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数码相机衍射极限光圈
数码相机衍射极限光圈
翁移山
首先看景深是怎么形成的,一个物点,在像平面上成一个像点,远一点或近一点的物点在底片上出现的是弥散圆,我们对弥散圆有个容忍度,大于一定程度(全画幅的弥散圆直径为0.035mm),我们认为模糊了,在这个程度内我们认为清晰。这个弥散圆的直径随着画幅的不同而不同。由于有弥散圆的存在,就有了景深的存在。
F64小组(一个古老经典的摄影组织)用的是大画幅银盐相机(现在数码相机最大只有中画幅),银盐的颗粒有大有小,随机均匀连续分布在胶片上,银盐颗粒的直径大多在0.1-1微米(现在的数码感光传感器像素是3-7微米)。
F64小组的经典作品
银盐颗粒随机连续分布,一大群颗粒成像一个弥散圆,同下一个弥散圆之间没有明显的间隔。因此,为了获得更大的景深,采有极小的光圈。由于F64用的是大画幅相机,那种相机的镜头本身也很大,也就便于制造更小的光圈。在银盐相机时代,没有衍射极限光圈一说。
问题的关键是银盐颗粒随机均匀连续分布,数码像素是点阵分隔排列分布。问题的关键----连续与分隔。
对于数码相机就不一样了,传感器上的一个像素点,就是一个完整的点,要让这个完整的点去区分一个物点,那就受到衍射限制。
说到衍射,就涉及到波动光学。前面说得弥散圆,那只是在几何光学中推导的结果,认为一个物点,在像平面上就是一个像点(几何点,没有面积大小)。其实在波动光学看来,不是一个几何像点,而是一个斑(有一定面积,不是前面说得弥散圆),这个斑点叫爱里斑。
在光圈收小时,爱里斑的也缩小,但达到某个极限之后,爱里斑反而增大。这个极限就是衍射极限。
衍射极限是说两个爱里斑混在一起了,不能区分。
可以区分 不能区分
可以推导出这个衍射极限公式为
DLA=p/(1.22λ)
DLA叫衍射极限光圈,p是单个像素的直径,λ光波波长。
以佳能6D为例,p=6.54微米,λ=5100?(可见光波长的中间值),计算出极限衍射光圈值为f/10.5。
事实也是如此,以镜头Canon EF 24-70mm f/2.8L+Canon EOS 6D 为例在光圈f/4到f/5.6时,分辨率达到最高;光圈f/11之后,分辨率明显下降。
但是,这个测量与认识存在一个问题,为什么非得让一个像素点去区别一个物点呢?用一大群像素点去区分一个物点不行吗?目前不行,是因为像素点不是足够的多,不是足够的小。
大像素与多像素的争论目前也很激烈,也仅限于目前不是足够多的情况下,出现的单个像素受光面积之争。(这是另一个话题)
如果像素点做到银盐颗粒大小,用一大群像素点去成像一个爱里斑,还会有衍射极限光圈之说吗?如果有,p=0.5微米 DLA=f/0.8 岂不是荒唐。
所以衍射极限光圈是基于目前数码技术的局限而形成的,确实存在的。像素的分隔排列还存在一个问题就是莫尔条纹,所以数码相机镜头比银盐相机镜头多了一个低通滤镜。当然这也是另一个话题。
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