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实战摄影笔记——如何控制控制相机的拍摄范围和根据拍摄范围估算摄距,变焦与对焦的应用

时间:2018-10-22    点击: 次    来源:摄影教程    作者:摄影技巧 - 小 + 大


& 认真记笔记!



摄影笔记I



      首先要特别注意,任何时候都不能将拍摄范围的大小、感光面积的大小、冲印照片的大小这三个概念相混淆。

      下图列出了1寸到30寸照片的尺寸及对比示意图。

 

      照片都是由底片洗出来的,照片的尺寸相同,并不意味着底片的尺寸也相同。所有底片都可以冲洗任何尺寸的照片,只是清晰度不同罢了。进入数码时代以后,胶片时代的底片变成了CCD、CMOS等感光器件。

      通常所说的135相机是目前市场上销售量最大的相机。在胶片时代,135相机的胶片画幅是宽36mm×高24mm,算上高度和上下的方型齿孔总高度是35mm,因而被称作“35mm胶片”。“35mm相机”指的是使用35mm胶片的相机。“135”则是这种规格胶卷的商品编号,柯达于1935年正式推出135柯达彩色胶卷。135的那个1是指有别于可重复使用暗盒的一次性暗盒,135胶卷的完整定义则为“采用一次性暗盒的35mm胶片”。采用这种胶卷的相机又被称为“135相机”。

      感光器件的尺寸规格又叫做画幅。下图中包含了8种画幅(放大4倍,不包括大、中画幅)。全画幅就是135胶片的规格。全画幅与较小画幅边长(或对角线长)之比叫做画幅转换系数。      

      

      拍摄范围的大小就是看有多少景物能被拍进照片。控制相机拍摄范围的方法有3种,先来看第一种(见下图)。不用调整相机的参数,只需向前走几步或者向后退几步。通常摄距和物距是一个概念。显然,如果摄距加倍,那么被摄区域的宽度也加倍(注意:被摄区域的高度也同时加倍,因而被摄区域的面积是原来的4倍 ——→联想“田”字)。此时视角不变。    

 

      下面是简单的推导。

 

      再来看第二种方法(见下图)。换用一套感光器件规格不同的摄影系统。为简单起见,令像距 = 焦距(在拍无限远的物体时),且保持不变。显然,如果感光器件的宽度加倍,那么被摄区域的宽度也加倍(注意:被摄区域的高度也同时加倍,因而被摄区域的面积是原来的4倍——→联想“田”字)。此时视角变大。

 

      下面是简单的推导。

 

      第三种方法(见下图)。改变镜头焦距。 如果镜头的焦距缩短一半,那么被摄区域的宽度加倍(注意:被摄区域的高度也同时加倍,因而被摄区域的面积是原来的4倍 ——→联想“田”字)。此时视角变大。

 

      下面是简单的推导。

 
      上面提到过的视角是有效视角,最大不能超过镜头的视角。每支镜头的焦距和视角都是为特定规格的感光器件设计的,如果把一些APS-C画幅的镜头拧到全幅机身上就有可能拍出四角失光的照片。下面来看看镜头焦距与其视角之间的关系。下图列出了135镜头的焦距与视角之间的对应关系。
 

      根据上图的数据绘出下面的曲线图。可以清楚地看出,镜头的焦距与其视角之间并不是线性关系。随着焦距的增加,视角减小的速度会减慢。






摄影笔记II


       

        




    上述结论在k-m上的应用。

 

      最后来看看透视关系。

      在平面画幅上根据一定原理,用线条来显示物体的空间位置、轮廓和投影即为透视。它可以在平面上再现空间感和立体感。达芬奇在绘画时曾经使用过透视法。日常生活中经常提及的“近大远小”现象正是透视关系的体现。透视学发端于绘画,它的基本原理是,在画者和被画物体之间假想一面玻璃,固定住眼睛的位置(用一只眼睛看),连接物体的关键点与眼睛形成视线,再相交于假想的玻璃,在玻璃上呈现的各个点的位置就是要画的三维物体在二维平面上的点的位置。这些点的位置只会随拍摄距离的变化而改变,镜头焦距和感光面积都产生不了任何作用,即透视关系只由摄距决定。

