如何计算特定放大倍率下的焦点堆栈步长
要计算焦点堆栈的初始步长,请估算当前工作放大倍率和光圈下的景深,然后缩小步长,以便相邻画面之间留有重叠。对于入瞳和出瞳近似相等的微距镜头,可使用 步长 ≈ (1 − 重叠率) × 2Nc(1 + m) / m²,其中 N 是标称 f 值,c 是你选定的传感器平面模糊容许值(单位为毫米),m 是放大倍率。该微距景深近似公式的推导见 Coin Imaging 的技术说明。
本指南适用于使用对焦轨为静止的创作主体(例如带纹理的陶瓷细节)设置实际移动步距的摄影师。仅凭放大倍率无法确定间距:光圈、可接受的模糊程度和光学模型也会影响结果。计算结果可作为起点,先进行测试,再拍摄完整的堆栈。
焦点堆栈步长测量的是什么?
这里的步长是指每次曝光之间,相机和固定焦距镜头沿光轴移动的距离。佳能介绍,对焦轨可用于在拍摄焦点堆栈序列时精确调整相机在景深方向的位置。使用此方法时,请保持镜头的对焦设置不变。微距摄影:如何获得清晰画面!
0.05 mm 的实际步距不同于相机菜单中名为“对焦步幅”的设置。尼康说明,D850 会根据包括焦距和光圈在内的镜头信息计算对焦距离的变化。因此,不能直接将其编号设置理解为对焦轨移动的毫米数。焦点偏移基础知识:焦点堆栈
计算前先确定控制方式。如果对焦轨支持以毫米或微米为单位设置,以下示例可直接使用。如果使用机内对焦包围,请遵循相机说明,并用实际镜头和光圈测试编号步距。
首先需要哪些测量值?
记录放大倍率、光圈和模糊判据。要测量放大倍率,请在预定的镜头设置下拍摄一把横跨画面的尺子。用传感器的实际宽度除以完整图像中可见的主体宽度:m = 传感器宽度 / 主体视野宽度。Zerene 的文档介绍了这种测量方法。请使用一致的单位和对应的传感器尺寸。微距/显微摄影的景深估算(景深、步长)
例如,宽 24 mm 的传感器拍到主体横向宽度为 12 mm 的区域,则 m = 24 / 12 = 2,即放大倍率为 2:1。请在裁剪照片之前测量视野;否则,传感器宽度和测得的视野就不再对应。
接下来,确认你的光圈值是标称值还是有效值。瞳孔比为 1 时,有效 f 值约为 N × (1 + m)。有些相机系统会直接显示有效值。Zerene 的计算器会区分这些输入,因此输入数值前,请先确认你的设备提供的是哪种值。景深计算器
最后,选择 c,即传感器处的弥散圆直径。它表示你能接受的离焦模糊程度。Zerene 支持以毫米或像素输入;像素宽度等于传感器宽度除以横向像素数。例如,一张传感器宽度为 24 mm、横向分辨率为 6,000 像素的示例图像,其像素宽度为 0.004 mm。若选择两个像素的离焦判据,则 c = 0.008 mm。这是计算中明确采用的假设,并非通用的清晰度阈值。景深计算器
如何将景深换算成对焦轨步距?
包含瞳孔放大率的几何微距近似公式为 D ≈ 2Nc(1 + m/P) / m²。D 是物方总景深,单位为毫米;P 是出瞳直径与入瞳直径之比。令 P = 1,可简化为 D ≈ 2Nc(1 + m) / m²。Coin Imaging 的推导解释了这一表达式所依据的小景深近似。如果 P 未知,应注明采用了等瞳孔假设,而不要把它当作镜头的实测属性。微距景深公式的推导
分别应用重叠率:s = (1 − o)D,其中 s 是对焦轨间距,o 是重叠比例。因此,30% 的重叠意味着 s = 0.70D,而不是 s = 0.30D。Zerene 建议将其表列景深值乘以约 0.7,作为实用的重叠调整。这里的 30% 是应用于几何估算值的初始测试选择。微距/显微摄影的景深估算(景深、步长)
不要再将 D 除以 2:该公式估算的已经是焦平面两侧的总景深。同时要保持单位一致。当 c 以毫米为单位时,D 和 s 的单位也是毫米;将结果乘以 1,000,即可把步长换算为微米。
2:1 放大倍率下的完整计算是什么样的?
