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攝影基礎知識:鏡頭原理
按了好幾年快門(mén)，拍了那么多照片，回頭來(lái)看，還是得問(wèn)問(wèn)自己，關(guān)于攝影的原理，你又真正掌握了呢?你真的懂你手中的鏡頭嗎?它是否真正成為你創(chuàng )作好幫手了呢?要知道理論基礎決定上層建筑，透徹的了解了攝影的基礎知識，有助于充分發(fā)揮手中萬(wàn)元設備的價(jià)值，下面，就給大家系統的介紹一下鏡頭的原理，耐心的看過(guò)之后，你一定會(huì )有收獲。
從針孔到鏡頭
光的反射和發(fā)散時(shí)而像射線(xiàn)時(shí)而像波浪。從任何場(chǎng)景中的所有點(diǎn)發(fā)出或反射的光線(xiàn)都散向四面八方。影像的形成，并不需要從一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)物體反射出的全部的光，而需要從中有所選擇。
當一個(gè)物體反射的光遇到一個(gè)帶有小針孔的阻擋物時(shí)，如下圖所示，從每個(gè)點(diǎn)傳出的光大部分遇到阻擋發(fā)生偏轉。少量從物體處反射的光線(xiàn)通過(guò)針孔并以直線(xiàn)傳播，當它們到達一個(gè)平面(像是相機背部的膠片)上時(shí)，將會(huì )形成一個(gè)圖像。圖像將旋轉顛倒。拍攝對象頂部的一切出現在圖像的底部，底部的一切出現在圖像的頂部。同樣，原本在左邊的出現在右邊，原本在右邊的出現在左邊。
為了達到這樣的畫(huà)面效果，相機的透鏡被替換為一個(gè)被微小的針孔刺穿的薄金屬圓盤(pán)，大小相當于f/182 的光圈。光從主體發(fā)出，每個(gè)點(diǎn)只有少數光線(xiàn)通過(guò)微小的開(kāi)口，形成一個(gè)柔和的相對清晰的照片。因為針孔的尺寸小，所以曝光時(shí)間達到6 秒。
使用針孔作為鏡頭的弊端在于其微小的開(kāi)口。它只能允許極少量的光線(xiàn)通過(guò)，以致于要想在膠片或傳感器上形成影像需要非常長(cháng)時(shí)間的曝光。如果小孔被放大，曝光時(shí)間會(huì )變短，但同時(shí)圖像也會(huì )變得不夠清晰。
當針孔的大小增加至f/65，結果是只需要1/5 秒的曝光，但是圖像會(huì )極度失焦。較大的孔讓主體上的點(diǎn)發(fā)出的光線(xiàn)更多的通過(guò)。這些射線(xiàn)在到達感光表面之前廣泛傳播，使光線(xiàn)圈彼此重疊，形成一個(gè)非常不清晰的圖像。
針孔雖小，仍能允許小簇光線(xiàn)通過(guò)。這些光線(xiàn)從細微不同的角度產(chǎn)生，通過(guò)小孔繼續在細微不同的方向上傳播。因為它們發(fā)散出來(lái)，所以當它們接觸一個(gè)表面(如膠片)時(shí)，從被攝主體某個(gè)點(diǎn)發(fā)出的射線(xiàn)形成一個(gè)微小的，模糊的圓形，而不是一個(gè)點(diǎn)。當孔的大小增加，更大簇的光線(xiàn)通過(guò)膠片或傳感器，形成一個(gè)更大更模糊的圓圈。這些圓圈相互重疊，使得每個(gè)圓圈變得更大，畫(huà)面也變得更模糊。
