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镜头摄像中暗角的概念

Date:2014-05-05 10:41:12

有不少人对无暗角镜头有盲目的崇拜,而每次杂志上提到镜头测试必提到暗角,这似乎无可厚非。但是有些人但凡贬斥某款镜头,有没有的问题都要提上暗角的过失,暗角显得罪无可赦。可惜世事难料,无情的测试证明不少超级镜头都一样有暗角。

蔡司传奇Hologon T* 16mm f/8 有暗角也就罢了,谁叫人家那么广;徕卡历代35mm镜头,包括最新的Summilux-M 35mm f/1.4 ASPH号称徕卡最好的广角镜头,居然也有暗角,不仅有暗角,更过分的是光圈缩小三四档之后,暗角顽固不去,这似乎就比较郁闷了;进一步试试蔡司新款 Planar 50mm f/1.4,同样也被称作“人类有史以来最好的镜头”,拍拍白墙,一样在大光圈下可以看到暗角。

很显然这样的结果让有些人不能够接受,那就来看看为什么有暗角吧。

比较满意的解答就必须提到光学设计原理和光学方程式,或许有些枯燥但其实非常浅显。大家可以先自己动手做个试验。找找手边有没有手电筒,再找面白 墙,正对着白墙上的某一点把手电筒打开,墙上出现一块又圆又亮的光斑,现在往侧向跨出一步,光照的地方别动。咦!墙上的光斑变成椭圆型,而且好像也没有圆 的时候亮了。再跨出一步,椭圆更扁了,而且好像更暗了。

其实大家的这个发现很关键,手电筒灯光的亮度是固定的,当手电筒发出的光束与墙的法线方向重合的时候,就会打出个圆形的光斑,当手电筒发出的光束与 墙的法线方向形成一个角度ω的时候,在墙上打出的就是椭圆形的光斑,椭圆的面积比圆的面积大,所以单位面积所得到的亮度就比圆形的时候弱,我们的眼睛就会 感觉到暗一些。

那么这椭圆与正圆的面积比与ω又有什么关系呢?对几何有兴趣的人可以自己去做一些推导。直接告诉大家结论:椭圆面积和正圆面积与ω余弦成反比。写到 这里,大家是不是明白了一点呢?其实我们这里作个替换,把白墙换成底片,手电筒代表从各处发出的光线。底片的面积是一定的,那么从各处发出的光线到达底片 的强度就随着ω的增加而减弱。大家可能想说,这样就说明了?

实际上底片前面的镜头作用就是把光线“汇聚”到底片上。既然提到镜头,下面就不得不讲一点枯燥的光学知识:如果我们把镜头简化成简单透镜,那么离轴光线和光轴方向光线在焦平面上的照度比值与夹角ω余弦的四次方成正比,在光学设计中这个结论被称作Cos4法则。

那Cos4法则有什么意义呢?随着镜头焦距不同视角就要发生变化,焦距越短视角就越大,而根据那Cos4法则,随着视角的扩大,到达焦平面单位面积 上的光线强度就要下降。像28mm这样的广角镜头其视角约为72度,根据Cos4法则,视场边缘像点到达底片的亮度不及视场中心亮度的50%,换句话说就 是画面边缘亮度比画面中心少一档光圈。当然这样光学性能的镜头是不能被接受的。

但是我们至少知道关于镜头基本“特性”:广角镜头边缘比中心的亮度低,是由其特性决定的,不是不受任何人为因素所转移。其实这么一堆枯燥的光学知 识,就是想说明一点,大家看事情不能老看外在表现,因为所有事物的外在表现必有其内在根源。老说广角镜头容易出现“暗角”,边缘亮度比中心低,就像抱怨轿 车不能跑沙漠或猪头肉做不出烤鸭味一样。

另外,像28mm、24mm这样的广角镜头很少有大于f/2.8大光圈。为什么广角镜头比较难于把光圈做得比较大呢?因为光学工程师必须采取一些措 施来改善广角镜头像场边缘的亮度。还记得刚才做过的手电筒小实验,如果我们能做出这样的镜头,可把从光源发出的光线尽可能地收住,就可以把底片边缘的亮度 提高。这就需要镜头尽可能把大范围内的光线汇聚到底片上,实际的广角镜头为了多“采集”一些光线,第一组镜片的曲率都特别大,这也就是为什么广角镜头的第 一片镜片总是被做得又鼓又大的原因。

一旦广角镜头光圈增大,大量问题都会同时出现,设计师们陷入无比复杂的均衡试题中。你把光圈做大哪怕一点点,各种像差(球差、色差、慧差及它们各自因为不同色光,和光线角度造成的各级差异)就像被打开的潘多拉盒子,全都跑了出来。

事物的发展总是螺旋上升的,当你解决A问题后,你会发现它引出B问题,当你有解决B问题后,会发现A问题又换了形式变成C问题;或许事件继续发展下去,你哪天会惊喜地发现原来你觉得成为麻烦的B问题,帮你解决了后面的H问题。

结论就是在实际的设计中,特别是对于大口径镜头的慧差问题,暗角的出现不仅有助于消除多种球差,也意味整体画质的提高。要相信好的镜头设计师一定是 具有艺术创作能力的人,他们会知道怎样权衡镜头之间各种复杂的要素。只有平庸的设计师才会妄想一支“完美”的镜头。设计师往往都比较脆弱,我经常听到他们 的无奈,他们费尽心血设计的镜头会被抱怨“哪儿都挺好,就是有暗角”或“要是UV 镜能从49mm改成46mm就好了”,更糟的是“最大光圈不够”。设计师命真苦。

摄影者不能领会设计师的用心良苦,主要是因为各自摄影观念上的差异。

特别是多数摄影爱好者对影像各个领域涉及的比较简单。那么暗角给摄影者带来什么呢?暗角虽然不是很多镜头测评玩家喜欢的,但却有很多摄影师喜欢。照片是空间平面化后的局部,我们对照片的品味一部分来自对照片里面的视觉效果,另一部分也是在想象框架以外的影像。

暗角也是强化被物理纪录和未被物理纪录的重要手段之一。所以暗角的效果应该是有利用价值的,同时也是需要控制的。另外,暗角对于管窥历史的情感表达 也有很大的帮助。因此对于能够驾驭暗角的摄影师,镜头的暗角只有好、坏的差别;对于不会用暗角的摄影师,镜头只有有暗角或没暗角的区别(或许如果他们认为 有暗角的镜头就是差镜头,那样更糟)。再说回来,好的镜头设计师一定是有创造力天分的。

简单缩小光圈消除暗角就是正确的操作吗?显然不是。暗角是镜头风格重要的组成部分之一,是否能够提供可控制的暗角是考验镜头成为好的镜头的因素之一。

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