人眼到底是定焦還是變焦?
焦距的唯一定義是,平行光入射從透鏡光心到光聚集之焦點的距離,和鏡頭屈光度相關。人眼可調,為變焦。
而某些人士將攝影技術中鏡頭中心到底片(CCD)的距離(鏡屏距)理解為焦距,因此導致一些所謂的爭議。
毫無疑問,人眼是一個變焦系統。
只是和相機的變焦鏡頭不同,變焦鏡頭在變焦的同時,始終保持相距改變,來保證成像清晰。
人眼是始終保持相距不變,通過改變鏡頭焦距來使遠近不同的物距成像在固定相距的視網膜上。
關於這個問題@髙顯已經有非常精彩的回答。我只是想補充一點跑題的東西,人眼真的是很奇妙的東西,一個像變焦鏡頭一樣的人眼會有拉風箱效應,鏡頭突出的時候,晶狀體和視網膜之間會出現真空,需要液體或者氣體進入填補,而鏡頭凹進來的時候,又會排出。人眼的構造明顯會變複雜不可靠。我們常用的變焦鏡頭就因為拉風箱效應,有時會有灰塵進去。
現在不管奧林巴斯,索尼還是三星都有液體鏡頭的相關專利了。液體鏡頭完全是模仿人眼的設計,達到變焦而不改變感光器件和鏡頭的距離。基本原理是這樣的:
鏡片分兩層:上圖中淺藍色是水,淺黃色是具有高折射係數的油,通過電壓來控制水和油之間的曲面的形狀,電壓越高曲面弧度會越大,焦距也會越短。弧度改變。關鍵的技巧在電極的形狀設計和油的材料選取。這和人眼用肌肉力量改變晶狀體焦距簡直異曲同工。不過這種仿生的鏡頭仍然有很多問題,比如溫度、地球重力等等都對鏡頭性能會有影響,使用久了液體變質也是一件麻煩事情。好處是整個相機可以做成全密封的,只要玻璃足夠厚,抗衝擊性能相當好。(但是衝擊的一瞬間會有液體到處亂跑,拍不清楚照片)。
變焦。
如果要問人眼相當於定焦鏡頭還是變焦鏡頭,答案是:人眼既不相當於定焦鏡頭,也不相當於變焦鏡頭。
請參考我對這個問題的解答:http://www.zhihu.com/question/20086562
以及這個問題:http://www.zhihu.com/question/20479902
人眼的晶狀體相當於一個變焦透鏡,視網膜相當於底片。同一個人的晶狀體中心到視網膜的距離,也就是眼軸長度,大致是固定的。
人眼對焦是靠睫狀肌的拉伸來改變晶狀體的形狀,也就是改變其焦距(或者說屈光度)來實現。如下圖所示(引自wiki):
具體而言:
看遠處物體,睫狀肌放鬆,晶狀體扁平,屈光度最小,焦距最大。如左圖。
看近處物體,睫狀肌收縮,晶狀體變凸,屈光度變大,焦距變短,從而在眼軸長度不變的情況下,保證成像在視網膜上。如右圖。
長時間看近處會造成睫狀肌痙攣,也就是晶狀體過凸,焦距過小,是為假性近視。
長期看近處,會造成眼軸永久性變長,超出晶狀體最大焦距,是為真性近視。
當人變老,晶狀體會慢慢變硬,從而喪失調焦的能力。人眼也就從「變焦」成為「定焦」。這時看近處的物體,就需要靠外加凸透鏡(老花鏡)來屈光。
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攝影愛好者都知道,鏡頭焦距長,成像大,視野窄;焦距短,成像小,視野廣,於是比較疑惑為什麼人眼變焦,我們卻沒有感受到成像大小和視野的變化?
