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焦距、景深步步通

 

一、焦距系数
  使用数码单反的摄友,一定对“焦距系数”这个词不陌生。
  无论什么相机,镜头都是圆的,因此成的像也是圆形。这个圆形的面积大于胶片/感光元件的面积。成像的实际面积由胶片/感光元件的尺寸大小决定。在数码相机/数码单反领域,除了佳能、康泰时、柯达、仙娜等厂商的少数几款全画幅数码单反之外,几乎所有数码相机的感光元件面积都小于35mm底片面积。也就是说,在镜头不变的情况下,数码相机的成像面积一般要小于胶片相机。

这种成像面积的区别,就是我们这篇文章的基础
  不管CCD/胶片的面积如何变化,镜头的成像大小总是不变的,镜头本身也无法感知它身后是全画幅还是较小画幅。(顺便说一句,现在越来越多的镜头厂商推出数码单反专用镜头,比如尼康、图丽的DX系列、佳能的EF-S系列、适马的DC系列,以及奥林巴斯的Zuiko Digital镜头等,这些镜头的成像大小一般小于胶片机的镜头,以符合数码单反的CCD尺寸。)也就是说,镜头不可能根据身后感应元件的大小调整成像距离,镜头焦距本身是不变的。改变的仅仅是成像面积的大小。
  成像面积的缩小,从表面上看很像是焦距增加的产物。例如,尼康D2x数码单反的CCD面积为16mm×24mm,而标准35毫米胶片的面积为24mm×36mm,是CCD尺寸的1.5倍。因此,如果我们想在一台胶片单反(例如F6)上实现与D2x相同的取景范围,F6使用的镜头焦距必须为D2x的1.5倍。因此,有人把这个1.5称为“焦距转换倍率”、“焦距系数”。而从这个词的来源看,将其称为“裁切系数”更为准确。

二、景深
  接下来,我们来讨论景深和裁切系数之间的关系。一般说来,焦距的改变会引起景深的变化。由于刚才已经说明,数码单反的“焦距倍率”并不能真正改变镜头的焦距,那么我们能否说,感应器的大小不会对景深造成任何影响呢?
  景深的计算公式相当复杂。这里就不详细推算了。主要由以下三个公式组成:
1. 在超焦距范围内

2. 可接受的清晰度的近焦距(即景深近点)

3. 可接受的清晰度的远焦距(即景深远点)

其中,

名词 解释
H 超焦距
s 焦点距离
Df 可接受的清晰度的远距离
c 模糊圈

以上公式来源于Greenleaf, Allen R.等人所著的Photographic Optics。

  公式相当复杂,即使包括非常专业的摄影师在内,都不会有多少人去认真推算。但是不知你有没有注意,在公式的众多项中,有一个“模糊圈(Circle of Confusion,简称CoC)”的参数。虽然听起来像初学摄影者的失误,但是在这里,它却扮演着非常重要的角色。

  首先解释一下“模糊圈”的概念。想象在远处有一个点光源,灯泡也好,聚光灯也好,甚至夜晚的一颗星星也好,这个点光源的形状可忽略不计。面向这个点光源按下快门,在照片上会留下一个亮点。如果镜头的焦点恰好落在点光源上,在胶片/感应元件上就会形成一个亮点。而如果镜头的焦点偏离了这个点光源,且相差足够距离的话,照片上就会留下一个模糊的斑点。当焦点和点光源的距离相差到一定程度时,观看者无法准确分辨这个斑点到底来源于一个“点”还是一个“圆”。此时,这个斑点的直径就是所谓的“模糊圈”。

“模糊圈”的原意,也有从观看者的角度来说,对照片上的物体究竟是“点”还是“圆”感到模糊的意义

  模糊圈的意义,并不仅仅限于点光源,也在一定程度上决定你所拍摄的一切。显然,如果镜头的焦点偏离被摄物体,成像就非常模糊,如果焦点刚好落在被摄物体上、或离被摄物体比较近,图像就非常锐利。

  从另一个方面说,模糊圈的大小也与最终照片的尺寸,以及观看者与照片的距离相关。最终照片放得越大,模糊圈越小,或者说观看者离照片越近,模糊圈越小。

  模糊圈到底有多大呢?一般认为,35毫米标准胶片的模糊圈为0.03毫米,也有人认为是更精确的0.025毫米。但是对于数码相机来说,由于绝大多数数码相机的成像元件(CCD或CMOS)的尺寸小于35毫米底片。因此,如果将数码成像和胶片成像放大到同样大小进行比对,数码的放大倍率将大于胶片的放大倍率。因此,数码相机的模糊圈应小于胶片相机。