鏡頭將通過(guò)一個(gè)相對較短的曝光形成一個(gè)清晰的圖像。為了獲得清晰的照片，一個(gè)小點(diǎn)的形象也應該是一個(gè)小點(diǎn)。但攝像機上的針孔是無(wú)法實(shí)現這一點(diǎn)的。即使是再微小的開(kāi)口，允許少量光通過(guò)，進(jìn)行較長(cháng)時(shí)間的曝光，也不會(huì )形成一個(gè)非常清晰的影像。為了讓更多的光通過(guò)，并形成清晰的畫(huà)面，相比做出最小的針孔，我們需要不同的方法。這就是鏡頭所提供給我們的。
這次，用一個(gè)光圈f/16 的簡(jiǎn)單凸透鏡，畫(huà)面比用較小針孔拍攝的更清晰，并且曝光時(shí)間要短得多，僅為1/100 秒。鏡頭打開(kāi)時(shí)比針孔大很多，能讓更多的光線(xiàn)通過(guò)，它能使拍攝對象各個(gè)點(diǎn)發(fā)出的射線(xiàn)精確地聚焦，進(jìn)而使照片顯得非常清晰。
一個(gè)復合鏡頭，通常是由六個(gè)或八個(gè)單獨的鏡頭組成。每個(gè)透鏡被添加以糾正一些像差(聚焦缺陷)。此鏡頭六個(gè)元件被分成四組。每個(gè)元件是一個(gè)兩面都彎曲或一面彎曲一面平滑的簡(jiǎn)單透鏡。每組可能由一個(gè)單獨的元件構成或者它可以是膠合在一起的兩個(gè)或多個(gè)元件。
鏡頭像差在數學(xué)上是可以預測的，其中的一些明顯缺陷可以在照片形成后被數字性去除，但使用一個(gè)精心設計的鏡頭永遠是好的開(kāi)始。
大多數的攝影鏡頭都采用凸透鏡。凸透鏡中間厚邊緣薄，它從透鏡前面的物體上的任何一個(gè)點(diǎn)收集大量的光線(xiàn)，并進(jìn)行折射或彎曲，使它們彼此靠近，最終在透鏡后匯集到相應的單點(diǎn)畫(huà)面中的每一點(diǎn)(物點(diǎn))對應透鏡后面的一個(gè)點(diǎn)(像點(diǎn))。相機中的膠片條被伸平(或者有一臺平的數字式傳感器)在圖像平面上，有時(shí)也被稱(chēng)為膠片平面。場(chǎng)景中相應物體平面上所有的點(diǎn)都將匯聚到該表面上，因此拍攝在該平面上的圖像將變得清晰。
光線(xiàn)穿過(guò)四個(gè)玻璃塊的圖解很好地解釋了折射的工作原理。光線(xiàn)從左邊進(jìn)入，穿透第一塊玻璃塊(1)直線(xiàn)傳播。下一個(gè)玻璃塊(2)被成角度地放置，使光線(xiàn)被彎曲，但是當它們從玻璃塊射出時(shí)再次彎曲以恢復成之前的方向。第三塊(3)的凹面將光線(xiàn)分散，但最后的玻璃塊(4)是一個(gè)類(lèi)似相機中基本聚光透鏡的凸透鏡，它將光線(xiàn)重新匯聚到一起，使它們在焦點(diǎn)處匯聚。
一個(gè)鏡頭如何通過(guò)折射(彎曲)光線(xiàn)形成圖像?當光線(xiàn)從一種透明介質(zhì)，如空氣，進(jìn)入另一個(gè)不同的透明介質(zhì)，例如水或玻璃，光線(xiàn)將發(fā)生折射或彎曲。觀(guān)察一個(gè)一半浸入一杯水中的湯匙，你會(huì )看到一個(gè)常見(jiàn)的折射例子：從勺子上反射的光線(xiàn)會(huì )被水和玻璃彎折，因此勺子浸入水中的部分會(huì )出現部分移位。
