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攝影基礎(chǔ)知識:鏡頭原理
按了好幾年快門，拍了那么多照片，回頭來看，還是得問問自己，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(chǔ)決定上層建筑，透徹的了解了攝影的基礎(chǔ)知識，有助于充分發(fā)揮手中萬元設(shè)備的價(jià)值，下面，就給大家系統(tǒng)的介紹一下鏡頭的原理，耐心的看過之后，你一定會有收獲。
從針孔到鏡頭
光的反射和發(fā)散時(shí)而像射線時(shí)而像波浪。從任何場景中的所有點(diǎn)發(fā)出或反射的光線都散向四面八方。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(dāng)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(zhuǎn)。少量從物體處反射的光線通過針孔并以直線傳播，當(dāng)它們到達(dá)一個(gè)平面(像是相機(jī)背部的膠片)上時(shí)，將會形成一個(gè)圖像。圖像將旋轉(zhuǎn)顛倒。拍攝對象頂部的一切出現(xiàn)在圖像的底部，底部的一切出現(xiàn)在圖像的頂部。同樣，原本在左邊的出現(xiàn)在右邊，原本在右邊的出現(xiàn)在左邊。
為了達(dá)到這樣的畫面效果，相機(jī)的透鏡被替換為一個(gè)被微小的針孔刺穿的薄金屬圓盤，大小相當(dāng)于f/182 的光圈。光從主體發(fā)出，每個(gè)點(diǎn)只有少數(shù)光線通過微小的開口，形成一個(gè)柔和的相對清晰的照片。因?yàn)獒樋椎某叽缧�，所以曝光時(shí)間達(dá)到6 秒。
使用針孔作為鏡頭的弊端在于其微小的開口。它只能允許極少量的光線通過，以致于要想在膠片或傳感器上形成影像需要非常長時(shí)間的曝光。如果小孔被放大，曝光時(shí)間會變短，但同時(shí)圖像也會變得不夠清晰。
當(dāng)針孔的大小增加至f/65，結(jié)果是只需要1/5 秒的曝光，但是圖像會極度失焦。較大的孔讓主體上的點(diǎn)發(fā)出的光線更多的通過。這些射線在到達(dá)感光表面之前廣泛傳播，使光線圈彼此重疊，形成一個(gè)非常不清晰的圖像。
針孔雖小，仍能允許小簇光線通過。這些光線從細(xì)微不同的角度產(chǎn)生，通過小孔繼續(xù)在細(xì)微不同的方向上傳播。因?yàn)樗鼈儼l(fā)散出來，所以當(dāng)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)出的射線形成一個(gè)微小的，模糊的圓形，而不是一個(gè)點(diǎn)。當(dāng)孔的大小增加，更大簇的光線通過膠片或傳感器，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，畫面也變得更模糊。
鏡頭將通過一個(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(yīng)該是一個(gè)小點(diǎn)。但攝像機(jī)上的針孔是無法實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)的。即使是再微小的開口，允許少量光通過，進(jìn)行較長時(shí)間的曝光，也不會形成一個(gè)非常清晰的影像。為了讓更多的光通過，并形成清晰的畫面，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 的簡單凸透鏡，畫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。鏡頭打開時(shí)比針孔大很多，能讓更多的光線通過，它能使拍攝對象各個(gè)點(diǎn)發(fā)出的射線精確地聚焦，進(jìn)而使照片顯得非常清晰。
一個(gè)復(fù)合鏡頭，通常是由六個(gè)或八個(gè)單獨(dú)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單透鏡。每組可能由一個(gè)單獨(dú)的元件構(gòu)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(shù)學(xué)上是可以預(yù)測的，其中的一些明顯缺陷可以在照片形成后被數(shù)字性去除，但使用一個(gè)精心設(shè)計(jì)的鏡頭永遠(yuǎn)是好的開始。
大多數(shù)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，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(yīng)的單點(diǎn)畫面中的每一點(diǎn)(物點(diǎn))對應(yīng)透鏡后面的一個(gè)點(diǎn)(像點(diǎn))。相機(jī)中的膠片條被伸平(或者有一臺平的數(shù)字式傳感器)在圖像平面上，有時(shí)也被稱為膠片平面。場景中相應(yīng)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。
光線穿過四個(gè)玻璃塊的圖解很好地解釋了折射的工作原理。光線從左邊進(jìn)入，穿透第一塊玻璃塊(1)直線傳播。下一個(gè)玻璃塊(2)被成角度地放置，使光線被彎曲，但是當(dāng)它們從玻璃塊射出時(shí)再次彎曲以恢復(fù)成之前的方向。第三塊(3)的凹面將光線分散，但最后的玻璃塊(4)是一個(gè)類似相機(jī)中基本聚光透鏡的凸透鏡，它將光線重新匯聚到一起，使它們在焦點(diǎn)處匯聚。
一個(gè)鏡頭如何通過折射(彎曲)光線形成圖像?當(dāng)光線從一種透明介質(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，光線將發(fā)生折射或彎曲。觀察一個(gè)一半浸入一杯水中的湯匙，你會看到一個(gè)常見的折射例子：從勺子上反射的光線會被水和玻璃彎折，因此勺子浸入水中的部分會出現(xiàn)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)。如果光線是垂直于表面射入，射入和射出介質(zhì)時(shí)，光線將直線通過。但是如果它們成斜角射入或射出，光線將被彎曲成可預(yù)測角度。入射角越大，彎曲程度越大。
