數位相機入門 成像原理關鍵詞·中
劉恩惠 于 2010.02.24 18:45:42 | 源自:www.soomal.com | 版權:原創 | 平均/總評分:09.07/136
●關鍵詞之四:光圈

光圈是什么?如果我們將鏡頭視為“小孔成像”中“小孔”的載體,那么光圈就是小孔的具體開孔大小;它決定了進光量的多少和成像的清晰范圍。事實上,光圈既是一個參數也是一個部件;不過作為一種部件,其精確的稱呼應該是“光圈葉片”。光圈葉片通常安裝在鏡頭內,是一組重疊設計的片狀體,其中央形成一個面積大小可靈活調節的多邊形孔洞,進入的光線只有先通過這個孔才有機會傳遞到鏡頭后方的感光材料上。用生活中的例子來作比喻,光圈葉片就好比是一個自來水閥門;不過區別在于,閥門通常可以完全關閉水流,而光圈葉片無論如何都會留出一個孔讓光線進入。

  • 光圈葉片所控制的不同開孔面積所帶來的進光量自然是不等的,那么用什么還加以衡量呢?通用的標準就是看“光圈系數”。按照慣例,光圈系數采用比例值記法,也可用“f值”來表示。其運算公式如下:鏡頭的最大光圈系數=鏡頭有效口徑/鏡頭焦距。這應該不難理解——有效口徑大小決定了捕獲光線的能力(口徑越大進光量約多),而焦距長短則決定了光線在鏡頭中傳播的時間(焦距越長傳播速度越大),最終通過鏡頭的實際光強由這兩個因素共同作用而得。需要強調的是,這里所定義的有效口徑與鏡頭上標注的濾鏡口徑是兩個概念,不可混淆。

    當鏡頭焦距與自身有效口徑相同時,兩者比值為1:1,此時光圈系數即為1:1,f值則記作f/1.0;但大多數情況下,鏡頭有效口徑通常小于焦距值,如兩者間比值為1:1.4,那么其最大光圈系數即為f/1.4。對于光圈系數而言,其f值越小,進光量越大;f值越大,進光量反而越小;在其他條件均相同的前提下,f/1.0的進光量大于f/1.4;對此初學者一定要牢記。基于圓面積計算公式“πr平方”,我們來具體測算一下兩者間的光量差:

    • f/1.0光圈的進光量=[f/(1/2)]×[f/(1/2)]×π
      f/1.4光圈的進光量=[f/(1.4/2)]×[f/(1.4/2)]×π
      整理后可得出兩者之比為 (1×1):(1.4×1.4)=1:1.96?1:2
      結論——在其他參數均等的前提下,f/1.0的進光量比f/1.4時多一倍

    常見的光圈f值有f/1.4、f/2、f/2.8、f/4、f/5.6、f/8、f/11、f/16、f/22、f/32等,這些都叫做整級光圈。相鄰的兩個整級光圈的平方值相差約一倍左右,進光量也基本相差一倍;通常習慣下將f/2.8以上視為大光圈,f/11以下視為小光圈,中間范圍稱為中等光圈。當然,如今大多數鏡頭的光圈值都可以做更為精密的調節,而鏡頭的最大光圈f值也未必恰好是整級光圈;在相鄰的兩個整級光圈f值之間會有一至兩檔的微調范圍,譬如f/5.6至f/8之間通常有f/6.3、f/7.1兩級。

  • 對于一款鏡頭而言,光圈系數有最大、最小兩個主要指標。部分變焦鏡頭的情況會復雜一點——其不同焦距下的最大光圈與最小光圈是不一樣的,短焦距下的最大和最小光圈系數要比長焦距下來的大;不過比較高檔的變焦鏡頭在不同焦段下的光圈系數則通常被設為一個不變的琠w值。廠商在鏡頭的型號上除了標明焦距、焦距范圍之外,通常也會注明其最大光圈系數或系數范圍。此外,不同鏡頭使用的光圈葉片數量也往往不盡相同,葉片數量對于焦外成像、星芒數量等實際拍攝效果會產生影響。

    • 小貼士:大光圈鏡頭有哪些特點?——由于大光圈往往需要靠增加鏡頭有效口徑來實現,因此同焦距、同類別鏡頭內,最大光圈系數較大的型號往往外形體積也相應較大(見下圖實例)。更大的進光量能帶來一系列的好處,而廠家也習慣以光圈大小作為拉開同類產品檔次的重要依據,因此大光圈鏡頭往往因鏡片配置考究而價格不菲。需要說明的是,由于結構復雜程度不同,定焦鏡頭更容易獲得大光圈,故而不少品牌都有最大光圈在f/1.8左右的廉價大光圈定焦鏡頭;而變焦鏡頭通常達到最大f/2.8就可算高檔產品了;以光圈大小論產品檔次只在同類別同焦距鏡頭內才有比對意義。
  • ●關鍵詞之五:快門

