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镜头的最佳光圈  

2011-11-23 14:48:02|  分类: 摄影 |  标签: |举报 |字号 订阅

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有的人曾经问我,你的照片怎么经常使用f5.6的光圈啊?我回答说,f5.6是我那个17-55的镜头的最佳光圈。然后,他又问,为什么不使用f22啊,不是光圈越小越清楚吗?

看来问这种问题的人是把景深和分辨率的概念搞混了了。最佳光圈的意思是,任何一只镜头,无论是定焦还是变焦镜头,都有成像质量最好的那一档或若干档光圈。在这一档或这几档光圈下,镜头的分辨率可以发挥到极致,即达到最大的分辨率。最大分辨率指的不是前后清楚的范围(即不是景深)。

普通镜头的最佳光圈往往在f5.6-f11的范围内,所以才有那种“f8下无狗头”的说法。而高级镜头,即所为的“牛头”,其最佳光圈往往比较大,即使在全开的情况下,也可能很锐利。这就是人们为什么要花高代价购买牛头的原因之一。他们进牛头,除了焦外成像好看之外,同时也是为了追求大光圈下的高分辨率。所以,这也是为什么我在用17-55时经常使用f5.6的原因。

有人曾经对大多数镜头的最佳光圈进行过如下统计:


F1.2-F1.4的标准镜头的最佳光圈为F4;

F1.8-F2的标准镜头的最佳光圈为F5.6;
F2-F2.8的定焦镜头的最佳光圈为F4-F5.6;
F2.8恒定变焦镜头的最佳光圈为F5.6;
F3.5-F5.6的变焦距镜头的最佳光圈为F8;

F4.5-F5.6的变焦距镜头的最佳光圈为F8-F11。


另一篇: 有示意图

http://www.zonline.com.cn/show.aspx?id=1282&cid=54

传统相机镜头的最佳光圈一般为最大光圈缩小一到两档,也就是说最大光圈为F2.8的镜头,其最佳光圈范围大约在F4-5.6左右。这只是从众多镜头测评数据中分析出来的一般规律,当然也会有游离在这个规律之外的现象发生。数码相机镜头基本上可以套用这个规律,但由于CCD尺寸的限制,对光圈也有一定特殊要求。



又一篇

PS:本文整理于蜂鸟论坛一声叹息老师的聊天记录
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EOS 50D——f/7.6
EOS 60D——f/5.6
EOS 450D——f/8.4
EOS 1000D——f/9.3
EOS 400D——f/9.3
EOS 40D——f/9.3
EOS 30D——f/10.3
EOS 20D——f/10.3
EOS 5D Mark II——f/10.3
EOS 1DS Mark III——f/10.3
EOS350D——f/10.4
EOS 1D Mark III——f/11.4
EOS 1DS Mark II——f/11.6
EOS 300D——f/11.8
EOS 10D——f/11.8
EOS 1D Mark II N——f/12.7
EOS 1D Mark II——f/12.7 EOS 5D——f/13.2