 

      为什么有些人觉得是焦距改变了透视关系呢?原因就在于他的前提是保证拍摄范围相同,所以在改变焦距的同时也改变了摄距,透视关系自然也发生了变化。综合笔记(一)的相关结论,可知:拍摄同样范围的画面,如果焦距翻倍,则摄距也要翻倍。此时,透视关系发生了变化。如果改变焦距,不改变摄距,则拍摄范围就会改变。但此时的透视关系并没有发生变化,因为从眼睛到任意物体关键点的连线没有任何改变。可以把范围较小的画面理解为从大范围画面上截取下的一部分,它们是可以重合的;如果摄距不同,就不能这样理解,因为它们的透视关系不同,不能重合。所以说,透视关系的改变并非由焦距决定,而是由摄距决定的。


摄影笔记III


● 变焦——改变焦距。

 

      按照焦距的长短,镜头可以分为以下几种:

      1、焦距接近或等于感光器件对角线长度的镜头叫做标准镜头,简称标头。这类镜头拍出的景物与人眼观看的效果相近,显得特别亲切、自然。对于135相机而言,40-60mm的镜头都可以称为标头(一般50mm镜头居多)。43mm镜头是最标准的标头,因为它最接近感光器件的对角线长度。

leica r50/2

 

 

      2、焦距短于、视角大于标头的镜头叫做广角镜头。对于135相机而言,焦距在30mm左右、视角在70°左右的镜头就是广角镜头;焦距小于22mm、视角大于90°的镜头称为超广角镜头。有一类极端的超广角镜头,对于135相机而言,焦距在16mm以下、视角在180°左右的镜头就叫做鱼眼镜头。由于跟鱼的视角相近,拍出的照片别有趣味。

 

s-m-c takumar 24/3.5

 

 

      3、焦距长于、视角小于标头的镜头叫做远摄镜头。对于135相机而言,焦距在200mm左右、视角在12°左右的镜头就是远摄镜头,又叫长焦镜头;焦距大于300mm、视角小于8°的镜头称为超远摄镜头。焦距在85-135mm之间的镜头常被称为中焦镜头,特别适合拍摄人像特写。

 

s-m-c takumar 200/4

 

 

      焦距是镜头的物理属性。有些镜头的焦距不能改变,这就是定焦镜头,其视角固定不变;而有些镜头的焦距是可以改变的,叫做变焦镜头,其视角随着焦距的变化而改变。

 

      变焦镜头的焦距都有一个变化范围,称作焦段,其最大焦距与最小焦距之比就是变焦倍数。显然,对于变焦倍数相同的镜头来说,最小焦距的差异会导致变焦范围的不同。比如两支同样是10倍变焦的镜头,其中一支的焦段是24-240mm,另一支是30-300mm,前者相差216mm,而后者却是270mm,前者因为有更短的焦段,所以更适合拍摄大范围的场景,后者因为有更长的焦段,所以更适合拍摄远处的景物。

 

      变焦时镜头长度不变的镜头叫内变焦镜头,长度改变的就是外变焦镜头(见下图)。很多“外变焦”的数码相机尤其是高倍数的镜头,由于要伸出机身很长一段,一旦在开机时发生磕碰很容易碰坏镜头,而“内变焦”相机则基本不需担心这样的情况发生。由于镜筒长度固定不变,可以非常方便地进行密封处理,所以密封性会更好。

 

 

      依靠光学镜头结构来实现变焦叫做光学变焦。从原有图像上截取出一部分进行插值放大就是数码变焦,照片会给人一种视角变小的假象,好像使用了更长焦距镜头的错觉。实际上镜头的焦距并没有改变。

 

        

● 下面来说对焦——对准焦点。

 