答案是因為:人眼視野不變,只是因為人眼軸長度不變,而不是焦距不變。
關於這一點,是很多攝影愛好者誤解之處(比如@狼大人 的回答)。
請參考我對這個問題的解答:http://www.zhihu.com/question/20086562
(屏上的)像(斑)大小本質上和焦距並沒有關係,只和透鏡中心到屏幕的距離有關。焦距只負責成像清晰與否,和成像(斑)大小無關。
和人眼不同,所有變焦鏡頭都是焦距變大(小),(有效)透鏡中心到屏幕距離也隨之變大(小),而不是固定。這是造成變焦鏡頭「長焦拉近、視野縮小」的原因,也是很多攝影愛好者類比人眼時誤解的地方。總之,攝影上「長焦拉近」,本質並不是因為焦距變長了,而只是因為我們把屏幕放遠了。
只要透鏡到屏幕距離固定,不管焦距怎麼變,成像(斑)大小都不變。當然,如果屏幕不在對焦面上(沒有對焦),成的像就模糊而已(所以你可以說不能叫「像」,而叫「斑」)。
人眼軸長度固定,自然成像大小也是固定的,只不過這個像/斑不在對焦面上,模糊了而已。從這個意義上,人眼看東西大小不變,正是人眼軸長度固定的最佳佐證。
這道題又在我的時間線上出現了,看了所有的回答,覺得包括題主和一些答案的答主對有一些概念有所誤解和混淆,需要澄清一下。對於問題的答案, @著微 已經說得比較清楚了,我這裡就補充一些概念的定義和解釋。
首先,什麼是焦距?題主的問題補充里提到:
攝影技術中焦距的定義和物理學焦距的定義不同,導致回答爭議較大。
而可達成的共識是:人眼是個固定視野,可調焦點的鏡頭。
按照攝影學的定義,焦距為鏡頭到底片的距離,決定了視野,人眼為定焦。
按照物理學的定義,焦距為平行光入射從透鏡光心到光聚集之焦點的距離,和鏡頭屈光度相關。人眼可調,為變焦。
這段話這麼說並不恰當,不論在物理學中還是在攝影中,焦距的概念都是一致的,並不存在各自不同的定義。焦距的嚴格的定義是「從光學系統主平面到焦點的距離」Focus (optics)
The distance in air from the lens or mirror"s principal plane to the focus is called the focal length.
焦距就是上圖虛線(主平面)到焦點的距離,注意上下兩個圖展示了兩個方向的焦點情況,這兩個方向的主平面(就是虛線所在)一般來說是不重合的,所以在需要嚴格區分的場合會說「物方焦點/焦距」和「像方焦點/焦距」第二,鏡頭的「對焦」與「變焦」
很多答案里也把這兩個過程混淆了,鏡頭對焦過程,是使得畫面變清晰的過程,這個過程是不改變焦距的。大部分鏡頭通過整體移動鏡片組,從而改變象距,來達到圖像清晰的結果。當然現在也有越來越多的鏡頭設計成「內對焦」或者「後組對焦」,這種方式實際上是有輕微改變焦距的。但不管怎麼樣,在對焦(使得畫面變清楚)的過程中,焦距可以認為是基本不變的(或者有輕微變化),主要改變的是像距。
而變焦呢,通過移動鏡頭內部的鏡片,直接改變了焦距。另外,對於【變焦鏡頭】來說,還需要有額外的限制,在改變焦距的過程中,成像位置不能發生較大改變。簡單說來,就是變焦之後,不需要或者很少需要重新對焦。Zoom lens
A true zoom lens, also called a parfocal lens, is one that maintains focus when its focal length changes. A lens that loses focus during zooming is more properly called a varifocal lens.
第三,鏡頭的焦距與視角
在攝影中,「焦距決定視角」這句話也是鐵律一樣的存在了,變焦距就是變視角這樣的概念也被各位攝影師牢記於心。但這是有前提的,前提就是:對焦於無窮遠。
也就是說,在對無窮遠合焦的情況下,鏡頭的視角和焦距是一一對應的,否則鏡頭的視角是會有輕微變化的,物距越短,這個變化越明顯。有條件可以拿微距鏡頭實驗一下,在對不同距離物體對焦的過程中,看看視角是不是會發生變化。
第四,人眼的視角
在 @著微的答案里已經寫得很清楚了,人眼由於晶狀體到視網膜的距離是固定的,因此人眼的視角也是固定的。
同樣著微的答案寫的很清楚,毫無疑問,在看不同距離的物體時,人眼的焦距是改變的(懷疑的同學請再看看上面第一點對焦距的定義)。
換句話說,人眼的「對焦」過程是通過改變焦距做到的,而並不是如一般鏡頭那樣通過改變像距做到。這是人眼與相機鏡頭一個很大的不同。
那麼,人眼到底是不是相當於變焦鏡頭呢?稍加分析我們就知道,人眼在改變焦距之後,一定無法維持同一個物體的像的位置不變(人眼變焦就是為了看不同的物體嘛),而這對於一個變焦鏡頭來說是一個重要的要求(再看看上面變焦鏡頭的定義),所以結論也很直觀了,人眼焦距會發生變化,但與變焦鏡頭是不一樣的,甚至無法作為一個正常的變焦鏡頭看待。
你們這是忽視近視眼啊.
