好的虚化，从而突出主体人物。

        但是，光学变焦也有自己的劣势。一方面，光学变焦镜头相比非光学变焦镜头来说，制造成本要高很多。另外，光学变焦镜头在进行长焦拍摄时，由于身体或者手部震动而对画面的影响就将会更加大，因此长焦拍摄时画面模糊的几率往往更加 大。

白平衡

        相机的白平衡控制，是为了让实际环境中白色的物体在你拍摄的画面中也呈现出“真正”的白色。不同性质的光源会在画面中产生不同的色彩倾向，比如说，蜡烛的光线会使画面偏橘黄色，而黄昏过后的光线则会为景物披上一层蓝色的冷调。而我们的视觉系统会自动对不同的光线作出补偿，所以无论在暖调还是冷调的光线环境下，我们看一张白纸永远还是白色的。但相机则不然，它只会直接记录呈现在它面前的色彩，这就会导致画面色彩偏暖或偏冷。

        每种光源都有它自己的颜色，或者称“色温”，从红色到蓝色，各有不同。蜡烛、落日和白炽灯发出的光线比较接近于红色，它们在画面中呈现的光线色调就是“暖调”的；而相对地，清澈的蓝色天空则会让画面中呈现蓝色的“冷调”。

        正是这样。只要保证白色的物体在画面中呈现出准确的、没有偏色的白，那么画面中所有的其他颜色就也会得到准确的还原。通过调节白平衡设置，来与当前实际的光线条件相匹配。