光圈和镜头焦距
来源:原创 | 作者:林诒洪 | 发布时间: 2014-06-23 | 4556 次浏览 | 分享到:
    习惯用手机拍摄的人通常对这两个参数很陌生,不了解它们在图像的构成上有什么作用。实际上它对图像的质量和给人的印象非常重要,差不多可以并列影响图像质量最重要的因素之中。而且它们偏重感观质量,或者说更接近艺术质量。


一、光圈
光圈其实是一个控制光通过的圆孔,所处的位置在镜头的光学中心上,在普通的对称式镜头设置上,光圈大概在镜头的中部。

a                                                                              b
c
图1.1  机械镜头上不同开度的光圈,从a到c分别为6.3,22,45

    光圈的值用前面加一个F表示,比如F5.6,F8等等。光圈值=镜头焦距/光孔直径。所以光孔越大,值越小。F5.6比F8大。另外它又是一个相对值,在长焦镜头上,同样是F8的光圈,实际光孔比标准镜头大得多。图1.1是一个250mm的4x5英寸相机镜头。由于镜头焦距长,所以全开光圈6.3的直径非常大,将近40mm。
    从直接的效果看,光圈就像一扇门,用来遮挡进入的光。就像猫的瞳孔,亮的时候缩小,暗的时候放大。控制光进入眼睛的量。最早的光圈也是起这个作用的。但自从快门速度范围更大之后,光圈用来控制进光量的功能就弱化了,更多是用来改变景深和图像质量。
    光圈缩小后,进入镜头的光束收窄,成像多数由镜片的中心完成,色差得以大大减少(色差是因为不同颜色的光在玻璃介面上折射率不同而造成的,从一个点发出的光中通过镜头光心的这条光线,色差最小),成像质量提高。如果光圈缩小到一个像素那么大,没有镜片也能成像。这就是历史上发现的小孔成像现象。现在还有许多骨灰级发烧友在玩这种没有镜头的针孔相机。


图1.2  光圈对进入镜头光线的影响

    光圈缩到很小时虽然色差可以同步减少到很少,但此时光衍射造成的像差逐渐变大,所以镜头的成像质量不是光圈越小越好,而是在一个中间值上。对于135全画幅相机,通常在F8时综合质量最好,半幅相机在5.6-7.1左右最好。但这也与镜头质量有关。设计用料好的镜头,通常最佳光圈会大一点,全画幅大概在5.6左右,而差的镜头,最佳光圈可能要到F9-F11。

    我们前面提到景深这个词。它表示什么?
    两人对面聊天时,我们会觉得看到对方的脸每处都是清晰的,甚至耳朵后面的头发都能看得清清楚楚。但如果用相机来拍就很难做到这一点。如果把焦点对在眼睛上,那她的耳朵或两侧的头发就是模糊的。从和相机的前后距离来讲,清晰的范围就叫景深。如果只有眼睛清晰,鼻子和耳朵都是模糊的就是景深很浅。如果从鼻尖一直到两侧的头发、耳朵都是清晰的,景深就比较大了。有人追求大光圈的镜头就是想拍这种景深很浅的照片。其实这是不符合人类的视觉特征的。我以后会谈到,图片的审美通常以符合人们用双眼“看”到的景象为最佳。人通过不停地前后调整焦距,把含不同焦点的多幅图像抽取清晰的部分,合成一幅我们“看”到的人像。这个人像是全景深的。目前商业肖像摄影都会把人物尽可以拍得完全清晰。这样的图片才耐看,因为它符合人类的记忆。
    在商业人像摄影中,5x7的120相机通常使用F22光圈,最近多使用全画幅135数字相机,光圈常设在F16。这些数值可以供我们参考。
a. 光圈1.8


