干货解读:搞清楚镜头的衍射现象,为锐度获取最佳权衡

体育        2019-08-10   来源:花姐谈往事
干货解读:搞清楚镜头的衍射现象,为锐度获取最佳权衡

干货解读:搞清楚镜头的衍射现象,为锐度获取最佳权衡

风景摄影师往往偏爱使用小光圈,因为这会获得非常大的景深。

然而,光圈较小也会带来一些问题,比如镜头将出现衍射现象。发生这种情况的原因是基于物理中光学的一个特性,简而言之,随着光圈变得越来越小,光波会越来越多地扩散并彼此干扰。这会导致照片的细节变得模糊。

然而,这种解释过于简单,且对于初学摄影的人来说仍然会感到非常困惑。究竟是什么导致衍射?衍射在什么时候开始模糊你的照片?你能做些什么来阻止衍射?所有这些问题的答案将在下文进行详细解释。

什么是衍射现象?

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衍射完全与光学物理有关。光波可以相互干扰。当光线通过一个小的开口时,如镜头。这种现象尤其明显。

为了使这个概念更加形象化,想象一下将一颗鹅卵石扔进池塘所产生的涟漪。这些波呈同心圆展开,如上图所示。

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如果有一道屏障挡住这些波,它们的运动就会停止。然而,如果屏障上有一个小开孔,水就可以通过它,那么会产生什么样的图案呢?

形成的图案来自于波浪在拐角处的弯曲。这些波互相撞击,相互抵消,这就是所谓的破坏性干涉。在一些区域,波叠加在一起,产生了建设性的干扰。我们会看到,额外的图案在侧面形成了。

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这些图案是由屏障上的孔径大小决定的。一个小孔径会导致更大的扩散,上面的插图应该表明它具有的逻辑意义。基本上,较大的孔径允许波通过而没有太多干扰。由于没有受到特别的干扰,它们沿着相对直的路径朝向水池边缘。

当您了解了这个逻辑,基本上也就明白了光的衍射概念。

什么是摄影衍射?

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衍射在物理学中很重要,在摄影中也同样重要,但是它如何影响你的拍摄呢?

当我们讨论屏障上的小孔和大孔时,我们可以很容易地把它们联系成镜头光圈的大小,它们的原理是一样的。

当光线进入镜头并附着在传感器上时,它看起来就像上面这个艾里斑,这是衍射图样的外观。

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中央区域是最亮的,对你的照片有最大的影响。我们可以很容易地看出为什么艾里斑会使我们的图像失去清晰度,因为一个小光圈使光波散开。也正如我们之前所说的较小的孔径,艾里斑变得大得多。

现在,想想你的照片中的任何场景都是由成千上万个这样的小光源组成的。每一束光都通过小光圈照射到传感器上。

实际情况是,这些艾里斑开始重叠,导致图像更加模糊。

相机像素的高低对衍射影响

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通过查看上面的例子,也引出了一个问题,如果传感器上的像素更大,衍射会不会有所缓解。

事实上,这是完全正确的。具有相同传感器尺寸的相机在相同的光圈下,由于像素的密度不同,所产生的衍射也不同。

于是我们找来了较早的佳能1100D 1200万像素的APS-C画幅相机,我们发现它的衍射现象出现在f/11处。当使用同为APS-C画幅具有2400万像素的佳能80D时,我可以在f/8处发现衍射。为了找出衍射对相机的影响,你需要亲自测试它。

但是您要知道的是,高分辨率传感器总是比同等尺寸的低分辨率传感器捕获更多的细节,即使是较小的光圈。

为了获得最好的锐度,你需要注意光圈小于f/8所带来的影响。对于您的相机,您需要测试衍射的边界。

不同的传感器尺寸对衍射的影响

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我们需要回答另一个问题。残幅相机比全画幅有更多的衍射吗?

我们所知道的是,在任何特定的光圈下,艾里斑的物理大小总是相同的。这与传感器的大小无关,因为它只取决于使用的光圈。

如果我使用相同的镜头在全画幅或残幅,艾里斑的大小在同光圈下仍是相同的。但问题的实质是艾里斑在残画幅相机比全画幅相机中所占的比例更大。

不出所料,额外的衍射量与裁切系数相同。如果您的残画幅传感器裁切系数是1.5倍,相同倍数的光圈等效于全画幅的衍射。

例如,残画幅传感器上f/11的衍射效果,相当于全画幅传感器上的f/16。

镜头衍射和景深的关系

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镜头的衍射降低了照片在小光圈处的清晰度。同时,使用较小的光圈可以增加景深。

正如你所看到的,f/22图像有更多的场景处于焦点。如果你想让被摄体清晰,那么你就需要一个较小的光圈。

然而,这就是它变得棘手的地方。放大后,我们可以看到f/5.6图像明显更清晰。

但是这并不意味着你应该在f/5.6拍摄每一个场景。有时候你想要更大的景深,锐度的轻微降低是值得的,因为你可以看到更多的场景。

找到最锐利的光圈

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你的镜头的每一个光圈都有衍射,但是在大光圈下,比如f/2.8,艾里斑比传感器或照片中的像素小得多,这意味着衍射不会在大光圈上被发现。

这并不意味着在任何镜头上,大光圈都是最锐利的。

例如,我的85mm f/1.4镜头,光圈在f/4的时候中心是最锐利的,下面你可以看到测试图表。

为什么峰值是f/4而不是f/1.4呢?

干货解读:搞清楚镜头的衍射现象,为锐度获取最佳权衡

在较大的光圈中,更多的光通过镜头的边缘。由于镜头只有中心是最正确的区域,大光圈下导致镜头的边缘降低了整个图像的清晰度。

更小的光圈实际上阻挡了通过镜头边缘的光线,提高了图像的清晰度。

这种效果,与镜头衍射造成的锐度下降相平衡,这就是f/4比最大光圈f/1.4具有更高锐度的原因。

其实根据拍摄对象的不同,你可能更喜欢锐利的边缘,而不是尽可能锐利的中心。

如何才能避免衍射

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现在你已经了解了镜头的衍射,是时候知道如何避免它了,简单的回答就是无法避免。

各种衍射,都是物理的结果,不管你做什么,你的图像都会被剥夺其锐度。

唯一的方法就是使用较大的光圈。如果你需要最清晰的照片,不要直接去使用f/22,先尝试f/5.6到f/8。

尝试通过后处理来提升锐度也是可以的。但是它不会消除衍射效果,这仅仅是改善图像的方法。

我们通常使用卷积工具来校正衍射,这是目前最佳的方法,这也是NASA用来增加哈勃望远镜拍摄图像清晰度的方法。

注意事项:

  • 波长较大的光比波长较短的光更易衍射。
  • 在相同光圈下,红光比蓝光的艾里斑更大。
  • 相机传感器上的像素不能探测到相同波长的光,绿色敏感像素的数量是红色或蓝色敏感像素的两倍。
  • 在我们的例子中,艾里斑是实际情况的简化版本。我们把它们画成完美的圆圈,而大多数镜头光圈有不同数量的叶片,所以这不是完美的圆圈。

结语

衍射看起来像是一个不寻常的话题。然而,它的效果在你的照片中是清晰而重要的,在你拍照时它们非常值得考虑。特别是对于景观和建筑摄影师或任何想要拍摄大景深的锐利照片的人,重要的是要理解以小光圈拍摄的权衡。

您的所有照片都会出现衍射,如果您不小心,它可能会从您喜欢的图像中消除一些锐度。

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