當(dāng)光照射在具有彎曲表面的透明介質(zhì)上，例如透鏡。光線將根據(jù)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凸面匯聚靠近。光線從物體上一個(gè)點(diǎn)產(chǎn)生通過凸透鏡(最簡單的相機(jī)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(qū)別在于它們的焦距。因?yàn)槟阕钣锌赡苁褂每梢愿鼡Q鏡頭的相機(jī)，所以你也可以選擇購買或使用一個(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，長或短)來描述的。從技術(shù)上來說，焦距是當(dāng)鏡頭聚焦在無限遠(yuǎn)時(shí)，鏡頭的背面結(jié)點(diǎn)與聚焦平面之間的距離。從理論上講，無限遠(yuǎn)是無法衡量的遠(yuǎn)距離，超越了宇宙的邊緣。在攝影方面，無限遠(yuǎn)是平行光線進(jìn)入鏡頭的距離。鏡頭設(shè)計(jì)者將光線匯聚所在的鏡頭后部的圖像點(diǎn)稱為焦點(diǎn)。
焦距控制放大率和鏡頭形成的圖像的大小。較長的鏡頭，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。
長焦距鏡頭比短焦距鏡頭的光線彎折度小。焦距越長，光線彎折度越小，光線聚焦形成圖像的位置距鏡頭越遠(yuǎn)，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面的量。長焦距鏡頭相比于短焦距鏡頭，成像更大。其結(jié)果是，在給定尺寸的傳感器或膠片上，較長焦距鏡頭拍攝出的畫面少。如果你用拇指和食指擺一個(gè)圓圈，并接近你的眼睛，你會看到你眼前的大部分畫面，與短鏡頭類似。如果你將你用手組成的圓圈撤遠(yuǎn)，效果類似于長焦鏡頭，圓圈內(nèi)將出現(xiàn)較少的畫面，從你的手指組成的圓圈中看到的視角變小。同樣的，越長的焦距，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?yàn)閿z影者的位置不變，所以場景內(nèi)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“全畫幅”數(shù)碼相機(jī)上的不同焦距鏡頭的視角。這個(gè)鏡頭焦距就是其他數(shù)碼相機(jī)的初學(xué)者們經(jīng)常說的“35mm等效”。
鏡頭焦距——正常焦距
一個(gè)正常焦距鏡頭也被稱為標(biāo)準(zhǔn)焦距鏡頭，和人眼所觀察的視角大致相同。最偉大的現(xiàn)代攝影師之一：亨利. 卡蒂爾.布列松將相機(jī)形容為“我眼睛的一種擴(kuò)展”，他經(jīng)常使用正常焦距鏡頭。他照片中所包含的畫面就好像你身臨其境觀察到一樣，他的作品的視角自然，遠(yuǎn)處與近處的拍攝對象大小比例協(xié)調(diào)。
一個(gè)相機(jī)上的一個(gè)正常焦距鏡頭可以作為另一個(gè)相機(jī)的長焦距或短焦距鏡頭。傳感器或膠片尺寸的大小決定著相機(jī)的正常焦距。尺寸越大，該規(guī)格的正常焦距越長;它大致符合傳感器表面或每幀膠片的對角線長度
一個(gè)使用35mm膠片的相機(jī)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(shù)字傳感器的正常焦距鏡頭。對于使用4×5 英寸膠片的相機(jī)，150mm 鏡頭是正常焦距。大多數(shù)數(shù)碼相機(jī)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(dāng)然，這些規(guī)則是靈活的，例如，40mm～58mm鏡頭都可作為35mm相機(jī)的正常焦距鏡頭。
正常焦距鏡頭相較于更長或更短焦距鏡頭有一定優(yōu)勢。大多數(shù)正常焦距鏡頭更快，即相同時(shí)間它們能夠?qū)⒐馊﹂_得更大，所以它們可以使用更快的快門速度，或者在更加暗淡的光線下進(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(xí)慣性使用短焦距鏡頭，因?yàn)榇蟛糠謺r(shí)間他們想要一個(gè)寬視角;另一些人喜歡更長焦距鏡頭，通過縮小視角突出一個(gè)場景中的主體對象。如果你不確定自己的偏好，從一個(gè)正常焦距鏡頭開始吧。
一個(gè)給定焦距鏡頭可能正常，短或長，這取決于你正在使用的膠片或你的數(shù)碼相機(jī)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長度相當(dāng)(圖中虛線所示)，我們可以認(rèn)為這是個(gè)“正常”焦距鏡頭。它大約從50°視角中收集光線。
右邊的照片是使用一個(gè)4×5 英寸相機(jī)150mm鏡頭拍攝的。4×5 英寸膠片的對角線長度約為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(稱為全畫幅)對角線更長。150mm 的鏡頭對于這類相機(jī)是一個(gè)長焦距鏡頭，因?yàn)榇蠖鄶?shù)數(shù)字傳感器要小于35mm 膠片幀，150mm對于大多數(shù)數(shù)碼單鏡頭反光相機(jī)是很長的
使用正常焦距的鏡頭是攝影師表達(dá)主觀感受的一種方式。廣角鏡頭和長焦距鏡頭強(qiáng)調(diào)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?qū)⑺?5mm萊卡相機(jī)上正常焦距(50mm)鏡頭運(yùn)用得爐火純青。我們被攝影師想要我們關(guān)注到的畫面所吸引，被瞬間抓取到的時(shí)間本身的詩意所震撼�？ǖ贍�.布列松將它稱為“決定性瞬間”。
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