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引言： 正文開始 在上一篇文章中，大家已經(jīng)知道目前消費級長焦數(shù)碼相機的鏡頭都是變焦鏡頭。而恰恰由于長焦數(shù)碼相機其焦段涵蓋了廣角到長焦的不同焦段，因此，鏡頭的設計便要同時兼顧以下三個方面的因素：球面像差，色散，畸變。這三個因素不單單影響鏡頭的設計，更關(guān)系到我們使用長焦數(shù)碼相機時應該注意的事項。 在光學業(yè)界，針對這三個影響成像的因素都有一系列成熟的解決方案，在鏡頭設計上，都有專門的結(jié)構(gòu)來有效減輕以上因素對于成像的影響?？梢哉f，熟悉了這三個因素的成因與解決方案便可通過查看其鏡頭結(jié)構(gòu)，便可了解一款長焦數(shù)碼相機在成像上的特點與不足。這樣便可避免在選購時盲目相信評測與網(wǎng)友留言的情況。 球面像差 球面像差是由鏡頭內(nèi)的透鏡表面是球面而引起的。其現(xiàn)象為：從光軸上同一物點發(fā)出的光線，通過鏡頭后，在像場空間上不同的點會聚，從而發(fā)生了結(jié)像位置的移動。
原理示意圖 一束光線穿過球面鏡到達焦平面。平行的光線從鏡面的邊緣(遠軸光線)通過時，它的焦點位置比較靠近鏡片；而由鏡片的中央通過的光線(近軸光線)，它的焦點位置則較遠離鏡片(這種沿著光軸的焦點錯間開的量，稱為縱向球面像差)。遠軸光線與近軸光線的焦點不能落一個垂直的平面上，于是相差便產(chǎn)生了?？梢哉f，球面像差的成因便是：離軸距離不同的光線在鏡片表面形成的入射角不同而造成的。因此，如果一枚鏡頭全部采用球面鏡片，那么，球面像差是一個無可避免的相差。
原理示意圖
由于像差的緣故，在焦平面上便會出現(xiàn)雙重影像，第一重影像由在通過鏡頭中心部分的近軸光線所形成，第二重影像則由通過鏡頭邊緣部分的光線所形成。第二重影像一般環(huán)繞在第一重影像四周，形成光斑(Halo，光暈)。這個光斑的半徑稱為橫向球面像差。相差會減低成像的銳度，使人感覺影像缺乏銳度，模糊不清，整體好像蒙上一層淡淡的薄紗，感覺灰蒙蒙的。
在鏡頭光圈全開，或接近全開時，鏡頭的通光量大，相差對于成像的影響也大，而口徑越大的鏡頭，影響越明顯。這也在一個側(cè)面解釋了，為什么在光圈全開始，成像的銳度不如光圈收小一檔的問題。因此，我們在使用長焦數(shù)碼相機的時候，適當收小光圈，可以有效地提高成像畫質(zhì)，增大景深，避免因為光圈過大而引起的焦點較淺，容易跑焦與畫面銳度不夠的情況。 但是需要注意的是：如果像差過大，通過縮小光圈消除像差時，可能會引起聚焦平面(就是焦點)的移動。因此，在以往的鏡頭評測中，我們常常看到，該鏡頭在光圈全開時，成像如何如何，在收小一檔光圈后，成像明顯改善，在多少光圈時，達到最佳成像效果。 單靠收小光圈來降低相差對于成像的影響還不是一個根本解決方案。要解決它，需要在鏡頭設計時下功夫。在技術(shù)工藝還不發(fā)達的時候，往往采用兩枚凸凹透鏡的方法來解決。具體的方案為：以某一個入射距(從光軸起算的距離)的光線為基準，然后使用凸、凹兩枚鏡片加以適當?shù)慕M合來完成。 對于球面鏡片的球面像差進行矯正，是件非常困難的事情。通常是以某一個入射距(從光軸起算的距離)的光線為基準，然后使用凸、凹兩枚鏡片加以適當?shù)慕M合來完成。這樣能夠改善球面像差的影響，但不能徹底消除。在目前的技術(shù)水平下，要徹底消除相差的影響，就只有采用非球面鏡片(Aspherical Lens)這個方法。