镜头衍射光圈,不是镜头决定的,是像素密度决定的,光的衍射(Diffraction)指光在传播路径中,遇到障碍物或小孔(狭缝)时,偏离直线绕过障碍物继续传播的现象。 光经过圆形口径后成像,并不会汇聚成绝对的点,而是形成明暗相间,距离不等的同心圆光斑,其中中央斑最大,集中了84%的能量,可以看作衍射扩散的主要部分,被称为Airy Disc(爱里斑)。 衍射极限(Diffraction Limit)是指不考虑光学系统几何像差,一个完美光学系统的分辨率仅受衍射(光波波长)限制的情况。 Rayleigh判据:如果两个相邻点形成的Airy Disc的角距离小于一个Airy Disc角距离时,这两个点无法分辨。翻译成人话就是如果两成像点(其实是两个斑点)混到一块的时候,自然就分不清了。因此对于光圈为圆形或类圆形的镜头,其衍射极限分辨率就是Airy Disc的直径。是小于这个光圈值,成像质量会打折扣,越小越明显。如果加上镜头本身在小光圈时分辨率下降,这个折扣就更大了 。除了信噪比,镜头的衍射对数码相机像素的提升也具有非常大的制约作用。衍射是光学现象,不能通过技术手段来解决。盲目地提升像素,会导致镜头较大的光圈值(即较小的光圈)失去实用价值。 光的衍射(Diffraction)是指光在传播路径中,遇到障碍物、小孔或狭缝时,偏离直线绕过障碍物继续传播的现象。光通过圆形小孔成像,会形成明暗相间、距离不等的同心圆光斑,其中中央光斑最亮,称为爱里斑(Airy Disc)。如果爱里斑等于数码相机的像素尺寸,感光元件的分辨率就等于镜头的衍射极限分辨率,相机能够充分利用镜头的分辨率。如果爱里斑大于数码相机的像素尺寸,则衍射极限分辨率成为瓶颈,感光元件的分辨率无法发挥——用一个像素点分辨一个成像点和用数个像素点分辨一个成像点有啥区别呢? 像素衍射临界光圈值=像素尺寸/(1.22×光波波长) 可以看出,像素衍射临界光圈与像素大小,或者说像素数以及感光元件的面积有关。像素数越高,像素衍射临界光圈值越小;感光元件面积越大,像素衍射临界光圈值越大。当镜头光圈小于数码相机的像素衍射临界光圈时,该相机的感光元件将受到衍射的影响,分辨率下降,高像素对提升画面的细节毫无作用。像素密度越大,越不适合用小光圈,而且像素衍射临界光圈对成像的影响是随着光圈收缩而逐级增加的。这就造成使用更小光圈扩大景深时,画面的清晰度同时下降。因此,受制于镜头的衍射现象,数码相机的像素数不可能无限制地提高。 只要相机的像素尺寸相同,其像素衍射临界光圈也相同。非全画幅数码相机的有效像素乘以焦距转换系数的平方,就是相同像素尺寸的全画幅相机的有效像素数。佳能APS-C数码单反相机的焦距转换系数为1.6。由此可以算出,全画幅数码单反相机的像素提高到约4000万,APS-C数码单反相机提高到约1600万就会遇到瓶颈。此时相机的像素衍射临界光圈约为F8,基本与多数镜头的最佳光圈重合。而佳能公司新近推出的1800万像素APS-C数码单反旗舰7D,相同像素尺寸全画幅相机的有效像素约为4600万,已经超越这一瓶颈了。7D的像素衍射临界光圈约为F7,导致使用F8也不能取得最好的成像质量。很多袖珍型数码相机的像素数早已过高,只能使用最大光圈才能取得最好的画质。如果厂商继续推出更高像素的APS-C后继机型,则很不厚道,纯粹是忽悠高级消费者——使用袖珍型数码相机的消费者早被忽悠了。 当然,并不是说,小于像素衍射临界光圈的光圈就不能用了。像素衍射临界光圈只是影响成像质量的诸多因素之一。如果你需要大景深、慢门,那就大胆地使用小光圈吧。不过还是要建议,慎用最小的两档光圈,否则画面糊得太厉害,细节丢失不少。像素提升是要有限度的
,象佳能那块1.5亿的APS CMOS,对成像而言几乎毫无意义,50D和D7000的临界光圈基本在8左右,和镜头本身的最佳光圈差不多。



又又一篇


从胶片到数码:最佳光圈的演变

所渭“最佳光圈”.是指用该档光圈拍摄的照片具有最好的清晰度与锐度。在35 mm胶片相机全盛时代.摄影圈内流行的说法是“从镜头最大光圈收缩2-3 档即是最佳光圈”。以50 mm F1.4 镜头为例.其最佳光圈在F4到F5.6 左右。而28-70 mm F2.8-4.5 的最佳光圈在F8 左右。以上最佳光圈的概念同样适合全画幅数码单反相机.但对于APS 画幅以及众多画幅更小的DC 来说.上述最佳光圈一说就不能完全照搬了。
通常.我们用"光圈大小F=镜头光圈直径D/镜头焦距f"这个公式表述光圈的大小与镜头焦距和光圈直径的关系。需要提醒的是.镜头光圈F 值的大小是倒数.如F2.8 实际上是1/2.8,但常常省略标注为F2.8。这样我们很容易计算出50mm F2 8 镜头的光圈直径为F=D/f.即D=F×f=1/2.8×50=15.857 mm:而F11 的光圈直径为F=D/f.即D=F×f=1/11×50=4.545 mm.即50 mm 标准镜头F2.8 光圈的直径是15.857 mm.F11 光圈的直径是4 545 mm。
光圈直径的大小与该镜头的焦距长短密切相关。如今,在传感器而积动辄只有几分之一英寸大小的数码相机上.镜头实际焦距只有几毫米至几十毫米.那么这些家用数码相机光圈直径又会发生什么变化呢?
假设一款数码相机的实际镜头焦距为6 mm.根据公式可以计算出该相机光圈F2.8 和F11 的光圈直径分别是2.14 mm 和0.545 mm。可见在光圈F11 时已和小孔成像的光瞳直径差不多了.由此产生光的衍射开始严重影响最终成像质量。如果还按照过去胶片时代最佳光圈的估算方式去拍摄.不但得不到最佳画而效果.反而会让画面品质大幅降低。实际上,从小数码相机普及开始.就有人注意到这个问题。通过大量影友的实际使用交流可知:对于现在的小数码相机而言.它的最大光圈就已经可以看作是最佳光圈了。正是镜头实际光圈孔径的大幅缩小.使得小数码相机的最佳光圈不再适用于以往的判断方法。这也是我们在小数码上难以
实现胶片时代那种不同光圈值下区别明显的景深变化效果的原因。
APS 画幅的数码单反相机.最佳光圈的判断方法也发生变化.即从镜头的最大光圈收缩1-2 档便已是最佳光圈。如果我们依旧延续过去的方法判断镜头的最佳光圈值.其实是很难得到它的最佳成像效果的。进入数码摄影时代后,相机的类型发生了变化。小Dc、APS 画幅数码单反的诞生.促使我们对最佳光圈的认识也要跟着改变!

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