什么是弥散圆?

弥散圆的英文名字叫做“Circle of Confusion”,翻译过来就是“困惑之圆” 搭配表情–> ?,也有人管它叫 渐晕圆、弥散点、模糊圆、模糊点之类。

弥散圆的单位一般都是µm,也就是万分之一毫米,比如30µm,那就是0.03毫米

弥散圆是“清晰”和“模糊”之间的一个临界点,我们来照一张图片说明一下。

circle-of-confusion

上边这张图片,我们能看到在右侧一个小光点通过镜片聚焦以后投射到了右边不同的三个焦平面上,然而根据焦平面位置的不同,这个小光点将会有不一样的成像;红色的焦平面上,小圆点成为了一个小的虚化圆形,绿色的则几乎仅仅是一个非常小的点而已,蓝色的就是更大的一个模糊的圆形。

而这三个小圆点哪个看起来不模糊、更清晰?显然是绿色平面上的,于是我们可以说这个情景中的弥散圆的尺寸就是这个小圆点的尺寸,因为任何比它还小的圆点我们都会认为是锐利,比它大的都认为是模糊。

弥散圆是一个相对的标准

那么弥散圆到底应该是什么尺寸呢?这取决于很多很多因素,让我们就从摄影这个话题为出发点。

假如我们拍摄一张照片,使用APSC感光元件(23.5毫米宽),6000×4000像素,例如下边这张:

coc-zoom-in-pic

如果我们把照片放大到100%的情况看(注意看左下角的截图),可以清晰地看到一行一行的像素,这时候我们很容易能够看出画面中极细节的物体是否清晰,比如木栅栏的裂缝甚至木头的纹理。这个时候我们对于弥散圆的标准就会很高,如果这时候我们能够分辨5个像素以内的物体是否足够清晰的话(实际上你可能能分辨2、3个像素级别的清晰度),那弥散圆的标准就会是  5/6000*23.5毫米,也就是用5个像素在横向6000像素的宽度之内占有的比例,算出这5个像素在感光元件上的实际宽度(毫米为单位)。 结果就是0.01958毫米,也就是19.58µm。

然而如果我们不用100%的方式去看照片,而是缩小到屏幕尺寸,甚至像上图一样更小的尺寸,我们就不需要这么高标准要求了。假如我把图片缩小到原来的1/6,也就是1000像素宽,我能够分辨清晰度的尺寸仍然是5像素,那么它仅仅占画面的5/1000,同样的计算方法,我们能够得出弥散圆的尺寸,0.1175毫米,刚好是以前的6倍(因为我缩图缩小了6倍)。

此外,你观察画面的距离(离得近看得清楚、离得远看的不清楚)、你的视力(眼睛实际的分辨能力)、最终照片输出的尺寸等等,都会影响到你对弥散圆的需求。

所以,弥散圆本身虽然是由绝对的尺寸单位表示,但是每个人在不同场合下的分辨力的不同,决定了弥散圆很多情况下都会是一个相对标准。

引用Wiki:

模糊圈的概念首先由1866年英国摄影杂志署名T.H发表的一篇文章提出来的,他通过实验发现人眼在25厘米明视距离看图,可以分辨图中相距为1/4毫米的两条线。一张35毫米照相机底片放大成20×30厘米相片(即放大8倍),相片上直径=1/4毫米的圆圈,在底片上应是一个直径为1/32毫米的圆圈,这就是后来徕卡等照相机厂取模糊圈为1/30毫米的由来。

以上的信息是在使用胶片的年代得出的,然而,在数字时代它还适用吗?

数字时代的弥散圆

胶片年代,显示照片的唯一方式就是最后打印出来的相纸,你可以打印很大或者很小,如同我们上边所引用,35毫米照相机打印成20×30厘米相片的话,弥散圆的尺寸是一个1/32毫米的圆圈。如果今天你拍的照片还会打印成这个尺寸,甚至更小,你仍然可以使用传统的弥散圆标准。

然而在4K显示器都即将普及的今天,很多人都有24寸、27寸甚至30寸以上的显示器了,如果我们仍然全屏查看图片(且假设距离25厘米远的话),弥散圆的标准是什么?

