題:
焦平面的形狀是什麼?
Undistraction
2016-02-12 17:15:43 UTC
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這是我剛剛意識到我不完全知道答案的東西,所以我在這裡問,因為我認為這很有趣。

在大多數關於深度的非科學著作中在字段中,圖表通常將相機和拍攝對象顯示為完全平行,例如

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但是,這是焦平面的更精確表示嗎?

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是否可以通過光學方式改變焦平面的形狀?

注意:顯然,這些圖是二維的,但是我假設在第二張圖中,傳感器的中心是球形。

從理論上講,您可以構建具有彎曲焦平面的鏡頭-但是,我認為這種鏡頭不存在。參見:http://physics.stackexchange.com/q/81349/44080至於改變焦平面,傾斜移位透鏡是一種通常的操縱方式。焦平面仍然是一個平面,但是傾斜鏡可讓您相對於傳感器傾斜和旋轉焦平面。 https://zh.wikipedia.org/wiki/傾斜%E2%80%93shift_photography
@J ...這正在涉及[Scheimpflug原則](https://en.wikipedia.org/wiki/Scheimpflug_principle)。 [Leonard Evens](http://www.math.northwestern.edu/~len/photos/)的論文也與此相關。我記得在學習如何對焦時要閱讀[View Camera Focus and Depth of景深](http://www.trenholm.org/hmmerk/VCFaDOF1.pdf)。
我理解您的問題,但應注意,您完全誤用了“焦點”和“焦平面”這兩個術語。 *焦平面不是清晰對焦的對象平面*,如草圖所示。您可以通過Google搜索實際的內容,例如https://zh.wikipedia.org/wiki/Cardinal_point_(optics)#Focal_planes
@J ...:首先,大多數鏡頭(尤其是廣角鏡頭)至少會表現出一點點的曲率(但通常比上圖中的要小得多)。儘管它們很少見,但仍有一些鏡頭具有故意彎曲的視野。在這方面最不尋常的也許是[Minolta 24 / 2.8 VFC](http://www.rokkorfiles.com/24mm%20VFC.htm),它允許用戶控制其場曲。
@JerryCoffin非常有趣-是的,自然沒有完美的東西,我的意思當然是鏡片設計為*故意*彎曲的焦平面,而不是設計為盡可能平整*的鏡片。美能達肯定有資格!
彎曲傳感器! http://www.whatdigitalcamera.com/technology_guides/curved-sensors-advanced-technology-guide-60556
@J ...未經校正的“所有”鏡片會顯示像場彎曲。
@MichaelClark當然可以。我的意思只是說,我感覺不存在*故意設計(或明顯未校正)像場彎曲的*商業攝影鏡頭*(Jerry提供了一個反例)。
@J ...還有其他一些。例如,佳能EF 85mm f / 1.2 L II。任何現代的“ Petzval”型鏡片。
彎曲傳感器的問題在於,每次更改焦距時,傳感器都需要不同的曲率半徑。
@J ...正如其他人所說,非球面鏡片通常具有雙凸透鏡形狀(或凹凹雙凸透鏡,如果您願意的話),因此默認情況下,所有相機鏡頭的焦平面都有些彎曲或呈波浪形(例如池塘上的波紋)特性。許多鏡頭具有相當彎曲的焦平面,因此,“在大光圈時在拐角處具有柔和”的概念。例如,大多數人像鏡頭的曲率未經校正,直接導致其圖像看起來很棒。
@Szabolcs請參閱:http://photo.stackexchange.com/questions/45970/how-does-photography-as-opposed-to-physics-define-focal-plane
五 答案:
Ross Millikan
2016-02-12 21:35:46 UTC
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該效果稱為場曲率 Nikon來自一個很好的討論。與平面傳感器配合使用時,透鏡像差會降低透鏡的分辨率。在過去,膠片可能會彎曲一點,以嘗試跟隨圖像平面並降低效果,但是如今我們的傳感器是剛性的。可以通過鏡頭設計減少它。

這是正確的答案。我要補充一點,除非任何其他透鏡或非均勻光學公式可以補償這種效果,否則任何理想的單元素透鏡都將表現出這種行為。實際上,這是設計好的鏡片的一個複雜因素,並且希望通過製造可控的柔性傳感器,我們可以在將來使用更簡單,更緊湊的鏡片。
與傳感器的孔相比,膠片也“厚” *。
因此,總而言之,鏡片“自然地”具有彎曲的視野,我們是否添加了額外的鏡片元素以使其變平?
@MathematicalOrchid是的。基本上是正確的
並且由於校正可能僅在一個焦距上才是完美的,因此對於不同種類的鏡頭,可以不同地優化該距離。例如,可以將專用的微距鏡頭設計為在其最小焦距處具有最平坦的焦平面。
在另一個極端,聚焦在無窮遠處的長焦距鏡頭具有足夠的自由度和足夠大的曲率半徑,以至於曲率不再明顯。如果鏡頭對焦呼吸,那麼與開始出現問題時的較長焦距相比,較短的焦距將提供更大的視角。
場曲率並不一定會降低分辨率,它只是使獲得平坦測試圖邊緣所需的焦點位置與使同一測試圖的中心變得銳利所需的焦點位置略有不同,而焦點位置可能會略有不同。有可能。
@KevinKrumwiede也只能針對單個波長的光進行優化。
Michael C
2016-02-13 01:08:50 UTC
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單個具有實際厚度的會聚透鏡具有彎曲的聚焦場。製造商提供的大多數鏡頭都包含校正元件,可將聚焦場更平整至一個或另一個焦平面。有一些眾所周知的和非常需要的透鏡,它們可以很好地使焦平面變平:例如Zeiss Planar系列。還有一些已知的和需要的鏡片,用於校正某些或全部像場彎曲,並顯示出使用這些鏡片拍攝的“外觀”照片。佳能EF 85mm f / 1.2 L II就是這樣的鏡頭。

