如何計算特定放大倍率的焦點堆疊步進尺寸
若要計算焦點堆疊的起始步進尺寸,請先估算工作放大倍率與光圈下的景深,再縮小步進,以讓各影格之間保有重疊。對於可近似視為入瞳與出瞳相同的微距鏡頭,可使用 步進尺寸 ≈ (1 − 重疊率) × 2Nc(1 + m) / m²,其中 N 是標稱光圈值,c 是你選定的感光元件平面模糊容許值(單位為毫米),m 是放大倍率。此微距景深近似公式的推導見 Coin Imaging 的技術說明。
本指南適用於使用對焦滑軌,為靜止的創作主體(例如有紋理的陶瓷細節)設定實際移動間距的攝影師。僅憑放大倍率無法決定間距:光圈、可接受的模糊程度與光學模型也都會影響結果。這項計算會提供一個起始值,讓你在拍攝完整堆疊前先進行測試。
焦點堆疊步進尺寸測量的是什麼?
此處的步進尺寸是指每次曝光之間,相機與固定對焦鏡頭沿光軸移動的距離。Canon 說明,拍攝焦點堆疊序列時,可使用對焦滑軌精確調整相機在深度方向的位置。使用此方法時,請固定鏡頭的對焦設定。微距攝影:如何拍得銳利!
0.05 mm 的實際步進,與相機選單中名為「對焦步進寬度」的設定不同。Nikon 說明,其 D850 會根據鏡頭資訊(包括焦距與光圈)計算對焦距離的變化。因此,不能直接將其數字設定解讀為滑軌移動的毫米數。焦點位移入門:焦點堆疊
計算前先選擇控制方式。如果你的滑軌接受毫米或微米為單位,以下範例可直接套用。如果使用機內對焦包圍,請參閱相機說明,並以實際鏡頭與光圈測試其數字步進設定。
首先需要哪些測量值?
記錄放大倍率、光圈與模糊標準。若要測量放大倍率,請在預定的鏡頭設定下拍攝一把橫跨畫面的尺。將感光元件的實際寬度除以整張影像中可見的主體寬度:m = 感光元件寬度 / 主體視野寬度。Zerene 的文件說明了此測量方法。請使用一致的單位,以及相對應的感光元件尺寸。微距/顯微景深估算(景深、步進尺寸)
舉例來說,若寬 24 mm 的感光元件拍到主體橫跨 12 mm,則 m = 24 / 12 = 2,即放大倍率為 2:1。請在裁切照片前測量視野;否則,感光元件寬度與測得的視野就不再相符。
接著,確認你的光圈值是標稱值還是有效值。當瞳孔倍率比為 1 時,有效光圈值約為 N × (1 + m)。某些相機系統已顯示有效值。Zerene 的計算器會區分這些輸入值,因此輸入數字前,請確認你的系統提供的是哪一種。景深計算器
最後,選擇 c,也就是感光元件上的彌散圓直徑。它表示你可接受的失焦模糊程度。Zerene 可用毫米或像素輸入此值;像素寬度等於感光元件寬度除以橫向像素數。舉例來說,一張寬 24 mm、影像為 6,000 像素的示意影像,其像素寬度為 0.004 mm。若選擇兩個像素的失焦標準,則 c = 0.008 mm。這是計算時明確採用的假設,並非通用的銳利度門檻。景深計算器
如何將景深換算成滑軌步進間距?
包含瞳孔倍率的幾何微距近似公式為 D ≈ 2Nc(1 + m/P) / m²。D 是物空間的總景深,單位為毫米;P 是出瞳直徑除以入瞳直徑。令 P = 1,可簡化為 D ≈ 2Nc(1 + m) / m²。Coin Imaging 的推導說明了此公式背後的小景深近似。如果 P 未知,請標明採用了入瞳與出瞳相同的假設,別將其當作已測得的鏡頭特性。微距景深公式的推導
另外套用重疊率:s = (1 − o)D,其中 s 是滑軌間距,o 是重疊比例。因此,30% 重疊代表 s = 0.70D,而不是 s = 0.30D。Zerene 建議將其表列景深值乘以約 0.7,作為實用的重疊調整。此處的 30% 是套用於幾何估算值的初始測試選擇。微距/顯微景深估算(景深、步進尺寸)
不要再將 D 除以 2:公式已估算焦平面周圍的總景深。此外,請保持單位一致。若 c 的單位是毫米,D 與 s 的單位也會是毫米;將結果乘以 1,000,即可將步進換算成微米。
2:1 放大倍率下的完整計算範例是什麼?
