摄影基础知识2(光学基础知识)

光圈大，景深小，光圈小，景深大物距小，景深小，物距大，景深大，长焦，景深小广角，景深大很多摄影书都会出现上面一些看似武功秘诀的术语，其实术语后面都是一些在科学原理逻辑推演，并不像商人口中那样神乎其神只要有适当的讲解，受过高中教育的同学都能理解。下面借用照相技术系一本教材中的插图对景深的概念和光圈，物距和镜头焦距三者之间的关系作一个原理上的介绍。（以下插图均扫描自，《HandbuchderFotografie，Band1》（摄影手册，第一卷）JostJMarchesi作）在开始之前，先介绍一下凸透镜成像的基本规则，权当高中物理课的复习。（相机镜头通常由几块镜片组成，一般都可以换算成凸透镜进行计算）这幅图的意思是，景物P点，发出的光，通过凸透镜，形成影像P''，而这个影像落在了胶卷上，就被记录下来。图中的水平的点划线为镜片的轴线,也叫主轴，镜片垂直轴线和水平轴线的交点为中心点F和F''为镜头的焦点，其和中心点的距离就叫焦距y为P点的实际高度y''为影像P''的高度，这里可以看出，景物被缩小了。那P''点的位置是如何确定的呢？凸透镜成像有几个原则：1平行于镜头主轴的光线经过镜片折射后，必然经过另一侧的焦点（如图中光线a）2进过焦点的光线，经过镜片折射后，会变回为水平光线（如图中光线c）3经过中心点的光线，没有折射（如图中光线b）这三条光线在经过镜片后，从不同的方向射来，共同相交在一点，然后继续跑向不同的方向上面三条光线的交点，就是景物P点的像（至于为什么这三条线相交在同一点，这是中学的几何证明题，在这里就不赘述）理论上，当这点恰巧落在胶卷平面上，那么图像就清晰了，也就是焦实了。对焦其实就是让这点刚好落在胶卷平面上的操作。否则，如果胶卷平面在这点之前和之后，都会形成一个圆斑，而不是一点了。所以模糊就是这样产生的。但实际上，点其实是一个数学概念，表示一个直径无穷小的圆。在现实中，不存在无穷小，所以对于照片来说，小到一定程度了，人眼分辩不出来了，就够了。比如对于一张8寸的照片，一般直径为0.2mm以下的圆，我们就会看起来是一点了。如下图由远到近有三个点，分别是Ph,P,Pv点，他们三个点成像分别为Ph'',P'',Pv''而胶卷平面放在p’上，那么在照片上，p’点才是理论上最清晰点，而Ph'',Pv''只能成为一个小圆圈，直径为U。当这个U很小的时候（好像上面的例子，小于0.2mm时），那我们也认为它是清晰的。从Ph到Pv这段范围的景物，都能形成清晰的点或很小的圆圈，照片上是清晰的。所以Ph到Pv这段距离，也就叫做景深了。磨刀不误砍柴工，有了上面这个理论准备，通过光路图，下面的问题反而不用太多解释了，自己就可以一目了然，难题迎刃而解了。就这样就看懂了武林秘笈。为什么光圈大，景深小，光圈小，景深大？为什么物距小，景深小，物距大，景深大？图中距离镜头比较近的点B形成的圆比较大，A点为最佳成像点为什么长焦，景深小广角，景深大？图中长焦镜头形成的圆比较大，A点为最佳成像点为什么数码相机的景深比传统机大？数码相机，传统相机，在光学层面上原理其实是一样，数码相机只是把上面的胶卷换成ccd感光板。由于ccd版的感光单元的直径一般在0.01mm，变相限制了成像点的直径，棱角分明，看上去就觉得清晰了，也就是以前常说的“锐”所以即使光学上形成了圈圈，但是数码相机的景深还是很大。高级数码所谓的景深效果，其实不是光学部分产生的，而是对图片进行了模糊处理（具体方法，另文详述），相当于相机自动ps而已。现在可以体会理论的力量了吧？什么是光，什么是白平衡？光是像海浪一样上下起伏的波，也是有快慢频率的。把他们按照频率从快到慢排列起来，就像七色彩虹，紫光属于快的一边，再快点，人眼就看不到了，叫紫外线红光属于慢的一边，再慢点，人眼同样看不到，叫红外线跳得快，其中蕴含的能量比较多，跳得慢，能量就少，但是现实中，各种频率快慢的光或多或少地混在了一起，是很难衡量他们的能量和性质的，于是就有了色温的概念，单位是K（K是物理上表示温度的单位，0K就是-273摄氏度,绝对零度，一个无法人造的低温。尽管今天的人类可以上天下海，但是还是没能突破这个温度，自然规律的安排很神奇吧。）如果频率慢的光占多数的时候，能量小了，就叫色温低，颜色就会偏向慢的那边，也就是偏红了。好像日落或白炽灯的光。相反，当频率快的光占多数，能量大，颜色就会偏向快的那边，也就是偏绿了，例如荧光灯，日光灯。如果他们的比例刚好相等，那么就叫白光。下面这个表就把各种光的成分和对应的色温列出来色温蓝光绿光红光例子2000k5.8%16.7%77.6%烛光2800k7%32%61%白炽灯3200k20%30%50%影楼灯5500k33.3%33.3%33.3%真正意义的白光8000k39.1%33.3%27.2%蓝天（插图扫描自，《HandbuchderFotografie，Band1》（摄影手册，第一卷）JostJMarchesi作）因为人眼的调节功能，这些光之间的区别很多时候，人的感觉不是很明显，或者习惯了，被忽略了。但是对于胶卷，对于数码相机的电子感光板，他们就知道得很清楚，并“忠实”地反映在照片上。他们忠诚却不一定都受到人类的赞赏，人总是按照自己的喜好和意愿，去评价他们有时候因为需要，就认为这些忠诚是好的，要留下。例如，饭桌上的灯泡让周围笼罩着暖暖的红光，给人温暖的家的氛围，让人食欲大振。冷冷的绿光，就成了恐怖片的明星，一看就毛骨悚然。而当他们不被需要，就被认为是不良分子，要坚决去掉，喜欢“说谎”的滤色镜和灯光型胶卷就受到了欢迎，比如矫正白炽灯的滤色镜是偏蓝的，就是把多余的红光去掉，让他们的比例接近。把说真话的日光型胶卷换成灯光型胶卷，让多余的红光，视而不“现”。对于数码相机来说，就更方便了，不用动粗换胶卷，直接“指鹿为马”，教会相机说谎就行了。这就是白平衡的来历，一个可以让相机说谎的功能，呵呵。例如，在白炽灯环境，就设定相应的色温值，相当于告诉他，“你给我听着，不管你怎样想，我说现在这些是白光就是白光，听懂了吗？”呵呵，自然界的绝对和真实，到了人的世界就成了另一个模样。