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基础知识 系统了解镜头原理(上)

分类:摄影课堂 - 新手入门 创建:2018-03-11 07:00:00 人气:354 字体:     来源:搜狐   作者:未知   编辑:小龙   收藏  

按了好几年快门,拍了那么多照片,回头来看,还是得问问自己,关于摄影的原理,你又真正掌握了呢?你真的懂你手中的镜头吗?它是否真正成为你创作好帮手了呢?要知道理论基础决定上层建筑,透彻的了解了摄影的基础知识,有助于充分发挥手中万元设备的价值,下面,就给大家系统的介绍一下镜头的原理,耐心的看过之后,你一定会有收获。


从针孔到镜头


光的反射和发散时而像射线时而像波浪。从任何场景中的所有点发出或反射的光线都散向四面八方。影像的形成,并不需要从一个点或一个物体反射出的全部的光,而需要从中有所选择。

当一个物体反射的光遇到一个带有小针孔的阻挡物时,如下图所示,从每个点传出的光大部分遇到阻挡发生偏转。少量从物体处反射的光线通过针孔并以直线传播,当它们到达一个平面(像是相机背部的胶片)上时,将会形成一个图像。图像将旋转颠倒。拍摄对象顶部的一切出现在图像的底部,底部的一切出现在图像的顶部。同样,原本在左边的出现在右边,原本在右边的出现在左边。



为了达到这样的画面效果,相机的透镜被替换为一个被微小的针孔刺穿的薄金属圆盘,大小相当于f/182的光圈。光从主体发出,每个点只有少数光线通过微小的开口,形成一个柔和的相对清晰的照片。因为针孔的尺寸小,所以曝光时间达到6 秒。

使用针孔作为镜头的弊端在于其微小的开口。它只能允许极少量的光线通过,以致于要想在胶片或传感器上形成影像需要非常长时间的曝光。如果小孔被放大,曝光时间会变短,但同时图像也会变得不够清晰,如下图所示。



当针孔的大小增加至f/65,结果是只需要1/5 秒的曝光,但是图像会极度失焦。较大的孔让主体上的点发出的光线更多的通过。这些射线在到达感光表面之前广泛传播,使光线圈彼此重叠,形成一个非常不清晰的图像。

针孔虽小,仍能允许小簇光线通过。这些光线从细微不同的角度产生,通过小孔继续在细微不同的方向上传播。因为它们发散出来,所以当它们接触一个表面(如胶片)时,从被摄主体某个点发出的射线形成一个微小的,模糊的圆形,而不是一个点。当孔的大小增加,更大簇的光线通过胶片或传感器,形成一个更大更模糊的圆圈。这些圆圈相互重叠,使得每个圆圈变得更大,画面也变得更模糊。

镜头将通过一个相对较短的曝光形成一个清晰的图像。为了获得清晰的照片,一个小点的形象也应该是一个小点。但摄像机上的针孔是无法实现这一点的。即使是再微小的开口,允许少量光通过,进行较长时间的曝光,也不会形成一个非常清晰的影像。为了让更多的光通过,并形成清晰的画面,相比做出最小的针孔,我们需要不同的方法。这就是镜头所提供给我们的。



这次,用一个光圈f/16的简单凸透镜,画面比用较小针孔拍摄的更清晰,并且曝光时间要短得多,仅为1/100 秒。镜头打开时比针孔大很多,能让更多的光线通过,它能使拍摄对象各个点发出的射线精确地聚焦,进而使照片显得非常清晰。

一个复合镜头,如下图所示 ,通常是由六个或八个单独的镜头组成。每个透镜被添加以纠正一些像差(聚焦缺陷)。此镜头六个元件被分成四组。每个元件是一个两面都弯曲或一面弯曲一面平滑的简单透镜。每组可能由一个单独的元件构成,例如(a)或(d),或者它可以是胶合在一起的两个或多个元件,如(b)和(c)所示。



镜头像差在数学上是可以预测的,其中的一些明显缺陷可以在照片形成后被数字性去除,但使用一个精心设计的镜头永远是好的开始。

大多数的摄影镜头都采用凸透镜。凸透镜中间厚边缘薄,它从透镜前面的物体上的任何一个点收集大量的光线,并进行折射或弯曲,使它们彼此靠近,最终在透镜后汇集到相应的单点(图解见下图)。画面中的每一点(物点)对应透镜后面的一个点(像点)。相机中的胶片条被伸平(或者有一台平的数字式传感器)在图像平面上,有时也被称为胶片平面。场景中相应物体平面上所有的点都将汇聚到该表面上,因此拍摄在该平面上的图像将变得清晰。


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