原理示意圖 非球面鏡片不像普通的凹凸透鏡那樣表面為簡單的圓球面，非球面鏡在鏡頭邊緣的厚度較大，鏡面為非球面狀。非球面鏡片的作用就是通過修改鏡片表面的曲率，讓近軸光線與遠軸光線所形成的焦點位置重合。當近軸光線與遠軸光線都落在同一個焦平面上后，光斑將會消失，成像銳度將會提高。 同時，由于光線進入廣角鏡頭的入射角比較大，所以球面像差的表現(xiàn)在廣角鏡頭更為明顯。因此設計優(yōu)秀的廣角鏡頭都會采用非球面鏡片來消除像差。對于長焦數(shù)碼相機而言，其鏡頭涵蓋廣角到長焦的不同焦段，因此，為了保證廣角段的成像，也需要加入非球面鏡去控制相差。推而廣之，目前同樣較為流行的廣角數(shù)碼相機，要顧及成像都必須加入非球面鏡，因此，我們在選購數(shù)碼相機時，不妨看看其鏡頭結(jié)構(gòu)，是否包含了非球面鏡。 名鏡賞識：
佳能17-40 F4 L鏡頭示意圖 佳能17-40 F4 L，在鏡頭設計上使用了3片非球面鏡片和一片低色散鏡片。低色散鏡片用于較厚的鏡片。該鏡頭成像優(yōu)秀獲得了一只好評，在推出當年便獲得了ESIA大獎。
小結(jié)： 看了像差的概念后，我們也可以得出一些使用長焦數(shù)碼相機的要訣。在機器買回來后，不妨對著同一物品，用不同的光圈值多拍攝幾張照片，看看那個才是鏡頭的最佳成像光圈，在需要拍攝風景，或?qū)Τ上褚筝^高的時候，使用該光圈來拍攝。 當然了， 球面像差也不一定是壞事。像筆者之前常使用的賓得SMC FA SOFT 85/2.8就是巧妙地加大球面像差，以達到柔焦的效果。光圈越大，球差越明顯，柔焦效果越強。當光圈收小時，成像逐漸銳利，當光圈小于F11的時候，球面像差的效果也達到最小，成像變?yōu)榱似胀ㄧR頭的效果。各位如果有機會使用這枚鏡頭的話，相信對于球面像差的認識也會進一步提高。 說完像差之后，我們就離說說色散的問題。像差的概念可能較難理解，但色散就容易理解多了。 大家都知道，我們看到的白光，都是由七色光合成的。而不同顏色的光線，其波長也不同。光學玻璃的折射率又與波長有關(guān)。波長不同，折射率不同。波長短，折射率大，波長長，折射率小。當白光通過三菱鏡時，我們會看到七色光譜。這種由于波長不同而引起的光譜便成為色散現(xiàn)象。 色散對于成像的影響就顯而易見了。首先，由于不同色光焦距不同，物點不能很好的聚焦成一個完美的像點，所以成像模糊； 其次，由于不同色光焦距不同，所以放大率不同，畫面邊緣部分明暗交界處會有彩虹的邊緣。 對于長焦鏡頭而言，由于其焦點距離較長，色散影響較大，如何矯正色散，便成了長焦鏡頭如何獲得鮮艷明亮顏色的關(guān)鍵所在。在長焦鏡頭里，單單依靠光學玻璃的組合難以較好地糾正色散，因此，使用低色散/超低色散鏡片便極其重要了。 低色散/超低色散鏡片，當以佳能的螢石鏡片最負盛名。螢石（氟化鈣晶體）是一種具有反常色散的礦物質(zhì)，由于其特殊的結(jié)構(gòu)成分可以大大消除色差。但這種以它作為材質(zhì)的鏡片難以大量生產(chǎn)，一是達到光學級的螢石價格昂貴，二是螢石的物理特性難于加工。而佳能將人造螢石應用在其L等級的鏡頭上，使其光學品質(zhì)更上層樓。 對于低色散/超低色散鏡片，各家的命名也不盡相同。下面，筆者便將各家的列舉出來，各位在選購的時候，可以參考。 佳能：L級鏡頭，一般采用了螢石鏡片或超低色散UD鏡片（應用于佳能Pro1上）。
