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到底有没有“等效光圈”?

来源:时间:2020-04-19 10:39:15 阅读:-

既然今天@宁思潇潇 校长很头铁的挑战了“等效光圈”这个话题,ET就把这篇文章再更新一下吧。

文章比较长,要留言的话,起码把加粗的文字看完,谢谢您对我的尊重。


★等效焦距★

等效焦距的本质是“视角”,它让不同画幅相机可以有统一的“焦距-视角”概念。比如:我们只需要知道50mm或等效50mm是标准镜头,而不需要刻意去记APS-C上的33mm、M4/3上的25mm、1英寸的18mm是标准镜头。

等效焦距是胶片时代就有的概念,但数字成像设备的蓬勃发展让更多人知道了“等效焦距”。毕竟,底片的规格是有限的,而数码相机、手机中使用的CCD/CMOS规格实在太多了……今天说这个设备上的8mm是标准镜头,明天说那个设备上的65mm是标准镜头,估计大家都会崩溃的。

等效焦距 = 物理焦距 × 等效系数,而等效系数则是两个画幅对角线长度的比值 —— 我们现在说的“等效焦距”通常是“35mm(或135)等效焦距”。如果你愿意的话,当然也可以建立1英寸等效焦距、44×33等效焦距体系……

对于某个规格的图像传感器来说:

(135)等效系数 = 43mm ÷ 对角线长度

(135)等效焦距 = 镜头物理焦距 × (135)等效系数

* 43mm即35mm(135)全画幅的对角线尺寸。


1/英寸、1英寸、4/3英寸……这些都指图像传感器的对角线长度,且这里的1英寸是15-18mm —— 对,不是统一的,且不是自然世界中的。别问为什么,问就是历史遗留问题;问就是,厂商随便写的。

绝大多数镜头上标的是物理焦距而非等效焦距。所以,要不要乘等效系数只与相机有关。

透视只和拍摄距离有关。相同构图、相同等效焦距的不同相机,透视是一样的。

那么全画幅的50/镜头和APS-C画幅的50/镜头有什么不同?最本质的差异是后者无法完全覆盖全画幅的像场。像场就是镜头在焦平面上(优质)成像区域的大小,Dpreview的这张图会更形象一些。


★等效光圈(景深)★

等效焦距相同,全画幅的、APS-C的、M4/3的、手机的……它们的效果一样么?我们从景深、曝光两方面来回答这个问题。

影响景深的主要因素是(物理)焦距、光圈和拍摄距离。其中,焦距越长、景深越浅;光圈越大(F值越小)、景深越浅。

比较景深的话,我们可以使用不同画幅的相机,以相同等效焦距相同光圈相同构图拍摄同一个对象 —— 这也意味着所有相机拥有相同的拍摄距离(不理解的话,把上面那一节再看一遍)。

实际上,我们只需要将相关参数填写到“景深计算器”里,就可以快速得到结果:(在上面的条件下)画幅越大、景深越浅。为什么?因为画幅大、等效系数小、物理焦距长。光圈、距离都相同,物理焦距越长则景深越浅。

所以M4/3画幅的25mm F2在景深效果上无法等效于全画幅的50mm F2。好吧,这里省略公式推演过程,直接给大家一个结果:M4/3画幅的25mm F2在景深效果上等效于全画幅的50mm F4,也就是光圈、焦距都乘上等效系数

▲继续用Dpreview的样图:相同等效焦距、相同构图,左边是全画幅+镜头,右边是M4/3+镜头,很容易看出背景虚化的效果差别非常大。

▲相同等效焦距、相同构图,左边是全画幅+,右边是M4/3+,等效光圈相近,虚化程度基本相同。


TIPS:一些注意事项

以上讨论中,景深全部是指光学景深,而不包括任何数字处理。


★等效光圈(曝光)★

相当多的网友都已经接受了等效光圈对景深的影响,而争议点主要集中在曝光上 —— 毕竟,以我们的实际使用来说,相同曝光相同光圈相同感光度,不同画幅相机的快门速度是基本一样的。

