摄影中的10个常见的镜头术语(图文教程)

桶状变形(Barrel Distortion)
  亦可称为负变形(Negative distortion),这是一种成像缺陷。桶状变形的影像像点会随着与中心点距离之增大而移位。令影像中的“直线”中段向外弯曲,两端则向中心弯曲变成 “曲线”。所以,方形物体的影像会变成四角向内收缩,边线中段则向外凸出,好像一个木桶,因此被称为桶状变形。
摄影中的10个常见的镜头术语(图文教程)
  通常,随着镜头视角的扩大(亦即焦距的缩短),桶状变形会变得愈来愈严重。具体点说,广角镜头所拍得的影像,便最常出现桶状变形现像。下图是一幅以24mm广角镜头拍摄的照片,明显地照片的边缘位置向内弯曲了。
  而且,如果用鱼眼镜头拍摄,影像更会变成圆形。
  虽然桶状变形是种成像缺陷,但若果使用洽当,却可以拍出很特别的照片。视乎的,是摄影者的创意及运用镜头的经验!
  色差现象(Chromatic Aberration)
  相机镜头是用白光来形成影像的,而白光则是由各种不同波长的可见光组合而成。虽然同是电磁波,不过不同波长(颜色)的可见光在穿过玻璃时会有不同的速度,因此亦有所谓不同的折射率。利用这个原理,我们只要利用菱镜便可将白光分解成不同颜色(波长)的光线。
  相机镜头由玻璃构成,利用折射原理将可见光聚焦而成为影像。光线穿过镜头后,有机会出现类似菱镜的效果,不同波长的光线不能在同一焦点上聚焦,在影像上形成色散,即是所谓的紫边现像。大家可以透过下图了解镜头的色差如何在影像*及边缘形成色散现像。
  理论上色散在影像*及边缘都可以发生,不过由于边缘的光程较长,因此色散也就特别明显。由于短波长的折射率较高,因此紫色对色差也特别敏感。由色差而形成的紫边,通常可以在画面边缘看到,而由于紫色折射得较多,所以紫边一般都是由内向外扩散。此外,远摄镜头的光程长,色散的现像也就特别容易看到。
摄影中的10个常见的镜头术语(图文教程)
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  上图,色散现像在镜头边缘较为明显,而紫边一般都是由内向外扩散的。
  为解决色差问题,镜头厂商就想尽办法从镜片的构造入手,包括采用不同折射、散射特性之镜片组合。佳能早就成功以人工萤石晶体(CaF2)的低色散特性大大减少镜头色差,其于1969年推出首支采用萤石镜片的超远摄镜头FL-F300mm f/5.6。时至今日,萤石镜片及UD超低色散镜片已广泛采用在佳能高质素EF镜头内。两片UD镜片相等于一片萤石镜片的减色差效果,而一片超级UD镜片则可提供相等于一片萤石镜片的效能。
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  上图,影像*的色散紫边较少。

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  上图,萤石镜片及超低色散镜片可减少镜头色差问题。
  像场弯曲(Curve of field)
  CCD/CMOS是一个平面,但镜头投射的像场却是略曲的,这个现象可用以下图片解释。
摄影中的10个常见的镜头术语(图文教程)
  这是略为夸张化的像场弯曲,由于光轴的距离一致,实际上两边对象的对焦点会比中心略前,所以收缩光圈加长景深,可以改善情况。
  假设镜头前有三个对象,位置保持在一个平面上,镜头以中间的对象对焦。此时,两旁的对象与镜头的距离其实比中间距离略远,到达相机内的平面时,便会在平面略前部份焦聚,使得中心两旁的对象显得模糊。
  解决这个问题,可以将光圈收缩,增加景深,令镜片周边的影像也进入对焦范围。光学设计上,也可用特殊镜片修正令曲率降低。
  衍射现象(Diffraction)
  当光线通过一些窄蓬或小孔时,物体边缘会出现光波分散的现象,这种光学现象便称为“衍射”。
  从摄影的角度来说,当光圈太小时衍射现象便会出现,令影像边绿位置变得松散。这是一种光波的基本特性,与镜片的光学质素无关。
  而且,衍射也会导致数码相机出现紫边现象。
  眩光(Flare)
  亦称为“鬼影”,是在相机和其他光学仪器内,由于镜片表面、镜筒内壁或机械零件表面反射而产生的非成像光线。
  射入CCD(或传统相机的菲林)的眩光会令影像全部或局部亮度增加、反差度降低而产生灰雾,使画面变得平淡而欠缺质感。有时更会发生二次或多次反射,使影像变得更加模糊。
  值得注意的是,当在背光的环境下拍摄时,由于有很大部分的光线会直接射进镜头内,眩光的影响将更为显著。
  焦距(Focal Length)
  简单点来看,数码相机镜头的成像原理等同一片凸透镜,将自景物反射出来的光线聚焦在感光组件(焦平面)上成为一个清晰的画面。不同曲率的凸透镜,能够将光线聚焦在不同距离后的焦平面上,而且曲率愈高的凸透镜,聚焦时所需要的距离也愈短。为统一起建,在物理学原理上,凸透镜的曲率便以透镜将自无限远投射过来的光线聚焦到焦平面时,透镜与焦平面之间的距离来计算,这个距离便称为焦距。焦距愈长,曲率便愈低;焦距愈短,曲率便愈高。
  数码相机的镜头等同凸透镜,而且镜头在变焦时更相当于改变凸透镜的曲率,因此变焦镜头的实际焦距多数以一个范围来表示,例如 24-105mm。利用不同焦距的镜头,摄影师可以营造出不同透视感、不同景深的照片。焦距愈长的镜头,拍摄出来的照片带有较大压迫感,景深也愈浅。相反,焦距愈短的镜头,拍摄出来的照片透视感愈强烈,景深也愈深。
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  上图,几乎所有数码相机的镜头上,都注明了镜头的实际焦距。
  焦距变换比率(Focal Length Ratio)
  目前大多数单反相机采用APS-C画幅的传感器,由于其影像面积小于菲林的影像面积(即小于35mm),所以当同一镜头安装于APS-C数码单反后就会因为视角变小而变成更长的焦距镜头,令原来的镜头焦距和视角数值也失去了本身的意义。因此,相机生产商便通过“焦距变换比率”来让用家可以了解镜头的实际视角与等效焦距。
  焦距变换比率可以由CCD面积与菲林面积的比例来进行计算。举例说,与35mm菲林的成像面积比较起来,当CCD的成像面积是8.45.6mm时,其边长仅相当于35mm菲林的1/4。因此,50mm焦距的镜头,当安装上去就会变为200mm的长焦镜头。
  以下是焦距变换比率的计算公式:
  菲林边长/CCD边长=焦距变换比率
  镜头原焦距x焦距变换比率=镜头于数码机身上的等效焦距
  以变换比率为1.3的佳能EOS 1D MARK IV及一支17-35mm的镜头为例,镜头于机身上的等效焦距将会变为22.1-45.5mm。
  当然,最理想的CCD面积应该与35mm传统相机所产生的影像面积(36mm x 24mm)一致,而这也正是为什么现在全画幅DSLR受到热捧的原因。

