镜头的最佳光圈是多少(24-105镜头最佳光圈)

镜头的最佳光圈是多少?

从镜头的光学结构上来说,直到今天设计上仍然存在一些难以解决的问题,如球面像差、彗形像差、像散、像场弯曲、畸变及色差等等,使用小光圈可以减轻球形像差和彗形像差的幅度,增加景深,抑制像散,对清晰度也有一定的改进,但是在实际摄影中,为了最大程度的获得较浅的景深,我们往往需要使用到较大的光圈数值。

从画质和实际使用上来看,这是一对无法分割的矛盾双方,那么有没有一个光圈数值能获得相对最佳的画面质量呢?答案是肯定的。接下来我们按照影响成像质量的相关因素展开分析,相信通过以下的分析,您应该对镜头的最佳光圈有一个全面直观的了解。

目录如下:

一、什么是“衍射效应”?

二、什么是“光学衍射”?

三、什么是“衍射极限光圈”?

四、影像传感器像素大小对画质的影响

五、光圈大小对分辨率的影响

六、结论


一、什么是“衍射效应”?

学过中学物理的都知道,波(比如水波,声波)在穿过狭缝、小孔或圆盘之类的障碍物后会发生不同程度的弯散传播。当波通过一个小孔的时候,孔径越小,波束扩散越大。下图左边的孔径大,右边的孔径小,因此右边的波束扩散得更厉害。

镜头的最佳光圈是多少(24-105镜头最佳光圈)图1


二、什么是“光学衍射”?

光也是一种波,而镜头的光圈本就是一个小孔,通过光圈叶片的开合控制孔径的大小。

所以,光线通过光圈孔径的时候,同样会发生衍射。光线本应聚集成一个小点,因为衍射效应扩散,结果变成一个明暗条纹间隔的光斑,这种光斑物理学家称之为“埃里斑”。

镜头的最佳光圈是多少(24-105镜头最佳光圈)图2

镜头的最佳光圈是多少(24-105镜头最佳光圈)图3

通过前面“衍射效应”的讲解已经得知,孔径越小衍射效应越明显。这同样适用于镜头光学的衍射效应。光圈越小,衍射效应越严重,埃里斑越大。

试想一下,传感器能够分辨画面中相邻但不重叠的两个小点,但由于光的衍射效应,这两个小点变成两个光斑;光圈越小,衍射效应越严重,光斑越大,后果便是光斑的边缘会出现重叠的现象,相机的影像传感器则不能准确地分辨两个光点,在识别过程中会把它们当成一个点,带来的后果就是解像能力大大下降。


三、什么是“衍射极限光圈”?

既然光圈的孔径越小,光学效应越严重,导致影像传感器无法准确识别,出现画质损失,那么这个损失的临界点或极限值在哪里呢?我们这里引入一个概念:衍射极限光圈——Diffraction Limited Aperture (DLA) 。就是说只要光圈数值超过这个极限值,画质就开始明显受损。

那么我们怎么来确定这个极限?什么样的光圈才会影响画质?这和影像传感器像素的大小(单个感光单元的大小)和光圈值的大小有关。


四、影像传感器像素大小对画质的影响

(一)高像素相机不同光圈的画质表现

  • 5千万像素的佳能 5DsR 的像素直径是 4.14 微米

  • 3千万像素的佳能 5D Mark IV 的像素直径是 5.36 微米

  • 1亿像素的飞思数码后备的像素直径是4.6 微米

  • 1.5亿像素的飞思数码后备像素大小直径只有 3.76 微米

经过对比,5DsR是目前主流全画幅相机里像素最小的,在“ cambridgeincolour”网站上有一个计算器,可以计算出不同像素大小下,不同光圈数值的埃里斑大小。这里我们选用佳能 EOS 7D/60D 机型,因为它们的 CMOS 传感器像素大小是4.3微米,最接近5DsR的像素直径。