假设 m = 2、标称光圈 N = 5.6、c = 0.008 mm、P = 1、重叠率 o = 0.30。这些是示例输入,并非特定相机或镜头的实测值。
- 计算几何总景深:D ≈ 2 × 5.6 × 0.008 × (1 + 2) / 2² = 0.0672 mm。
- 应用重叠率:s = 0.70 × 0.0672 = 0.04704 mm。
- 换算单位:0.04704 mm = 47.04 µm。
- 选择一个不大于该数值且对焦轨支持的设置并进行测试,例如,如果可用,可设为 0.047 mm。
下表仅改变放大倍率。光圈保持标称 f/5.6,c 保持 0.008 mm,P 保持 1,重叠率保持 30%。这些数值是计算示例,显示时已四舍五入。
| 放大倍率 | 估算几何景深 | 对焦轨初始步长 |
|---|---|---|
| 0.5:1 | 0.5376 mm | 0.3763 mm |
| 1:1 | 0.1792 mm | 0.1254 mm |
| 2:1 | 0.0672 mm | 0.0470 mm |
| 3:1 | 0.0398 mm | 0.0279 mm |
| 5:1 | 0.0215 mm | 0.0151 mm |
在这些假设下,放大倍率从 1:1 增至 2:1 后,间距会缩小至原来的 37.5%。更改放大倍率后请重新计算,不要依赖“放大倍率翻倍,步长总是缩至四分之一”的笼统规则。
为什么其他计算器建议的步长可能更大?
比较结果前,请检查采用的光学模型。上述计算使用几何离焦,并明确指定了 c。Zerene 还会使用波动光学计算景深,并考虑衍射。其计算器文档建议取经典模型和波动光学模型所得数值中较大的一个,再应用重叠率。因此,结果不同可能是因为采用了不同判据,而非算术错误。景深计算器
不要只为增加间距而缩小光圈。佳能解释,较小的光圈虽然能增加景深,但也可能因衍射降低成像清晰度。请选择能保留单张画面中所需细节的光圈,再据此确定间距。微距摄影:如何获得清晰画面!
显微物镜需要特别注意。仅凭其标注的放大倍率不足以作为输入;数值孔径也很重要。Zerene 为这类物镜提供了单独的基于 NA 的表格。如果你的光学系统以 NA 为参数,请使用该方法,不要用假设的摄影 f 值替代。微距/显微摄影的景深估算(景深、步长)
需要多少张画面才能覆盖目标景深?
将 L 定义为第一个和最后一个所需焦平面位置之间的距离。步长 s 固定时,计算 画面数 = ceil(L/s) + 1,其中 ceil 表示向上取整。这样会将两端都计入,并且不会依赖景深外侧的余量来覆盖主体。
例如,若 L = 2.00 mm,选定 s = 0.047 mm,则画面数 = ceil(2.00 / 0.047) + 1 = 44。这些画面包含 43 个间隔,覆盖范围为 2.021 mm。如果你延长起始或结束位置,请在重新计算前将额外行程计入 L。
请使用实际输入对焦轨控制器的四舍五入后设置。根据未舍入的计算值确定的画面数,可能与所选步距产生的实际行程不一致。
拍摄完整堆栈前,如何检查步长?
在倾斜且纹理精细的表面上,使用选定的放大倍率和光圈拍摄一组短校准序列。Zerene 建议拍摄间距较小的一组画面,然后比较每隔一张、每隔两张或更多张取一张所生成的堆栈,以找出不会出现明显对焦条带的最大间隔。这可以针对你的设备和观看需求进行实测验证。微距/显微摄影的景深估算(景深、步长)
例如,以 0.020 mm 的步距拍摄一组测试序列。将完整堆栈与每隔一张取一张、每隔两张取一张的版本进行比较,后两者分别代表 0.040 mm 和 0.060 mm 的间距。保持处理设置一致,并以预期输出尺寸检查相同的纹理区域。
如果出现一条模糊带,请检查覆盖该位置的源画面。如果任何一张画面中的细节都不够清晰,试着缩小步距。如果存在清晰的源画面,但合成图像在该处仍然模糊,请先检查对齐和融合,再调整对焦轨步距。尼康展示了因对焦步幅过大而产生的明暗交替清晰条带。焦点偏移基础知识:焦点堆栈
记录放大倍率、光圈值的类型、模糊判据、测试步距和输出尺寸。每次开始新的拍摄设置时,先进行计算,再采用短测试所支持的步距。这样就能将理论景深估算转化为适用于目标照片的可重复设置。
