“临界光圈衍射”小题大做的惊恐.doc

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1、“临界光圈衍射”：小题大做的惊恐随着尼康D800、佳能5DMarkⅢ等新一代全画幅数码单反相机的发布，高像素、高画质、高感光度这些老话题又再度成为一众摄友的谈资，其中不乏一些“高手”对它们提出了一个听似深奥的观点：“如此高像素的情况下，临界光圈衍射将会影响到最终成像画质”。事实果真如此么？今天我从产生原理来为大家解读临界光圈衍射的真实影响。　　临界光圈衍射：小光圈的先天问题　　所谓临界光圈衍射，就是指当光圈小到一定程度时，对最终成像解析度造成影响（也就是俗称画面变软）的一种现象。它的产生原理如下：光线在

2、通过镜头物理光圈时，会产生一定程度的散射，这种现象在任何光圈和任何光线下都会发生，但会随着光圈的变小和光线波长的变长而越发明显。　　因为通过物理光圈时发生了散射，原本平行传播的光线就会互相影响：有些光路之间会叠加、有些光路之间会相互抵消，到达感光元件后就会形成一个被称为“爱里斑”的条纹衍射图样。而这个爱里斑，就是决定是否会出现临界光圈衍射的关键。如果它的直径比单个像素宽度大约2.5倍时，就会对成像效果产生影响，造成临界光圈衍射现象。我们前面讲过，物理光圈越小，光线通过时散射就越明显，爱里斑也就更大。爱里

3、斑的大小只跟物理光圈的大小有关！所以，临界光圈衍射的产生，就是小光圈摄影的先天问题。　　在通过较大物理光圈时（上），光线的散射率低于物理光圈较小时（下），在感光元件上形成的爱里班面积就更小。　　爱里斑的三维/二维示意图，基于完全圆形物理光圈设想而来。通过镜头的光线到达感光元件后就会形成这种亮度不均的斑　　单位像素宽度越大，可用光圈值越小　　虽然临界光圈衍射跟物理光圈大小的关系最大，但别忘了，必须是爱里斑的直径相对单个像素宽度大约2.5倍时，才会产生临界光圈衍射现象。所以，对于单个像素宽度不同的相机而言，

4、产生临界光圈衍射现象的初始光圈值也不一样（佳能、尼康、索尼等品牌数码相机的感光元件均采用拜耳阵列排布，即每个像素均为方形结构。但佳能、索尼为正方形，尼康略有一点偏长方形，但偏差值很小，非仪器测试无法察觉，因此我们统一用正方形来表达单位像素）。举个例子来说，2110万像素的佳能5DMarkⅡ，在F/8时也不会产生临界光圈衍射现象，但1000万像素的佳能G12在F/4时就出现了。这是因为前者采用了全画幅感光元件，单个像素宽度为6.4µm，而采用1/1.8英寸感光元件的后者，单个像素宽度仅为2µm。所以，单位

5、像素面积越大的机型，可用光圈值也就越小，并无通用参考值。　　佳能5DMarkⅢ采用全画幅感光元件，虽然像素总数达到2230万，但单位像素宽度为6.2µm，比像素总数为1800万的APS-C画幅机型（4.3µm）还是要大出一截，因此它的可用最小光圈更小　　小贴士：焦距变化，爱里斑也会随之而变么？这里涉及到一个大多摄友都会犯的错误，就是将光圈值与物理光圈大小混淆。对于长焦镜头而言，即便光圈值同为F/22，在200mm时的通光口径也会大于在50mm时（回想一下“光圈值=镜头焦距/通光直径”的定义吧）。所以在长

6、焦端，实际光圈口径是变大了的，爱里斑在这一步就变小了；而随着焦距的变长，光线通过光圈后到达感光元件的距离也变长，爱里斑在这里又增大了。因此，在经历了这番此消彼长后，焦距的变化对爱里斑大小不会造成影响。　　不同颜色，临界光圈衍射也不同　　不同颜色的光线通过物理光圈时，产生的散射率是不同的，因此它们形成的爱里斑大小也是不同的，数码单反相机镜头可以拍摄波长在450nm~680nm之间的色彩。在三原色中蓝色的波长最短，同物理光圈大小下形成的爱里斑最小，而红色与之相反，绿色位于中间。但在一个标准4×4拜耳阵列里，

7、绿色占据了8个像素，而红色/蓝色分别为4个，这是因为人眼对绿色最敏感，所以在当达到产生临界光圈衍射的最小光圈值时，绿色的细节和明度是首先发生变化的，红色其次，蓝色最末。　　小贴士：什么是拜耳阵列？　　大家可以将感光元件上的每个像素想象成一个个的小坑，当你按下快门释放钮，光粒子就像一个个的小球从天而降地掉进像素小坑里，曝光结束后，处理器就根据每个像素小坑里收集到的光粒子数量，形成一个灰度图形。怎样才能将灰度变为彩色呢？这时候就需要在每个像素小坑上加一个过滤片，只允许三原色中的某一种通过，而拜耳阵列就是在数

8、码相机领域最常见的过滤片布置模型。它是一个4×4阵列，由8个绿色、4个蓝色和4个红色像素组成（索尼数码相机中，蓝、红、绿、翠绿色分别占据4个像素），在将灰度图形转换为彩色图片时会以2×2矩阵进行9次运算，最后生成一幅彩色图形。　　像素、画幅、光圈的博弈　　在大多数非影棚拍摄时，自然的色彩是我们无法改变的，那是不是使用尽量大的光圈、尽量大的画幅和尽量小的像素数量就一定能获得好的成像效果呢？答案也是否定的，虽然这样的确可以有效地降低临界光圈衍射