要想發(fā)生折射，光必須以一定角度射入一個(gè)新介質(zhì)。如果光線(xiàn)是垂直于表面射入，射入和射出介質(zhì)時(shí)，光線(xiàn)將直線(xiàn)通過(guò)。但是如果它們成斜角射入或射出，光線(xiàn)將被彎曲成可預測角度。入射角越大，彎曲程度越大。
當光照射在具有彎曲表面的透明介質(zhì)上，例如透鏡。光線(xiàn)將根據在透鏡表面射入射出的角度
不同被彎折成許多不同的角度。它們將由凹面分散傳播并通過(guò)凸面匯聚靠近。光線(xiàn)從物體上一個(gè)點(diǎn)產(chǎn)生通過(guò)凸透鏡(最簡(jiǎn)單的相機鏡頭的形式)彼此相向彎折，最終被聚焦在圖像點(diǎn)上。
鏡頭焦距
鏡頭之間最大的區別在于它們的焦距。因為你最有可能使用可以更換鏡頭的相機，所以你也可以選擇購買(mǎi)或使用一個(gè)或幾個(gè)鏡頭。鏡頭往往是用它的焦距( 一個(gè)50mm鏡頭，一個(gè)0.3米的鏡頭)或其相對焦距(正常，長(cháng)或短)來(lái)描述的。從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，焦距是當鏡頭聚焦在無(wú)限遠時(shí)，鏡頭的背面結點(diǎn)與聚焦平面之間的距離。從理論上講，無(wú)限遠是無(wú)法衡量的遠距離，超越了宇宙的邊緣。在攝影方面，無(wú)限遠是平行光線(xiàn)進(jìn)入鏡頭的距離。鏡頭設計者將光線(xiàn)匯聚所在的鏡頭后部的圖像點(diǎn)稱(chēng)為焦點(diǎn)。
焦距控制放大率和鏡頭形成的圖像的大小。較長(cháng)的鏡頭，投影在膠片或傳感器圖像中的對象的大小更大 短焦距鏡頭使光大幅彎折。 光線(xiàn)聚焦在鏡頭后面較近的位置，形成一個(gè)拍攝對象的小影像。
長(cháng)焦距鏡頭比短焦距鏡頭的光線(xiàn)彎折度小。焦距越長(cháng)，光線(xiàn)彎折度越小，光線(xiàn)聚焦形成圖像的位置距鏡頭越遠，形成的影像越大。圖像的大小與焦距的大小成正比。如果保持拍攝對象距鏡頭的距離相同，一個(gè)50mm鏡頭形成的圖像將是一個(gè)25mm鏡頭形成的圖像的兩倍大。
焦距也控制視角，控制在給定大小的傳感器或膠片上顯示出的畫(huà)面的量。長(cháng)焦距鏡頭相比于短焦距鏡頭，成像更大。其結果是，在給定尺寸的傳感器或膠片上，較長(cháng)焦距鏡頭拍攝出的畫(huà)面少。如果你用拇指和食指擺一個(gè)圓圈，并接近你的眼睛，你會(huì )看到你眼前的大部分畫(huà)面，與短鏡頭類(lèi)似。如果你將你用手組成的圓圈撤遠，效果類(lèi)似于長(cháng)焦鏡頭，圓圈內將出現較少的畫(huà)面，從你的手指組成的圓圈中看到的視角變小。同樣的，越長(cháng)的焦距，你從鏡頭中看到的視角越小或越窄。
在保持鏡頭到拍攝對象的距離一定的情況下增大焦距，其效果是圖像放大，倍率增加，而視角減小。因為攝影者的位置不變，所以場(chǎng)景內拍攝對象大小比例保持不變。下圖顯示的是一些可以被用在35mm或“全畫(huà)幅”數碼相機上的不同焦距鏡頭的視角。這個(gè)鏡頭焦距就是其他數碼相機的初學(xué)者們經(jīng)常說(shuō)的“35mm等效”。
鏡頭焦距——正常焦距
