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>>Greg Hollows: 大家好,我是Greg Hollows,欢迎来到成像实验室。
这一节我们要详细介绍景深。
景深是在大于和小于光学系统的最佳焦点处,保持分辨率的能力。
我们在早期录像中的基础章节部分看过部分示例。
不过我们要更详细地探讨原因,以及在不同的分辨率要求下,我们能从不同的透镜系统获得什么样的结果。
请回忆我们最初学过的章节。
我们曾举过两个高尔夫球的例子。
球放在不同的距离处仍能够获得良好聚焦的能力,这里的最佳焦点是在我头部旁边的球。
有关景深的范围是在我右侧远处的一个范围。
你可能还记得相关的示例,我们根据系统的 F/# 获得不同的景深。
对景深非常通俗的理解就像调节光圈设置,可以关小镜头中的孔径。
这样通过提高 F/#,就能获得更好的景深,在远离最佳焦点处仍能获得良好的分辨率。
这是我们在物理定律中经常使用的经验法则。
但我们在理解景深时,还要记住一些事项。
正如你在幻灯片中看到的那样,我们在这个特定示例中调节光圈设置时,一些事情也发生了变化,改变了 F/#。
实际上在系统中产生了更多衍射,这意味着什么?
这意味着可分辨的最小信息点在最佳焦点处变得更大。
在调节光圈设置时,在最佳焦点处系统保持较好分辨率的能力下降了。
在许多成像系统中我们没有理解这一点,或者因为这些系统的分辨率太低,以至于没有被当成一个问题。
随着高分辨率传感器的发明,在这一领域也发现了一些难点。
我们开始调节光圈时,它提高了 F/#,这些点将变得很大,超过了高分辨率系统中小像素的实际成像能力。
如果调得太多,则实际上达不到很好的分辨率。
这些点可在更低分辨率的系统中看到,比如我们将镜头调节为 F20 或 F30。
但在高分辨率系统中,我们使用 F8 或更大的值时会产生问题。
重要的是要了解,获得良好的景深需要系统设计和 F/# 设置的正确组合。
我们看下一张幻灯片,其中我们将理解为何会发生这种情况,以及如何获得更好的景深。
观察幻灯片里的虚线时,你会注意到在其顶部,图像来自镜头系统的外边缘。
与最佳焦点形成非常倾斜的角度,最佳焦点在蓝线的位置。
你会注意到随着它们向下移动并接触到视场部分,就会聚焦到某些点大小或某些细微的细节。
有些细节会丢失,原因是它们通过系统聚焦的部分可能不够大,无法获得良好的分辨率。
请查看幻灯片底部的图片,我们注意到孔径再次被关小了一点,根据虚线的指示,实际使用了更小的孔径。
它们与最佳焦点形成更低的角度,并且在分辨率的锥形上产生更长的距离。
这就提供了更好的景深。
考虑到光圈设置更低时产生衍射,就出现了一些限制性问题。
衍射会形成更大的点,最终我们根本无法获得正常的分辨率,就像前面讲到的那样。
让我们看一下真实的示例。
我们将在称为景深的目标上进行实践。
你可以在幻灯片中看到其中一个示例。
你会注意到它是一个材料的梯形部分,带有从透镜系统向下四十五度角的直线。
这允许我们获得最佳焦点区域,并查看分辨率在其上下的情况。
我们要查看此处设计的一对不同的透镜。
并且针对不同的应用,我们可观察它们采用不同焦点设置下的实际表现。
在第一种情况下,我们要查看最佳焦点位置,随着我们调整光圈设置,分辨率相应缓慢降低。
这在意料之中,因为我们讨论过衍射问题。
我们还注意到,我们在不同的景深位置调节光圈设置。
某些对象更靠近系统时,某点的分辨率看起来变得更好,然后会再次变差。
由于系统中的总体衍射被加强,我们无法再获得更好的分辨率。
让我们看看某些功能不同的透镜的不同示例。
它设计用于近距拍摄,通常用在机器行业工程成像中。
请注意我们在此处调节不同的光圈设置。
在这个特定透镜中,我们在特定范围内保持良好的聚焦。
在这个最佳焦点位置处,分辨率开始下降了一点。
但我们检查实际景深的各点时,随着那些最佳焦点位置的变化,我们实际上看到了更出色的成像能力。
景深增加,没有出现衍射,而看到了更清晰的线条。
这两个示例有相同的景深。
这里起作用的是这个特定镜头的焦距。
镜头的实际 F/# 设置和设计能力。
其中一个在超出设计范围后,调节光圈设置时无法保持分辨率。
另一个由于其设计原因而保持的更好。
让我们看最后一个示例。
稍后我们要探讨高分辨率成像。
我们要采用不同的观察方式,我们不只查看分辨率。
我们要在像素分辨率系统中仔细观察分辨率。
并且我们要了解有关三倍粗分辨率的一些内容。
我们要在这里讲的是,我们查看系统中的最佳焦点时,要对比两个不同的 F/#。
将使用相同的镜头,但分辨率不同。
我们在最佳焦点处查看系统自身的最佳分辨率时,我们将了解在特定 F/# 设置下的相应限制。
如果观察放大部分,分辨率相当低。
随着进入不同的景深点,你会看到根本没有任何信息。
随着采用更粗的分辨率设置,我们能在最佳焦点处看到较好的信息。
并且在相同类型景深点的某些信息量出现在最终的分辨率区域。
随着我们开始关闭孔径设置,我们会注意到所有分辨率都消失了,因为我们通过了衍射限制,并且在最佳焦点或任何景深位置无任何信息。
在粗分辨率位置,信息在最佳焦点处保持良好。
尽管对比度和分辨率略有下降,但不像担心的那么多。
并且随着进入更高焦点位置,我们能获得更好的景深。
了解这些的重要性是什么?
它有助于理解,当图像分辨率越来越高时,保持良好景深或获得不同景深的能力会受到镜头所包含物理法则的限制。
要改善这一点没有太多办法,因为改进制造公差的设计比较困难。
重要的是在将来的设计中要考虑到这一点,这样在你外出拍摄高分辨率图像或使用非常昂贵的照相机系统时,你将想到这一点。
你可能无法实现您所寻求的效果,因为不能违背物理法则。
这就是景深,现在我们的前四个模块结束了。
你可随时单击在屏幕上看到的任何链接,以回顾我们讨论过的一些其他主题,或回顾模块二以及其它内容。