单反-如何使用-有什么中文资料面包板社区

个人专栏又很久没更文章了，去年大量坑都没填。这次就把 2019 年年初宣称要翻译，但一直都没翻译的文章翻译一下吧。这篇文章的作者 Harold Merklinger 在光学领域是相当知名的专家，也著作不少。原文题为 The Technical View of Boke。这篇文章我个人感觉相当通俗易懂。Boke（或 Bokeh）是源自日本的一个词，描绘的是照片的焦外虚化特性，本文会将这个词统一译作虚化。某些文章也可能会将该词译作“散景”（比如 DxOMark 中文网）。这篇文章的撰写时间是 1997 年，当时的成像介质主要是胶片（film，菲林 ;)），所以文中出现胶片，大致上可以将其对等于现在的图像传感器。这篇文章其实整体上和“电子”关系不大，不过我写专栏一直都是这么随意的嘛（下次还可以聊聊娱乐圈）......另外，这篇文章中出现“焦平面”一词时，若无特别说明，则就是指物方焦平面（像方焦平面会特别说明）。如果你对“焦外”“对焦”“焦点”“焦平面”这些基本概念并不了解，那么建议阅读以下两篇文章（或回答）。本文面向的是成像技术爱好者。文章内容会有少量二次演绎。 1. 用算法合成的背景虚化效果与用大光圈镜头拍出的效果相比差距有多大，主要区别在哪里？ 2. 聊聊照片的背景虚化，和二线性！正文开始：摄影师都很清楚，区分摄影照片和画作之间的其中一个因素，就是对焦（或焦点）。我们人类看世界的时候，双眼倾向于将一切都放到焦内，人眼是能够做到自动对焦的。通常艺术家们也会以类似的方式去描绘世界。画作中的主体可能会以更明亮的色彩去描绘，也可能有更多的细节；不过画面中的次要对象通常也是很锐利的。而镜头（也包括眼睛的“镜头”）则会对画面做一些“取舍”，近处和背景的对象会被“弱化”（原文用的词是 de-emphasis，即不强调），也就是焦外。善于观察的摄影师会发现，不同的镜头表现会有差异：大光圈镜头会呈现出较强的焦外虚化效果，而小光圈的镜头在焦外柔化方面就没有那么显著。另外即便是相同焦距、相同光圈的不同镜头，在虚化效果呈现上仍然是有差别的。日本人就将焦外虚化的呈现质量称作 boke。究竟什么是 boke，不同的镜头在这方面为什么会有不同的表现？图 1，镜头后放置一枚三角形的光阑，投射到像方平面的光线会形成三角形的横截面。如果胶片放置到焦点的前方，则胶片上会出现朝上的三角形；而如果将胶片放置在焦点后方，则会出现倒置的三角形。（需要注意，摄影照片最终会进行倒置）无论成像质量如何，镜头都是遵循光学原理的，所以我推测虚化应该是能够直接用技术术语去做解释的。其本质就是卷积的问题。接下来的讨论，看起来应该首先用画画来类比。我们可以将摄影成像看做是画画的某种特殊形式。随后我们再去探讨，将镜头比作是画家的各种画笔，而镜头之间又有何区别。这样的类比当然并不严谨，画家是用颜料，从纸张或者画布上去除光和色彩的过程，而摄影师则用光去构造画面。卷积（convolution）的概念，也就是将某个画面中的每个基本元素，替换成另一个画面的；但限定，第二幅画面每个元素的整体亮度，必须与第一个画面中的一致。然后对整个场景的整体结果，一点一点做汇总。那么接下来，我们就用卷积的方法来画张画。想象一下，某个场景中的每个细节都要画出来。我们用的画笔多种多样，从最精细的画笔，到相当粗调的。首先我们选择场景中，最远的对象的某个点。调制一下颜料，来表现这个点的颜色和亮度。然后我们取 1/100 克重的颜料，均匀地蘸到笔刷上——总之就是极少量。因为我们是在模拟摄影，镜头会对焦到画面中的某个对象。那么我们选择的首个笔刷，大约是 1/4 英寸直径——这个尺寸通常是较远的光点在画面中呈现的弥散圆尺寸。将这枚笔刷放到画布上方，精准定位到场景远处对象所在位置。将笔刷轻轻点到画布上，1/4 英寸直径晕染的圆就出现在了画布上。然后我们将这个操作重复再重复，逐一进行。首先是远处的这些细节，然后渐渐转到越来越近位置的细节，随着这种方式的画画持续，我们用的笔刷也越来越细。当进行到焦点位置的对象时（比如说某个人），用极细的笔触即可，也用同样 0.01g 的颜料量。再然后就是画近处（前景）的对象了，用的画笔则又开始逐渐越来越大。整个画作过程中，我们是一点一点地画的；只有笔刷的尺寸，以及颜料的颜色在换。如果全过程都采用固定的极细笔触，那么就能画出整幅画都很锐利、细节丰富的图了。不过因为我们选择了各种尺寸的笔刷，所以背景对象，以及很近的近景就会显得比较模糊——这就跟相机拍的照片一样。相机的工作过程，与前面所述的这种画画方式（采用各种尺寸的圆形笔刷）很相似。相机能够根据画面中对象所在的位置、对焦点的位置，以及镜头光圈，来选择笔刷的尺寸。随后相机就能完成一整副画了。而光的量，则与画作中每处细节一致，弥散圆尺寸也对应于每处细节。画作中虚化的质量，是由笔刷设置决定的：也就是镜头的弥散圆特性、其光圈以及焦外离得有多远。图 2，上面这张图是采用三角形的光阑-即光圈，从画面中其实很容易看出来。观察前景高光位置朝下的三角形，以及背景中朝上的三角形。这种弥散圆（弥散三角...）