b. 光圈4


c. 光圈7.1


d. 光圈11


e. 光圈22

图1.3  不同光圈拍摄的同一景物

    如果光圈缩小到一个像素那么大,景深似乎就可以无穷大,因为无论前后,进来的光都不会发散,它的像只有一个点。实际上因为衍射的影响,这么小的光圈成的像并不是一个点,还是会发散为一些明暗相间的同心圆。所以为了得到大的景深,光圈也不能无限制地缩小,因为成像质量会逐渐变差。这时就有一个权衡的问题。如果你的图是发到网上,那光圈小一点没关系,因为在压缩像素时,衍射产生的模糊会被消除。这时你选择F16,甚至再小一点都可以。但如果是印大幅照片,光圈就要慎重选择,最好限制在F11-F16之间。图1.3中F22的e图,虽然焦点外的右侧枝条更清晰了些,但焦点上的花瓣和叶子细节反而不如F11的d图。
    缩小光圈有时给我们带来另一个麻烦,就是进光量不够,只好延长快门时间,但它又可能造成模糊。就算你把相机固定好了,但被拍的景物晃动你可管不了吧,比如微风吹动的荷花。所以在大多数情况下,景深是一种稀缺资源。稀缺的东西,通常是价值高的东西。花些心思来解决景深的问题吧,不要一门心思去追求什么大光圈虚化效果,什么漂亮的背景虚化光斑。这些都不在人类的记忆库里,不是一种有价值的东西。不过是土豪炫耀他昂贵镜头的闹剧。

二、镜头焦距
    这好像是一个使人困惑的词。镜头在拍照过程中要不断对焦,焦距指的是这个吗?对焦的完整解释是对准焦距,看起来确实是焦距。既然焦距是可变的,镜头又怎么能标定一个固定的焦距?
    焦距确实是指镜头光心到成像平面的距离,由于我们拍摄的景物有远有近,所以成像距离也在不断变动。如果拍摄的物体在无穷远处,比如太阳。所有的光线都是平行于光轴射过来的,这时成像平面与镜头光心的距离就是镜头的焦距。我们通常看到的镜头指标50mmF1.4就是指镜头的焦距是50mm,最大光圈为F1.4。通常我们把135全画幅下50mm焦距的镜头叫做标准镜头。
    镜头焦距对摄影有什么影响?
    首先我们感觉到的可能就是拍摄范围。如果在斗室内想拍多人的一个合影,50mm的标准镜头恐怕就罩不住了。如果我们想拍清楚远处的鸟,标准镜头也做不到。可能拍到的只是一个小点。
    如果拍同样大小的物体要考虑镜头焦距吗?
    比如拍人物的半身肖像,手机(大约相当于28-35mm广角)、50mm标准镜头、75mm中焦镜头。拍出来会有什么不同吗?
    如果和被摄者在同一个距离上拍,这3种镜头拍出来的没什么区别。但是在广角镜头的图片中,人可能会太小,裁切后清晰度大大降低。如果采取不同的距离拍摄,令拍出来的人物大小一致,效果就会有很大区别。


图2.1  不同距离上拍到的人脸范围不同


    从图2.1可以看出,用广角镜头贴近人脸拍时,人脸的两侧基本拍不到,鼻子、嘴、眼睛和相机距离不同,在这么近的距离下,相对差别很大。因此鼻子被明显放大,嘴在其次,耳朵显得很小。这和人们的视觉经验相差甚远,不太容易被人接受。但最近也有很多用这种方式拍摄的人物,以显其另类。