大家廣為熟悉的XB（EF 70-200/2.8L IS USM ）
XB（EF 70-200/2.8L IS USM ）采用了四片UD鏡片 小結(jié)： 知道了色散的影響，我們在選購的長焦機型的時候，便要多做資料了。目前的網(wǎng)上評測樣張多是盡量表現(xiàn)相機的成像如何優(yōu)秀，基本看不出一枚鏡頭的好壞，這時候，便需要我們自己的一點光學知識，通過參看鏡頭的結(jié)構(gòu)，大致估計其成像優(yōu)缺點。當然了，說起鏡頭結(jié)構(gòu)，便不得不提這些著名鏡頭結(jié)構(gòu)：高斯結(jié)構(gòu)、雙高斯結(jié)構(gòu)、天塞結(jié)構(gòu)、Sonnar（松鈉）結(jié)構(gòu)、Planar（普拉那）結(jié)構(gòu)……不同的結(jié)構(gòu)，都在消除色散，像差，畸變上有自己獨特之處。但如果在本文中展開敘述則顯得有點太深入了，或許以后的文章，我們再來仔細研究一下吧。
畸變，每一個焦段的鏡頭都有畸變。對于廣角鏡頭而言，有廣角透視畸變，對長焦鏡頭而言，有長焦透視畸變。經(jīng)過上兩部分對于鏡頭結(jié)構(gòu)的深入討論，為免讀者沉悶，在本文的最后一部分，筆者準備換一個角度闡述，在這里，我們會通過更多的圖像示例來說明問題。
由于小型數(shù)碼相機的普及，很多玩數(shù)碼攝影的朋友都沒有經(jīng)過系統(tǒng)的光學訓練，在拍攝人像的時候，走得近就zoom近一點，走得遠就zoom遠一點。其實，這種做法是錯誤的。因為，不同的焦段都有不同的透視畸變，某些焦段的透視畸變并不適合人像拍攝。下面，就是因為廣角透視畸變的例子。
大鼻子是透視畸變的典型范例 如上圖所示，大鼻子就是這種類型透視畸變的典型范例。（正像我們曾經(jīng)所看到過的所有用廣角鏡頭拍攝的特寫肖像，其中被攝影對象的鼻子與面部的其他器官相比會顯得出奇的大。這就是用廣角鏡頭拍攝的很多照片所具有的一種透視畸變形式的特征。） 要避免，出現(xiàn)這種畸變，便要清楚畸變的成因。下面就讓我們來分析一下透視。我們的眼睛感覺遠近的一種方法就是利用物體的相對大小，大腦會告訴我們物體遠就是顯得小，距離越遠，顯得越小。 在攝影中，也用相同的方法鑒別透視關(guān)系的。同一個物體，再遠處會顯得比近處小。平行的鐵軌因向遠處延伸而變得越來越近，直至匯聚成一點。這一現(xiàn)象的本質(zhì)就是鐵軌間的距離表面上看變小了。 前排的樹葉被夸張放大了，越到后面，樹葉也變得越小 透視還有另外一種表現(xiàn)，即物體越近，透視效果越強烈，比方說，遍地落葉，貼近一片葉子拍攝，那么，離鏡頭最近的那片葉子便會顯得很大，遠離相機的葉子便會變得很少。但是，如果在距離遍地葉子一個適當距離，那么地上每片葉子的大小就會趨于相同了。 換個角度， 實際葉子的大小都是差不多 透視的這兩方面特征同樣透用于所有的鏡頭，即： 1． 被攝體越遠，顯得越?。?
