写之前其实想了很久,但这个话题的延伸性可以说是非常广,小胖也并不想把它讲得太泛,所以只拣一些相对简单的基础来聊吧。所谓镜头虚化,简单来说就是合焦范围之外的点光源扩散形态。首先确认一个大前提,对于虚化效果好坏的评判,没有任何的算法可以替代主观印象,从光学意义来看折返镜头的烟圈焦外、徕卡Noctilux的漩涡虚化毫无疑问都是瑕疵,但却有非常多的人对此相当着迷,所以:虚化效果虽然严格来说有好坏之分,但谈论它的好坏并没有绝对意义,最重要的是你自己喜欢不喜欢。
先来了解一些基础知识吧,大家应该都知道光圈、画幅、物距、焦距对虚化效果的影响,小胖在这里就只谈光圈了,如上图,瞄准点2对焦,在焦平面5上可以形成清晰的蓝色点,而后景1和前景3都只能形成相应的光斑,前景深浅于后景深。可以看到随着光圈4缩小,1、3点光斑迅速缩小,理论上来说当光圈缩小到一定程度的时候,1、2、3都会以点状呈现在焦平面上。而想要虚化效果的最大化,只需较大画幅相机用镜头最长焦端,在最近对焦距离开启最大光圈即可,各级光圈的虚化效果动态示意图如下:
从公式来看,以APS-C画幅为例,最大弥散圆直径是0.02mm,若焦距为100mm、光圈为f/2.8、对焦在点3000mm处,使用公式计算可得到景深前沿为2950mm,景深后沿为3051mm,所以这个拍摄组合的理论景深为101mm,其中前景深50mm,后景深51mm。
但重点是,大家都是虚化,50mm F1.8和50mm F1.2显然是很不一样的,虚化效果的好坏虽然很主观,但大多数人的审美还是比较一致的,比如下图这种虚化恐怕就没有人会喜欢:
从镜头设计来看,虚化效果的不同点主要取决于2点,第一是球差,第二是光圈形状。如文章第一张图片所示,严格来说我们拍摄到的每一个像素都是一个点光源光斑,焦外就是无数个点扩散光斑的组合,每个光斑的亮度分布方式取决于球差强度,简单来说球差为负时(过校正)光斑边缘亮度高于中心,而球差为正(欠校正)则边缘过渡比较柔和。其中球差过校正的经典镜头就是Meyer的Trioplan 100mm F2.8,焦外是非常明显的肥皂泡型的效果,这颗老镜头也因此而闻名,二手价格也突破了2000元。比较特殊的还有尼康105/135mm DC镜头,它不仅复刻了这种效果,而且DC是Defocus Control的缩写,也就是焦外控制,可以手动切换球差过校正和欠校正,下面是对比图:
注意!这是同一颗尼康105mm F2 DC镜头拍摄的,前一张为球差过校正,可以看到焦外光斑出现了非常明显的“肥皂泡”一般的边缘亮环,而后一张照片切换到球差欠矫正模式后,焦外又恢复成我们熟悉的虚化形态。
准确来说,当还原一个点光源时,球差过校正时就如第一排所示,后景虚化会形成边缘亮度偏高的“锐利”,而前景虚化则相对分散而“柔和”。而球差欠矫正则把这种情况给逆转过来,后景虚化变得柔和,前景虚化则很锐利,理想情况下没有球差时,前后景虚化是没有区别的。需要注意的是:图中出现的是艾里斑模型,艾里斑模型一定存在波纹,这与焦外洋葱圈并非一个概念,请注意区别。
用主流镜头来进行例证的话,可以参考佳能50mm F1.8和F1.2同在F1.8时的焦外虚化区别:
差别很明显吧,相对于刻意使球差过校正的尼康DC系列来说,50mm F1.8纯粹是放任球差负向发展,有着生硬且不规则的光斑边缘交错,形成了这种看起来很捉急的虚化效果。而F1.2版在非球面镜片的控制下明显要更加出色,这也是买有较强控制力的高端镜头的优势。