图2.2  石膏人像在不同距离上拍摄的效果,左30mm等焦距,右105mm等效焦距

   30mm焦距相当于手机镜头的焦距,拍头部特写时容易造成五官变形,虽然脸显得狭长,但并不好看。105mm的标准人像镜头,五官比例正常,但由于相机“看”到了更多的侧面,并把它投影为正面,使得脸型比双眼看到的宽。
    50mm左右的标准镜头情况要好一点,特别是在拍全身或七分身的照片基本不变形。但拍摄半身或头部特写,50mm焦距还是偏短了些。各厂商的主力人像镜头是85mm。最短的人像镜头是75mm,最长的是135mm。以我的经验,100mm左右的最好用,拍商业人像客户基本都能接受。在比较局促的场地用75mm的也可以。
    我们在买APS-C(俗称半幅相机)或更小的卡片机时,往往会看到等效焦距这个说法。原因是镜头焦距在摄影中的影响主要是视角。视角可以从感光元件最远的两个边和光心相连得出。同一个镜头,如果感光元件小了,视角显然也会变小。50mm的标准镜头,装到半幅相机上拍摄的效果相当于全画幅机上中焦镜头的效果。每家半幅相机有不同的等效系数。如佳能相机是1.6,索尼和尼康相机是1.5。三星新出一种1英寸(13.2×8.8mm)传感器的可换镜头相机,等效系数达到2.7。50mm镜头就相当于全画幅上135mm镜头的拍摄效果。


图2.3  镜头的视角

    为什么要用全画幅等效焦距这个概念?因为135相机统治摄影行业最久,多数摄影教材都是参考它编写的。如果不引入等效焦距这个概念,用小相机的人往往对选择镜头或焦距无所适从。将来统治摄影行业最久的传感器画幅很可能是1英寸相机。几年后,芯片技术能将这个画幅的传感器做得信噪比超高,而镜头的加工技术要求以及对环境的敏感度又不是特别高,可以较低成本做出很好的相机,使用远比全画幅相机方便。所以它很可能统治摄影行业几十年。到时焦距的概念可能要以它为标准了。
    50mm标准镜头是人眼的视角吗?
    很多人中间流传这种说法,因此认为50mm焦距拍出来的照片最暖,最接近人类的记忆。其实这是一种机械而且错误的理解。如果按人类双眼的最大视角算,可以达到120度。而50mm镜头的视角只有45度,最算28mm的广角镜头视角也只有76度。
    有人说45度是指单眼视角,就算人一只眼睛看一半,完全没有重合,也出不来120度。
    以上说法都是把人的眼睛看成一部机械的照相机。其实人眼的视野是会变化的。人眼的视网膜上布满两种感光细胞,其中能分辨颜色且成像精细的是视锥细胞。视锥细胞的分布范围非常狭小,以分布最多的黄斑来说,它的直径只有2mm。人在运动中时大脑会处理差不多所有感光细胞发过来的信息,这时的视野非常开阔。所以人们在看运动的视频信息时,喜欢视角广阔的宽银幕甚至超宽银幕。但在观察静止影像时,大脑主要处理视锥细胞传过来的影像。这使得感光面积大大收窄,相当于镜头不变,但感光元件变小了,镜头的等效焦距因此拉长。
    人类是一种社会动物,特别是在现代高度复杂的人类社会中,人最经常关注的影像就是人类。在与人交流过程中,我们会仔细关注对方的所有细节。这时我们可能只把黄斑探测到的信息传递给大脑。这时人眼的等效焦距可能就超过100mm。大概有这个规律,我们关注的物体越小,所用的视网膜面积越小;越专注,所用的视网膜面积也越小。因此我们大致可以得出这样的结论,如果想拍摄一个精致的艺术图片,所用镜头焦距偏长一些更好。35-50mm镜头其实只适合拍记录性的内容。
    长焦镜头拍出来的视野不够怎么办?我们学一下大脑吧,多拍几张拼起来,它的效果更接近我们在仔细观察一件事物时大脑的做法。因此这样的影像更接近我们的记忆,这样的片子才暖哩。
    我经常只带一只等效焦距100mm左右的镜头外出。遇到较宽视野的景物就多拍几张拼接。奇怪的是,如果我们要表现的场景越宏大,越需要更长的焦距拍摄。图2.5的这幅图片,现场那条羊道的坡度大约在60度以上,但用一个112mm镜头拍多张拼合后,看起来只有不到45度的坡度。如果用150mm以上的镜头拍摄拼接,这个坡就会表现得更陡。反过来,如果用一个24mm的广角用一张片子将它尽收眼底会怎样?可能坡度连30度都不到了。