應該是變焦.
變焦應該是焦距改變,焦距又和屈光度相關,常見的近視就和屈光度改變有關,所以應該是變焦.
http://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%B1%88%E5%85%89%E5%BA%A6
屈光度,或稱焦度,英語用「Dioptre」表示,是量度透鏡屈光能力的單位。
焦距f的長短標誌著折光能力的大小,焦距越短,其折光能力就越大,近視的原因就是眼睛折光能力太大,遠視的人則折光能力太弱。
焦距的倒數叫做透鏡焦度,或屈光度,用φ表示,即:
,如:焦距是15cm,那麼凸透鏡(如:遠視鏡片)的度數是正數(+),凹透鏡(如:近視鏡片)的度數是負數(-)。
一個+3屈光度的透鏡,會把平行的光線聚焦在鏡片的1/3米外。
屈光度的單位簡寫是D,國際單位制的單位是 m
-1
。
一般眼鏡常使用度數來表示屈光度,以屈光度 D 的數值乘以 100 就是度數
[1]
,例如 -1.0D 等於近視眼鏡(凹透鏡)的 100度。
這又是一個錯誤答案被頂到最高票的例子(除非這個答案被頂上去)。
我反對所有認為是變焦的答案。
無論「變焦」的答案下,寫了多麼詳細的人眼的原理,都沒有辦法解釋一個問題:人眼變焦的目的和單反鏡頭變焦的目的是不一樣的!
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先寫結論:如果非要在定焦鏡頭和變焦鏡頭中選一個類比人眼的話,那一定是定焦鏡頭!
很難在中文中找出一個相機術語定義人眼的模式,但是英文可以:PRIME LENS
無論中文的定焦鏡頭,還是英語的fix focus lens,都會引起歧義:到底是固定焦距鏡頭?還是固定焦點鏡頭?
因此在英文中,最不容易引起歧義的稱呼,就是用prime lens,來描述所有無法改變視角的鏡頭。
而在單反世界裡,與prime lens相對的,就是zoom lens,顧名思義就是可以zoom的鏡頭。
那麼從這個角度講,人眼毫無疑問就是prime lens,因為即便戴上眼鏡,人眼的視角也不會發生改變,所有的特徵與prime lens的特徵一致!
如果非要對應中文的單反相機術語,那就一定是定焦鏡頭,因為人眼對外表現的所有特徵,都與單反的定焦鏡頭一致!
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下面就說一下人眼晶狀體焦距改變的問題。
其他答案說了很多原理,毫無疑問,人眼焦距改變的目的是為了focus。
而所有的變焦鏡頭改變焦距的目的是為了zoom。
因此,即便人眼焦距可變,但也不能說人眼是變焦鏡頭。
而這兩種鏡頭的唯一區別就是focus方式的不同,除此之外都是一樣一樣一樣的啊!
因此,非要在定焦鏡頭和變焦鏡頭中選一個類比人眼的話,那一定是定焦鏡頭!
「標準鏡頭」的定義是"焦距長度和所攝畫幅的對角線長度大致相等的攝影鏡頭",扯到什麼人眼焦距確實是亂說了。
但是樓主說的「50mm=人眼焦距」這個說法本身也是把一個誤解斷章取義,攝影界一個流行的誤解是「50mm鏡頭視角接近人眼有效觀察視角」,實際上人眼清晰觀察範圍比標準鏡頭還窄很多。
================以下是正題=====================
前面高兄分析的其實很不錯,但是到結論卻有點把自己繞進去了。原因就是:攝影中「焦距」的定義和物理學中的定義不同。鏡頭「焦距」的物理學定義應該為:相機無窮遠對焦時焦距(物理定義),如果鏡頭等效為薄透鏡,即屏到主平面的距離。以下姑妄稱之「屏距」。
現在簡單了,「變焦鏡頭」其實是屏距可變的鏡頭。而鏡頭的視角則只由底片尺寸和屏距決定——等腰三角形,底邊是底片尺寸,高是屏距,頂角等於視角。改變屏距,視角改變。
而無論是定焦鏡頭還是變焦鏡頭,其焦距(物理定義)都是可變的。當物距確定時,改變焦距即可改變像距,使得像點落在底片上,即「對焦」過程。鏡頭參數中並沒有焦距(物理定義)的對應量,但是卻有對焦環上卻有物距的標度,當鏡頭合焦時,像距等於屏距,由物距和焦距(物理定義)的關係即由透鏡成像公式確定。所以,「定焦鏡頭」是「屏距」固定,但焦距(物理定義)可變(對焦)的鏡頭。
再說眼睛,很顯然,眼睛的「屏距」是固定的,但是焦距(物理定義)可變,這和定焦鏡頭的特徵是完全吻合的。眼睛的底片——視網膜上感光細胞的分布則決定了視角。絕對變焦,否則全得戴眼鏡,還是N副眼鏡
準備來一個介於科普和理論(原理是如此簡單,以至於我把學術兩字換成了理論)詳細回答了,因為,我覺得在知乎這個問題居然存在這麼久沒有完整的,和有說服力的答案,實在有悖知乎精神,浙大光學的小夥伴們,你們去哪兒了?編程序去了?