  最佳光圈值(Optimum Aperture)
  指镜头在正确对焦的CCD(或菲林)平面上能产生最清晰影像的光圈值。以大多数优质镜头而言,最佳光圈值是将其最大光圈值缩小一至二级。举例说,当用一支最大光圈值为f/2.8的镜头进行拍摄时,得出的影像质素应以 f/4.0或f/5.6光圈为最佳。
  理论上光圈孔径愈大影像质素会愈好,但由于像差会随着孔径的增大而急剧增加,使影像质素变差。另外,光圈太小则会产生衍射现象(在数码摄影中,小光圈更会增加曝光时间,使影像出现噪声现象)令影像像质降低。因此,最佳光圈值便是避免以上两种现像出现的平衡点,亦即最大光圈值低一至两级。
  球面像差(Spherical aberration)
  用来聚焦的镜片构造最简单的就是球面镜,球面镜的意思即镜片的弯曲率呈圆形,可以理解为一个正圆球体的其中一个部分,因此就称为球面镜。实际上,球面镜不能将所有光线聚焦在同一点,透过镜片边缘进入的光线会偏离焦点形成像差。尤其在大光圈的时候,有较多光线可以通过镜片。最明显就是一些光点会虚化成一团光,这是由于边缘位置进入的光线与中心聚焦的偏差较大所致。
  要改善这种问题,可以将光圈收缩。而镜头设计上亦可以利用特别的凹、凸透镜组合修正折射角度。现代镜头则爱用非球面镜来修正这种问题,尤其是对于恒定大光圈的镜头,镜片直径大、球面像差也越明显,所以有些高级镜头可能有多达三片非球面镜。
摄影中的10个常见的镜头术语(图文教程)
摄影中的10个常见的镜头术语(图文教程)
  非球面镜利用镜片边缘曲率与*部份曲率的差异,将聚焦于前方的光线移后到正确的对焦点,令成像更加锐利。
  在评价一款镜头时,我们经常能够听到“像散”、“桶状变形”、“色差”、“眩光”等专有名词,它们到底是什么意思?在决定一支镜头的优劣上又起到了那些决定性的作用?今天,就让我们来逐一分解。
  像散(Astigmatism)
  在测试镜头时常会看中间及边缘的成像质素,几乎可以肯定,越接近边缘的影像质素约会下降,而这是由于水平面光线和垂直面光线聚焦在不同焦点上所引起。
  根据现代物理学原理,光线以波动能量形式传播,而且相对光线的传播方向,光波震动的方向是四方八面的。如果用向量(Vector)方式理解,一束光线可分为水平方向震动和垂直线方向震动两部分。当光线从偏离中轴的斜角度射入,有机会出现水平面光线和垂直面光线聚焦在主轴不同位置的误差。此时两个焦点之间所产生的影像会变得模糊,边缘像渗开一样。
摄影中的10个常见的镜头术语(图文教程)
  偏离中轴进入镜片的光线可分为水平面光线(橙色)和垂直面光线(绿色),而它们各自的焦点却在不同位置。
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  由一张测试图中100%局部裁切,左为图片中心,成像清晰;而右边为图片的角落,出现明显的像散。
  为解决问题,有些镜头会干脆将覆盖率加大,如用于APS-C的镜头,可能本来能盖过全幅,但为保持画质而犠牲了边缘画面。所以,APS-C的镜头多不建议用在全幅机上。就算可以,也会有严重的四角失光或边缘像散。
  另一种像散则是由于镜头的质量问题,如曲面不均匀,这就有如人眼的散光问题;或镜片组没有对准中轴。不过这都是旧时代的生产技术问题,现在已不多见。

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