《剪影照相》系列第三彈：鏡頭有力量
照相機鏡頭彩色簡(jiǎn)圖（Snoron.com提供）
這篇文章是照相基礎系列的第三篇。我們首先學(xué)習了光的性質(zhì)，以及照片圖像是怎么形成的，然后我們又明白了透鏡能彎曲光線(xiàn)，使光聚焦到一點(diǎn)上。這篇文章將講解透鏡的科學(xué)理論，以及使用透鏡來(lái)放大倍率和增加入射光。
透鏡直徑和光圈值的關(guān)系（圖片來(lái)自Panasonic.com）
在上節課中我們做了一個(gè)實(shí)驗，用一個(gè)透鏡聚焦蠟燭發(fā)出的光。我們還學(xué)習了如何確定一個(gè)系統的焦距：我們將聚焦屏前后移動(dòng)，直到上面的蠟燭火焰圖像清晰為止?，F在仍然考慮蠟燭/透鏡系統，如果我們換一塊焦距一樣，直徑卻是原來(lái)兩倍的透鏡，你覺(jué)得會(huì )發(fā)生什么？圖像的亮度是之前的兩倍？圖像大小是原來(lái)的兩倍？如果你認為更大的透鏡會(huì )讓圖像更亮，那你就對了。更大的透鏡有更大的面積來(lái)采集光線(xiàn)，這就會(huì )產(chǎn)生比原來(lái)亮兩倍以上的圖像，準確的說(shuō)這個(gè)比率是πr2 ，r是透鏡的半徑。圖像大小不會(huì )發(fā)生變化，因為焦距并沒(méi)有改變。
這些光圈逐個(gè)變小，光圈值逐個(gè)變大，后一個(gè)光圈的成像面積是前一個(gè)的一半。（圖片來(lái)自維基共享資源）
在談及攝像時(shí)，你經(jīng)常能聽(tīng)到人們用焦距或光圈值來(lái)描述一個(gè)鏡頭。光圈值描述了鏡頭直徑和焦距的關(guān)系，焦距除以直徑便是光圈值。比如說(shuō)，如果一個(gè)鏡頭的焦距是50mm，直徑是10mm，那么光圈值便是50mm/10mm=5，或者記作f5.如果鏡頭直徑翻倍，那么光圈值就變成f2.5。也許你已經(jīng)發(fā)現了，更低或“更小”的光圈值意味著(zhù)有更多的光線(xiàn)被聚焦到圖像上，因而圖像也就更亮。光圈值和焦距一般都會(huì )印在圍繞鏡頭的環(huán)上。如果有時(shí)你聽(tīng)到有人說(shuō)鏡頭“快一點(diǎn)”或“慢一點(diǎn)”，他們也是在指照相機的光圈值。一個(gè)“快”鏡頭能夠最迅速地采集光線(xiàn)，因而光圈值更小，比如f1.2或f2.5。一個(gè)“慢”鏡頭要花更長(cháng)時(shí)間采集等量光線(xiàn)，因而光圈值一般會(huì )更大，比如f8或f12。
當我們在第一篇文章討論暗箱的時(shí)候，我們注意到更大的光圈雖然會(huì )采集更多的光從而使圖像更亮，但它同時(shí)也降低了圖像的清晰度。在往照相機里增加一塊透鏡之后，你就能更好地理解這兩個(gè)變量之間的關(guān)系。一個(gè)更快的鏡頭（小光圈值）會(huì )有一個(gè)更窄的景深（更窄的清晰范圍）?，F代的數碼單反相機允許攝影師改變光圈大小，因而能夠改變光圈值以及快門(mén)的速度。
這幅更細致的鏡頭圖片顯示出了鏡頭的光圈值、焦距、鏡頭直徑以及一個(gè)半閉狀態(tài)的光圈。（圖片由Flickr照片流 nayukim 提供）
增大光圈直徑可以增加亮度，并更好地聚焦，而增加鏡頭倍率能增加焦距，從而起到放大圖像的作用。你所想要的焦距長(cháng)度將決定你要使用多大倍率的鏡頭。把放大過(guò)程想象成光線(xiàn)被彎曲的程度，在鏡頭里增加更多的曲線(xiàn)意味著(zhù)鏡頭要加厚，因而光線(xiàn)穿過(guò)鏡頭時(shí)會(huì )撞上更多物質(zhì)從而減速。因此，正如你所看到的那樣，放大不僅影響焦距，同時(shí)也影響成像的亮度。之前我們把放大說(shuō)成是增加成像大小的一種手段，事實(shí)上在絕大多數的攝影中，最終成的像都比實(shí)物小很多。有一種類(lèi)型的攝影題材就是要增大成像的大小，它叫微距攝影。這需要一種特殊的鏡頭，有著(zhù)很長(cháng)的焦距，并可以近距離拍攝。
