相机的镜头焦距和成像的关系

相机的镜头焦距是决定成像特性最核心的光学参数之一。它与成像的视角、放大率、景深以及透视效果有着直接而密切的关系。

下面我将详细介绍焦距与成像的关系，并补充相关的光学知识。

---

 

📸 焦距的定义与基本原理 

 

1. 焦距（Focal Length）的定义

 

焦距是指当镜头对焦在无限远的物体上时，从镜头的光学中心（更准确地说，是主平面）到成像平面（底片或感光元件 $CCD/CMOS$）的距离。

• 焦距通常用毫米 (mm) 来表示。

• 它衡量了光学系统聚集或发散光线的能力。

 

2. 成像原理

 

相机镜头本质上是一个或多个透镜组合而成的光学系统。成像遵循透镜成像公式（薄透镜公式）：

 

其中：

• • f 是焦距（镜头固有属性）。

  • u 是物距（物体到镜头的距离）。

  • v 是像距（成像平面到镜头的距离，即清晰成像所需的距离）。

在实际拍摄中，焦距 f 不变，当物距 u改变时，当物距 u改变时，像距 v 必须随之改变（即对焦），才能在感光元件上形成清晰的像。当 u 趋于无穷远时，v约等于 f。

---

 

🔭 焦距对成像的四大核心影响

 

焦距的长短对照片的影响主要体现在以下四个方面：

 

1. 视角（Angle of View）

 

焦距越短，视角越大；焦距越长，视角越小。

• 短焦距（广角镜头）： 例如 14mm、24mm。

  • 特点： 视角宽广，能将更多的景物纳入画面，常用于拍摄风景、建筑、室内等。

  • 效果： 画面有开阔感。

• 标准焦距（标准镜头）： 例如 50mm（接近人眼单眼的自然视角）。

  • 特点： 视角自然，透视关系与人眼观察接近。

  • 效果： 画面比例和立体感适中。

• 长焦距（远摄镜头）： 例如 85mm、135mm、300mm。

  • 特点： 视角狭窄，相当于把远处的景物“拉近”放大，常用于拍摄人像、野生动物、体育运动等。

  • 效果： 画面空间被压缩，背景虚化能力强。

 

2. 放大率（Magnification）

 

焦距越长，放大率越大。

• 

   

• 在拍摄相同距离的物体时，长焦镜头能让物体在感光元件上形成更大的影像，看起来物体被“放大”了。

 

3. 景深（Depth of Field, DOF）

 

焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大。

• 景深是指在焦点前后，能够清晰成像的距离范围。

• 短焦距镜头（广角）： 即使使用较大光圈，景深范围也较大，画面前后景物更容易同时清晰（常用于“泛焦”摄影）。

• 长焦距镜头（远摄）： 景深范围很小，更容易实现背景虚化（焦外模糊，常用于突出主体的人像摄影）。

• 注：景深同时受到光圈和拍摄距离的影响。

 

4. 透视效果（Perspective）

 

焦距通过改变相机与被摄体之间的距离来影响透视。

• 广角镜头（需靠近拍摄）：

  • 特点： 夸大近大远小的透视关系，画面边缘容易产生形变（拉伸感），使空间感更强，线条更夸张。

• 长焦镜头（需远离拍摄）：

  • 特点： 压缩远近物体的空间距离，使前后景物看起来更近，产生“空间压缩感”。

---

 

⚙️ 附加的光学知识

 

 

1. 光圈（Aperture）与景深

 

• 光圈是控制光线通过镜头孔径大小的装置，以 F 值表示（如 如 $F/2.8, F/11$）。

• 光圈越大（F 值越小）： 进光量越多，景深越小。

• 光圈越小（F 值越大）： 进光量越少，景深越大。

 

2. 像场与画幅

 

• 像场是镜头在焦平面上形成影像的范围。

• 画幅（或传感器尺寸）是相机感光元件的实际大小（如全画幅 36mm * 24mm、APS-C）。

• 等效焦距： 当使用非全画幅相机时，需要将镜头焦距乘以一个焦距转换系数（或称裁切系数）来获得等效于全画幅的视角。例如，APS-C 相机上 50mm镜头的视角约等效于全画幅相机的50mm* 1.5 = 75mm 的视角。

 

3. 光学畸变 (Distortion)

 

镜头对光线的折射程度在画面中心和边缘可能不同，导致图像几何形状失真：

• 桶形畸变 (Barrel Distortion)： 画面中心向外膨胀，常见于广角镜头。

• 枕形畸变 (Pincushion Distortion)： 画面中心向内凹陷，常见于长焦镜头。

---

总而言之，焦距是决定相机镜头“看”世界方式的核心参数。了解焦距如何影响视角、放大率和景深，是摄影师选择镜头和构图时最重要的基础知识。

 

海康SC3000X视觉传感器的焦距与视野