Re: [問題] 為什麼會有撐不起高畫素的鏡頭

攝影

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這個問題用圖形來解釋比較快。
鏡頭的目的是將光線聚焦並成像,雖然一顆鏡頭通常有許多枚鏡片,
但概括來說,在做光學分析的時候,我們可以將它簡化並視為是一個薄透鏡系統。

我們先假定有兩顆光學素質完全不同的鏡頭,
第一顆是光學素質不好的廉價鏡頭,姑且叫它爛鏡:
https://imgur.com/11AC8TD

↑這裏我們先用一片球面鏡片來模擬基礎鏡頭的光學素質

https://imgur.com/YRZoIfW

https://imgur.com/Dl7VF7N

↑在這範例中,爛鏡有著很明顯的球面像差,雖然它同樣擁有聚焦的能力,
但成像並不會完全聚集在一點上,而是會成為一個由中央往邊緣發散的圓。

第二顆則是只存在於理論上的完美鏡頭,就叫它絕世好鏡吧:
https://imgur.com/zMCPIGL

↑這顆絕世好鏡完全忽略包含球面像差在內的各種像差,是一顆完美的鏡頭,
所有成像都清楚匯聚在一個點上,而且這個點十分扎實。

https://imgur.com/PcJnC9t

↑現實中要做到這樣的效果,通常會凹透鏡與凸透鏡的組合來消色差,
並需要許多顆特殊鏡片來校正,這裡為了方便對比,我們用理論上的完美鏡頭來比較。

把這兩顆鏡頭放在一起對比,差距是很明顯的:
https://imgur.com/aP62knG

↑如果把鏡頭成像給視覺化,爛鏡的成像會是比叫鬆散結構不扎實的圓,
而絕世好鏡的成像則是一個點,如果鏡頭是完美的,理論上這個點能夠趨近無限小。

放在一起對比:
https://imgur.com/NjADtM4

↑左邊是具有球面像差的爛鏡成像,右邊是絕世好鏡的成像。

那麼,這不同的成像會如何與高畫素有關?
我們再舉兩顆感光元件的例子。

https://imgur.com/gJtAJpC

↑這是一顆採用 Bayer Filter 的感光元件,
在這個 Bayer Matrix 中,包含了經典的 RGGB 排列
在圖中的排列形式是:
GB
RG
https://imgur.com/IjV8l0O

↑這四個子像素構成一個像素點(Pixel)
也就是說如果把這塊 Bayer Matrix 視為一顆感光元件,
那麼它具備 5x3 = 15 畫素。

我們再來看另一顆感光元件,
https://imgur.com/xisF69a

↑同樣是 Bayer Matrix,它具備更多的 pixels,即 8x5 = 40 畫素。

接著把我們前面提的兩顆鏡頭的成像,分別放到這兩顆感光元件上面試試。
https://imgur.com/9jMO98X

↑這是爛鏡的成像,可以看到影像雖然不是那麼扎實,
但大致上仍然只有最中央的 Pixel 接收到光線。

https://imgur.com/b13Uk8l

↑這是絕世好鏡的成像,可以看到成像很明確的聚焦在感光元件上,
僅只有最中央的 Pixel 接收到訊號。

如果我們把這兩顆鏡頭換在更高畫素的感光元件上,那麼:
https://imgur.com/IpNFYAO

↑這是爛鏡的成像,可以看到不僅只有中央 Pixel 接收到光線,
四周的 Pixels 也接收到了。

https://imgur.com/QxqSI2p

↑這是絕世好鏡的成像,即使畫素變高了,
成像也幾乎都仍在中央的一顆 Pixel 上。

這就是為什麼高畫素機身需要解析力更好的鏡頭,
因為在解析度更高(畫素更高)的機身上,
鏡頭原有的像差與光學缺陷都會被放大,
而這些缺陷在畫素較低的機身上卻相對不明顯。

這個問題再講下去還會牽扯到 MTF 的定義還有最小模糊圈什麼的,
其實真的完全解釋清楚會很大一篇....先這樣好了XD

: 小弟覺得很納悶
: 光學不就是對焦而已嗎
: 為什麼鏡頭的光學素質和高畫素有關係呢??

你的意思應該是「聚焦」,
「聚焦」指的是把光線齊聚在一點上並成像的能力,
「對焦」則是調整聚焦位置之意,兩者是截然不同的。

舉例來說:
https://imgur.com/X22fhFj

↑上面是一顆 Tesar 結構的鏡頭,下面則是一顆 Planar 結構的鏡頭,
相比起我們前面舉的爛鏡例子,這兩顆的「聚焦能力」都明顯更好,
這也是一般我們定義的所謂「光學素質」。

但對焦指的是調整成像位置,像是這樣:
https://imgur.com/pEBFjk9

↑以前面的 Tesar 鏡頭舉例,藉由調整鏡頭中鏡片的位置,能夠調整對焦點,
而移動的這部分也會被稱為是「對焦鏡組」。

當然,鏡頭的對焦設計也分很多種形式,
像是整組鏡群一起移動的全群對焦/外對焦,就是最簡單粗暴的一種,
結構簡單不需要額外可動部件,常見在老鏡與平價定焦鏡頭身上。

而像是上面這種移動少數特定幾枚鏡片的形式,一般稱作內對焦,
對焦也會牽涉到焦距改變跟呼吸效應的問題......啊..離題了
這個寫下去也是超長一篇,先這樣好了XD


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NewTypeNeo3樓新鏡頭不一定不是爛鏡而老鏡頭也不一定不是絕世好鏡 10/02 20:47
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mac09256樓推好文,解釋清楚 10/02 21:08
KasmirLo7樓話說理論上的絕世好鏡散景會是什麼樣子 10/02 21:11
校正趨近完美的鏡頭,散景反而不會是最好看的那種, 我覺得自己用過的鏡頭中,135GM 就很接近這個例子, 畫質趨近完美,但追求的不是最好的散景。
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