超焦距及应用探析

江铁成

(1.安徽大学 艺术与传媒学院，合肥 230011；2.安徽广播影视职业技术学院 新闻系，合肥 230011)

超焦距及应用探析

江铁成1，2

(1.安徽大学 艺术与传媒学院，合肥 230011；2.安徽广播影视职业技术学院 新闻系，合肥 230011)

摄影者常接触到超焦距的概念，但对于其含义及应用价值未必都准确掌握。通过对超焦距的含义、影响因素、主要特征进行分析，提出了超焦距的近似求法，论述了其实用价值。在拍摄过程中，可以根据实际情况灵活运用超焦距，真正为摄影实践服务。

超焦距;影响因素;主要特征;求法;实用价值

0 引 言

随着社会和科技的快速发展，照相机已进入寻常百姓家。使用过照相机的人，可能听说过超焦距的问题。虽然有些人知道使用超焦距可以扩大景深范围、提高照片质量，但是对于超焦距的含义、影响因素、主要特征、求法及其实用价值未必都清楚。下面对此作些分析。

1 超焦距的含义

超焦距又称超焦点距离，一般用H表示，它的准确定义是指在镜头焦距f和光圈系数F都已固定的情况下，镜头对焦在无限远时，镜头到景深前界(最近清晰点)的距离[1]。

图1 景物成像

我们可以通过图1进行分析，到镜头距离为H的物点X成像在X′，它在焦平面上的弥散圈直径为最大允许弥散圈直径δ，则X点是能在像平面上清晰成像的最近点，再靠近相机的物点在像平面上所成的像就模糊不清了，这个最近清晰点X到镜头的物距就是超焦距H。

根据高斯成像公式和相似三角形原理，利用图1可以推出：

H=Df/δ=f2/(δF)

(1)

其中：H表示超焦距，D表示光孔直径，f表示镜头焦距，δ表示最大允许弥散圈直径，F表示光圈系数。

还有一种近似定义超焦距的方法为：在镜头焦距f和光圈系数F都已固定的情况下，能够得到最大景深时的摄影物距，称为在该焦距f和光圈系数F下的超焦距。

我们知道随着被调焦物平面的物距逐渐增大，景深后界将会比景深前界以更快的速率增长，并趋近于无限远，所摄画面的景深也将显著增大。而当景深后界增大到无限远后，再继续增大调焦物平面的物距，则由于景深前界的继续远离而使所摄画面的景深反而逐渐减小。显然，只有当景深后界刚好增至为无限远时，所摄画面才可获得最大景深。

因此，又有一种近似定义超焦距的方法为：在摄影镜头焦距f和光圈系数F均已确定的条件下，调焦时景深后界刚好为无限远时的那一调焦物平面的物距就是超焦距。

根据景深后界的公式：

L2=f2L/{f2-δF(L-f)}

(2)

其中：L2表示景深后界，f表示镜头焦距，L表示调焦距离，δ表示最大允许弥散圈直径,F表示光圈系数。

令上述公式(2)中分母为零时，景深后界的物距将刚好为无限远。此时的调焦距离L即为近似超焦距。

则：

L=f2/(δF)+f

(3)

由于近似超焦值L远远大于该摄影镜头的焦距值f，即L》f，所以：

L=f2/(δF)+f≈f2/(δF)=H

显然，当无限远刚好为景深后界时(即能获得最大景深时)的调焦距离L近似等于该摄影镜头在该焦距和光圈系数下的超焦距H。

2 超焦距的影响因素

从超焦距公式1中可以看出超焦距不是一个固定不变的值，影响超焦距H的因素有：镜头焦距f、光圈系数F、最大允许弥散圈直径δ。其具体相关性为：

(1)超焦距H与镜头焦距f的平方成正比。即镜头焦距f越小，则超焦距H越小，超焦距物平面也越靠近摄影镜头；反之，若镜头焦距f越大，则超焦距H越大，超焦距物平面也越远离摄影镜头。

它们之间的变化规律为：当镜头焦距f增大到2倍时，超焦距H就增大到4倍；当镜头焦距f缩小到1/2倍时，超焦距H就缩小到1/4倍。

(2)超焦距H与光圈系数F成反比。即光圈系数F越小(也就是镜头光圈越大)，则超焦距H反而越大，超焦距物平面也越远离摄影镜头；反之，若镜头光圈系数F越大(也就是镜头光圈越小)，则超焦距H越小，超焦距物平面也越靠近摄影镜头。