图2.4  老营的古长城

   视角与等效焦距相关,但景深却没有等效关系。

图2.5  镜头成像原理

    图2.5是一个透镜成像原理,从物的一个点发出的一条平行光线经镜头会聚后必经过镜头焦距点,另一条穿过光心的线不受影响。这两条线的交点就是像的焦点。可以看出,景深不仅和光圈相关,还和镜头的焦距相关。镜头焦距越短,不同远近物体的焦点越接近,景深就越大。也可以这么理解,短焦距的镜头把平面和纵深的影像都缩小了,就加大了景深。这时如果我们把传感器裁小,视角就缩小了,但并不会影响中间剩余影像的景深(严格来说是影响比较小)。同样等效50mm,越小的传感器景深越大。因为它实际的焦距短了。我们会发现用手机拍照很难虚化背景,反过来用全画幅相机拍照又很难取得大景深。就是因为手机镜头的真实焦距非常短,而全画幅相机常用镜头的焦距比手机长得多。
    在同视角的情况下(等效焦距相同),如果我们想景深更大,就用小画幅的相机,反之想要虚化背景,就用大画幅的相机。因此在拍摄微距图片,比如小花,小虫子之类,尽量用小画幅相机,如1英寸传感器的相机,30mm的微距镜头,对它来说等效焦距是80mm,拍摄时不用过于贴近,但景深又足够大,可以把一只虫子完全拍清楚。

    焦距不等于人眼视觉。
    尽管我们分析了人眼视觉在不同环境下可能的焦距,但有些情况下,无论我们用什么焦距的镜头去拍,仍然和我们看到的影像不相符。
    举个最常见的例子。一个标准瓜子脸的女孩,无论用什么焦距的镜头去拍,拍出来的脸型都比我们看到的要宽。倒是有时用个普通傻瓜相机开闪光灯乱拍一个,却很真实。这是怎么回事?
    原来我们的视觉是双眼立体视觉,我们能把看到脸型的正面和侧面分开,我们的大脑在这之间建立了一条看不见的轮廓线,正面是瓜子型的我们就感觉是瓜子脸。但独眼的相机不会,它把立体的东西投影到一个平面上,这时我们判断脸型的是最外侧的边缘线,尽管这条线可能在耳朵的位置上。要弱化这种误判,就要改变轮廓线的位置。例如让正面的光强一些,两侧的光暗一些。用机上闪光灯正面打光恰好能起到这个作用,所以这时的脸型显得真实。画家在绘画时也会用色彩来营造真实的轮廓线,表现我们双眼看到的“真实”脸型。摄影时除了用打光来改变轮廓外,还可以用化妆、后期图像处理来改变。

图2.6  右图按人双眼视觉特征对脸型做了修正

    从这一个小例子可以看出,人眼的视觉实际上是包含了大脑智能处理的一个非常高级的系统,摄影和它相去甚远。但我们如果想用摄影的图片调出人类视觉的美好回忆,就要更多用心,用改变焦距、多张拼接、运用光线、后期图像处理等方法,使摄影作品更贴近人类的视觉记忆。所谓忠实于相机记录不做修改(直出)的作品,永远上不了大雅之堂。只有忠实于人类视觉记忆,才是真正的艺术。说远一点,符合人类视觉记忆的抽象模式才是艺术的抽象,否则就是糊弄人的皇帝新衣。


三、景深的处理方法
    我们前面说到了,景深是一个重要的摄影资源。但在很多情况下我们难以通过缩小光圈或改用短焦距镜头获得。而在另一些情况下,我们又很难让镜头忽视那些可能干扰我们注意力的元素,比如必要的背景虚化。以下是一些可能用得上的处理景深的技巧,供大家参考。