      对焦、聚焦、调焦说的都是一个事:改变像距(也就是镜头光心到底片平面的距离)以便在底片上获得清晰成像的调节过程。

      强调一下,镜头的光心到底片平面的距离并不一定等于镜头焦距,不管是定焦还是变焦镜头。原因如下:

      根据透镜的成像原理(见下图),随着物体与透镜之间距离(物距)的变小,像距不断变大。

      1、物距为无穷大时像距最小,等于焦距,此时的像只是一个点;

      2、物距逐渐减小,但仍大于2倍焦距时,像距在焦距与2倍焦距之间,且像比物小;

      3、当物距等于2倍焦距时,像距也是2倍焦距,此时像和物的大小相同;

      4、物距在焦距与2倍焦距之间时,像距大于2倍焦距,且像比物大;

      5、物距小于等于焦距时,都形不成实像。

      可见,物距越小(同时像距越大),则像就越大。

 

 

      像在屏上(相机的底片或者感光器件)总有一个最清晰的位置,这是光线会聚的位置,无数个点构成了一个平面,这就是焦平面。焦平面以外的地方叫焦外,焦平面以内的地方叫焦内。如果感光器件恰好处在焦平面内,就能够得到被摄主体清晰的照片,此时就叫合焦,否则就会失焦。当感光器件不在焦平面内时,显然我们通常不会改变相机或者物体的位置,而是通过改变镜头光心的位置来寻找合适的物距、像距组合,使感光器件恰好处在焦平面内——这也就是对焦的过程。

 

      凭借自己的眼睛观察,同时用手转动对焦环进行对焦就是手动对焦;利用相机程序,使其自动处理信号,并带动电动对焦装置进行对焦的方式叫自动对焦。

 

      镜筒的长度不变,依靠调整内部的光学玻璃进行对焦的方式叫内对焦;通过改变镜筒长度来对焦的方式就是外对焦。这里要注意与内、外变焦概念上的区别。

 

      对焦距离是指合焦时,物体到焦平面的距离(物距+像距)。最近对焦距离指的是镜头能够合焦时的最短的对焦距离。当对焦距离比最近对焦距离更小时,镜头就不能合焦(不能使从该距离入射的光线在焦平面会聚)。通常镜头上都会标出最近对焦距离(见下图)。

 

 

      下面来看个相关的参数,镜头的放大倍率(某个焦距下):

 

      每支镜头通常都会标称“最大放大倍率”,即在最大焦距(定焦镜头恒定)、最近对焦距离下的放大倍率。比如1:5或0.2X。可以说,镜头的最大放大倍率比的就是同焦距镜头的最近对焦距离,也就是近射能力。

大多数相机镜头的放大倍率是小于1的,物距都会大于像距,也就是说成像都是缩小的。但有些微距镜头可以达到甚至超过1:1。

 

      下图表明了镜头焦距、感光面积、摄距分别对放大倍率的影响:

      ① 是在初始条件下拍摄照片,起对比作用;

      ② 在摄距固定的前提下(透视关系不发生变化),若感光面积不变,则随着镜头焦距的增加,物体的成像也将变大,因此放大倍率变大,但这是以牺牲拍摄范围为代价的;

      ③ 若镜头焦距、摄距不变,则随着感光面积的增大,能够拍到的景物范围随之变大,而成像大小却没有任何变化,即放大倍率不变;

      ④ 而当只有摄距变小时,拍摄范围变小,被摄物体的像却变大了,放大倍率也变大了,同时透视关系也发生了变化。

 

 

      最后来看看相机是如何自动对焦的。

 

      自动对焦可以分成两大类:一类是基于镜头与被拍摄目标之间距离测量的测距自动对焦,另一类是基于对焦屏上成像清晰的聚焦检测自动对焦。

      1、测距自动对焦

      测距自动对焦主要有红外线测距法和超声波测距法。

      红外线测距自动对焦:该方法的原理是由照相机主动发射红外线作为测距光源,并由红外发光二极管间构成的几何关系,计算出对焦距离。

      超声波测距自动对焦:该方法是根据超声波在数码相机和被摄物之间传播的时间进行测距的。数码相机上分别装有超声波的发射和接收装置,工作时由超声振动发生器发出持续超声波,超声波到达被摄体后,立即返回被接收器感知,然后由集成电路根据超声波的往返时间来计算确定对焦距离。