(1)光圈 f/4.0,埃里斑直径是 5.3 微米

这个直径包括了光斑外围比较弱的部分。如果我们只看中间最亮部分,它的直径小于一个像素,f/4光圈对解像力不会有可见影响。

镜头的最佳光圈是多少(24-105镜头最佳光圈)图4

(2)光圈 f/8.0,埃里斑直径是 10.7 微米

这个直径仍然包括了光斑外围较弱的部分。如果只看中间最亮部分,可见光斑直径稍大于一个像素。f/8光圈对解像力开始有轻微影响,但这个影响很小,肉眼不易分辨。f/8就是5DsR的衍射极限光圈。

镜头的最佳光圈是多少(24-105镜头最佳光圈)图5

(3)光圈 f/11,埃里斑直径是 14.7 微米

当光圈是f/11的时候,埃里斑的直径中间最亮部分开始跨越1.5个像素,两个相邻点或线条现在可能会重叠到一起,不可分辨。解像力进一步受损,虽然这个影响一般大家依然可以忍受。当然,如果相机影像传感器的像素比较大(一般情况下,像素比较低的传感器密度相对低、单个像素点较大,比如前文所述的 5D Mark IV 单个像素为 5.36 微米),那么f/11大概也看不到什么衍射效应。f/11可以算是它的衍射极限光圈。

镜头的最佳光圈是多少(24-105镜头最佳光圈)图6

(4)光圈 f/22,埃里斑直径是 29.3 微米

当光圈是f/22的时候,埃里斑中间最亮部分开始跨越9个像素,这意味着本来5000万像素的相机,现在分辨率下降到5000/9 = 555万;虽然分辨率的计算没这么简单,但分辨率急剧下降,画质受损严重已经是肉眼可见,无可争辩的事实了。

镜头的最佳光圈是多少(24-105镜头最佳光圈)图7

采用三脚架、实时取景精确对焦、锁定对焦点、2秒延时或采用快门线,分别 f/8、f/11、f/16、f/22 四张照片,然后在电脑上放大 400% 加以比较,自然可以得出相关结论。

不仅135系统,包括中画幅系统,这样的情况也是完全一致的。因为在传感器尺寸固定的情况下,要想增加有效像素的数量,就只有想办法缩小单个像素点的大小,这是一定的。前面的讲解我们是用单反系统中最高像素的 5DsR 为例子,即便中画幅的飞思系统,其自身也给出了一亿像素的数码后背在不同光圈下的变现,结论是:f/8清晰,f/11开始画质下降, f/16画质损失很明显, f/22相当糟糕。

镜头的最佳光圈是多少(24-105镜头最佳光圈)图8

(二)低像素相机极小光圈的画质表现

前面我们是以135系统中像素最高的佳能 5DsR为例,说明不同的光圈数值下光学衍射对画质的影响。那么有的同学会讲了,如果是低像素的相机呢,接下来我们来看看老古董 EOS 5D(8.2微米像素直径),光圈数值 f/22 的情况下,结论会是怎样呢?

镜头的最佳光圈是多少(24-105镜头最佳光圈)图9

从上图可以看出,EOS 5D 这个古董相机的像素直径是 5DsR 的近4倍。f/22对5D的影响,约等于 f/13-f/16 对 5DsR 的影响,所以 f/22 虽然不是最佳光圈,但还是在可用的范围。

所以,我们可以得出结论:相机传感器像素与衍射效应的关系是:像素越小,像素密度越高,受衍射效应的影响就越严重。


五、光圈大小对分辨率的影响

同样的光圈值,在不同焦距下,其物理孔径大小是不一样的,衍射效应是不是一样的呢?答案是肯定的,根据相关测评,无论哪一枚镜头,光圈大小和埃里斑直径直接相关。我们仍然举例说明,下图是 DPReview 的佳能 EF 16-35 III + 5DsR 的评测:

