数码摄影技术数码单反相机的镜头

第三章数码单反相机的镜头镜头是相机的重要部件之一。镜头的作用在于提供高素质影像结成能力，其质量的优劣直接关系到照片成像质量的好坏。外界的景物只有通过镜头，才能在照相机机身内的焦平面上聚焦成清晰的影像。镜头的功能跟人眼很相似：瞳孔好比光圈，视点仿佛焦点，视力的好坏犹如镜头的质量。没有镜头，就无法成像，相机的性能与拍摄质量在很大程度上取决于镜头的性能与质量序言焦距与等效焦距2镜头的焦距与成像效果3目录CONTENTS镜头的组成1镜头的种类4数码摄影常用滤镜5镜头的组成凸透镜凹透镜镜头的光学片组镜头的镀膜镜头是一个由多片凸凹透镜组成的筒状物体。镜片大多采用光学玻璃制造。凸透镜是中间部分比周围边缘厚的透镜，又称“正透镜”、“汇聚透镜”，有双凸、平凸和凹凸三种类型。它的主要功能是汇聚光线，如图左。凸透镜镜头的组成凹透镜是指中间部分比周围边缘薄的透镜，又称“负透镜”、“发散透镜”，分为双凹、平凹和凹凸透镜。它的主要功能是发散光线，如图左。凹透镜镜头的组成摄影镜头的光学系统亦称“光具组”，一般由正、负透镜组成。“光具组”按照某种方式排列，互为补充，其数目有“单片一组、双片一组、三片三组、五片三组、六片三组”等等。“片”是透镜的数目，“组”则是透镜的组合。一般来说，同一性质的镜头，片组多的比片组少的成像好。透镜的片数多，消除各种光行像差的效果就好，成像品质就高，影像层次就更丰富，如图右。镜头的光学片组镜头的组成光线在透过镜头到达影像传感器CCD或CMOS平面的过程中，除了有一部分可通过透镜折射到CCD或CMOS平面上外，另一部分光线会被镜片表面反射掉。给镜头加膜的目的就是为减少光线的损失和增加镜头的透光率，增强影像反差和提高影像品质。镜头的镀膜镜头的组成所谓镜头加膜就是在镜头表面敷上一层透明度极高的氟化物，且有单层加膜和多层加膜两种，多层加膜的透光率比单层加膜的透光率高。一个有多个空气面的镜头不加膜时透光率约为60％，单层加膜透光率为80％左右，多层加膜透光率则高达96％。可见，多层加膜的镜头损失光线最少，因此，好的镜头多采用多层加膜。镜头加膜的鉴别：把镜头光圈开到最大，对着亮光观察，表面有一层淡绿色或淡蓝色且平视观察有轻微反光的为加膜镜头，如图3-7；若为白色或反光太强则没有加膜。镜头的组成镜头的镀膜焦距与等效焦距焦距等效焦距镜头的焦距是指镜头聚焦在无限远处时，镜头中心“第二节点”到CCD平面之间的距离。通常用小写的英文字母f来表示，长度单位为mm，如图右。镜头焦距的长短不一，短的只有几毫米，长的可达数千毫米。比如，某款镜头的焦距标示为“f=24mm”，就表示该镜头的焦距为24mm；假如标示为“f=70~300mm”，就表示这只镜头的焦距范围可以在70~300mm范围内变化。焦距与等效焦距焦距由于多数数码相机的影像传感器未能像传统相机那样趋于统一，其大小不一，悬殊很大，尚处于“战国群雄纷争”的局面。由于影像传感器面积大小不一，在同样的焦距段覆盖影像传感器所需视角就会发生变化。影像传感器面积越小，所需要的视角也就越小；影像传感器面积越大，所需要的视角也就越大。换句话说，小面积影像传感器如果要达到和传统相机同样的视角，焦距长度要短很多，如图右。焦距与等效焦距等效焦距为统一起见，业界引入了等效焦距的概念，规定以传统135相机的焦距段为参照，不管何种类型的影像传感器，各自分别乘以一个不同的系数，使之与传统135相机焦距段的视角大致相同，这就是所谓的等效焦距。目前较为流行的数码单反相机等效焦距的系数可参见下表：焦距与等效焦距等效焦距镜头的焦距与成像效果焦距与影像放大率成正比焦距与摄距成正比焦距与景深成反比焦距与画面面积成反比镜头的焦距与视角成反比将不同焦距的镜头安装在同一款相机上，并在同一拍摄距离下拍摄同一景物，焦距越长，影像尺寸的放大率也就越大；焦距越短，影像尺寸的放大率也就越小。比如，用一只焦距为50mm的镜头拍摄某一物体的影像，高度是10mm，换用焦距为100mm的镜头在同一距离拍摄该物体的影像高度就是20mm。