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转帖- 数码相机光圈对成像的影响,以及极限最小光圈  

2011-11-18 10:26:56|  分类: 默认分类 |  标签: |举报 |字号 订阅

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设计师是根据几何光学设计镜头的。几何光学认为光线在同一个媒质(例如空气)中永远按直线前进。但是物理光学的理论与试验却表明,一束平行光线通过一个小孔后会改变行进的方向,这种现象称为衍射。衍射使平行光线通过圆形小孔后光束逐渐扩散呈圆环状(如图1),中心斑最明亮,其余光环的亮度随着半径的增大而迅速减弱。计算与试验还表明,孔径越小,光行进的行程越长,衍射现象越明显。经过镜头孔径的光线也会由于衍射使焦点处的光斑呈环状,其中心光斑[又称“艾里(Airy)斑”]的半径可由以下公式算出:
R0≈1.22×F×λ
R0:中心光斑的半径;
F:镜头的光圈数;
λ:光波的波长。


http://www.cphoto.com.cn/export/sites/default/cn/zhuangbei/zhuanti/ZHUANGBEIZHUANTI/zhizixiangjiguangquanyusheyingfenbianlv08-2.jpg

在传统120与135相机中,由于感光乳剂中的银盐颗粒十分细微,在一般摄影中对分辨率的影响并不显著。大中孔径下镜头的像差是影响分辨率的主要因素。直到使用f/32或f/44光圈时,才会由于理想分辨率的下降导致成像恶化,因此多数镜头最小光圈仅设置到f/22。
在数字相机中随着芯片像素量的增加,两个相邻像元的间距也越来越小,感光材料的分辨率开始影响摄影的综合分辨率了。像元的间距可以用计算图(图3)查出,以松下FZ18数字相机为例:在横轴上找出1/2.5英寸的感光芯片的面积或规格,并通过此点引垂线,与表示芯片800万总像素量(可以近似用有效像素量代替)的斜线相交,从交点引水平线至左边的纵轴即可求出像元的间距μ为1.6(微米)。由于1毫米=1000微米,因此每个芯片的理论分辨率NO=1000/μ(像素/mm)=1000/2μ(线对/mm)。

例1:松下FZ18,1/2.5英寸芯片,800万像素,μ=1.6微米,N0= 310线对/mm。
例2:佳能G9,1/1.7英寸芯片,1200万像素,μ=2微米,N0= 250线对/mm。
例3:索尼α-350,23.5×15.6mm芯片,1420万像素,μ=5微米,N0=98线对/mm。
例4:尼康D3 36×23.9mm芯片,1280万像素,μ=8,2微米,N0=61线对/mm。
例5:佳能1DSMarkⅢ,36×24mm芯片,2100万像素,μ=6.4微米,N0=78线对/mm。
与附表对照不难发现FZ18用f/4.5的光圈;G9用f/5.6的光圈;α-350用f/16的光圈;D3用f/22的光圈,1DS Mark Ⅲ用f/19的光圈时,由于艾里斑的半径已经与像元的间距几乎相同,导致一个光斑可能在两个像元上成像,处于极限状态(图2)。一旦光圈再缩小,艾里斑将大于像元间隔,分辨率将恶化。这个结论早已为数字相机分辨率的测试所证明了。


以上是网上抄的。

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各种典型数字相机的临界光圈值

http://www.cphoto.com.cn/export/sites/default/cn/zhuangbei/zhuanti/ZHUANGBEIZHUANTI/zhizixiangjiguangquanyusheyingfenbianlv08-6.jpg




1.在数字相机中不可盲目使用小光圈,一旦光圈小于临界值,分辨率将明显恶化。

2.虽然生产工艺可以造出极高像素的芯片,但是受光线衍射与镜头光学像差的限制,数字相机的芯片像素不可能无限提高。

3.随着像素的增加导致像元间隔的减少,大孔径时的镜头像差与小孔径下的衍射将成为影响像质的主要矛盾,导致镜头实际分辨率不能随像素量的增加同步增长:使得购买高像素的投入得不到相应的回报。反之高像素使像元面积锐减反而会延长处理时间、增加噪点、减少动态范围,导致像质恶化。因此像素达到一定程度之后,如果影像不准备高倍放大(例如不超过24英寸),现在超过1000万像素的数字单反对于业余爱好者与多数职业摄影师已经够用了。今后我们应更关心相机高感光度的降噪、芯片的动态范围,液晶屏的显示质量(屏幕的色彩还原精度与动态范围)、调焦精度、速度与可靠性等更深层次的技术指标了。






