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標題: 詳解焦距係數、景深和曝光時間 [打印本頁]

作者: virgilscott5698 時間: 2010-8-26 23:24 標題: 詳解焦距係數、景深和曝光時間

焦距係數

　　使用數碼單反的攝友，一定對「焦距係數」這個詞不陌生。

　　無論什麼相機，鏡頭都是圓的，因此成的像也是圓形。這個圓形的面積大於膠片/感光元件的面積。成像的實際面積由膠片/感光元件的尺寸大小決定。在數碼相機/數碼單反領域，除了佳能、康泰時、柯達、仙娜等廠商的少數幾款全畫幅數碼單反之外，幾乎所有數碼相機的感光元件面積都小於35mm底片面積。也就是說，在鏡頭不變的情況下，數碼相機的成像面積一般要小於膠片相機。

這種成像面積的區別，就是我們這篇文章的基礎

不管CCD/膠片的面積如何變化，鏡頭的成像大小總是不變的，鏡頭本身也無法感知它身後是全畫幅還是較小畫幅。(順便說一句，現在越來越多的鏡頭廠商推出數碼單反專用鏡頭，比如尼康、圖麗的DX系列、佳能的EF-S系列、適馬的DC系列，以及奧林巴斯的Zuiko Digital鏡頭等，這些鏡頭的成像大小一般小於膠片機的鏡頭，以符合數碼單反的CCD尺寸。)也就是說，鏡頭不可能根據身後感應元件的大小調整成像距離，鏡頭焦距本身是不變的。改變的僅僅是成像面積的大小。

成像面積的縮小，從表面上看很像是焦距增加的產物。例如，尼康D2x數碼單反的CCD面積為16mm×24mm，而標準35毫米膠片的面積為24mm×36mm，是CCD尺寸的1.5倍。因此，如果我們想在一台膠片單反(例如F6)上實現與D2x相同的取景範圍，F6使用的鏡頭焦距必須為D2x的1.5倍。因此，有人把這個1.5稱為「焦距轉換倍率」、「焦距係數」。而從這個詞的來源看，將其稱為「裁切係數」更為準確。

景深

　　接下來，我們來討論景深和裁切係數之間的關係。一般說來，焦距的改變會引起景深的變化。由於剛才已經說明，數碼單反的「焦距倍率」並不能真正改變鏡頭的焦距，那麼我們能否說，感應器的大小不會對景深造成任何影響呢？

　　景深的計算公式相當複雜。這裡就不詳細推算了。主要由以下三個公式組成：

1. 在超焦距範圍內

2. 可接受的清晰度的近焦距（即景深近點）

3. 可接受的清晰度的遠焦距（即景深遠點）

其中，名詞解釋 H 超焦距 F 鏡頭焦距 s 焦點距離 Dn 可接受的清晰度的近距離 Df 可接受的清晰度的遠距離 N f檔數（光圈） c 模糊圈

　　以上公式來源於Greenleaf, Allen R.等人所著的Photographic Optics。
公式相當複雜，即使包括非常專業的攝影師在內，都不會有多少人去認真推算。但是不知你有沒有注意，在公式的眾多項中，有一個「模糊圈（Circle of Confusion，簡稱CoC）」的參數。雖然聽起來像初學攝影者的失誤，但是在這裡，它卻扮演著非常重要的角色。

　　首先解釋一下「模糊圈」的概念。想像在遠處有一個點光源，燈泡也好，聚光燈也好，甚至夜晚的一顆星星也好，這個點光源的形狀可忽略不計。面向這個點光源按下快門，在照片上會留下一個亮點。如果鏡頭的焦點恰好落在點光源上，在膠片/感應元件上就會形成一個亮點。而如果鏡頭的焦點偏離了這個點光源，且相差足夠距離的話，照片上就會留下一個模糊的斑點。當焦點和點光源的距離相差到一定程度時，觀看者無法準確分辨這個斑點到底來源於一個「點」還是一個「圓」。此時，這個斑點的直徑就是所謂的「模糊圈」。

「模糊圈」的原意，也有從觀看者的角度來說，對照片上的物體究竟是「點」還是「圓」感到模糊的意義

　　模糊圈的意義，並不僅僅限於點光源，也在一定程度上決定你所拍攝的一切。顯然，如果鏡頭的焦點偏離被攝物體，成像就非常模糊，如果焦點剛好落在被攝物體上、或離被攝物體比較近，圖像就非常銳利。