镜头的最佳光圈是多少(24-105镜头最佳光圈)图10

镜头的最佳光圈是多少(24-105镜头最佳光圈)图11

从 16mm 端和 35mm 端的分辨率变化趋势来看(尤其是从 f/11 到 f/22 的变化),不管是16mm 还是 35mm 端,其趋势相当一致,镜头中央分辨率同样受到衍射极限的限制。显然,针对这枚镜头来说 f/5.6 时中心锐度最高,但边缘分辨率明显不足;缩小到 f/8,画面中心锐度稍有下降,但边缘分辨率明显提高;缩小到f/11, 画面中心锐度进一步下降。

考虑到广角风光摄影中一般情况下都需要拍摄前景,那么 f/5.6 景深不够,而且边缘分辨率也比较差,因此最好的光圈还是 f/8 左右,再加上后期衍射补偿,我们依然能最大限度利用这个镜头的最佳分辨率;如果实在需要更大的景深,光圈放到 f/11 后期衍射补偿(这里不做展开讨论)也不是可以,所以我们一般认为这枚广角镜头在风光摄影时的最佳光圈为 f/8 – f/11。

如果风光摄影中你用到这样的光圈还觉得景深不够,那怎么办?那就只能“景深合成”。关于景深合成的部分,在我的微头条中已经有过介绍,操作相对简单,这里也不再详细论述。


六、结论

综上所述,数码相机的最佳光圈不仅仅与镜头的光学结构有关(孔径选择闭合的大小),也与影像传感器的大小(像素密度、单个像素单元的大小)有关。影像传感器越小的系统,最佳光圈的位置越接近最大光圈,反之;影像传感器越大的系统,最佳光圈的位置越接近 f/8 和 f/11。同时,无论哪个系统和哪枚镜头,最小光圈的分辨率都处于最低水平。

参考文献:

[1] 于琪林.锐头的实用性能测试对比分析—关于镜头的最佳光圈和最佳分辨率(下)[J].摄影与摄像,2001(10):32-33.

[2] 朱春平.数码相机镜头窥秘(1)[J].摄影与摄像,2005(6):11-14.

[3] 数字时代 最佳光圈之谜[J].中国摄影,2008(第5期):106.

[4] 陆海峰.如果光圈不能决定景深?—也谈像素压力下的“最佳光圈”[J].中国摄影,2008(第7期):130.

[5] 杨亮亮,崔庆丰,刘涛,薛常喜.衍射光学元件衍射效率的测量[J].光学学报,2012(04):159-164.

[6 ]黄金仙.光的衍射应用研究[J].通讯世界,2015,No.283(24):317-318.

[7] 袁鑫淼.浅谈光的衍射[J].科技风,2017(20):191-191.


F17映画社 ——

镜头的最佳光圈是多少(24-105镜头最佳光圈)图12

镜头的最佳光圈是多少?

相信爱好摄影的朋友在一些玩摄影玩得久的朋友说过“最佳光圈”这个概念,也就是说,一支镜头最佳光圈不是最大光圈也不是最小光圈。而最佳光圏也不不是某一个光圈值,而是在一个光圈值范围内。
镜头的最佳光圈是多少(24-105镜头最佳光圈)图13

由于镜头的特殊性,一般开最大光圈时光线通过镜头会产生衍射现象,降低画面的解像度,开最小光圈会使光线产生绕摄现象,造成画面影像对比度欠佳。
镜头的最佳光圈是多少(24-105镜头最佳光圈)图14

最佳光圈不是恒定不变的,在不同焦距的镜头上,最佳光圈也不是唯一。一般情况下镜头最佳光圈是比该镜头最大圈少2-4档的样子即是该镜头最佳光圈。比如一个镜头最大光圈值在F2.8,最佳光圈是在f5.6-f11范围内。

镜头的最大广圈值和最小光圈值各镜头有不同,但镜头光圈值有f/1.4、f/2、f/2.8、f/4、f/5.6、f/8、f/11、f/16、f/22 、f/32。镜头最大光圈越大价格也越贵。
镜头的最佳光圈是多少(24-105镜头最佳光圈)图15

根据上述分析,镜头最佳光圈每个镜头不一样,随镜头最大光圈不一样而不尽相同。不同品牌镜头相同最大光圈,最佳光圈也有区别,实际中需要拍摄去测试,当然有些厂家会在说明书中说明。

感谢赏读!

