镜头焦距、光圈、物距与景深之间的关系

光学镜头选择时，景深是影响成像效果的参数之一，这里记录镜头景深的几个影响因素及之间的关系。

1 焦距

焦距是指平行光入射时从透镜光心到光聚集之焦点的距离，焦距大家都清楚，不再细说。

2 光圈

2.1 光圈

光圈是一个用来控制光线透过镜头，进入机身内感光面光量的装置，它通常是在镜头内。进光量与镜头有效透光孔直径D的平方成正比，与镜头焦距f成反比，D与f的比值称为相对通光孔径，其倒数f/D，称为光圈数，也称F数。光圈F值越小，通光孔径越大，在同一单位时间内的进光量便越多。
光圈的作用在于决定镜头的进光量，F后面的数值越小，光圈越大，而进光量也就越多；反之，则越小。简单的说，在快门速度（曝光速度）不变的情况下，光圈F数值越小光圈就越大，进光量越多，画面比较亮；光圈F数值越大光圈就越小，画面比较暗。

2.2 摄影中的光圈设置

完整的光圈值系列如下：f/1.0，f/1.4，f/2.0，f/2.8，f/4.0，f/5.6，f/8.0，f/11，f/16，f/22，f/32，f/44，f/64，光圈的档位设计是相邻的两档的数值相差1.4倍（2的平方根1.414的近似值），相邻的两档之间，透光孔直径相差根号2倍，透光孔的面积相差一倍， 感光面上形成的影像的亮度相差一倍，维持相同曝光量所需要的时间相差一倍。

3 景深

景深可以简单理解为被拍摄物体在感光元件（胶卷、CCD、CMOS）上能够清晰成像的距离范围，在理解景深前，首先需要了解弥散圆概念。

3.1 弥散圆

焦点为光线聚集最紧密的位置，在焦点的前后，光线开始扩散，原来的一个点，就形成了一个扩大的圆斑，这个圆叫做弥散圆，根据人眼的鉴别能力，一定范围内扩散的弥散圆，人眼是不能分辨的，或者认为是可接受的，即依然认为是一个点，此时的弥散圆称为容许弥散圆。

3.2 景深

如下图所示，沿光轴方向物方，焦点的前后，各有一个容许弥散圆位置，这两个位置之间的距离就叫做景深，位于这个范围内的被摄物，成像后就被分辨为（或接受为）清晰的。弥散圆所在位置分别称为近点和远点，与物方焦点的距离，分别称为前景深和后景深，后景深大于前景深。

3.3 景深计算公式

参考上图，景深计算公式如下：

景深还有个近似计算公式，更加直观，见以下所述。

4 焦距、光圈、物距与景深之间的关系

下图比较清晰地总结了影响景深的参数，其中说明了景深的近似计算公式：DOF≈2CNU²/f²，以此公式，即可得到各种成像参数对景深的影响，以下描述中：DOF——景深，C——容许弥散圆直径，N——光圈F值，U——景物对焦距离，f——镜头焦距。

4.1 景深与光圈

景深与光圈近似成反比关系，即光圈越大，景深越小（光圈越大，F值越小，进光量越多，有效孔径越大，景深越小）。以下两图说明了此关系。

4.2 景深与焦距

景深与焦距f的平方近似成反比关系。即焦距越长，景深越小。而且由于平方关系，所以焦距f对景深的影响比光圈N更大；
焦距与景深的关系不太好理解，网上能解释清楚的除用光学专业知识外，其他的基本就以上一句话，所以找了以下的一个图，借此来理解。

4.3 景深与物距

景深与被摄物距离U的平方近似成正比关系。即物距越大，景深越大。同样，由于平方关系，景物距离U对景深的影响也比光圈更大。
当物距远到一定程度后，在一个特定的物距之后一直到无穷远都可以清晰成像，称为超焦距，见下图。

5 参考

https://graphics.stanford.edu/courses/cs178/applets/dof.html
https://blog.csdn.net/qq_18286879/article/details/77981341