2． 鏡頭離被攝體越遠，被攝體外觀上的大小變化越小。 廣角鏡頭的透視畸變
那么為什么廣角鏡頭常常是產(chǎn)生失真的透視關(guān)系，比如實例中怪異的鼻子的根源呢？這是因為，廣角鏡頭視角比較大，因為使用廣角鏡頭拍攝人物特寫時，往往需要非常接近被攝體拍攝，拍攝距離越近，透視效果（前面示例中，距離最近的士兵顯得最高大）越強烈。人的鼻子尖距離照相機比面部的其他部分大約近1英寸。由于被攝體越近就會顯得越大，因此靠近拍攝時，鼻子就會顯得比面部其他部分不成比例的大。這就是大鼻子的成因。 其實，不單單是廣角鏡頭，對于任何一種鏡頭，當非常接近被攝體到一定程度時，都會產(chǎn)生這種失真。越接近被攝體，失真越嚴重。當我們使用廣角鏡頭拍攝特寫時，由于希望拍攝主體充滿畫面，便要離拍攝主體很近，這么短的距離，恰恰進入了廣角鏡頭的失真距離范圍。 ?。〒Q言之，倘若是在相同的距離使用所有鏡頭進行拍攝的話，廣角鏡頭并不會比任何一只其他鏡頭更歪曲透視。實際上，通過試驗并不難證實這一點，使用不同焦距的鏡頭拍攝一排柱子或一排樹或是任何成排的對象，在相同的位置拍攝所有的照片，然后放大每一影像的相同部分，目的是在照片上得到同等大小的影像。最后，不管所用鏡頭的焦距如何，在任何一張照片上都不會看到透視方面存在任何的差異。原因是所有照片的拍攝距離都是相同的，即被攝體到鏡頭的距離都是相同的。） 實際上，隨著被攝體的越來越遠，透視畸變會變得越來越小，但卻開始變得扁平。相距很遠的兩個被攝體卻顯得像一個在另一個之上似的。從下圖的照片中可以非常明顯地看到這種現(xiàn)象。馬路兩邊的護欄距離，隨著馬路的不斷延伸，越來越近。
由于被攝體距離照相機非常遙遠,從而產(chǎn)生了扁平的透視效果。正像上面這幅照片中看到，兩邊的路燈前后間隔似乎越來越近，但其實，兩盞路燈間相隔的距離還是一樣的。因此,從很遠距離拍攝的被攝體似乎給壓平了。 為什么這種情形經(jīng)常會在用遠攝鏡頭拍攝的照片中看到呢？這是因為使用遠攝鏡頭時，拍攝距離往往更為遙遠。事實上，在相同的距離處無論使用什么鏡頭都會產(chǎn)生這種失真。
既然我們清楚了不論廣角鏡頭還是長焦鏡頭，都會產(chǎn)生透視畸變，那么，現(xiàn)在，我們將我們剛才的知識運用到人像拍攝中去。我們不想出現(xiàn)大鼻子的現(xiàn)象，也不要由于長焦鏡頭出現(xiàn)空間過度壓縮的“平面”， 那一個焦段的鏡頭能夠盡可能地避免以上情況呢？或者說那一個焦段的鏡頭最適合拍攝人像呢？經(jīng)過長時間的經(jīng)驗總結(jié)，我們發(fā)現(xiàn)，在35mm系統(tǒng)里，85-135mm焦段的鏡頭比較適合人像拍攝。在這個焦段里，我們總能拍攝到?jīng)]有明顯畸變的人像特寫照片。此外，使用這個焦段的鏡頭還有一個好處，攝影者與被攝影者的距離不會太遠而產(chǎn)生心理上的生疏，也不會因為太近而使到攝影者很容易便影響到被攝影者。所以，現(xiàn)在各位也該清楚了，為什么目前135系統(tǒng)里，較為著名的人像鏡頭都在85-135mm這個焦段中。
結(jié)語： 文章寫到這里，就此打住了。其實，關(guān)于長焦數(shù)碼相機的運用，還有很多值得注意的地方。而一些，更是涉及到眾多光學基礎知識。而在長焦的構(gòu)圖與拍攝上，也有相當多的小技巧。例如，例如虛化背景上，拍攝角度，光圈，攝影距離，長焦段，天氣等等對于長焦數(shù)碼相機在虛化背景上都有影響。 不過限于篇幅，這里不做詳細介紹了，希望下次還有機會，為各位慢慢道來。 |
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