微距鏡頭通常用它們的放大倍數來(lái)描述，這意味著(zhù)1:1的鏡頭在感光元件上成的像和實(shí)物一樣大。一個(gè)19.05mm的鏡頭會(huì )在感光元件上成一個(gè)19.05mm的像，占據35mm全畫(huà)幅感光元件一半的面積，或者非全畫(huà)幅傳感器（在大多數低端機型上你能看到）80%的面積。一般來(lái)說(shuō)要想稱(chēng)為微距鏡頭，放大倍率至少要1:1，其他有些鏡頭可以達到1:10（將一個(gè)直徑1mm的物體放大到10mm）。
這幅光學(xué)圖顯示了焦距和傳感器大小對視場(chǎng)的影響。（圖片來(lái)源：維基共享資源）
攝像的最后一個(gè)難題被稱(chēng)為視場(chǎng)（field of view，FOV），換言之就是傳感器能看到多少東西。一個(gè)鏡頭的視場(chǎng)取決于它的焦距，以及探測面或者照相機傳感器的大小。假設我們拍攝同一個(gè)物體而只改變系統的焦距，隨著(zhù)焦距的增大視場(chǎng)會(huì )變窄，傳感器上物體的像會(huì )變大。只要能看出光學(xué)系統中光線(xiàn)的軌跡就能很容易的判斷出視場(chǎng)來(lái)。有一種很特殊的鏡頭叫“魚(yú)眼鏡頭”，它的特別之處在于它的焦距極短，只有10到20mm，它向外凸的玻璃看上去很像魚(yú)的眼睛。這種鏡頭有180度或更大的視角，用它在一幅畫(huà)面里捕捉整個(gè)夜空尤其不錯。
五張照片分別使用相當于24mm、28mm、35mm、50mm和72mm步進(jìn)變焦功能，用來(lái)展示視角的不同。（圖片來(lái)源：維基共享資源）
圖像來(lái)源：維基共享資源
焦距是影響視場(chǎng)的一個(gè)因素，而傳感器尺寸則是另一個(gè)影響因素。在一臺數碼單反相機上，你要么有一個(gè)非全畫(huà)幅傳感器，要么有一個(gè)35mm全畫(huà)幅感光元件。非全畫(huà)幅傳感器的參數由剪裁系數或焦距轉換系數（FLM）決定，它由35mm畫(huà)面對角線(xiàn)長(cháng)度（43.3mm）除以非全畫(huà)幅傳感器畫(huà)面對角線(xiàn)長(cháng)度計算而來(lái)。佳能數碼單反相機的剪裁系數是1.6，而其他大多數品牌相機的剪裁系數都是1.5.這個(gè)比率乘上焦距就可以得到要產(chǎn)生同樣視場(chǎng)所需的鏡頭焦距。比如說(shuō)佳能非全畫(huà)幅傳感器上一個(gè)50mm鏡頭和全幀型相機配上80mm鏡頭拍攝出的圖像相似，非全畫(huà)幅傳感器拍出的圖像看上去總感覺(jué)拉得更近，事實(shí)上這是由之前提到的剪裁系數造成的。
一個(gè)變焦鏡頭與鏡頭形狀、直徑、焦距以及鏡頭間的距離一起作用來(lái)改變光圈和放大倍率的數值。雖然一些變焦鏡頭由近30件光學(xué)器件裝配而成，但大多數變焦鏡頭的基礎設計都是一樣的，它們由許多獨立鏡頭組成，這些鏡頭或是固定的，或是可以沿著(zhù)鏡頭軸線(xiàn)移動(dòng)。一種最常見(jiàn)的變焦鏡頭設計的光學(xué)部分分為兩塊，一塊焦距固定的聚焦鏡頭以及一個(gè)由一串固定或可移動(dòng)鏡頭組成的焦距無(wú)限遠的變焦系統。變焦系統的目的不是為了成一個(gè)聚焦過(guò)的像，而是改變在傳感器上成的像的大小，結果就是在傳感器上成一個(gè)大小改變過(guò)的像。
一個(gè)簡(jiǎn)單的變焦系統，從左到右的三塊透鏡分別是L1、L2、L3。L1和L2可以左右移動(dòng)，改變整個(gè)系統的焦距。（圖片來(lái)源：維基共享資源）
運行中的變焦鏡頭簡(jiǎn)化圖（圖片來(lái)源：維基共享資源）
在《剪影照相》系列的下一篇文章中，我們將告別照相理論，而進(jìn)一步探索曝光三角，從光圈開(kāi)始。我們將學(xué)習如何手動(dòng)控制所成的像，并將布置一些簡(jiǎn)短的作業(yè)。
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