这说明影像的放大率与镜头焦距的长短成正比，如左图上与左图下。焦距与影像放大率成正比镜头的焦距与成像效果设定影像的大小之后，镜头的焦距越长摄距就应该越远。反之，焦距越短，摄距就应该越近。可见，在影像放大率不变的情况下，摄距的远近和镜头焦距的长短也是成正比的。焦距与摄距成正比镜头的焦距与成像效果镜头焦距越短，景深范围就越大。反之，镜头焦距越长，景深范围则越小。景深的大小与镜头焦距的长短有着密切的联系，如图上与图下。焦距与景深成反比镜头的焦距与成像效果在相同摄距的情况下，镜头焦距的不同，所拍摄景物的范围也不相同。镜头焦距越长，所摄画面的面积就越小；镜头焦距越短，所摄画面的面积就越大。两只镜头焦距数值相差倍数的平方就是它们所摄画面面积相差的倍数。所以，不同焦距的镜头所拍摄的画面面积，与镜头焦距的平方成反比，如图上与图下。焦距与画面面积成反比镜头的焦距与成像效果焦距是数码单反镜头的重要参数，每个焦距段又有与之相对应的视角。视角又称景角、摄角，是镜头可摄取的画面范围角度。它是CCD或CMOS平面上能够形成清晰影像的最大目标与镜头之间的对顶夹角，如图左、图下。镜头的焦距与视角成反比镜头的焦距与成像效果视角的大小主要取决于所摄画幅尺寸的大小和镜头焦距的长短。焦距越短，有效拍摄视角就越大；反之，有效拍摄视角就越小。视角与焦距成反比，视角大小也是镜头中的一项重要指标，它对影像的许多方面有着较为广泛的影响，如左图。镜头的焦距与视角成反比镜头的焦距与成像效果镜头的种类标准镜头长焦距镜头短焦距镜头变焦距镜头IS（影像稳定系统）镜头摄影镜头的种类繁多，发展至今大约有数百种。究竟选用什么镜头，在很大程度上取决于其用途，图3-24是佳能L系列镜头的一部分。按不同的标准，可将镜头分为许多种类。如按照焦距的长短划分，常用的镜头主要有标准镜头、广角与超广角镜头、远摄与超远摄镜头等；按镜头的功用又可划分为常用镜头、特殊镜头。另外还有按照品牌、生产厂家等不同分法。一般情况下，可按镜头的焦距与视角来划分。镜头的种类1.标准镜头的含义及样式：标准镜头通常是指短效焦距在40~58mm之间，拍摄视角在45°～55°的摄影镜头。又称标准物镜，是指镜头焦距的长度与所摄画幅对角线长度相近的镜头。所谓标准镜头并不是说镜头本身是否标准，而是其成像效果、景物范围、前后景物的大小比例、透视感，均与人的眼睛视角相接近。所以采用标准镜头焦距段拍摄的照片显得真切、自然，给人以纪实性的视觉效果，如左图。标准镜头镜头的种类2.标准镜头的主要特点及使用范：（1）拍摄画面质量好，由于标准镜头的各种光行像差皆经过校正，特别是纵横像差，校正得近乎完美。正因为此，标准镜头特别适合拍摄接片。（2）标准镜头的有效口径一般较大，大多在F/1.4左右。所以，其通光量相当大，适合在较暗的光线下使用。（3）兼容了广角与长焦拍摄的景深效果：远距离小光圈拍摄景深大，近距离大光圈拍摄景深小，但不适合近距离拍摄人物特写。标准镜头镜头的种类1.长焦距镜头的含义及样式我们把焦距大于标准镜头的镜头统称为长焦距镜头，如图3-28。长焦距镜头又称望远镜头或远摄物镜，镜头视角随着焦距的增加而不断变小。（1）等效焦距在100mm左右，为普通长焦距镜头。（2）等效焦距在500mm左右，为中长焦距镜头。（3）等效焦距在1000mm左右，称为超长焦距镜头。长焦距镜头镜头的种类1.长焦距镜头的含义及样式（4）等效焦距在2000mm左右，为巨型超长焦距镜头。用长焦距镜头拍摄景物时，可将距离较远的被摄主体拍摄成影像较大的画面效果。超远摄镜头大多用于远距离拍摄体育比赛、新闻事件、野生动物及昆虫等画面，如左图。长焦距镜头镜头的种类2.长焦距镜头的主要特点及使用范围长焦距镜头，特别是超远摄镜头有以下主要特点：一是视角小，拍摄时便于避开杂乱无章的物体，使主体影像不受干扰；二是景深小，影像畸变小，有利于虚化前后景物，突出主体；三是能使前后景物视觉距离缩短，起到压缩空间的作用，便于远距离抓拍到人物或动物生动表情和最佳形体动态。