(3)超焦距H与最大允许弥散圈直径δ成反比。即最大允许弥散圈直径δ越小，则超焦距H反而越大，超焦距物平面也越远离摄影镜头；反之，若最大允许弥散圈直径δ越大，则超焦距H反而越小，超焦距物平面也越靠近摄影镜头。镜头在设计和制造过程中，最大允许弥散圈直径δ与摄影机所摄画幅尺寸大小有关。

3 超焦距的主要特征

超焦距的主要特征如下：

(1)从超焦距的近似定义可知：当摄影镜头的焦距f、光圈系数F和最大允许弥散圈δ选定以后，对超焦距平面调焦即可获得最大景深。也就是说，使用超焦距聚焦就可获得最大景深。

(2)对超焦距物平面调焦时，可形成清晰影像的景深范围约为二分之一超焦距至无限远。

我们可通过景深前界的公式

L1=f2L/{f2+δF(L-f)}

(4)

其中：L1表示景深前界，f表示镜头焦距，L表示对焦距离，δ表示最大允许弥散圈直径，F表示光圈系数。可知，使用了超焦距时，L=H，则可推出：

L1≈H/2

由此可知：当对超焦距的物平面聚焦时，景深前界的物距约为二分之一超焦距值；也就是说，当摄影镜头对超焦距调焦时，无限远至二分之一超焦距之间的景物，都可在感光材料上形成清晰的影像。这个特性可通过照相机或摄影镜头上的景深表得以验证。

(3)超焦距越大，景深反而越小。

超焦距和景深的关系为：超焦距越大，则对该超焦距物平面调焦时所获得的景深越小；超焦距越小，则对该超焦距物平面调焦时获得的景深越大。因为景深约为：二分之一超焦距至无限远。这个特性可以通过下图2得以证实。

图2 超焦距

4 超焦距的求法

早期的照相机或镜头上都有景深刻度，聚焦到无限远后很容易看出超焦距是多少。而现今许多镜头，特别是变焦距镜头都不再标出景深刻度，有些只是在其说明书上列出景深表，看起来比较麻烦，使用也不方便。那么我们是否可以不用景深表，直接求出超焦距呢？

从超焦距公式(1)及以上分析可知：影响超焦距H大小的因素有：镜头焦距f、光圈系数F、最大允许弥散圈直径δ。在摄影瞬间，镜头焦距的长短f和光圈系数大小F均以确定，而最大允许弥散圈直径δ与照相机所摄画面尺寸大小有关，也与人为规定的因素有关。

不同时期、不同光学公司对最大允许弥散圈直径δ的规定也不同。早期摄影者曾建议δ取f/1000,应当明确的提出的是：此时f约等于所摄画幅对角线的长度，也就是所使用照相机的标准镜头焦距大小，并不是摄影者拍摄时所使用的实际镜头焦距。对于135照相机其标准镜头焦距f为50 mm；对于120照相机其标准镜头焦距f为80 mm。现在一般规定δ取f/1500，而国外有些光学生产厂家规定最大允许弥散圈直径δ为f/2000。为了更严格、更精确地控制景深，我们也取最大允许弥散圈直径为f/2000,即可设定135照相机的最大允许弥散圈直径δ为0.025 mm，120照相机的最大允许弥散圈为0.04 mm。

下面通过一个例子说明如何求超焦距。

例如：求135照相机的50毫米镜头在F8下的超焦距及其景深。

根据超焦距公式：

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

如果将镜头对焦到12.5 m处，则从二分之一超焦距(1/2×12.5=6.25)到无限远的景物都在底片上成清晰的像，即景深范围为6.25 m至无限远。

通过上述公式计算起来有时也不是很方便，特别是不便于口算。有一个有趣的经验计算公式适合135照相机的摄影者使用。首先让镜头焦距自乘，然后乘以4/100，再除以光圈系数，其结果就是用米表示的超焦距。使用超焦距时景深约为超焦距一半至无穷远。上述例子的算法为50×50÷100×4÷8，其结果可以口算出超焦距为12.5米。