  例如,我们已知35毫米底片的模糊圈为0.03毫米。而尼康D2x的裁切系数为1.5,因此,D2x的模糊圈大小为0.03÷1.5=0.02毫米。其它相机可以依此类推。

  模糊圈越小,对焦就要越精确。因此,如果我们以相同的距离,相同的光圈,拍摄同一个物体的话,数码的景深将稍小于胶片。

  但是这里又会出现一个问题:由于焦距转换系数的影响,同样一个镜头,在数码单反上的焦距大于胶片单反。因此拍摄相同的场景时,胶片单反使用的镜头实际焦距应大于数码单反,或者干脆让数码单反往后退一定距离。考虑到长焦的影响,数码相机的景深会有所增加,增加效果大于由于模糊圈减小造成的景深减少。以下三张照片可说明这问题:

原图,胶片单反拍摄

在相同的距离使用数码单反拍摄。由于裁切系数,照片看上去似乎焦距更近,但是景深较浅

使用数码单反后退拍摄,拍摄范围与第一幅图相同,但是景深更大
  总而言之,如果你与被摄物体的距离相同,使用的镜头焦距也相同,唯一的区别是胶片和CCD的面积,那么数码相机的景深较小,但是相对焦距较长。如果数码相机使用的镜头焦距较小,而使数码的成像范围和胶片相同,此时数码相机成像的景深较大。

三、曝光时间

  成像的锐利度,很大程度取决于机身在拍摄的瞬间是否稳定。对于长焦镜来说,哪怕是极微小的晃动都会被镜头放大到无法接受的程度。而广角镜头的拍摄就相对轻松得多。

  很多摄影师都听过这样一个经验公式,在手持拍摄时,曝光时间应该小于焦距的倒数。比如使用200毫米的镜头,曝光时间就不应大于1/200秒,这样才能得到精确成像的照片。但是你有没有想过,这条来源于胶片时代的公式,在数码时代是否依然适用?如果你使用18毫米焦距的Nikkor镜头,转换倍率1.5,那么,最低曝光时间到底是1/18秒,还是1/24秒?还有,“曝光时间<1/焦距”这个公式的经验性实在太强。为什么正好是倒数,而不是0.864/焦距,也不是1.127/焦距?为什么正好就是1?除了焦距之外,曝光时间肯定还和许多其它参数相关。比如机身和镜头的重量,太轻了肯定发抖,太重了也不一定拿得住。如果使用尼康的VR或是佳能IS,甚至4/3系统的MEGA O.I.S镜头,手持拍摄的效果肯定会更好。甚至,最佳曝光时间肯定和摄影师的上半身肌肉是否强壮有极大的关系。一个强壮如施瓦辛格的摄影师,手臂的稳定度肯定强于不足十岁的孩子。

事实上,作为一个经验公式,“曝光时间<1/焦距”的意义仅仅在于说明焦距和最佳曝光时间的负相关关系。从三角学的角度讲,由于手抖造成的相机的角运动,将依镜头焦距长度反映为被摄物体的平面运动。同样是手抖一下,对14mm镜头的影响就比200mm镜头小得多。这也就是为什么没有厂家生产带防抖功能的广角镜的原因。

  看到这里,有的朋友可能会认为,在使用相同焦距的镜头时,数码相机的稳定度应该高于胶片相机。如前所述,数码相机的感应元件面积通常小于标准35毫米胶片,模糊圈也小于胶片。同样的抖动范围,在底片上可能难以辨认,如果在CCD/CMOS上,就可能毁灭你整天的劳动成果。

  但是且慢,要拍摄同样的照片,数码相机的镜头焦距不是应该短一些吗?焦距的缩短,同样会增加最小曝光时间值。不妨用前文的例子分析一下。35mm底片的模糊圈为0.03mm,一台系数为1.5的尼康D2x的模糊圈为0.02mm,胶片相机使用300mm镜头,D2x使用200mm镜头。在同一个地点拍摄的话,得到的画面是相同的。此时,两个系数相互抵消。

  因此在曝光时间方面,你只需要关心数码相机“相当于35毫米”的等值焦距。或者干脆图个放心,使用三脚架。当然,如果你对自己的二头肌相当自信,愿意向经典公式发起挑战,那也随便你。

作者:转载 来自:网易数码

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