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我对数码单反相机及镜头的感悟

(2009-04-25 18:06:46)
标签:

数字单反镜头

变焦

dslr

aps-c

mtf

镀膜

摄影器材

数码相机

全画幅

分类: 摄影

    最近研究数码单反相机和镜头的感悟。总结如下:

1.成像质量三要素--影像传感器,图像处理器,镜头。其中前两者固化在机身,购买后就没法换了。用户唯一能选择的只有镜头。若按三要素各占1/3权重的话,机身的重要性远大于镜头(2:1)。这点是和胶片时代最大的不同,胶片时代机身和镜头的重要性比重在1:1(镜头的权重可能还高些).另外,数码相机的低通滤镜和相机成像时的光学衍射等现象都会对成像素质产生影响,削弱镜头的作用。因此不必迷信所谓的“神镜”,不是说不好,只不过在整个数字成像系统中镜头不是起决定性作用。

 

2.数码单反一定是配数字镜头,而不是胶片时代的镜头,不管全画幅还是APS画幅。这点从胶片时代就开始玩相机的人很难接受。但事实就是如此,老镜头能用在最新的数码机身上,但也就是“能用”,经典老头的归宿还是胶片机身。就像宾得胶片时代的三公主和135胶片机身是绝配,三饼干和数码机身是绝配。本人没有丝毫贬低经典老头的意思,只是可能不适合数码机身罢了。就我玩音响的经验,匹配是最重要的。小功率胆机和高效率号角或者全频音箱是绝配。大功率晶体管机和多分频低效率的现代音箱是绝配。搞反了当然也能出声音,当然出不了好声。数字时代,受影像传感器表面反光和像素开口率的影像,鬼影,紫边,和暗角等不良现象比胶片时代明显得多。而克服这些只有靠新设计针对数码优化的镜头。数字镜头相对传统镜头有三大特点:

* 针对数码机身优化设计的镀膜工艺

  DSLR的图像传感器对光线的反射相比胶片要强的多。这就要求镜头的后组镜片在消除反光方面比传统镜

  头采取更多措施消除漫反射。传统镜头的后组镜片一般是不镀膜的,而数字镜头必须进行后组镀膜处理以

  降低再反射引起的眩光、鬼影的产生。文章第一节就介绍了佳能、尼康、宾得三大家的镀膜技术。

* 超低色散镜片的大量运用

  相比银盐胶片,数码照片更易受色差的影响,比如紫边(倍率色差)。超低色散镜片可以有效降低色差。

* 更适宜的光学设计

  数字感光元件的表面微结构决定其更适宜直射光成像。这种特性导致数码照片普遍存在画面四周画质不及

  画面中心的现象。全新设计的数码专用镜头可以使入射光以更平行的角度对感光元件进行照射成像。在画

  面的边角成像当然更出色,画面品质的均匀性更好。

 

3.关于全画幅和APS-C画幅

因为感光元件面积比APS-C画幅的大2.3~2.6倍,全画幅的优势:* 高感光度画质

                                                        * 高像素(>2000万)时的高画质

                                                        * 焦外虚化更明显

                                                      * 更大的取景器和五棱镜实现更大的取景成像

小有小的好处,APS-C的优势:* 体积小,重量轻

                           * 长焦(望远)更强大

                           * 价格相对便宜

                           * 理论上,像场越小越容易设计出具有更理想光学品质的镜头。一定程度上

                             弥补小成像元件画质的不足

就个人,不看好全画幅的后市,甭看其现在风光无限。目前用全画幅的大都是图片记者和职业摄影师,不在乎其重量体积,唯画质第一,价格不是主要因素。但是随着莱卡S2,宾得645 Digital,玛米亚在PIE2009展示的645DF等更大、更重、画质更好的120中画幅数码相机陆续出现以及数码后背的持续降价。全画幅的定位有点尴尬,目标客户只剩那些不上不下的所谓摄影器材发烧友。再说大多数的摄影爱好者,全画幅的重量和价格是最大的障碍,APS-C像场绝对是主流选择。少数需要更轻便,长焦更强的可以考虑上奥林巴斯和松下的4/3系统。另外,本人十分看好微4/3系统以及三星的单镜头无反光,由于取消了五棱镜,进一步缩短法兰距,这不久使相机本身,连带镜头的口径都能设计得更为小巧。真正实现高画质的可换镜头口袋机。

 

4.选择变焦镜头注意的问题

* 小比大好

  从成像质量,制造成本考虑,变焦比越小越好。特别对于从广角开始的变焦镜头来说,因为这样的镜头更难设计和制造。只有当镜头的短焦距端视角相当小(即焦距相当长,如70mm以上)时,才能采用3倍或者更大的变焦倍率。

* 快比慢好

  即最大相对孔径越大越好,越容易对焦。

* 简单比复杂好

  与同类型镜头相比,一个镜头的“空气-镜片”接触面越少,轴向反射越少,形成“鬼影”的机会越少,其拍摄效果就越好。这个结论随着多层镀膜的普及已经变得不再重要。详见下面的“ 结论一镜片多的镜头一定比镜片少的要好”。

* 长比短好

  为保证成像质量,变焦镜头前镜片和后镜片的距离应该是长焦距的2倍,也就是说,一个35-70mm镜头,镜筒长度最好是140mm左右。遗憾的是为贪图轻便,好些现代设计的镜头都达不到这个长度。

* 远比近好

  这里的远指最近对焦距离。最近对焦距离(从被摄体到感光平面)应该至少是镜头长端焦距的10倍。一个35-70mm镜头的最近对焦距离只能是0.7m。这时的像物比是1:8,再近时就会产生明显的清晰度下降。现在很多变焦镜头的1:4微距近摄功能其实都是超出光学质量的极限的。 

 

5.器材很重要,但镜头后面的脑袋更重要!

