
这是世界上第一张照片,这张底片曝光了足足八小时,是法国人约瑟夫·尼埃普斯在家中拍摄的。他用铅锡合金的白蜡片做感光底片,在上面涂上一种光照后可以变硬的沥青,没被阳光照射的那部分沥青用薰衣草油洗掉,便能得到一张完全靠阳光照射而得到的黑白照片。
尼埃普斯,《窗口》,1826
1833年,尼埃普斯过世。1835年,达盖尔发现在碘化银感光板上的潜影,可以利用水银蒸汽使之显现。1837年,达盖尔在摄影室内用自然光拍摄了以下照片(你们猜达盖尔是什么职业)。
达盖尔,《画室》,1837
1839年,达盖尔公布了他发明的“达盖尔银版摄影术”。至此,摄影术宣告诞生。后来,达盖尔制成了世界上第一台照相机。
达盖尔相机
达盖尔照相机与我们目前使用的基本类似,由镜头、光圈、快门、感光元件(及暗箱)等部分组成。镜头是照相机的重要部分,景物就是通过它来结成影像。它由不同性质不同形状的透镜组成,决定了其焦距。
达盖尔照相机只有一种焦距即f=75mm;光圈是装在照相机镜头里用来调节通光量强弱的一种设备,当时的照相机设有4、11、16三种光圈;快门是用来调节光线进入镜头多少的装置;取景器决定所摄照片的范围;暗箱是一个不透光的匣子,用来使感光元件(一块表面上有碘化银的铜板)曝光。然后蒸以水银蒸气,并用普通食盐溶液定影,就能形成永久性影像。
在之后的岁月里,摄影术有很多的改进,但达盖尔巧夺天工的设计思路一直沿用到今天,摄影是光的艺术,核心思路便是下述几个问题的解决:
光如何折射进来(焦距)
通过多大的孔径(光圈)
照射了多长时间(快门)
落在特定敏感度的感光元件里(感光度)
让我们顺着达盖尔的思路,看看他为何确定了这几个参数呢,我们又应该如何理解呢?
01
光如何折射进来(焦距):
焦距示意图
焦距,是光学系统中衡量光的聚集或者发散的度量方式,是指相机中镜片组的光学中心到感光元件程序屏幕的距离。具有短焦距的光学系统比长焦距的光学系统有更佳的聚集光的能力。
很好理解的是,对于相同大小的感光元件,焦距越短,视野范围越广;焦距越长,视野范围越窄。容易理解的是,广角适合拍风景、建筑等广阔的场景,长焦适合拍较远较小的物体。
如下图可以看到,对同一拍摄主体,不同的焦距可以表达出非常不同。
金刚鹦鹉,600mm拍摄
金刚鹦鹉,70mm拍摄
除了对视野范围有影响,取景物体通过不同的光学系统落在感光元件时,也会产生一些变化,如下图。
不同焦距对人脸的影响
由于这个畸变,所以不同镜头也有所不同,50mm是个很神奇的焦段,当你使用一个全画幅相机,配上50mm的镜头时,你会发现在镜头里看的物体与直接与人眼看的大小完全相同,50mm也因此被称为标准镜头,适合拍纪实或者人像摄影。
焦距是一个镜头的核心属性,决定了这个镜头可以拍摄什么样的场景。镜头有定焦镜头和变焦镜头,通常来说,定焦镜头由于镜片组是固定的,成像质量会更好,而变焦镜头则是以灵活取胜。就一般的需求来说,配一支变焦16-35mm作为广角风光镜头、一支变焦70-200mm作为长焦镜头、再根据个人需求配一支35mm、50mm、或者85mm定焦就比较可以覆盖日常需求了。
02
通过多大的孔径(光圈):
光圈
光圈是照相机上控制镜头孔径大小的部件,对于已经制造好的镜头,有一个最大光圈值是固定的,另外可以通过镜头中的多边形来控制镜头的通光量。
其中光圈统jing=镜头焦距/光圈孔径,光圈孔径的通常序列为:1,1.4,2,2.8,4,5.6,8,11等。镜头通光量和光圈孔径的平方成正比,可以得出上述相邻通光量约为2倍的差异。
对于镜头来说,做的最大光圈越大,镜片组也就越大,相应的筒径、传动装置也就越复杂、色散相对也就更难控制。因此大光圈的镜头通常价格会高很多。对于定焦镜头,能达到F1.4就可以称为大光圈镜头;对于变焦镜头,由于传动装置复杂,又分为恒定光圈和非恒定光圈,通常恒定光圈F2.8就是很好的变焦镜头了。在此不一一赘述。
光圈——弥散圆示意图
除了与通光量相关,景深与光圈的关系是一个重点。首先需要明确一点,当我们对焦时,实际上只有一个平面真正合焦,合焦的物体落在焦平面上是一个点,远离合焦平面的则为一个圆,并且,离合焦平面越远的物体,成像时形成的圆就越大,这个圆,术语中叫做“弥散圆”,但人眼的分辨能力是有限的,所以,比较小的弥散圆,对人眼来说也是合焦状态。
不同的光圈大小对于景深的影响上图已经表达的很清楚了。我们以前读书的时候,看不清黑板会眯着眼,这也是一种收缩光圈,扩大景深,以达到看清楚东西的目的。
大光圈对景深的影响,对构图及表达都有很多益处,例如可以更突出的表达主体,将背景无关信息虚化掉。