在曝光的三要素:光圈、快门速度、感光度中,实际上只有快门速度是一个绝对值。光圈本身就是物理焦距与通光孔径的比值,而不同画幅设备的感光度也没有横向对比意义 —— 全画幅的ISO 1600、M4/3的ISO 1600、手机的ISO 1600,图像中的噪点程度是不一样的。

可能有人会说,我用全画幅相机在ISO 1600下拍一张照片,然后把全画幅相机切换到APS-C画幅模式,以同样的构图再用ISO 1600拍一张。既然是同一台相机(同样的图像传感器)、同样的感光度,这画质总该是一样的吧?抱歉,并不是。

以索尼α7RIV为例,全画幅是约6000万像素、APS-C画幅是约2600万像素。如果你要进行比较的话,需要将全画幅6000万像素照片在后期软件里缩小至2600万,再与APS-C画幅拍摄的照片进行比较。高像素缩小至低像素肯定比直接用低像素拍摄的画质好,这也是很多厂商所宣传的“超采样”。

图像传感器的信噪比取决于它能接收到多少光线 —— 相同环境亮度、相同快门、相同F值图像传感器的尺寸越大、接收到的光线越多、信噪比就越高。如果你认同在100%看图时,像素越大、画质越好;那就应该接受在全图看图时,图像传感器的尺寸越大、画质越好 —— 因为本质上都是能接收到多少光线。

无论是通过公式推导还是实际拍摄,我们最后可以得到一个结论:相同曝光、相同等效光圈、相同快门,不同画幅相机的噪点水平是基本相当的。这里,等效光圈的计算与前面一节相同,即等效光圈= F值×等效系数

既然对于景深和曝光的影响都可以被证明,所以我们认为等效光圈是存在的


有朋友说没看懂《买齐一套镜头需要多少钱?》一文中“相同快门速度下,全画幅相机搭配镜头需要ISO-800感光度,那么M4/3相机搭配镜头就需要ISO200感光度”这个例子,这句话想表达的是

① 全画幅的ISO 800在噪点上与M4/3相机的ISO 200是基本相同的,而这个差距其实就是图像传感器面积的比例。

② 不要因为小画幅在相同F值下景深大、快门高,就认为小画幅更适合静物、微距等题材。全画幅在相同景深等效光圈相同)、相同快门时,虽然感光度数值高,但噪点水平是和小画幅基本一样的。

▲还是Dpreview的样图。考虑到上传后会因为压缩原因降低辨识度,所以这里只是想说确实有人做了实际拍摄的验证。


TIPS:一些注意事项

M4/3画幅的等效系数是,它的图像传感器尺寸是全画幅的1/4(等效系数是对角线长度的比值,面积是长度的平方)。

在以上讨论中,“镜头”均为理想镜头,即T值等于F值。实际上,所有讨论曝光和信噪比的时候,都应该选取镜头的T值,也就是传递光圈。

在以上讨论中,“图像传感器”均为理想图像传感器,或者说技术水平相当的图像传感器。

在以上讨论中,噪声、信噪比均指“散粒噪声”,暂时忽略了热噪声、读取噪声等其他因素。

以上讨论仅限定拍照,对于视频拍摄的话,还要考虑采样方式等因素。


★意义是什么?★

如同一个网友的留言:光圈和焦距是一体两面不可分割的。很高兴,他能有这样的认知;很遗憾,他用这句话是来反驳我的“等效光圈”观点。

既然光圈和焦距是不可分割的,我们为什么总在等效其中一个数值?说到底,因为等效焦距会让你觉得自己赚到了,而如果考虑上等效光圈,就会发现其实什么也没赚到

因为ET家经常包饺子,所以ET很喜欢用揉面这个事情来举例子:一坨面,你可以把它揉长了,也能把它擀薄了;但如果想让它又长又粗,那就只能吹了。


最后的最后:ET提倡等效光圈只是想让大家拥有一个比较不同画幅相机系统的尺子,并不是要攻击谁、打压谁。 为什么每次都拿M4/3举例子?咳咳,因为M4/3的等效系数刚好是倍。其他常见画幅不是倍、倍、倍就是倍……计算后的数字一串小数点,费时费力还不直观。

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