    拍美食
    拍菜肴是很常见的一种摄影。一是大家会餐,看到漂亮的美食,忍不住要拍下来纪念或发到网上。但真正追求质量的是拍摄餐馆的菜谱。和美食摄影类似的商业摄影很多,它的特点都是被拍摄的物体在一个平面上,但这个平面并不垂直于镜头的光轴,而是有一个很大的夹角。用普通方式拍摄往往只有部分物体清晰。
    过去拍这类东西都是用4x5技术相机。由于物体平面的像也是一个平面,只是不垂直于镜头光轴,所以通过旋转镜头的光轴或底片,像平面完全和胶片重合,就可以做到被摄物体全部清晰。

图3.1  用4x5英寸技术相机用移轴技术拍摄的全景深风光照片

    在135相机上怎么实现移轴拍摄?佳能或尼康这两家大厂都有可移轴的镜头卖。如佳能的TS-E 17mm F4L,TS-E 24mm F3.5L,佳能TS-E 90mm F2.8;尼康的PC-E 24mm F3.5D ED,45mm F2.8D ED。不过这些镜头都非常昂贵,多数在万元以上。而且很多是老款镜头,光学素质不高。

图3.2  佳能TS-E 90mm F2.8移轴镜头拍摄的菜谱
    如果你用的是一台半画幅的微单相机,如索尼的半幅微单,可以用移轴接环来解决这个问题。

图3.3 FD-NEX移轴接环


    1、为什么一定要选微单相机?因为微单相机没有反光镜,接单反镜头后空出来的距离刚好够装移轴接环。单反相机就没有这个空间。
    2、为什么用手动镜头接环?因为现在的移轴接环都没有电子信号传递功能,所以只有接手动镜头才能调整光圈。遗憾的是手动镜头的成像素质都稍差一些。
    3、能接全画幅微单吗?可以,但不能接135镜头,而是要接120镜头。因为移轴拍摄需要镜头的像场比较大,不然移轴后可能出现暗角。只能是全画幅镜头接半幅相机,120镜头接全幅相机。
    移轴拍摄的方法这里就不介绍了,比较复杂。

    一种稍微麻烦一点的拍法是选择前后不同的对焦点拍多张,然后选择清晰部分拼接。图3.3是用3张不同焦点的片子合成的。

图3.4  用3张图片合成的全景深图片


    这种方法优点是用任何相机都可以实现,缺点是效率比较低下。拍摄还好,后期处理工作量大。

    如果是拍大景别的风光就比较容易了,只要用中焦镜头分别对焦多拍几张,然后再组合就行了。就是像图3.4这样复杂结构的画面,也可以通过拍多张得到足够的景深。中焦镜头分拍还能产生和广角镜头完全不同的透视效果,或许它更贴近人的视觉记忆。

图3.5  多张拍摄获得足够景深

    处理背景
    讨论完实的问题现在来讨论虚。
    主要的问题基本是背景处理的问题。
    最简单的一种背景处理就是用背景纸或其它材料。如图3.2就使用了一张背景纸。其实也不是专用的背景纸,而是一张亚光冷裱膜。它的优点是脏了之后可以擦洗。
    背景纸从下铺到背后,可以消除中间的折痕。

    拍人物像一样可以用背景纸。拍婚纱的影楼都有大幅的背景纸,可以拍全身像。

    第二个方法,用中焦镜头。中焦镜头是指等效焦距在75-135之间的镜头,这种镜头有足够的景深,又可以虚化背景。
    第三个方法,加大被摄物和背景的距离。

图3.6  和背景拉开距离虚化,0.7米

    图3.5是用半幅微单相机,50mm焦距镜头,等效焦距75mm,算得上中焦镜头。光圈F7.1,与物体0.7米,后面的木桩距物体15公分,树叶距物体5米。虽然光圈比较小,被摄物体基本全清楚,但背景虚化比较充分,足够突出被摄物。

图3.7  和被摄物接近到0.5米

    背景不变,和被摄物接近到0.5米时,背景虚化得更厉害。
    在户外拍摄人像时,采用和背景拉开距离的方法虚化背景要比开大光圈效果好。拍人像距离通常在1.5米左右。如果要虚化背景,人和背景的距离最好在10米以外。相机和人距离越远,背景也应该相应更远。

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