　　從另一個方面說，模糊圈的大小也與最終照片的尺寸，以及觀看者與照片的距離相關。最終照片放得越大，模糊圈越小，或者說觀看者離照片越近，模糊圈越小。

　　模糊圈到底有多大呢？一般認為，35毫米標準膠片的模糊圈為0.03毫米，也有人認為是更精確的0.025毫米。但是對於數碼相機來說，由於絕大多數數碼相機的成像元件（CCD或CMOS）的尺寸小於35毫米底片。因此，如果將數碼成像和膠片成像放大到同樣大小進行比對，數碼的放大倍率將大於膠片的放大倍率。因此，數碼相機的模糊圈應小於膠片相機。

　　例如，我們已知35毫米底片的模糊圈為0.03毫米。而尼康D2x的裁切係數為1.5，因此，D2x的模糊圈大小為0.03÷1.5=0.02毫米。其它相機可以依此類推。

　　模糊圈越小，對焦就要越精確。因此，如果我們以相同的距離，相同的光圈，拍攝同一個物體的話，數碼的景深將稍小於膠片。

　　但是這裡又會出現一個問題：由於焦距轉換係數的影響，同樣一個鏡頭，在數碼單反上的焦距大於膠片單反。因此拍攝相同的場景時，膠片單反使用的鏡頭實際焦距應大於數碼單反，或者乾脆讓數碼單反往後退一定距離。考慮到長焦的影響，數碼相機的景深會有所增加，增加效果大於由於模糊圈減小造成的景深減少。以下三張照片可說明這問題：

在相同的距離使用數碼單反拍攝。由於裁切係數，照片看上去似乎焦距更近，但是景深較淺

使用數碼單反後退拍攝，拍攝範圍與第一幅圖相同，但是景深更大

總而言之，如果你與被攝物體的距離相同，使用的鏡頭焦距也相同，唯一的區別是膠片和CCD的面積，那麼數碼相機的景深較小，但是相對焦距較長。如果數碼相機使用的鏡頭焦距較小，而使數碼的成像範圍和膠片相同，此時數碼相機成像的景深較大。
曝光時間

　　成像的銳利度，很大程度取決於機身在拍攝的瞬間是否穩定。對於長焦鏡來說，哪怕是極微小的晃動都會被鏡頭放大到無法接受的程度。而廣角鏡頭的拍攝就相對輕鬆得多。

　　很多攝影師都聽過這樣一個經驗公式，在手持拍攝時，曝光時間應該小於焦距的倒數。比如使用200毫米的鏡頭，曝光時間就不應大於1/200秒，這樣才能得到精確成像的照片。但是你有沒有想過，這條來源於膠片時代的公式，在數碼時代是否依然適用？如果你使用18毫米焦距的Nikkor鏡頭，轉換倍率1.5，那麼，最低曝光時間到底是1/18秒，還是1/24秒？還有，「曝光時間＜1/焦距」這個公式的經驗性實在太強。為什麼正好是倒數，而不是0.864/焦距，也不是1.127/焦距？為什麼正好就是1？除了焦距之外，曝光時間肯定還和許多其它參數相關。比如機身和鏡頭的重量，太輕了肯定發抖，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系統的MEGA O.I.S鏡頭，手持拍攝的效果肯定會更好。甚至，最佳曝光時間肯定和攝影師的上半身肌肉是否強壯有極大的關係。一個強壯如施瓦辛格的攝影師，手臂的穩定度肯定強於不足十歲的孩子。

　　事實上，作為一個經驗公式，「曝光時間＜1/焦距」的意義僅僅在於說明焦距和最佳曝光時間的負相關關係。從三角學的角度講，由於手抖造成的相機的角運動，將依鏡頭焦距長度反映為被攝物體的平面運動。同樣是手抖一下，對14mm鏡頭的影響就比200mm鏡頭小得多。這也就是為什麼沒有廠家生產帶防抖功能的廣角鏡的原因。

　　看到這裡，有的朋友可能會認為，在使用相同焦距的鏡頭時，數碼相機的穩定度應該高於膠片相機。如前所述，數碼相機的感應元件面積通常小於標準35毫米膠片，模糊圈也小於膠片。同樣的抖動範圍，在底片上可能難以辨認，如果在CCD/CMOS上，就可能毀滅你整天的勞動成果。

　　但是且慢，要拍攝同樣的照片，數碼相機的鏡頭焦距不是應該短一些嗎？焦距的縮短，同樣會增加最小曝光時間值。不妨用前文的例子分析一下。35mm底片的模糊圈為0.03mm，一台係數為1.5的尼康D2x的模糊圈為0.02mm，膠片相機使用300mm鏡頭，D2x使用200mm鏡頭。在同一個地點拍攝的話，得到的畫面是相同的。此時，兩個係數相互抵消。

　　因此在曝光時間方面，你只需要關心數碼相機「相當於35毫米」的等值焦距。或者乾脆圖個放心，使用三腳架。當然，如果你對自己的二頭肌相當自信，願意向經典公式發起挑戰，那也隨便你。

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