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[全景漫游系列笔记][章节005]-取景相关知识之光圈与快门之间的关系

全景技术 OceanCoder 2019-05-15 236 次浏览 0个评论

数码相机或数码单反相机(以下简称“相机”)的曝光量是由相机的光圈、快门、ISO和曝光补偿以及闪光灯等曝光参数综合决定的。

曝光就是相机的图像传感器感光,曝光量就是感光量,当感光强度ISO一定时,图像传感器的曝光量(即感光量)由下式决定:

曝光量=光的强度×光的照射时间

也即,光圈大小和快门时间两者相乘即为

曝光量=光圈大小×快门时间

由上式可知,在摄影时,上述参数是相互制约和互补而使感光器件(CCD或CMOS)曝光的,当光圈值一定,即通光量一定时,快门时间越长,则感光器件曝光越强,反之,越弱。当快门时间一定时,则光圈越大,则感光器件曝光越强,反之越弱。如果相机的组成器件如镜头、感光器件特别是测光系统等器件质量高,灵敏度和准确度性能好,在拍照时,以上参数就能够精确的严格的相互制约和互补,而使摄影者拍出曝光理想的照片。反之,以上参数的相互制约和互补性误差就大,就能使感光器件产生一定的曝光误差致使照片成像不理想。为了拍出曝光理想的照片,我们有必要了解相机的光圈等曝光参数的物理意义和制约关系。


一、光圈  

光圈是用来控制通过镜头进入相机机身内的通光量的机械器件装置,该器件装置由多个金属叶片搭接而成。它位于相机镜头组的透镜片之间与镜头片平行,由相机控制金属叶片扩大或收缩而形成通光圆孔,该通光圆孔就称光圈。控制光圈口径的大小(也就是控制该通光圆孔的口径的大小),可控制透射到相机的感光器件上的通光量的大小。显然,光圈的口径开的越大,通光量越大,成像越明亮,反之,成像越暗。因此,光圈口径的大小,以下我们简称“光圈”,是决定相机的感光器件曝光量的重要曝光参数之一。但是对于通过光圈的通光量大小,我们不能直接或只用光圈的物理尺寸大小来表示。有人会问,既然光圈决定通光量,那么,直接或只用光圈的物理尺寸大小来表示通光量的大小不是很直观很方便吗,这是不行的。这是因为不同类型的相机镜头的特性和结构不同,所以即使光圈的口径相同,通过光圈的光通量也可能不同,所以我们不能用光圈的实际直径来表示光圈的通光量。再者,上面我们只提到了光圈与通光量的关系,实际上透过光圈的通光量的大小不只是由上面我们所说的由光圈的物理尺寸大小决定,还与相机镜头的焦距长短有关。相机镜头的焦距长短不同,也影响通光量的大小。例如,不管你的相机的光圈物理尺寸设置的多大,如果焦距长,相机镜头及位于镜头组片之间的光圈就要距感光器件远,通过光圈进入感光器件上的光亮就弱,也就是说通光量小。如果焦距变短,光圈距感光器件就近,通光量就大,感光器件就明亮。这就是说,透过镜头的通光量的大小是由光圈和焦距这两个变量决定的,所以在表明通光量大小时,不能脱离镜头的焦距值而单用光圈孔径大小的物理值来表示。根据相机的光学原理,通光量是由镜头的焦距长短和光圈的口径大小的比例关系决定的,只有用这两者的比值的大小才能正确的表示通光量的相对大小。这个比值可用下式表示:

 

F= 焦距长短/光圈大小 

 

上式中的比值F值就是表示相机的镜头通光量相对大小的数值,在相机中称其为光圈值,当相机镜头的焦距一定时,在拍摄时选定的光圈的物理孔径越大,则光圈值F越小,通光量越大。反之,选定的光圈物理孔径越小,则光圈值F越大,通光量则越小。尽管F值在相机中称为光圈值,但它实际上不是光圈物理孔径的大小,光圈值F是一个无单位值,有时也称F为光圈的相对孔径。

由以上公式我们还可看出:

1,要达到相同的光圈值F,长焦距镜头的光圈口径要比短焦距镜头的光圈口径大。

2,为了保持相同的光圈值F,当相机镜头的焦距增大或或变小时,光圈孔径也要相应的增大或变小。

3,当光圈孔径大小不变时,焦距越长时,光圈值F也大。反之,焦距越短,则光圈值F越小。

例如某个镜头的焦距是50毫米,光圈是5毫米,则其光圈值

F=50毫米/5毫米=10(简称F10)

如果该镜头焦距变为20毫米,则

F=20毫米/5毫米=4 (简称F4)

由上可知,尽管相机打开的光圈大小相同,但由于焦距长短不同,透过光圈到达感光器件的光亮度也就不同。光圈F10时,因焦距长,则暗,光圈F4时,因焦距短,则亮。此原因上面已讲述过。

根据光学原理可知,通过镜头光圈(即通光孔)的光线的通光量与镜头光圈(即通光孔)的直径的平方成正比,例如,若假设光圈(光孔)的直径增大为原直径的2倍时,那么此时通过该光圈(光孔)的光线的通光量就增大2的平方倍,即4倍。反之,若假设光圈(光孔)直径减少为原直径的2倍,则通过光圈(光孔)的通光量要减少为2的平方倍,即4倍。因此,根据光学的这一原理,当今相机将光圈(光孔)的直径按√2倍即1.414的倍数设置为一系列光圈(光孔)档次(见下面所列的镜头光圈大小的系列的档次),这样,这一系列光圈值的相邻档次的通光量变化就为√2或1.414的平方即2倍的变化。相机的光圈值的系列值为什么要按这种2倍通光量的变化而设置呢,这是为了与快门时间系列中相邻档次的2倍时间的变化相对应的。 