焦平面是什麼形狀?使用數學上簡單的光學公式計算的曲面將顯示場曲率。當投影在平坦的傳感器/膠片上時,如果中心位置正確對焦,則從鏡頭中心到傳感器中間與角落之間的距離變化會導致邊緣和角落失去焦點。如果可以構造膠片或傳感器,使所有部件與鏡頭的光學中心等距,則所有部件都將處於相同的焦點。這樣的傳感器將覆蓋球面的弧線的相同部分(以角度表示),與攝像機視野中的鏡頭所覆蓋的弧度相同。曲率半徑會隨透鏡的折射率而變化。

在現代實踐中,製造商提供的用於攝影的簡單單片透鏡很少(如果有的話)被定義為photo.stackexchange.com。 焦平面的形狀,更恰當地稱為聚焦場,完全取決於透鏡的設計。根據像差,可以完全不校正或高度校正球差/場曲。鏡頭設計師做出的決定及其設計的有效性。

在討論基點光學器件時,必須牢記實際上不存在零厚度的透鏡。它們是理論上的。在Wikipedia文章中, 基點(光學)

在實踐中唯一實現的理想系統是平面鏡。

Matthieu Moy
2016-02-12 18:28:15 UTC
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使用光學上完美的鏡頭,焦平面與傳感器平行,並且形狀與它相同,即實際上是一個平面。我想如果使用現實生活中的鏡頭,您可能會稍微偏斜該平面,但實際上它仍將是一個平面。對於風景攝影來說,必須要同時將整個圖像聚焦在無窮遠處,對於任何體面的鏡頭都是如此。

您的第一個圖表比第二個更正確。在第二張圖中,您忽略了一個事實,即傳感器的角比透鏡的光學中心更靠近鏡頭的光學中心。

在使用“聚焦”時要考慮這一點。然後重新構圖”是通常的技術:通過旋轉相機進行構圖,可以在不改變與被攝對象的距離的情況下移動焦平面,並且確實可以使被攝對象失去焦點。

例如,在大光圈的廣角鏡頭中尤其如此。 如何使用Panasonic FZ 70/72拍攝運動主體

謝謝。因此,在測量自由度時,測量在相機中的什麼位置?傳感器?
我不明白這個問題。相機未“測量” DoF。它是光圈,焦距,...的光學結果。
+1表示“重點然後重新組合”。這是一個微不足道的後果,通常不會意識到。
抱歉。我的意思是與焦點有關的測量在相機的確切位置上-是鏡頭,光圈還是傳感器上的一點?
@Pedr我不確定您要測量的是什麼,但是這個問題可能會解決:http://photo.stackexchange.com/questions/21668/what-is-the-the-reference-point-that-the-鏡頭的焦距是根據
焦距是從物體到傳感器/膠片平面的距離。參見http://photo.stackexchange.com/questions/46329/what-is-the-reference-plane-used-when-the-minimum-focus-distance-is-measured/46336#46336
當DoF計算返回結果時,例如*物體距離:10',近距離:9.08“,遠距離:11.1” *所有這些距離都是從膠片/傳感器平面測量的,在攝影中(但不是在光學系統中物理分支)也稱為焦平面。有關更多信息,請參見http://photo.stackexchange.com/questions/45970/how-does-photography-as-opposed-to-physics-define-focal-plane
floqui
2016-02-12 17:26:19 UTC
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焦平面的形狀取決於光學公式。特別是蔡司平面因其特別平坦的焦平面而得名,這使其非常適合攝影書籍,但總的來說,它看起來更像是您的第二幅畫。

感謝回复。如果您可以擴展答案,那可能很棒,也許可以提供參考和示例。
GreenAsJade
2016-02-14 05:15:09 UTC
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我認為給出的明顯相反的答案的缺失要素與問題的直覺有關。

問題的直覺來自(我認為)不是來自某個問題關於鏡頭像差,但從錯誤的角度來看,焦平面是基於距鏡頭的距離。

這個問題也許可以解釋為

“聚焦清晰的鏡頭都在距鏡頭一定距離的位置上-它們都位於焦距半徑的曲線上嗎?“

答案是“不,那是不是焦點的作用”。正如馬修·莫伊(Matthew Moy)所說,完美鏡頭的焦平面與傳感器平行。

僅當已針對場曲校正了鏡頭時。多數現代鏡片是正確的,但具有規則表面的單片薄鏡片卻不正確。
這是否意味著“具有規則表面的單元素薄透鏡”在表面上確實具有球面焦平面**(由於焦點位於距透鏡的固定半徑處**),或者僅僅是這種透鏡具有由於“缺陷”而引起的某些場曲?
前後固定半徑。唯一的區別是大小,如果在任一側的半徑是由透鏡的折射率引起的。如果凸透鏡成形為從中心到邊緣具有恆定的折射率,它將顯示場曲率。當聚焦距離接近無窮遠時,DoF可能會變得很大,以至於曲率將不再明顯。


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