模糊圓 (Circle of confusion, CoC) 與 景深 (DoF)

之前放在 Mobile01 的文章,
關於 模糊圓(CoC) 與 景深 之間, 看完相關資料的讀後心得 …

在一個極完美的世界中, 人眼辨識力極強, 鏡頭成像極好, 感光裝置解析度極高, 輸出裝置解析能力也是極好, 在這種情況下, 只有對焦點所形成的極淺的面(焦平面?!)是清楚的, 這個面的前後就 “馬上" 開始模糊, 距離這麼面越遠就越模糊。而清楚的景深範圍永遠只有那個極淺的面。

所以我們定義了模糊圓, 從人眼的辨識能力來比較.決定實際我們看到的景深之深淺。

模糊圓 CoC 的定義: 依照人眼的辨識能力,在 25cm 看一張解析與成像很好並由同樣的小點拍成具景深的 8″x10″ 相片時,我們認為有一個點,其大小剛好是模糊的點與精確的點的交界 (依照人體實驗,約為直徑 0.2mm),將這個點縮小到感光裝置尺寸 (35mm/APS-C/…etc) 大小時,其縮小後的大小即為 CoC (35mm 比 8″x10″ 長度小約7倍,所以 CoC=0.2mm/7=0.029)。

而在焦距、物距、光圈值確定的情況下,我們將拍出的照片放大(回)8″x10″,所形成的點比 CoC 大的即為模糊的影像;比 CoC 小時,人眼無法分辨,即為清楚的景深。(亦可利用這些值經過公式計算來估算景深的範圍。)

如果改變 CoC 定義其中任何一項,如看相片的距離、眼睛對於點的分辨力、相片尺寸變更大等,CoC 有可能必須變大或變小。(有簡略公式可用,見 wikipedia 英文網頁。)

另外,比較景深時,構圖的條件要完全一樣,如:實際焦距轉成相同感光尺寸的等效焦距後須相同…等,如此比較才有意義。

景深計算器 (公式) 算出來的要以「25cm 的距離看放大至 8″x10″ 的相片」作為標準。亦即在這種情況看,會有該景深的結果。看相片距離不同或放大的尺寸不同,可能會有不同的景深結果,必要時須改變 CoC 大小。

感光裝置解析能力與 CoC 沒有絕對關聯,但當需要更小的 CoC 時,感光裝置必須要有比 CoC 更好的解析能力才行。所以數位相機所呈現的 pixel 大小,代表 CoC 改變時可以達到的程度。當 CoC 大小比 pixel 還小時,那人眼看到的就會整張都是模糊的,聰明的人腦是不會把這類模糊的照片當作景深,並應了解是解析能力不足造成的。

另外一方面來說, 輸出裝置的解析度也需要考慮。目前數位相片輸出的解析度應都超過300dpi, 基本上人眼是不易分辨細節, 也足以應付 CoC 的需求。但若是使用普通的顯示器, 解析度大約只有70-120dpi, 人眼是可以分辨的細節, 也比 CoC 大, 這樣實際看到的與計算出來的結果也會有差異。

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舉圖例來看:35mm 與 APS-C 用相同鏡頭、相同光圈時,CoC 所產生的影響結果。範例圖片只是模擬而已。圓的大小代表遠近所產生的景深效果。數字在框內者在景深範圍之內 (清楚的影像)。

假設,對於 35mm 的 8″x10″ 相片而言,其中只有 0 是對焦清楚的點,0-2為人眼無法分辨的清楚影像 (眼睛視為大小相同的清楚影像, 2 的圓即為 CoC),但原始感光元件的成像解析度夠,所以 0-2 實際上還是大小有別。再來看 APS-C 的 8″x10″ 相片,位於 2 的點已經放大到讓人眼足以辨識為模糊影像,僅剩 0-1 為無法分辨大小相同的清楚影像。所以,結論是,片幅變小,CoC 變小,而景深變淺,結果與公式相同。(裁圖亦同)

PS: 這個比較是相同鏡頭、焦距、對焦距離、光圈,不同感光尺寸,不同的構圖。

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