由此可知,若以光圈值F=1为基准时,则F值每增大√2或1.414倍时(实际上就是光圈(光孔)直径减少√2或1.414倍),光通量就减少2倍。现在相机的光圈值F的参照级别就是以F1.0为起点,逐级增大1.414倍,即每一级光圈值乘以1.414而得的系列档次值:

 

F1.0,F1.4,F2.0,F2.8,F4.0,F5.6,F8.0,F11,F16,F22,F32

 

在上列F值系列档次中,因每后一档的光圈值F都是前一档的1.414倍,该档的通光量则比前一档减少2倍。反之,其前一档则比相邻后一档通光量大2倍。也就是说,在上面的光圈值F1至F32的11档序列中,每向右增大一档即1.4141倍光圈值,则通光量比前一档减小两倍,反之,向左一档减小1.4141倍的光圈值,则通光量增大2倍。镜头越明亮,则光圈值F越小。我们要注意的是,看起来F2.0镜头与F2.8镜头的F值差别不大,仅差0.8,但实际上在采用相同快门速度时,前者通光量也就是说该镜头的明亮度要比后者大两倍啊。

二、快门  

快门是位于感光器件前面的,控制光线在感光器件上照射时间长短的,类似于“门”的开关作用的机件。当按下相机的快门按钮时,则快门打开,透过镜头的光线就照射到感光器件上使其成像。快门开的时间长,透过的光线就多,反之,就少。如同相机设置的光圈开的大小按倍增减一样,相机设置的快门开关的时间长短也是按2倍增减。显然,光线通光量,也应是按2倍增减。快门的开关时间也称快门时间或快门速度是以秒为单位,一般数码相机其序列级别值以几十秒、几秒、几分之一秒、几十分之一秒、几百分之一秒、几千分之一秒来表示。不同的相机生产厂家的相机会有不同级别的快门速度范围。所有的数码相机或单反相机至少都有以下的快门速度(也许会更多):

1、1/2、1/4、1/8、1/15、1/30、1/60、1/125、1/250、1/500、1/1000秒

有的最大快门时间可达1/4000以上。

从以上所列快门值序列级别可看出,每级快门值也是按2倍数增大一级或减小一级的。每增大或减小一级,通光量就增大或减小2倍。上面提到,光圈值也是这样,光圈值每增大或减小一级,通光量也是增大或减小2倍。在拍摄时,相机为了使感光器件保持相同的曝光量,当F值增大一级或减小一级时,相机相应的要使快门值减小或增大一级,这样才能使曝光量相同,否则照片的曝光量不正确,会出现过曝或是不足。由此可知,相机设置的光圈值和快门值相互是制约的和互补的。例如在拍照时,如果你设置的光圈值和快门值分别为 F5.6 ,1/125秒。当你增大一级光圈值为F8时,则相机就将快门时间减小一级为 1/60秒 .正好补偿了光圈值增大一级时,通光量2倍的减小,使两者的通光量相同。正常情况下,无论光圈值或快门值的相互增大或减小,相机的光圈值和快门值就是按照光通量2倍增大或减小的这样的对应关系而组合的。下面是使用佳能EOS 550D单反相机的光圈优先模式和ISO固定为100时拍得的照片1、照片2和照片3。这3张照片的光圈值和快门值的组合是各不相同的,每改变一级光圈值F,对应的快门时间也改变2倍,尽管两者的数值变了,但曝光量都相同,所以,从这3张照片来看,它们的亮度实际上是一样的。

image.png

由以上对相机的光圈和快门的物理意义及两者的相互制约和互补关系的介绍可知,我们在拍摄时,在使用光圈和快门时,要注意两者的运用要配合得当。上面提到,相机的光圈值和快门值在正常情况下是严格的按照2倍的光通量增大或减小相互制约和互补的,这样才能使感光器件接受的通光量不变。如果不是按2倍的互补,那照片曝光就不正确。在ISO一定时(设定ISO为100)所拍摄的以下照片4、5、6就是说明。

image.png

在ISO一定时,照片4的光圈值是F4.0,快门时间是0.6秒。当光圈值增大一级为F5.6时,快门时间则增大2倍为1.2秒,因为两者符合光通量2倍增减的关系,所以拍得的照片5与照片4的曝光量是相同的。但是如果光圈值F5.6不变,快门不取1.2秒而是2.5秒,则拍得的照片就曝光过度,如照片6所示.反之,如取的快门时间小于1.2秒,则拍得的照片曝光量就会不足。

在运用光圈和快门时应注意,在拍照有较大景深的静物时,应以选用的光圈值来确定快门时间。在拍照活动的物体时,应以选用的快门时间来确定光圈值。这样才能使感光器件获得准确的曝光,而且也能拍得合乎要求的理想影像。因此,拍摄时,必须根据拍摄的不同对象和条件,控制光圈和快门的配合。例如,我们拍人像时,为了突出人物虚化背景,我们要尽量使用大光圈,使用大光圈时,相机为了保持曝光值不变,这时相机就要使快门速度相应的增大,快门速度的增大所带来的好处是摄影者在拍摄时的手抖动对相机的影响就减小了。


这是当年的学习笔记,因为时间太久,文章转载出处已经记不得了,本文转载,特此说明!

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