虚化的锐与柔的问题大家应该搞清楚原因了吧,接下来就是另一个要素:光圈形状。所有光斑所呈现的形状其实就是光圈的形状,光圈越圆,光斑也越圆,这也是为什么很多以焦外效果为卖点的镜头会强调光圈叶片数量的原因,因为光圈叶片越多自然越方便拼组为圆形,同时在小光圈下拍摄点光源时还可以实现更多的星芒效果。但大家应该也察觉到了,大多数镜头在大光圈下靠近中心的光斑还能保持圆形,但靠近边缘就开始变形,变得像猫眼一样,比如下图:
这种猫眼光斑也叫做口径蚀,它的原理很简单,下图是一个手法比较简单粗暴的模拟,可以看到圈出的部分恰好就形成了猫眼的形态,而口径蚀就是离轴斜射光线被镜筒外缘遮挡所导致:
漩涡焦外的成因之一就是口径蚀,再加上大幅度的场曲以及特定程度的慧差和像散,虽然它的成因基本都是光学瑕疵,但很多人还是挺沉迷这种虚化效果,所以小胖才说虚化这个东西没什么理性可言……
即便强如蔡司Otus 85mm F1.4,硬要在虚化效果上挑刺找茬也是没问题的,最左列就是它的焦外效果,跟更为主流的Milvus和Planar相比,很难说是有非常明显的优势,尤其是对比Milvus,甚至还有更明显的洋葱圈(非球面镜片模具的锅),口径蚀也并没有解决(都做到86mm也无能为力)。色差控制相对不佳的镜头在光斑边缘还会出现彩色亮环,比如前面的50mm F1.8全开。
如何在尽量维持成本的前提下提升焦外效果,很多品牌都绞尽了脑汁,而相对靠谱的就是美能达,早在1999年就推出了STF技术,采用F2.8和F4.5双光圈+变迹滤镜技术,让焦外光斑亮度从中心到边缘呈正态分布,实现高斯模糊一般的柔滑的焦外,现在的索尼100mm F2.8 STF和富士XF 56mm F1.2 R APD都是基于此技术。之前小胖曾出过一篇以逐级光圈拍摄且堆栈合成的“仿STF”效果教程,而事实证明它的焦外虚化柔和程度确实远强于传统设计,但你要问我这种效果好不好,我觉得很难说,因为现在的手机模拟虚化也是类似于高斯模糊计算,拖后腿的主要是抠图算法和景深预测而已,说白了就是这种虚化会给人一种有点“假”的感觉,当然,喜欢不喜欢还是你自己说了算。下图就是索尼100mm STF镜头的效果对比:
说到光圈形状还可以提一下变形镜头,这是一种宽幅电影镜头,它的光圈是椭圆形的,它拍出的画面实质上是纵向拉长了的,再通过后期压缩纵轴还原。但因为近远景压缩比不能保持一致,所以背景还原后光斑依然会呈现一定程度的椭圆形,可以看下面的对比图:
可以看到虽然主体的比例正常,但下图里背景光斑明显被拉长,效果很独特。这种历史久远的产品依然很受不少导演青睐,阿甘正传、蝙蝠侠黑暗骑士崛起这些电影里都能看到变形镜头应用的场景。
既然有对虚化有追求的,也就有不希望虚化会影响拍摄主题的,比如微距摄影,因为微距的放大比率高,物距短且焦距长,APS-C或全画幅相机拍摄时F10都算大的,很多人甚至会选择F18甚至更小,但这也会带来一系列问题:首先是景深依然达不到所希望的要求,尤其是以纵深角度拍摄昆虫,这个时候往往就只能改变构图了;其次是小光圈下的衍射问题,会大幅降低成像分辨率。而如果你不想改变构图,想要全幅面清晰,同时手速够快的话,可以选择包围对焦的拍摄手法,比如下面这组照片:
在F10光圈下,第一张照片只能拍清晰苍蝇的头部,而第二张照片则只能拍清楚苍蝇的尾部,但因为环境允许,所以从图一到图二,以不同对焦点相同拍摄设置拍了6张照片,最后通过PS、CombineZ等后期软件进行包围对焦计算,得到了整个被摄物都完全处于焦内的清晰成像。
从虚化效果的构成来看,记住关键两点:球差和光圈形状。应该就能解决你的不少疑惑了,不管是奶油般油润的焦外还是烟圈、肥皂泡,技术原理不一定能改变你的喜好,也不一定能提升你的摄影技术,摄影最重要的还是:开心就好……你觉得呢?
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