长焦距镜头镜头的种类1.短焦距镜头的含义及样式短焦距镜头又称广角镜头，是指焦距的长度短于所摄画幅对角线长度的镜头。这种镜头的主要特点是夸张、变形，改变景物的透视关系。其典型特征是视角宽阔，一般在75°以上。超广角镜头的视角宽度甚至高达120°。短焦距镜头镜头的种类等效焦距35mm左右28mm左右别称小广角镜头中广角镜头20mm左右15mm左右7mm左右大广角镜头超广角镜头鱼眼镜头有效视角在55°~80°的广角镜头，其视角大于标准镜头，画面的纵深感较大，是最常用的摄影镜头，如左图上。超广角镜头又称特广角镜头或超广角物镜，有效视角一般在110°~135°。拍摄范围极大，能较大地夸张景物的空间透视关系，鱼眼镜头视角达180°。拍摄出一种异乎寻常的透视效果。在进行摄影创作时，摄影工作者会有意采用这种镜头，刻意以变形的手法表现整个画面，拍摄出富于想象空间的特殊效果，如左图下。短焦距镜头镜头的种类2短焦距镜头的主要特点及使用范围广角镜头便于在狭小的地域拍摄较大面积的空间，给人以深远、辽阔的感觉，形成视觉扩张；景深范围大于标准镜头，景物清晰度较高；画面空间透视关系在某种程度上得到一定的夸张和畸变，景物近大远小效果明显，会产生某种特殊的艺术效果。焦距越短，这种夸大空间透视效果就越显著。缺点是被摄主体容易在画面边缘产生枕形或桶形畸变，且视角不均匀；不适合近距离拍摄肖像、特写。短焦距镜头镜头的种类镜头的种类1.变焦距镜头的含义及样式:变焦距镜头简称变焦镜头，是在规定的焦距范围内，可通过改变镜组之间距离，使镜头的焦距发生变化的镜头。变焦镜头既有固定透镜组，又有可移动透镜组。在变焦过程中，由于改变了镜头的焦距，从而改变了画面所包含的景物范围，这就意味着摄影师在摄距不变的情况下，能在焦距段范围内最大限度地调节画面的成像比例。从变焦的范围来看，变焦镜头又可分为小变焦、中变焦、大变焦镜头，变焦倍率在2～12倍之间，但随变焦倍率增大，成像画质会相应下降。2.变焦镜头的主要特点及使用范围:变焦镜头在其变焦范围内可根据拍摄者的需要自行选择，其操作简单灵活，方便携带。一只变焦镜头能够替代若干个定焦距镜头，起到一镜多用的效果，减少了携带镜头的数量，且在拍摄过程中不必频繁更换镜头，也不必在拍摄同一被摄主体时，为体验不同焦距段画面效果而来回奔跑。但变焦镜头的有效口径相对较小，成像质量不如定焦镜头好，有时还会产生视角与闪光灯光角不相匹配的情况。尽管如此，变焦镜头还是越来越受广大摄影爱好者追捧，至少在普及型数码相机上目前是清一色配备有变焦镜头，有的变焦倍率甚至达十倍以上。变焦距镜头影像稳定镜头配备了两个振动检测陀螺传感器，为拍摄到静止的图像，该传感器已经过优化。陀螺传感器可以检测到相机振动的方向和大小，并把这个信号传递给安装在镜头里的微处理器（CPU）。CPU把收到的信号转换成命令，以驱动一个补偿光学系统来抵消振动，从而把影像稳定在CCD平面上。当影像稳定器的开关关闭时，影像稳定器的光学系统就被锁定在它们的正常位置，继续发挥高质量镜头的功能，如左图。IS（影像稳定系统）镜头镜头的种类数码摄影常用滤镜UV镜（紫外线滤色镜）偏振镜星光镜ND滤光镜滤镜又称“滤光镜”、“滤色镜”，是一种由光学玻璃或透明的塑料片做成的有色或无色镜片。拍摄时置于照相机镜头前端，使摄影光线在进入相机镜头前经过特殊处理，从而达到特定的效果，是常用摄影附件。滤光镜有两种基本形式：一种是镶在圆形金属框内的透明光学玻璃片或塑料片，通过金属框上的螺纹可将滤光镜拧到镜头上；另一种是在镜头前端附加一个方形的框架，把滤光镜通过滑槽嵌在框架上。滤光镜的功用是过滤光线。光线经过滤光镜后发生改变，使之投射到胶片（或CCD）上的图像也跟着发生变化，这在传统摄影中的确是一项不可或缺的技术。但随着数码技术的不断完善及对后期数字图像处理软件的开发、运用，许多曾经风靡一时的滤镜已成昨日黄花，逐渐退出历史舞