    除了光圈之外,在鏡頭與感光材料之間還有一個部件會對光線的流通起到關鍵作用,它就是“快門”。只有當快門打開時,從鏡頭射入的光線才有機會被感光體捕獲。

    很長一段時間內,快門都是作為照相機必不可少的組成部分而獨立存在的;有些相機的快門被置于鏡頭中,而有些則置于機身中緊靠著感光體,習慣上稱之為“焦平面快門”。隨著技術的發展,在數位相機上分派出“機械快門”和“電子快門”兩大陣營——前者依然是一個獨立的部件,而后者卻是利用電訊號的開閉在晶片上模擬快門功效,而不存在快門實體。快門這個概念對于相機而言是不可或缺的,無論是“機械”還是“電子”,只是它不同的工作方式而已。使用的時候,快門就好比是一道精確性、靈敏度都極高的簾子;有些機械快門的主體部分通常就是兩張鋼制的薄片或一張不透光的布簾,關閉時遮擋光線,適當的時候則被打開以允許光線通過。

  • 雖然都是為了控制光強,但快門與光圈不同,它沒有大小之分,只有快慢之別。快門每開閉一次的工作間隔時間稱之為“快門速度”;正常工作狀態下,相機快門開閉一次既完成一次有效曝光。快門速度通常具有很大的調節范圍,快至數千分之一秒之短、慢至數十秒之長,而不同檔次的相機快門指標往往是有顯著差別的;而對機械快門來說,制造工藝不同的產品使用壽命也往往差距明顯。

    快門與光圈共同配合,分別把握時間與強度,從而達到控制進光量并營造影像效果的目的。在固定的光照條件下,光圈不變時,快門速度越高,進光量越小;快門速度越慢,進光量越大。與此同時,快門速度與光圈系數之間還存在一個“倒易律”(有時也被稱為“互易律”)。譬如f/1.8、1/500秒,f/4、1/100秒以及f/8、1/25秒這三個曝光參數組合所獲得的曝光量是完全相等的;然而由于光圈、速度各不相同,采用這三種參數所能獲得的影像效果特征卻可能完全不同。基于這一規律,人們就能在保證曝光充分、恰當的前提下,利用不同的曝光參數組合創作出風格不同的攝影作品。需要說明的是,當快門速度大于1秒或小于1/1000秒時,可能會導致倒易律的失效。

    • 小貼士:高速快門和慢速快門的用武之地——高快門速度可以將快速運動中的被攝主體捕捉下來并凝固為靜態瞬間,譬如在拍攝野生動物、體育比賽場景時就非常有用;而低快門速度可以保留被攝物體運動過程的光影軌跡并形成具有動感的畫面,拍攝流水瀑布、城市車流時可能會用到。但使用慢速快門時往往需要三腳架之類的固定裝置支援,否則手握拍攝時的振動可能會導致畫面虛糊;當然也有攝影師會利用這種虛糊,去刻意營造特殊效果。
  • ●關鍵詞之六:景深

    談到“景深”或許一些朋友會對此感到陌生,但大家應該都看到過“背景虛化”很明顯的照片,事實上程度不同的背景虛化就是由深淺不同的景深造成的。那么如何理解這一概念呢?

  • 在光學領域中,我們將通過焦點并垂直于光軸的那個平面稱為焦平面。如上圖所示,如果我們將投射在這個虛擬平面上的光資訊視為一個個獨立的光點,那么這些光點是有大有小的。換而言之,我們肉眼所看到的由相機鏡頭捕獲的影像,其實也可視之為由大小不等的光點所組成;越是細小的光點越能呈現出清晰的成像,而與粗大光點相對應的自然是模糊。在拍攝時,相機完成精確對焦之后,理論上對焦點處以及與此點處于同一焦平面上的物像以光點形式投影到成像面后,由于光點最小故可達到最高的解析度,“脫離”這個平面的物像則會出現不同程度的解析度下降;下降幅度由物象所處的實際位置及其與鏡頭間的物理距離所決定。如下圖所示,這張照片拍攝時對焦點瞄準的是女長笛演奏員的面部,因此照片上她的臉部細節最為清晰,而處于她身前身后的演奏員臉部則出現了程度不一的模糊感。