      红外线式和超声波式自动对焦是利用主动发射光波或声波进行测距的,称之为主动式自动对焦。由于是相机主动发出光或波,所以可以在低反差、弱光线下对焦。但对斜面、光滑面、亮度大、远距离以及透过玻璃或能吸收光或波的被摄体对焦困难。这是由于发出的光被反射到其它方向,或达不到被摄体所致。主动式.对细线条的被摄体,对动体都能自动对焦。

      2、聚焦检测自动对焦

      聚焦检测自动对焦主要有反差式和相位式。

      反差检测自动对焦:通常,合焦的照片会比失焦的照片明暗对比更加强烈,也就是反差更大。实际应用中,是取一个区域里最高亮度和最低亮度之差(对比度)来对反差进行量化。

下图说明了反差检测式对焦的工作过程。当对焦准确时,对焦区域的对比度最高;反之,对焦区域的对比度就较低。自动对焦系统含一个判定某区域中影像对比度的算法,从计算出的对比度决定移动镜头的方向,直到对比度最高为止。通俗的说,反差检测自动对焦系统是通过镜片往返移动,寻找最清晰时刻,这很像手动对焦。

 

      过程分解:

 

 

      相位检测自动对焦:拆下单反相机镜头观察反光镜,会发现里面有两块反光玻璃,主镜中心部位是透明的,可以看到后面的辅镜。主镜与辅镜一起将镜头成像光线投射至毛玻璃,继而进入光学取景器,辅镜会反射一部分光线到达镜室底部相位检测自动对焦模块(见下图)。

 

 

      模块中有两个小透镜(分光镜)、各自撷取在对焦点区域两边影像的小部份,再投射到分成两组的CCD数组上。概念上这两个小透镜的位置在感光芯片后方,它们把撷取到的影像在CCD数组上聚焦(见下图)。如果镜头对焦准确,这两个重新聚焦的像会在各自CCD数组中央(图中黑线),两者之间(预先知道)的距离是对焦准确时的相位(phase)。但若镜头成像位置在感光芯片前方(图中蓝线),CCD上像之间的距离比较近,也就是相位比较短;反之,但若镜头成像位置在感光芯片后方(图中红线),CCD上两个像之间的距离比较远,也就是相位比较长。所以,从比较准焦相位和非准焦相位之间的差异,就可以算出镜头对焦时的移动方向和距离,再向镜头下达移动的指令、一次把镜头放到定位,从而对焦成功。

 

 

      打个比方,这两个分光镜就像是一面墙上的两扇小窗户,图中两个黄色区域分别并排站着几个人。当墙外的物体距离很远时,两排人中靠内侧的人可以看见物体,而靠外侧的人由于视角的缘故就看不到了;同理,当墙外的物体距离很近时,两排人中靠外侧的人可以看见物体,而靠内侧的人就会看不到。

      现代相位检测对焦系统中的传感器部分比上面的要复杂很多,一般是组合多个不同方向的线性传感器,形成多方向的检测。这些多出硬件部分无疑增加成本,结构也更复杂。

      相比反差式的需要来回多次“错过”准确焦点的位置来对焦的方式,相位式对焦在一开始的时候就可以通过相位检测的信号来判断当前的焦点位置是靠前还是靠后。并且准确地告诉镜头驱动模块,应该将镜片向哪个方向移动。而且在准确焦点位置的时候,相位检测系统可以准确地知道当前已经处于合焦状态。不需要再重复来回移动对焦镜片组。所以在速度上会比反差式对焦快很多。

      简单来说,相位检测对焦更快但是对光线要求较高,反差检测对焦结构简单、硬件少、光线要求低但会“犹豫”、对焦慢。两者各有其优势。

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