摄影入门

最近看了点摄像机测评,发现摄像机的一些原理蛮有趣的,写出来分享。

原理

照相机拍照的原理很简单,就是『小孔成像』,这个实验在初中物理就有做过,对小孔成像原理不做分析,看下图就能明白。👇

那么当光透过小孔,照射在一些特殊的感光材料上,就可以形成影像,一张照片就诞生了。虽然后面的单反、微单等相机越来越复杂,但是其原理是差不多的。

那么,对于一款相机而言,有 3 个重要的部件:

这 3 个部件属于基础建筑,照片的好坏程度很大程度上取决于这个 3 个部件。

光圈

对应到小孔成像实验中,光圈指的就是小孔的大小,通常用 f/N 表示,比如:f/1.4、f/2.2 等等。这里的 f 表示焦距,一般情况下是一个定值,所以分母越小,光圈其实是越大的。光圈大有什么好处?在单位时间内,光圈越大进入的光的数量就越多(假设光是粒子),照射在感光材料上的数量也越多,形成的照片就更亮。所以在拍摄夜景的时候使用大光圈能拍摄到更亮的照片。通常我们再拍摄一些近景,希望可以虚化远处的东西,突出中心,这个时候我们就需要使用大光圈,如下图👇。像这种突出主体,虚化背景的相片被称之为『浅景深』。

所谓『景深』可以理解为一张照片中景象清晰的范围,如果虚化的部分比较多,则称为浅景深。

那么是不是意味着光圈越大越好?也不是,寸有所长,小光圈也有小光圈的用处。

如果要拍摄的照片为风景图,希望整张照片可以体现出大气磅礴的感觉,那么就应该使用小光圈。相对应的,这种相片称之为『景深深』。但是使用小光圈的问题也很明显:进光量不足,拍出的照片先对比较暗。

那么问题就来了,如果拍摄一幅星空的照片,希望照片场面越大越好,同时照片也要足够亮,那要怎么办?为了照片能体现星空的壮观肯定需要使用小光圈,但是夜晚本来就比较暗,光圈再小一点,进光量不是更惨了?

快门

不就是进光量的问题嘛,如果光圈小单位时间进光量不够,那么可以延长进光时长啊。

快门就是挡在镜头前面的一块遮光板。在相机不用的时候肯定不希望光线照到感光元件上,就需要一块遮光板挡在镜头前面,当需要拍摄照片的时候再移开遮光板让光线通过镜头照射到感光元件上。『快门时间』就表示遮光板移开镜头的总时长。

快门时间通常有 1/100s、1/200s 等等,快门时间越长进光量越多,拍出的照片也就越亮,因此拍摄夜景应该尽量使用『慢快门』。但是慢快门也存在一个缺点:如果拍摄的物体快速移动,或者手持摄影机由于手微微抖动拍出的照片就会糊掉。后者的问题可以通过使用三角架来解决,但是拍摄物体本身的运动导致的模糊就无解了。所以,在运动场上要拍摄一些精彩画面的瞬间,通常需要把快门时间调整得很低很低,这样子才能拍摄出清晰的画面。

但是,有些摄影的艺术,会故意把快门时间调得很长,比如下面这张图的快门时间达到了变态的 30s👇

那么严格的拍摄环境又来了,如果又要拍夜景,又希望拍摄出来的照片足够清晰,那么有什么办法?

CMOS

CMOS 是感光元件,它可以把光信号转换成电子信号。拍照时,光线通过镜头照射在 CMOS 上,CMOS 传感器上密密麻麻布满了像素点,光打在每个像素点上,每个点记录了颜色信息,最终形成照片。CMOS 的大小就是所谓的『像素』。假设一个照相机的像素为 5182 * 3456,就意味着 CMOS 元件长有 5182 个点,高有 3456 个点,这个照相机拍出来的照片就为 5182 * 3456 = 1800 万像素。

CMOS 元件因为制作工艺的不同,每个感光点对于光的敏感度也不一样,CMOS 对于光的敏感程度称之为『感光度 (ISO)』。现在的照相机或者手机感光度的大小是可以手动调整的。如果 ISO 够高,那么只要一点光就可以记录颜色信息,所以拍摄的照片要够亮,除了使用大光圈、延长快门时间外,还可以选择高 ISO 的感光元件。

但是,高 ISO 又会带来另外一个问题:拍出来的照片容易产生『噪点』,ISO 越高,噪点就越多。噪点目前是照片成像质量的最大问题之一,那什么是噪点?噪点是如何产生的?

上面这张图中,明显左边的照片比右边干净,这就是右边的照片 ISO 太高,产生的比较多的噪点,使得照片整体看起来有点不干净。那么噪点是如何产生的?

CMOS 元件的大小通常为 36mm * 24mm,需要在这么小的面积下塞入 1800 W 个像素,必然每个像素之间的间隔会非常小。由于光除了有粒子特性外,还有波的现象,当光在打到某个像素点的时候,因为光波摆动的原因,很可能会影响到旁边的像素点,导致其他像素点记录的颜色不正确,这样就产生了噪点。除此之外,工作中的像素点也会发热,产生的热效应也会影响其他像素,同样也会产生噪点。

由于物理导致产生噪点的产生是不可避免的,解决方案是在后期使用软件算法对照片进行处理。

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Written by JayChen on 16 February 2019