上班時間沒空,先寫個提綱吧。
1.變焦和調焦的定義。
2.光學系統的透鏡參數和成像模糊度分析。
3.關於人眼成像和一般成像光學系統聯繫和區別。
4.關於題主答案的結論。
信心滿滿,責任感滿滿,但是我不知道怎麼在答案里編輯公式,別打臉,真不知道,所以麻煩知道的人告知下。我像毛主席保證,我會弄後,一定會按前述提綱給答案。
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1、變焦和和調焦的定義
A:焦距定義:對於一個理想薄透鏡光學系統,定義焦點為光軸上,無窮遠處目標在主光軸上的匯聚點與薄透鏡光心(對應於攝影鏡頭,也就是圓形的中心)的距離。
B:理論上的變焦和定焦:從焦距定義出發,對於一個理想光學系統,當位於無窮遠處目標在主光軸上的匯聚點與光心的位置可以人為調節從而發生改變,則該系統為變焦系統。與之對應的是定焦系統,即該焦點的位置是固定的。
C:調焦:對於理想光學系統,根據牛頓公式,即焦距、像距、物距倒數關係,物距發生改變時,像距也會發生改變,當像距改變數影響成像質量時(即模糊),需要調整成像位置至新的物距根據牛頓公式對應的像距位置。我們叫他調焦。
D:其他:對於實際成像系統,注意我們前面都說的是理想薄透鏡,或者是理想光學系統,對應於攝影系統,實際上都是非理想的,比如攝影光學鏡頭都是有多片鏡頭組構成的,我們所說的焦距,其實是這些多片鏡頭組組成一個光學系統後的組合焦距,由於成像系統,比如民用單反系統,其入瞳和感光器件位置固定(非民用複雜光學系統也有感光器件可調的,一般稱作調後像面)。當需要調焦的時候,由於這兩個器件的位置固定,所以改變的其實是其中間若干鏡片組位置,而這些改變都會引起組合焦距的些許改變。
E:單反系統的變焦與調焦:由BCD點,當我們調整中間鏡頭組的目的是調教組合焦距時,該行為叫變焦;當我們調整中間鏡頭組的目的是使由於物距改變從而模糊的成像變的清晰時,該行為叫調焦,即便由D點給出的原因,調焦會產生小的變焦,我們也將其忽略掉,仍然認為在此情況下,我們的行為在調焦而不是變焦。
F:下文中,我們說的成像系統焦距,都是指組合焦距。
2、光學系統的透鏡參數和成像模糊度分析
光學系統什麼時候需要變焦,這個大家由於經驗,都明白,這部分我們說明這些問題,即什麼情況下需要調焦?為什麼有的光學系統,如低端監控,不需要調焦,而單反需要調焦?鏡頭為什麼越大越好,有沒有什麼限制?定焦頭為什麼F1.2的比1.4的貴那麼多?為什麼定焦頭虛化效果好?螢石鏡頭為啥那麼貴?等,而這些問題的,我們先從光學系統透鏡參數和成像模糊度分析開始
對於一個簡單光學成像系統,其物距,像距,焦距,滿足牛頓公式
(公式1)
當成像模糊時,即離焦成像模型如下所示
對於如上圖所示離焦系統,目標物體位於點P處,所成像位於點P"處, CCD探測器處於P""處,正焦位置像距為