本网页内容旨在传播知识,若有侵权等问题请及时与本网联系,我们将在第一时间删除处理。E-MAIL:dandanxi6@qq.com

(0)
上一篇 2023-09-03 16:33
下一篇 2023-09-04 09:19

相关推荐

  • 西南财经大学专科

    近日有网友咨询西南财经大学天府学院转设更名情况,学校在2022年1月17日寄予了回复,根据学校介绍,正在积极进行独立学院转设迎检工作,目前尚未收到教育部来校评估具体时间。不过根据早…

    2022-12-02
  • 三星手机哪款性价比高又好用

    首先,一个品牌的手机好不好,看他的市场占有率就可以知道,三星这些年在全球销量始终保持在第一的位置,如果三星手机不好能做到这点吗? 当然手机好不好用是有一些因素在里面的,例如易操作性…

    2022-12-14
  • 沙袋是怎么防御子弹的

    二战以来两军无论是阵地上的对垒,或是在城市中的巷战,用沙袋构筑工事似乎已成为一种标准。而在现代枪弹的测试中发现,大中小三种口径(12、7.62、5.56毫米)的子弹的威力依次递减,…

    2023-02-06
  • 蒙面歌王全部成员名单

    蒙面歌王剧透“官方版”名单曝光 节目起源大揭秘引轰动 7月26日晚《蒙面歌王》第二期在江苏卫视隆重开唱,成为了周日晚备受瞩目的节目之一,而在昨晚的《蒙面歌王》节目中,继第一期“白棱…

    2023-04-19
  • 中医黑的观点

    中医黑的特征是愚蠢,因愚蠢而造成言论荒谬至极。 愚蠢表现在:不会一分为二地看问题。九年义务教育注重科学,忽略了哲学思想培养。科学追求唯一解,缺少哲学辩证法指导下的唯一解就会形成思想…

    用户投稿 2022-11-18
  • 汴京城杨志卖刀,#读书#《水浒传》第十二回梁山泊林冲落草 汴京城杨志卖刀

    话说林冲投奔梁山泊,王伦刁难林冲,要林冲“投名状”,林冲第三日才遇见一个人挑担独行,便去厮杀。   林冲与那汉斗到三十来合,不分胜败。两个又斗了十数合,正斗到分际,只见山高处叫道:…

    用户投稿 2023-06-10
  • 克里斯安吉尔厉害吗(克里斯安吉尔历史地位)

    克里斯安吉尔厉害 CRISS所表演的魔术可以说有一点邪门,除了他的装束和他的表演内容有一部分近似巫术外,他表演所用配乐和标志其实都是来自撒旦教…..到底他部分的表演是掩…

    2023-03-11
  • 王福重评价郭德纲相声,北大教授王福重评价郭德纲

    近日,姜昆重提“三俗”旧事,虽没点名道姓,但很多网友还是选择对号入座,站在郭德纲的身边攻击姜昆。郭德纲在相声领域造诣究竟如何,是否真的能配得上钢丝们炒作的“大师”称号呢?对于这点,…

    2023-09-19
  • 身长体长尾毛长是指什么生肖

    十二生肖“申猴”之猴指的是红面猴——猕猴的一种。《西游记》中的孙悟空的形象,也是拟人化了的红面猴。猴年历本、邮票上的猴正是红面猴。 图为黄永玉设计的丙申猴年纪念邮票 文|余仁杰 农…

    2022-11-16
  • 触乐 vtuber

    图/小罗 ■ 今天咱们继续聊Kimochiii……哦,是Kimoji的事 昨天的夜话,我们探讨了一款提供250种金·卡戴珊的表情包的App(表情里包括她的那个标志性的屁股,对,屁股…

    2023-05-21