如果焦距自乘的结果难以口算，可将焦距两乘数一个加几，另一个减几，使其成为便于计算的数字，其结果与准确值差不多。如28自乘，算起来比较麻烦，可以把一个加上2，另一个减去2，变为30×26，这样算起来比较方便，二者结果又非常接近，误差也很小，通过以上这种方法求超焦距就比较方便实用。

5 超焦距的实用价值

超焦距的实用价值可以用以下三点来概括：(1)扩大景深范围；(2)提高感光度；(3)适用于抓拍。

5.1 扩大景深范围

从超焦距的近似定义和超焦距的特性可知：在镜头焦距f和光圈系数F均已确定的前提下，使用超焦距就可以提高照片质量，获得最大景深，此时的景深约为超焦距的一半至无限远。如果让被摄影主体位于二分之一超焦距至超焦距之间的某一位置处，则对超焦距物平面调焦可以充分利用前景深，并可显著扩展后景深的景深范围，使位于远处的背景更清晰；如果让被摄影主体位于比超焦距还远的某一位置处，则对超焦距物平面调焦就可以充分利用摄影镜头的后景深，并可显著扩展前景深的纵深范围，以使位于近处的前景更加清晰[2]。总之，对超焦距物平面聚焦，景深范围增加，可以把有较大前后纵深范围的景物，在画面上相当清晰地拍摄出来。

5.2 提高感光度

超焦距的另一个应用如下：为了获得同样大小的景深，对超焦距物平面调焦时所用的光圈可以比对无限远调焦时的光圈大二档，也就是说在景深不变的情况下使用了超焦距，就相当于使胶卷的感光度提高了二档，从而使拍摄者：(1)能够在比原先暗二档的光线条件下，增大二档光圈，仍可获得正确曝光，且仍保证原景深不变，从而有利于在低照度下摄影。(2)能够在景深不变且照明条件相同的情况下，把快门时间缩短二档，以提高所摄影像的清晰度[3]。例如：采用50 mm焦距的标准镜头在同一拍摄点拍摄同一景物，当用光圈系数F16对无限远处直接调焦时，由景深近界的物距公式(约等于该摄影镜头在该光圈系数F16下的超焦距)可知，所摄的景物范围为6.25m至无限远。当改用光圈系数F8并对此刻的超焦距(即该摄影镜头在该光圈系数F8下的超焦距)物平面调焦时，由超焦距公式及其特性(景深为超焦距的一半至无限远)可知，所摄画面的景深范围为6.25 m至无限远。显然，用后一种方式拍摄时光圈开大了二档，而景深仍保持不变。

5.3 适用于抓拍

超焦距还常用于抓拍现场。在抓拍摄影时，常常会遇到被摄体的精彩表情、动作突然出现在面前，转瞬即逝，而摄影者又来不及迅速调焦的情况下，摄影者可预先将摄影镜头的光圈缩小，并对超焦距物平面调焦，就可以即时捕捉且把距离并非太近的精彩、美妙的瞬间摄入画面，当然此时所要求的距离并非太近，是指被摄体与照相机的距离必须大于超焦距的一半，否则，被摄体仍将不能成清晰的像[4]。

6 结 语

摄影既是一门技术，又是一门艺术，摄影者只有真正理解超焦距的含义，掌握其影响因素和主要特性，清楚它的求法，并在熟练运用其实用价值的基础上，根据实际情况灵活运用，才能真正为摄影实践服务，拍摄出成功的作品来。

[1] 沙占祥.摄影镜头的性能与选择[M].北京:中国摄影出版社,2001:86-92.

[2] 江铁成.超焦距的实用价值[J].摄影之友,2000(1)：88.

[3] 江铁成.如何增强摄影画面的立体感[J].新闻世界,2008(10)：73-74.

[4] 江铁成.电视摄像技艺[M].合肥:合肥工业大学出版社，2015:18-20.

[责任编辑：刘跃平]

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

安徽省教育厅自然科学重点项目课题基金(SK2014A447)资助。

江铁成(1971— )，男，安徽潜山人，安徽大学艺术与传媒学院副教授、工程师，硕士；研究方向：影视摄影与制作。

TB89

A

2096-2371(2017)01-0125-04