综合焦距与快门,我们可以根据自己的预算决定光圈,对于上面推荐的三个焦段,预算充足时可以配F2.8 16-35mm、F2.8 70-200mm及F1.4 35mm、50mm、85mm三选一,预算不充足时可以配F4 16-35mm、F4 70-200mm及F1.8 35mm、50mm、85mm。
03
照射了多长时间(快门):
快门,是照相机中控制曝光时间的重要部件,快门时间越短,曝光时间越短。通常来说,拍摄高速运动的物体需要1/500以上的快门速度,影棚常用的是1/125的快门速度,再暗时,甚至可以降到1/30的快门速度,再慢的快门速度,为了减少手持相机抖动对拍摄效果的影响,通常就需要三脚架等固定器材了。拍摄光绘甚至星轨等需要长时间曝光的主体,会使用到B快门,打开镜头直至放开才使快门关闭。
世博轴-曝光时间2s
火烈鸟-曝光时间1/1000s
对于运动摄影或者新闻摄影,某些场景下需要高速连拍,这对快门速度有一定的要求,部分相机就是主打这一功能的。
04
特定敏感度的感光元件里(感光度):
感光度,又称为ISO值,是衡量底片对光的敏感程度。早在胶片时代,购买胶卷时,就可以看到包装上标示着ISO 100、ISO 200、ISO 400等字样,这里的ISO是International Organization for Standardization的简称,ISO值也就是国际组织对感光度的量化规定。通常来说,ISO值越高,对光越敏感。
大家常听的高感相机,便是指的哪些可以在高ISO值仍然可以保障较高成像质量的相机。
感光度、光圈、快门都对曝光有影响,这三项对曝光的作用,我们可以将光子想象为水,那么光圈就可以理解为放水的水管直径,快门就可以理解为放了多久的水,感光度则理解为一个滤网。光圈越大、快门越大、滤网越粗,则进来的水越多。为了获得合适的曝光量,这三者有个此消彼长的关系,共同作用得到一个完美的照片。
早期对了解了“用光的艺术”这几个核心指标,了解了镜头的基本选择,也了解了快门及感光度和相机的关联,那么我们常提的清晰度,还与什么相关呢?
这就是光的载体——相机里的感光元件。这在相机发展史中,可是核心的一步了。
图4 感光元件尺寸(来自网络)
传统相机的感光元件为胶卷,作为相片的载体,将卤化银涂在聚乙酸酯片基上,卷成一卷方便使用。当有光线照射时,卤化银会转变为黑色的银,经过显影工艺固定在片基上,就成为我们常见的底片,通过一些冲洗过程,就会形成一张照片。其中最常见的是135胶片了,尺寸为36×24mm。在数码时代,这个规格的被称为全画幅。
而后,在1996年,五大公司联合开发了APS(Advanced Photo System)胶片系统,在原135的基础上对相机、感光材料、冲印设备等都进行了大幅改进。分为APS-C,APS-H,APS-P等三种底片画幅。APS问世以来,有很多厂商加入,但身处传统胶片摄影和当今数码摄影系统之间,APS并没有机会展开全面的应用。
感光元件作为影响成像表现力的硬指标,也是影响数码相机造价的主要因素,数码相机中大部分采用的都是小于135规则的感光元件,其中与APS系统中规格相似的,便称为APS-C或者APS-H画幅了。对于手机或者卡片机来说,由于成本和体积所限,通常采用更小画幅的感光元件。
除了对画质的影响,传感器还会对另外一个参数有着重要影响——等效焦距。对于全画幅的相机,镜头的焦距便为实际的焦距,那当数码相机的感光元件为APS-C或者更小的时候,那么等效焦距是怎样呢?从视野上看,50mm的标准镜头在APS-C的画幅上,焦距转换系数约为1.5,即实际焦距等效为75mm。感光元件越小,对应的等效焦距系数越大。
那么感光元件是怎样影响画质呢? 比如说,都号称2000万像素,实际的照片效果有什么不同吗?感光元件越大,单个像素越宽代表每个像素点的面积越大,通常情况下,像素点面积大可以捕捉更多的光子,相对越不容易产生噪点,也就是画质越好。尤其是在夜间,光照不足的情况下,能捕捉尽可能多的光子就更重要了。
所以大家在选择相机或者手机的时候,除了要了解像素,也要了解其感光元件的大小,这个对画质的影响才是最本质的。手机的感光元件,通常是最后两个的大小,这也就比较好理解为什么单反或者微单的画质通常要好于手机了。通常来说,如果你决定了入摄影这个坑,老法师都会推荐直接购买一个全幅相机,无论从画质还是焦距及镜头选择上都更有扩展性。
至此,我们简单的讨论了焦距、光圈、快门、感光度及感光元件的基本知识,也基本上就从技术上了解了影响摄影的核心要素啦。
上帝说,要有光,然后就有了盖达尔,从无开始,定义出来了相机的核心要素,真的很天才,我们虽然失去了这个机会,但至少可以从相机相关设计和知识上不输于他了嘛(大雾)。
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