假設 m = 2、標稱光圈 N = 5.6、c = 0.008 mm、P = 1,且重疊率 o = 0.30。這些是示意輸入值,並非來自特定相機或鏡頭的測量值。
- 計算幾何總景深:D ≈ 2 × 5.6 × 0.008 × (1 + 2) / 2² = 0.0672 mm。
- 套用重疊率:s = 0.70 × 0.0672 = 0.04704 mm。
- 換算單位:0.04704 mm = 47.04 µm。
- 選擇等於或小於此數值的滑軌支援設定——例如,若可用則選 0.047 mm——並進行測試。
以下比較只改變放大倍率。光圈維持標稱 f/5.6,c 維持 0.008 mm,P 維持 1,重疊率維持 30%。這些數值是計算示例,顯示時經過四捨五入。
| 放大倍率 | 估計幾何景深 | 起始滑軌步進 |
|---|---|---|
| 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 |
在這些假設下,放大倍率從 1:1 加倍至 2:1,間距會降至原本的 37.5%。更改放大倍率後請重新計算,不要依賴「放大倍率加倍,步進尺寸一定減為四分之一」這種一概而論的規則。
為什麼其他計算器會建議較大的步進尺寸?
比較結果前,先確認使用的光學模型。上述計算採用幾何失焦,並明確指定 c。Zerene 也會以波動光學計算景深,將繞射納入考量。其文件所述的計算器會建議取經典模型與波動光學模型中較大的值,再套用重疊率。因此,結果不同可能是因為採用的標準不同,而非算術錯誤。景深計算器
不要只為了增加間距而縮小光圈。Canon 說明,較小的光圈會增加景深,但繞射可能降低解析度。請選擇能在單張影格中保留所需細節的光圈,再據此決定間距。微距攝影:如何拍得銳利!
顯微鏡物鏡需要特別留意。僅有放大倍率標示不足以作為輸入值,數值孔徑也很重要。Zerene 為這類物鏡提供獨立的數值孔徑表格。若你的光學系統以數值孔徑標示,請使用該方法,不要代入假設的攝影光圈值。微距/顯微景深估算(景深、步進尺寸)
需要多少影格才能涵蓋預定深度?
將 L 定義為第一個與最後一個所需焦平面位置之間的距離。步進 s 固定時,計算 影格數 = ceil(L/s) + 1,其中 ceil 表示向上取整。此計算會包含兩端的位置,並刻意不依賴景深邊界來涵蓋主體。
舉例來說,若 L = 2.00 mm,選定的 s = 0.047 mm,則影格數 = ceil(2.00 / 0.047) + 1 = 44。這些影格包含 43 個間隔,總跨度為 2.021 mm。若你延長起點或終點位置,請在重新計算前將增加的移動距離計入 L。
請使用實際輸入滑軌控制器的四捨五入設定值。根據未經四捨五入的計算結果所得的影格數,可能與所選步進實際產生的移動距離不一致。
如何在拍攝完整堆疊前確認步進尺寸?
在你選定的放大倍率與光圈下,於傾斜且紋理細緻的表面拍攝一組短校準序列。Zerene 建議以較小間距拍攝影格,再比較每隔第二、第三張或後續影格製作的堆疊,找出不會出現可見對焦條帶的最大間距。這能以實際器材與觀看需求進行驗證。微距/顯微景深估算(景深、步進尺寸)
例如,以 0.020 mm 的間距拍攝一組測試序列。比較完整堆疊與每隔第二張、第三張影格製作的版本,分別代表 0.040 mm 與 0.060 mm 的間距。處理設定保持一致,並以預定的輸出尺寸檢查相同的紋理區域。
如果出現柔焦帶,請檢查該位置對應的來源影格。如果任何影格中的細節都不夠清晰,請嘗試縮小間距。如果有清晰的來源影格,但合成影像在該處仍然模糊,請先檢查對齊與混合,再調整滑軌步進。Nikon 展示了對焦步進寬度過大造成的銳利與模糊交替條帶。焦點位移入門:焦點堆疊
記錄放大倍率、光圈值的定義、模糊標準、測試間距與輸出尺寸。每次開始新的設定時先進行計算,再沿用短測試所支持的間距。如此一來,理論景深估算就能轉化為可重複使用的設定,適用於你想拍攝的照片。
