相机成像原理、对焦和变焦的区别

相机成像原理

焦距

如下图所示,当一组平行光通过凸透镜时,会被凸透镜折射并交于凸透镜另一侧一点,这一点到凸透镜光心的水平距离即为焦距。
焦距

注意:对于一个固定的凸透镜,其焦距也是固定的。

相机成像原理

如下图所示,物体上的点1和点2经过凸透镜折射后在像平面上成像为点1’和点2’,一个点经过凸透镜折射到像平面上后仍然为一个点,此时即为最佳聚焦位置。
相机成像原理
如果像平面不在最佳位置时,会产生什么效果呢?如下图所示,当像平面左移或者右移过后得到像平面1和像平面2,点1和点2在像平面1和像平面2成的像已经不是一个点,而成了一个圆,点弥散为圆,因此得到的图像是模糊的。
模糊成像

对焦和变焦的区别

首先我们明确对焦和变焦的定义。
对焦:对焦是指调整镜头的位置,使得光线准确地聚焦在图像传感器上,从而获得清晰的图像。
变焦:变焦是指调整镜头的焦距,以改变拍摄画面的视角和范围。变焦镜头可以在一个范围内自由调整焦距,从而实现不同的放大或缩小效果。

对焦原理

在对焦过程中,首先我们需要了解哪些是固定不变的量,哪些是可以变的量。
不变的量:镜头的焦距,像平面的位置
可变的量:镜头的位置,拍摄物体的位置
以拍摄一固定物体为例,如下图所示,很明显,如果镜头处于位置1,那么得到的图像是模糊的,只有镜头处于位置2时获得的图像才最清晰,对焦即是调整镜头的位置,使其处于镜头位置2的过程。
对焦1
如果现在我们需要拍摄不同距离的物体,那么我们应该怎样对焦呢?如下图所示,对于物体1,对应的最佳镜头位置为镜头位置1,对于物体2,对应的最佳镜头位置为镜头位置2
对焦
因此,所谓对焦,就是在镜头焦距固定,像平面位置固定的情况下,根据所要拍摄物体的位置,不断调整镜头位置以获得最佳拍摄位置的过程。

变焦原理

同意,首先明确变焦过程中的不变量和变量。
不变量:物体位置,镜头位置,像平面和大小。
变量:镜头焦距。
如下图所示,当焦距为f1时,像平面能拍摄到物体的全部,适合拍摄近景,当焦距为f2时,像平面只能拍摄到物体的局部,从而放大了物体的细节,适合拍摄远景。
之前说过,一个镜头他的焦距是固定的,那么变焦是如何实现的呢,很简单,就是通过组合使用一组镜头,从而达到改变焦距的目的。
变焦

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