实际上,这和你的显示器分辨率有关系,假如你使用了一个1920×1080的显示器,在距离屏幕25厘米远的地方,你可以分辨出5像素的以内区域的清晰或者模糊的话,那这时候你需要达到弥散圆直径就是 5/1920*(感光元件的宽度),如果你使用了APSC感光元件(23.5mm),那就是0.0612mm,如果你使用了全画幅感光元件,0.0938mm。在拍摄中,任何在你感光元件上成像的细节小于这个范围,都会被你认为是清晰,大于这个范围则你能看出模糊。

对于更高分辨率的显示器,要求的弥散圆尺寸也就越小(要求更高)。

最小弥散圆和相机像素数量有关

如果你是一个100%窥图者,一定要在拍了照片之后放达到100%来确定自己拍的准不准、清晰不清晰,那么你需要根据相机的像素数量来计算最小的弥散圆。

100%像素级别看图片,则是对弥散圆提出了最高的要求,也就是说弥散圆的数值会最小,然而最小的弥散圆是多少呢?

因为弥散圆最根本目的是界定你是否能够看出清晰或者模糊,那么你就至少需要2×2个像素(4个像素的方块)来分辨是否清晰。例如下边这张图片:

circle-of-confusion-2x2是我在之前的照片中木栅栏边缘截出的2×2像素图片,为了让大家看清楚我把它放大了100倍。

这基本上是你可以对相机提出的弥散圆极限,如果你执意要追求如此极端的分辨率和锐度标准的话。根据你相机的像素数就可以算出这时候的弥散圆标准。

方法很简单:算出2个像素在你感光元件宽度中占多少比例,然后乘以感光元件的宽度。

例如6000像素款的全画幅感光元件(36mm宽),那么弥散圆就是2/6000*36mm = 0.011999999988mm,如果你想做到如此精确的话。

然而这一切到底有什么用?

首先,让我再重申一次,弥散圆尺寸的选择,就是你自己对于锐利、模糊的定义,根据你能够接受的程度和实际使用(看图)的情况来选择合适的弥散圆尺寸

其次,弥散圆是计算景深的重要依据之一,景深,就是在对焦范围内的深度;看到最上边那张图我们就知道,一个可以接受的景深范围并不是纸一样薄的一个面,而是一个纵深区域。弥散圆的尺寸(也就是你能分辨锐度的能力)决定了你对这个区域的宽容度如何。

用景深计算器的时候,往往你需要自己选择一个合适的弥散圆尺寸,虽然我们普遍用0.03mm来计算全画幅相机,0.019来计算APSC画幅相机,但是如果你考虑到相机本身的像素密度而且你又习惯100%看图的话,你需要一个比这更精确的数字来计算。

让我们快速得出两个不同全画幅感光元件的最小弥散圆尺寸(请注意,这部分只适合GEEK看。

1200万像素全画幅感光元件,0.06mm
4200万像素全画幅感光元件,0.017mm

能看出有多么巨大的区别了不?然后我们来计算景深:

dof-coc

一看吓一跳是不是?

在对可分辨锐度最极端要求的情况下,1200万像素的机器景深达到24米的时候,4200万像素的机器景深才只有3.97米;因为这仅仅代表你100%看图片的时候所能分辨的锐度。当然,如果你看图的时候把两个照片都缩小到一样尺寸,那弥散圆的需求也就都一样了。

同样,如果你是一个极端爱好计算和严谨的人,计算超焦距的结果也会大不一样。

总结和一些注意事项

希望看过这篇文章以后,你能够对弥散圆有进一步认识,以及更理解这个概念是怎么用的,以下是一些重点总结

  1. 弥散圆尺寸的选择是根据你自己对锐度的分辨能力和接受能力而来。
  2. 最常用的全画幅计算的弥散圆尺寸是0.03毫米,APSC是0.019毫米,然而这些可能不适用于所有相机。
  3. 在显示器上观看全屏图片时候,对弥散圆的要求取决于你显示器的显示尺寸和你的观看距离(以相机分辨率大于显示器分辨率为前提)。
  4. 在100%看图片的时候,你能够追求的最小弥散圆尺寸为你相机感光元件的宽度除以横向(宽)像素数再乘以2。
  5. 精确计算景深时,使用极限弥散圆标准会让结果更准确和严谨。

谢谢阅读。