,實際像距為S,即離焦量為S-。由於光學系統對焦不正確,目標物體經光學系統成像後在像面上會形成模糊像。根據幾何光學原理,所成模糊像的形狀與光學系統孔徑形狀相似,由於光學成像系統孔徑為圓形,因此,該模糊像為一半徑為R的模糊圓。
由幾何光學可知,模糊圓半徑R,像平面離焦量S-,光學系統口徑D,正焦像距之間滿足關係式
(公式2)
代入公式1,整理後可得
當,R為正值,即像面位於系統正焦位置後方;
當,R為負值,此時像面位於系統正焦位置前方。
當時,圖像感測器位於正焦位置,此時所成像最清晰。
知乎公式編輯太麻煩,我簡掉中間過程了,直接給結論公式
上式中,R為模糊圓半徑。
D為系統口徑,就是你鏡頭直徑。
為你現在像面位置反過去對應的物距,為另外一個與不一樣的物體。比如說,你現在對著3米外的花拍照,背景是10米外的人,調焦點對著花花,則=3米,=10米。就這個意思
這個公式說明什麼問題呢
以前面花和背景的人為例,同樣對花調焦清晰,口徑D越大,背景模糊程度越厲害。焦距越短,即視場越大,背景模糊程度約厲害。
現在我們來回答前面的問題,
A:什麼時候需要調焦?當目標移動,模糊圓的半徑與相機CCD像元尺寸可比擬的時候,而你又系統目標移動後成像越清晰越好時,需要調焦。
B:低端監控不需要調焦,在於其口徑小,焦距短。相對應的,所以單反需要調焦,因為對應於不同成像距離上的物體,起成像模糊圓半徑數倍乃至數十倍於像面CCD像元大小。
C:鏡頭越大越好,從攝影角度來說,其虛化效果(追求虛化,也就是追求前面例子中作為背景的人成像的模糊圓半徑越大越好。),其限制在於光學系統F數,也就是焦距和口徑的比值越小越難做,這也是同焦段1.2鏡頭比1.4鏡頭貴那麼多的原因,光學性能提高一點點,成本和難度提高可能是數量級的。
D:定焦頭虛化效果為什麼比變焦頭好。任何事物都是有長有短的,變焦鏡頭可變焦距,方便取景帶來的缺點是內部光學結構複雜,也就很難做到大光圈,也就是大有效口徑,有效口徑變小,自然模糊圓半徑就小,虛化效果也就差了。
E:螢石效果為什麼那麼貴,有啥好的?其實這個答案大家都知道,消色散,由於各種顏色的光波長不同,使得在一個光學系統中,不同波長的表現,你可以簡單理解為焦距不同,螢石這種奇葩玩意兒特點就是色散小,自然相同色散要求,鏡頭組的鏡片數可以少一些,或者相同鏡片數的色散也就小,成的像也就更清晰(各種波長色光齊步走),色彩也就更逼真了,至於螢石的價格問題,竊以為主要是商家的宣傳策略等各種商業目的的原因吧
3、人眼成像和一般成像系統的聯繫和區別
A:人眼不能簡單等同於一個簡單光學系統。比如現在流行說法,如題主說的,等效於50mm焦距系統,這種說法是不嚴格的。比較嚴格的說法是,人類單眼的視場角於50mm焦距鏡頭在標準畫幅相機上的視場角基本一致。前面說法不嚴格的地方在於,如果直接等效於一個50mm單透鏡,則光心與像面距離在看遠處目標時為焦距,我去,你見過誰眼球直徑網球左右大小的,嚇死人了?