一旦购买以后,除了熟悉用好手中的器材外,要把时间花在真正的“摄影”上面。有什么镜头拍什么照片要比更换镜头更重要!拍出好照片才是王道。相对摄影艺术,器材就显得微不足道了。


 

    最后总结一下好镜头(包括传统镜头和数字镜头)的标准。举个音响的例子,好功放的标准是什么?客观上有三大技术指标(信噪比,动态范围,频率响应),主观上当然是耳朵收货--实听。三大指标优秀的不一定是好功放,但好功放的三大指标一定不差。与之类似,评价镜头的客观指标是MTF图表。有些人不屑MTF图表,只相信实拍比较,我觉得不可取。一只设计完美的镜头的MTF曲线值一定是高的,但是MTF值高的镜头却并不一定是好镜头。它可能是通过增加镜片等简单手段达到折中的优化设计,也可能是厂家利用公布的中等分辨率(30lp/mm)的MTF曲线结果,而牺牲高分辨率(大于40lp/mm)的MTF值(可以理解为明锐度)和反差再现能力。以下结论完全基于镜头厂家提供的MTF曲线对比后的结果,比较对象是弧矢(径向)30lp/mm在最佳光圈下的MTF曲线与横轴,纵轴以及右侧边线所包围的面积。由于场像面积/半径不同,结论只适用同种镜头之间,不能用135镜头与120镜头比,也不能用135镜头与APS-C尺寸的数码镜头比。以下是结论:

 

    结论一镜片多的镜头一定比镜片少的要好。

    焦距与相对孔径相同的两个镜头,透镜片数多的镜头像差小,成像质量高。

    一款镜头在没有噪点最佳设计方案之前,增加镜片数量是唯一可行的办法。当然此处的镜片多少指相同焦距或相同的变焦范围而言。以前每一个镜片表面需要计算200条光路,一个6片4组的双高斯对成型镜头需要运算3000条光路。现在的大范围变焦镜头,十几个镜片很常见,10的99次方的运算量,即使是联网的大型机也搞不定如此的海量计算。在有限的经费和时间下,最简单的方法就是增加镜片来消除像差。设计者的任务是寻求各种像差的最佳平衡,更多的镜片设计意味着设计者可以更大程度上控制像差,更多镜片意味着计算量的增加。但这也比寻找最佳设计方案的时间要短,在设计人员没有找到最佳设计方案之前(也许永远找不到)增加镜片数量就可以使镜头的MTF曲线变得漂亮。现代多层镀膜(如宾得的SMC,及最新的ABC)的发展使得使得镜片的增加成为可能,但镜片数量的增加也不是没有限度的,都是基于以前设计方案基础上的增加。未来随着镜头口径的增大,变焦比的增加,都会带来镜片数量的增加,同时带来影像质量的改善。

 

    结论二孔径大的镜头也一定比孔径小的要好。

    大相对孔径镜头的设计严谨,像散,畸变等像差较小。在开到同等光圈(如F11)时解析力,照度均匀性均优于同等的小相对孔径镜头。在最佳光圈附近孔径大的镜头要比孔径小的好很多。

 

    结论三长焦镜头的成像质量一定比广角镜头要好。

    由于焦距造成的成像质量差别是非常明显的,几乎所有镜头都是焦距相对长的长焦端相对短焦距端的成像质量好,且此趋势日益明显。这是一个比较普遍的规律。包括三方面:

*在变焦镜头中,焦距相对比较长的一端比焦距短的一端成像质量好

*在变焦镜头中,焦距相对比较长的镜头要比焦距短的镜头成像质量好

*在定焦镜头中,焦距相对比较长的镜头要比焦距短的镜头成像质量好。且长焦镜头>(优于)标准镜头>广角镜头>超广角镜头,但是超长焦镜头并不比长焦镜头好。

    这一点很好解释。镜头的像差主要有6种,球差,彗差,色差,像散,还有对MTF值影响不大的场曲和畸变。球差和彗差主要发生在广角或者短焦距镜头,球差可以通过非球面镜片校正。色差主要发生在长焦距镜头,可以通过增加超低色散镜片改善。对于彗差和像散的解决方法不多,只能在设计时尽量减小。这样对于长焦距镜头的困扰就只有像散;而对于广角镜头是像散和彗差两种。其中彗差的影响相对较大,使得焦距短的镜头在像场边缘的成像质量明显下降,而长焦距镜头使用的是像场相对比较中央的地方,或者从另一角度长焦距镜头都是利用了更加接近光轴的光线成像。在光学设计中,“近轴光学”在成像原理上要简单的多。

 

    结论四标准镜头在定焦镜头中成像质量并不是最好

    尽管标准镜头是最古老的镜头,经过近百年的发展和完善,但是标准镜头不可以完全避免球差又不可以完全避免色差,或者说标准镜头还不是更接近“近轴光学”。标头的意义在于接近人眼的视角和大光圈而非成像质量。

 

 

数字镜头

我对数码单反相机及镜头的感悟

传统镜头家族

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