以上这个还是网上抄的。





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下面就不是抄的了。



咱们不说废话。。。。
说实际的。



画幅小的相机 在同镜头同光圈下画质更优秀。我这里说的画质主要是分辨率,在一定程度上是指锐度和紫边的控制
为什么?因为一般来说镜头分辨率的主要影响是球差和慧差。很多镜头的镜片都是球面的。而为了减少球差,很多镜头现在都用了不少的非球面镜,而缩小光圈可以减少球差和慧差。
你用我说过很多次的那个光是水的比喻。

快门速度,光圈的关系:快门速度等于水龙头放水时间,光圈等于水龙头开关的大小。

而这次我要说的是。。。假设这次不是水,而是油漆。水管里都是油漆,打开水龙头用一个桶子接油漆的过程就像CCD/COMS感光的过程,水龙头开太大,显然很容易溅得到处都是。。。开小一些肯定就不会了。。。
(这个比如是帮助理解的。。。但是不是严谨的理论知识别当真)。

上面这个例子是说明大光圈画质不佳的原因。

OK,然后就是光圈的缩小到一定程度之后,光线衍射带来的负面影响就不断加大。大光圈下当然也有衍射。但是因为光圈口径大,光的波长和光圈的直径比起来完全不是问题。所以不受到影响。但是现在光圈的物理直径小了。会很明显。



所以.结合上面我抄了一大堆的理论知识。可以分析出

理论上画幅越小,这个镜头的最优光圈更容易做到越大。这也解释了为什么现在很多数码专用头的成本更低(应为同样的分辨率做起来更容易)或者同样级别镜头数码头要比全副头的成像素质更好(注意是说定位同级别的。你别拿17-40L和狗头来比。但是17-55F2.8和17-40L比就不一定了。当然也说不好他们算不算同级别。至少售价差不太多。)。或者一只全副镜头装在APS-C上可能成像素质更好。


这也解释了为什么很多L头,在40D上可能很好。但是上到全副上突然下降了。(当然。边角成像不算。 APS-C和全副的法兰距是一样的,所以实际上APS-C是全副的截取。自然是把边角截掉了,不属于这边日志里说的部分。)



最后还要补充的一点是。。。并不是说全副不如APS-C。。。 因为分辨率数据。主要是正对实焦部分的。因为全副天生的景深跟容易浅,所以同样一张照片有效的实焦部分面积会比APS-C的少,所以分辨率数据自然要低一些,但是人眼对于那百分之几十的分辨率区别的感知并不明显,但是对于景深的区别却是很敏感的。所以数据是数据。感官是感官哦。。。。

另外就是全副的单位面积有效像素点要少,互相干扰更少。更容易获得纯净的没有干扰的数据像素点。





最后总结一下常见相机的最小极限光圈,也就是说,光圈小过这个值,成像素质会剧烈下降,并且为了保险起见。最好用大于这个的值(比如500D的极限是F16,所以安全起见一般最多用到F11)。特别是喜欢拍风景的孩子要注意了

佳能的
500D F16
450D F16
400D F19
40D F19
50D F16
7D F14(这个要特别注意。。。。拿7D的小盆友不要傻呼呼的再遵循晴天16法则啦,结果是很凄惨的)
5D F22
5D2 F19

尼康的
D80 F19
D90 F16
D700 F22
D3 F22
D3X F16


奥巴的
(奥巴继承4/3的特点。景深有优势。其实开到F8就足够景深了,过小的快门+长时间曝光的话,4/3的噪控本来就不好,所以其实用奥巴的没必要老是开小光圈。。拍风景特别好啊。景深够,同时光圈也能比全副或者APS-C大,这样也许不用脚架也能在稍微暗点的环境获得景深很大的片子)
E420 F16
E520 F16
E620 F11
GF1 F11
EP1 F11


索尼的
A700 F16
A900 F16

宾得
K10D F19
K20D F16
K7 F16
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