  • 但事實上,對于略微增大的光點所導致的清晰度下降,人眼是無法清晰分辨的;因此很多時候,對焦點所處平面前后一定距離內的影像清晰度同樣也比較高,起碼人們未必能夠察覺出區別。可見對于人眼的視覺效果而言,清晰與不清晰之間存在一個范圍,而所謂景深,就是指對焦點前后延伸出來的可接受的清晰區域范圍。清晰范圍小,稱之為“淺景深”;清晰范圍大則習慣上稱為“大景深”。淺景深時,極近處和極遠處的物象在視覺效果上會顯得很模糊,而大景深時前后景相對都比較清晰。對于相機而言,景深是可以被改變、控制的,它與光圈大小、焦距長短、對焦距離遠近這三大因素緊密相連。簡而言之,光圈越大、焦距越長、對焦距離越近,景深則越淺;反之景深越大。這些我們會在后面的部分做更詳細的解釋。

    • 小貼士:改變景深的意義——控制并利用景深對于攝影藝術而言是非常重要的,淺景深與大景深都有各自的用武之地。利用淺景深時清晰與模糊的鮮明對比,可以虛實結合的方式來營造層次感、空間感甚至提高照片的藝術性;利用大景深影像清晰范圍廣的特點,則往往能在風光攝影中獲得更好的拍攝效果。
  • 談到景深就一定要順便說說“超焦距”的概念,兩者的關系很密切。超焦距其實也是一個距離概念;基于透鏡成像原理,經過實踐與測算人們發現——當鏡頭對焦在無窮遠時,以人眼的解析度,從某一距離開始至無窮遠區域內的影像在視覺上都能保持相對清晰,這個距離臨界值就是所謂的“超焦距”;如果鏡頭對焦距離恰好等于超焦距,則景深是從超焦距的一半距離到無窮遠。譬如一支50mm鏡頭在f/8光圈時的超焦距為10m左右,其實踐參考價值在于——將該鏡頭對焦于無窮遠時,從相機成像面(感光面)之前10m處至無窮遠范圍內的所有物像對人眼而言都是清晰的,10m以內的物像則會出現不同程度的模糊;如果對焦點恰好在10m處,那么從成像面前5m附近至無窮遠都同樣清晰。

    掌握了超焦距,有助于我們獲得最大的景深范圍,從而獲得前后景都十分清晰的成像;而一些傻瓜式便攜數位相機正是利用了超焦距來幫助普通用戶拍出清晰的照片。需要說明的是,不同焦距、不同光圈系數下,超焦距是不同的;我們可通過某些鏡頭上的景深刻度表來確定不同光圈系數下的超焦距,但并不是每款鏡頭都帶有刻度表;對此我們可以用公式來加以推算——超焦距=焦距的平方值/(光圈系數×模糊圈直徑)。

    • 小貼士:什么是模糊圈?——限于肉眼的解析度,當光點小到一定程度后,人們也就無法分辨它與更小光點之間的大小差異;換句話說,也只有當光點大到一定程度時,我們的肉眼才會察覺到視像的模糊。光點直徑是否能被肉眼所分辨的大小臨界點就是所謂的“模糊圈”,更確切地說應該是“最小模糊圈”;在不同的成像面積上,模糊圈大小是不同的,成像面積越大模糊圈直徑也相應越大。

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    113.097.***.***
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    這樣我還蠻期待你的文章。來吧~看著你能耐哦
    發表于2013.04.25 23:50:29
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    發表于2013.01.09 10:46:34
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    發表于2013.01.09 10:46:29
    26
    03
    看文章半天沒看懂 看到這條評論 一下明白了
    發表于2013.01.05 22:00:43
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    03
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    發表于2013.01.05 22:00:43
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    116.226.***.***
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    超焦距并不是人眼無法分辨,而是感光元件的無法分辨。也就是說對焦不準產生的模糊圈小于一個畫素。
    發表于2012.07.05 13:54:42
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    繼續認真學習中。
    發表于2012.02.09 21:10:14
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    182.150.233.***
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    發表于2012.01.14 16:07:13
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    發表于2011.12.05 17:38:44
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    123.235.189.***
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    發表于2010.05.07 11:08:45
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    不用再說“真誠地希望得到您的具體指點”之類的話了。上一篇回復給過樣例了,你把概念定義抄寫清楚,然后舉·好·實·例,就是真誠的入門文章了。你自己編寫的解釋、分析部分,我還是那幾個很不好聽的形容詞。
    發表于2010.02.26 14:39:41
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    恩惠同志,我還是沒忍住:為了多點收益,把兩千字能說清楚的簡單概念編造成四五千字的謬誤集錦,文字工作者的悲哀。
    發表于2010.02.26 14:15:30
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    rt
    發表于2010.02.26 13:16:34
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