B:接A,如果一定要比擬,所以人眼成像是一個複雜的多片鏡頭組光學系統,既然複雜,所以單說一面鏡子屈光度的改變,來推論整個光學鏡頭組的說法不準確,這也是目前排名第一答案的錯誤所在。
C:接前AB,人眼真的很複雜,真的,騙你是小狗。所以很多時候理想化的想等效成光學系統我覺得首先需要加邊界條件,不然就類似於用無機物體的特性去解釋有機物體,也就是諸位看官的行為了,這不是機械唯物主義么。。。額。。這。。。。這樣吧,下面大家做幾個小實驗就知道了
實驗1:若干鏡頭、相機生產商宣稱自己色彩如何逼真,奶奶的,簡直就是聯合起來耍流氓嘛。除非你用分光輻射測量計把各種物體光譜給出來,否則何來逼真。有的同學說看著色彩真,好吧,現在,麻煩你找一個紅紙或者有大面積,均勻紅色的物體,閉上左眼,用右眼仔細看看,再反過來,閉上右眼,用左眼看,或者你調換順序看也行。發現兩眼有什麼區別沒有?紅色程序,顏色好像有點不一樣是吧?這就對了,正常人的眼睛連左右都是有區別的,都有色差,感測器些許的區別有什麼關係?況且DSP晶元水平這麼高,做個色彩校正對C,N來說分分鐘的事情,人家為什麼不做,沒了整個賣點,人家怎麼打廣告啊,親。
實驗2:請拿本書,放在你近處,大概眼前15厘米吧,仔細看2秒鐘,再看遠處?是不是需要等一下下,大概是1秒鐘才能看得清楚?說明什麼,人眼的自動調焦也是需要時間的。需要大腦調節,需要反應時間。
實驗3:有知友提到近視,好吧,有近視的知友,大家看著電腦屏幕,麻煩動動你的眼鏡,是不是發覺電腦屏幕在動?如果是我們認為人眼是個簡單光學系統,則眼鏡的運動,(左右、前後)都會引起成像的變化,與人眼類似,電腦屏幕在動,但是光學系統還會使得成像模糊。但是你動你的眼鏡沒有使成像模糊,眼鏡往外支點,往裡支點,我們透過眼鏡看世界還是很清楚,說明人眼和大腦一起組成的複雜認知系統真的很高級,不是幾片鏡子加CCD組成的單反系統能比的。
實驗4:實際上,人眼以及人腦看世界適應性之強,使其一直是模擬學研究的興趣點之一。再舉個近視的例子吧,細心的同學都會發覺,帶眼鏡的時候,物體實際上是會變小一點的,什麼?你不知道?取下眼鏡,挨著書,看書上的字,然後慢慢帶上眼鏡,有趣吧,在這個過程中,如果我們把眼鏡和人眼視為一個光學系統的話,這個光學系統是個變焦系統(因為物距不變的字有變小的過程,說明在視網膜上的成像角變小了,也就是說組合焦距變了),但是人腦任然能適應。
4、最後一點關於題主問題的答案
攝影學和物理學上關於焦距的定義是一致的,沒有問題,題主的錯誤在於把人眼屈光度(人眼等效複雜高級生物智能高級千萬年進化辛苦得來的複雜光學系統)直接等效於簡單光學系統組合焦距。這是不正確的。
其實答案很簡單,如果忽略掉人不能感知的由於各種肌肉伸縮造成的焦距的細微變化,人眼是定焦的。
還是很奇怪的錯誤答案居然排名第一。
排名第一的答案不靠譜啊,把人眼當成鏡頭來看的話肯定是定焦啊,人眼在看更遠處的物體的時候沒有辦法放大其在眼睛畫面中所佔的比例,只是將更遠處的物體變得更加清楚而已,著就相當於定焦鏡頭在對焦的過程而已。你想想如果你要看一個人的臉放大看清楚還不是要走到面前去看么?這不就跟玩定焦鏡頭的蛋疼之處一模一樣嘛。。
當然這只是類比成鏡頭,事實上,人眼的功能真的沒法用鏡頭來比,有太多的不同之處。結論:基本等同於定焦鏡頭。
定焦鏡頭和變焦鏡頭其實都是「變焦」鏡頭(不過通常定焦鏡頭的焦距變化小得多)。定焦鏡頭定的是視角,定的是像距。人眼毫無疑問,視角也是定的。
單反把感測器所在的位置定為焦平面,如下:
這種定義不能說錯,但是有極大的誤導性。人們會以為,焦點就一直在所謂的焦平面(像平面)上,其實這是極其錯誤的。
光學成像基本模型和公式如下:
只有當物距無窮大時,1/u = 0,此時v = F,此時焦點所在的平面才和像平面(感測器所在的平面)重合。
一般認為焦點落在像平面上,這個錯誤的結論具有極大的隱蔽性,因為通常,焦距對於物距來說都微不足道,1/u也就微不足道。無窮遠對焦時,焦點確實是在像平面上。
另外,單反規定像平面那個面叫做「焦平面」加重了這種誤導。
一種很特殊的情況是微距鏡頭,拿常見的尼康 105mm 2.8G 微距鏡頭為例,最大放大比例1:1,此時AB = A1B1,即u = v ,此時根據成像基本公式,u = v =2f
焦點根本不在像平面上!!!
很多人混淆變焦和調焦的區別。很多人認為定焦鏡頭不能調焦。因為人眼可以調焦,所以是變焦鏡頭,瞎扯什麼淡呢!!