一個(gè)正常焦距鏡頭也被稱(chēng)為標準焦距鏡頭，和人眼所觀(guān)察的視角大致相同。最偉大的現代攝影師之一：亨利. 卡蒂爾.布列松將相機形容為“我眼睛的一種擴展”，他經(jīng)常使用正常焦距鏡頭。他照片中所包含的畫(huà)面就好像你身臨其境觀(guān)察到一樣，他的作品的視角自然，遠處與近處的拍攝對象大小比例協(xié)調。
一個(gè)相機上的一個(gè)正常焦距鏡頭可以作為另一個(gè)相機的長(cháng)焦距或短焦距鏡頭。傳感器或膠片尺寸的大小決定著(zhù)相機的正常焦距。尺寸越大，該規格的正常焦距越長(cháng);它大致符合傳感器表面或每幀膠片的對角線(xiàn)長(cháng)度
一個(gè)使用35mm膠片的相機以50mm鏡頭作為一個(gè)正常焦距鏡頭，這也是一個(gè)24×36mm(全幀)數字傳感器的正常焦距鏡頭。對于使用4×5 英寸膠片的相機，150mm 鏡頭是正常焦距。大多數數碼相機的傳感器是小于35mm膠片幀的，所以它們的正常鏡頭焦距是小于50mm 的。當然，這些規則是靈活的，例如，40mm～58mm鏡頭都可作為35mm相機的正常焦距鏡頭。
正常焦距鏡頭相較于更長(cháng)或更短焦距鏡頭有一定優(yōu)勢。大多數正常焦距鏡頭更快，即相同時(shí)間它們能夠將光圈開(kāi)得更大，所以它們可以使用更快的快門(mén)速度，或者在更加暗淡的光線(xiàn)下進(jìn)行拍攝。它們往往更便宜，更緊湊，重量更輕。
焦距的選擇是一種個(gè)人偏好。有些攝影師習慣性使用短焦距鏡頭，因為大部分時(shí)間他們想要一個(gè)寬視角;另一些人喜歡更長(cháng)焦距鏡頭，通過(guò)縮小視角突出一個(gè)場(chǎng)景中的主體對象。如果你不確定自己的偏好，從一個(gè)正常焦距鏡頭開(kāi)始吧。
一個(gè)給定焦距鏡頭可能正常，短或長(cháng)，這取決于你正在使用的膠片或你的數碼相機的傳感器的尺寸大小。如果一個(gè)鏡頭的焦距與光敏表面的對角線(xiàn)長(cháng)度相當(圖中虛線(xiàn)所示)，我們可以認為這是個(gè)“正常”焦距鏡頭。它大約從50°視角中收集光線(xiàn)。
右邊的照片是使用一個(gè)4×5 英寸相機150mm鏡頭拍攝的。4×5 英寸膠片的對角線(xiàn)長(cháng)度約為150mm，所以一個(gè)150mm 鏡頭對于該尺寸膠片是正常焦距鏡頭。
但150mm 比35mm膠片幀或相同尺寸的傳感器(稱(chēng)為全畫(huà)幅)對角線(xiàn)更長(cháng)。150mm 的鏡頭對于這類(lèi)相機是一個(gè)長(cháng)焦距鏡頭，因為大多數數字傳感器要小于35mm 膠片幀，150mm對于大多數數碼單鏡頭反光相機是很長(cháng)的
使用正常焦距的鏡頭是攝影師表達主觀(guān)感受的一種方式。廣角鏡頭和長(cháng)焦距鏡頭強調的是攝影師的技術(shù)，其中涉及如何選擇透視關(guān)系與景深。
盡管卡蒂爾.布列松反對討論技術(shù)，但是眾所周知他能夠將他35mm萊卡相機上正常焦距(50mm)鏡頭運用得爐火純青。我們被攝影師想要我們關(guān)注到的畫(huà)面所吸引，被瞬間抓取到的時(shí)間本身的詩(shī)意所震撼�？ǖ贍�.布列松將它稱(chēng)為“決定性瞬間”。
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