根據成像基本公式,眼睛和定焦鏡頭的像距都是不變的,物距改變(特別是物距很短的時候),必然改變焦距。
很多人只知道變焦的時候鏡片組是移動的,不知道調焦的時候,鏡片組也是移動的。
要說原理,定焦鏡頭跟人眼的區別是,人眼的晶狀體(相當於凸透鏡)的屈光度是可以改變的,從而改變焦距。而定焦鏡頭則是依靠移動鏡片組來對焦(我並不知道為何移動鏡片就能改變焦距,尤其是微距鏡頭更明顯,還請高手指點)。它們的共同點是,都沒有變焦能力,物距都是不變的。
最後強調:
定焦定的是視角,變焦變的也是視角。
最後感謝 @ace zh 之前在這方面對我的幫助!
最大的分歧在於,物理學上的焦距和相機一般意義的焦距是有差異的!!
相機的定焦實質是屏距,這個參數所決定的是視角範圍。而對焦則是通過鏡片移動,使不同距離的物體可以在感光器上清晰成像。因此50MM的定焦鏡頭,在135系統相機上面(這是一個前提,不同大小的相機系統是不能比較的),大致是等於人角的視角,但它們的調節原理的不一樣的(一個移鏡片,人眼是改變屈光度)。
變焦鏡頭實質上改變的是視角,明顯人眼不可能具有這樣的能力......
補充一些人眼的有趣性能吧:
解析度:多數人無法分辨300DPI以上精度的圖像,比500萬像素的相機都不如。但同時,人眼可以在1米外看清毛髮,再配合人眼的視角範圍,理論上超過2億像素。
視角:單隻眼球的視角在大約就是一個50MM定焦在135系統的視角。但是人的兩個眼球可以自動配合,還可以上下左右轉動,視角超過180度。實際上人是可以看到自己的鼻子的,但是大腦把它P走了。
細節表現:當人專心觀察時,可以看到0.1MM以下尺寸的物體,但是,如果不專心的話,即使是一個大活人走過,都無法看到。。。。這個比較汗
如果一定要用相機做比喻,那麼這台相機的鏡頭是有個對焦環,但是木有變焦環的定焦鏡頭。
修改一下問題,把結論放在上面
這個回答已經不知道被多少人點了反對了……
我理解你們的看法,認為變焦鏡頭改變焦距了,而人眼也改變焦距了,所以,人眼是變焦的
這個沒錯
但是雖然人眼是變焦的,但並不代表更像變焦鏡頭,因為,變焦的目的不同
人眼變焦是為了通過調整焦距以適應物距的改變,進而得到一個固定的像距,這樣才能一直都在視網膜上成清晰的像
這一點,是和定焦鏡頭改變透鏡位置,以調整像距的目的是一致的
換句話說,人眼和定焦鏡頭一樣,只能根據物距的改變進行調整。如果物距沒變呢?當然不能調整了,如果調整的話(人眼的焦距或者定焦鏡頭的像距)就會造成無法在感光元器件上清晰成像。
而變焦鏡頭,可以不用管物距,隨意調整焦距(當然了,在調整了焦距之後,還需要調整一些其他的內容保證像距能落在感光元器件上)
再換句話說,定焦鏡頭和人眼都只能調整焦距或者像距中的一個,而變焦鏡頭兩個都能調整
我真是服了,挺簡單的道理,怎麼就是那麼多人不明白呀……
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排名第一的答案,改了半天也沒說到重點,居然有那麼多人點贊,真心不能理解……
好吧,我來回答一下吧
少年們,我先講一點初中物理的內容……(沒想到在知乎還需要普及義務教育……)
透鏡成像有三個帶距字的概念,分別是:物距、像距、焦距
物距,物體到透鏡中心的距離(這個是可以變的)
像距:透過透鏡所成的像到透鏡的距離(這個是會隨著物距或者/和焦距的改變而變化的)
焦距:透鏡焦點到透鏡中心的距離(對於一個已經磨好了的鏡片來說,這個是固定的)
這三個距是互相影響的,公式我不抄了,有興趣的回家翻初中物理書或者度娘谷歌
好了,明白了這三點,再來看這裡提到的三個東西,人眼、變焦鏡頭,定焦鏡頭
這三個東西的最終目的,都是在相對位置固定(視網膜動不了、膠片動不了、ccd/cmos也動不了)的感光元器件上得到清晰的像(別拿玩焦外的來較真)
那麼怎麼來弄呢?
假設有一個妹子,在人眼、定焦鏡頭、變焦鏡頭前面走來走去,這哥三應該怎麼辦?
人眼
只用一片凸透鏡就搞定,那就是晶狀體,但是凸透鏡的焦距是固定的呀,妹子走近了之後,由於物距變了,像距跟著變,沒辦法在視網膜上成出清晰的像了,妹子看不清,怎麼辦?這就是牛逼所在了,爺能變大變小,哦不是,是變粗變細,哦也不是,是變厚變薄,通過改變厚度(屈光度),進而改變焦距,保證像距不變。所以,可以說,人眼是在像距固定的情況下,通過改變焦距來適應物距的改變。
換句話說就是,妹子(物)不動,我(晶狀體)不動,妹子一動我就動(焦距)
再說定焦鏡頭
你妹的,定焦鏡頭鏡片都是早就磨好的了,總不能為了看個妹子,重新磨一遍鏡片吧,所以,最早的定焦鏡頭(只有一片鏡片),是只能拍固定一個距離(物距)的東西的(妹子你別動呀!),如果妹子動了怎麼辦?搬著相機跟著動呀,笨
終於,後來人們學聰明了,發現原來不搬著相機,只要挪挪鏡片就好了,讓因為物距改變而帶來的像距改變,通過移動鏡片而調整像距就行了嘛。所以,定焦相機可以說是,在焦距固定的情況下,通過改變像距來適應物距的改變
換句話說就是:妹子(物)不動,我(鏡片)不動,妹子一動我就動(像距)
最後再說變焦鏡頭
你妹的,妹子走了半天不願意動了,唉,這個妹子是單眼皮還是雙眼皮呀?我也腰酸背痛腿抽筋,動不了呀,而且鏡片也已經磨好了,焦距也已經固定了,怎麼辦呀?
還是人類有智慧,爺我是高帥富,你們人眼、定焦都只靠一個鏡片太屌絲了,爺能上一堆,組合之後,通過移動鏡片位置,來改變整個鏡片組的焦距,焦距變長了,視角變窄了,妹子看的更清楚了。
當然了,物距沒變,焦距變了,像距自然也變,妹子沒動,變了焦距,弄得還是看不清楚,就是因為焦距改變之後,由於像距跟著改變,所以沒法在焦平面上成清晰的像了,不過沒關係,大不了再接著調像距唄。
我靠,這麼多鏡片動來動去的,太麻煩了,於是有人發明了補償鏡片組,通過移動這組鏡片,可以彌補由於焦距改變而帶來的像距改變
這人真是太聰明了,就是你妹的這麼多鏡片堆一起真是有點沉,還需要個屌絲過來幫爺抬鏡頭
總結一下,變焦鏡頭是,妹子(物)不動,我(各種鏡片)隨便動,妹子動,我也隨便動
好了,你們再來說說,人眼究竟是更像哪個?
人眼和定焦這倆屌絲都是只能跟著妹子動,只有變焦這個高帥富可以不用跟著妹子,你說人眼也是高帥富?好吧,只能說咱們標準不同
給第一名點贊的趕緊去取消吧
最後,吐槽一下,咱能只回答自己專業內的玩意不?誤人子弟的事在度娘那裡乾乾就行了,知乎這裡,還是把問題留個專業的人來回答吧
定焦。定焦變焦不是指的成像能力,而是放大倍數。答錯的那個居然排名那麼高,無語。知乎越來越嚇人了
有必要先理清變焦、定焦、合焦的概念,通俗講變焦指可以遠近變化,有放大望遠的效果,定焦則沒有放大拉近的效果,合焦指無論在變焦還是定焦情況下,都能將觀察到的遠近主體清晰的呈現,如果拿人眼來打比方的話,人眼當然不具備放大望遠功能,但卻可以將看到遠近物體清晰的呈現在視網膜上,個人認為人眼應當類似50mm的自動對焦定焦鏡頭,當然人眼的合焦速度,對於色彩的還原,明暗環境的測光都是一切鏡頭無法相比的。
我覺得是定焦,因為我近視眼從來沒改善過。。。
是定焦,眼睛並沒有把畫面放大縮小(或者叫拉近拉遠)的功能,視角也是固定的,不斷調節晶狀體來決定看到的遠近畫面哪裡清晰的時候,只是相當於定焦鏡頭的對焦而已
談變焦和定焦前先弄懂什麼叫對焦吧,這裡的民科簡直比貼吧都可怕
都回答得好飽滿
我簡單說下
相機的鏡片是死的,但是可以前後移動
人眼的鏡片是活的,可以變薄變厚,但是基本不可以前後移動
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