看起来其实很不自然，但实际上这张照片可是 100% 纯天然的。这个例子也表明，不应该采用三角形的光圈。要理解虚化，我们需要简单地来了解一下弥散圆。理想情况下，一枚镜头呈现的弥散圆应该是亮度一致的，且形状与光圈形状一致。弥散圆的尺寸（直径）取决于胶片与画面中的对焦点所在位置有多远。图 1 呈现了这一原则，不过那张图中的光圈是三角形的。像这样三角形的光圈，那就不是弥散圆了，而是“弥散三角”。图 2 呈现的照片，用的就是三角形光阑（光圈）的镜头。注意其中焦外的高光区域，看起来就是三角形的。在这一例中，靠近相机的高光（焦平面前方）表现为向下的三角形，而背景位置（焦平面后方）的高光就是方向向上的三角形。（在此例中，镜头中的光圈本身是方向朝上的三角形）所以，虚化很大程度取决于光圈的形状。应该较大程度地避免采用三角形光圈。图 3，上图是黑底白图测试图案，可用于理解光圈形状对于焦外的影响图 4，方向朝上的三角形为光圈的镜头，胶片与镜头很靠近的情况下，拍下的照片（译者注：图 4 和图 3 貌似并不是同一张测试图）我尝试拍摄图 3 的测试图案，其中包含了各种形状，且以故意将这些图案放到焦外。图 4 则展示了三角形光圈拍下的其中一张样张。注意右上角焦外的三角形图案：与“弥散三角”本身朝向方向一致的那个三角形，呈现得比较锐利，虽然整体亮度不均匀。而图 4 右上角朝向方向相反的那个三角形图案，看起来就比较有趣了。整体看起来这是个六边形，而且有三条比较明显的亮线贯穿。实际上这三条亮线并不真正存在于原图案中，这只是视觉错误。（译者注：在我翻译的另一篇文章中有提到过这种视觉错误：《聊聊照片的背景虚化，和二线性！》）图 5 放大了这两个图案，注意这个三角形靠近下方位置多加了一条白线，下方的曲线则是该白线所在不同位置的亮度变化。这条亮度曲线并没有在某处发生陡升或陡降，其实也能够说明视觉上的那几条“亮线”并不真正存在，只是我们的错觉。这个错觉也表明，虚化的细节呈现不仅关乎光学特性，也一定程度和“生理效应”有关（原用词是 physiological effects，我想此处表达的意思就是虚化表现，其实和我们的眼睛特性也有关）。虽然可能是错觉，但对人眼而言，起码看起来是存在的——这种错觉也就实实在在地影响到了画面的呈现，即便它们事实上并不真实存在。图 5，这是图 4 的一部分。下面那个六边形图案看起来有三条亮线贯穿。图案靠近下方的位置，人为添加了一条白线，用于作为下面亮度曲线的采样位置。亮度曲线在最下面，这条曲线表明图片仅有亮度的渐进式变化，以及一个稳定区。并不存在能够反映错觉中“贯穿图案亮线”的尖峰位置。所以三条亮线只是错觉。图 4 还出现了另一个现象，某个形状图案如果其边，与镜头光圈的边（此处应该是指三角形光圈的三边）方向一致，则图案更能分辨得清。图 4 中可以看到，画面下方的扇形条纹图案，水平方向的线条，以及与水平方向呈大约 30° 角的线条都能分辨得清，而其他角度的线就不大能够分辨了。所以镜头光圈的理想形状应该是什么样呢？这就取决于拍摄对象本身了。完美的圆形，可能是我们能够采用的比较折中的选择：它在所有角度都会表现出一定程度的伪分辨率。不过圆形光圈不会存在太大的偏向。（译者注：spurious resolution，伪分辨率，这其实是个挺反直觉的概念。比如像下面这种典型的放射状分辨率测试图案，越往中心位置每毫米线对数量越多。将其故意放到焦外拍摄，整体画面虚化。从拍摄结果来看，从外围到中心，原本每毫米线对稳定增加，但随后线对分辨率会降至 0，随后又增加了，但在逐渐增加一段过后又降至 0。放大图片可见，中心位置最密集的线对其实都可以分辨得出，即便这些线条的密度程度，本身可能比失焦后的弥散圆尺寸还要小。这是题外话了，不再做扩展。来源： DPReview ）不过摄影师通常也都知道，不同镜头设计，也会带来不同的虚化特性，即便光圈形状相似也是如此。以 Leitz 35/2 Summicron 为例，这枚镜头一直被人们认为有比较好的虚化表现；还有一些镜头设计经常被说存在“二线性”，或者其他形式的虚化表现不佳。其区别在哪儿呢？拍摄图 2 和图 4 这两张照片所用的镜头（150/6.3 Rodenstock Geronar）在虚化表现上就相当中性。弥散圆（从毛玻璃取景屏上）看起来就是简单的一致亮度的形状（从后方照亮一个小针孔，在画面中令其处于焦外），外圈可能会有不是很明显的、较亮的勾边。无论是在对焦点之前还是之后，弥散圆都基本上一样。那一圈亮边，我感觉有可能是视觉错误。虽说这种亮边可能是菲涅尔衍射造成的，不过如果的确如此的话，应该会看到有色光晕才对。而这张图上的亮边基本就是白色的。图 6，这几张小针孔影像，是采用 Rodenstock Imagon 镜头拍摄，在四种不同距离下的弥散圆。从左到右，分别是影像位于焦平面前方 4cm、焦平面前方 2cm、焦平面内，以及焦平面后方 2cm。影像下方展示的是这些弥散圆从左到右（直径）的亮度变化曲线。我测试的比较反常的镜头是 Rodenstock Imagon。图 6 展示了几个弥散圆，分别是在距离镜头不同位置下拍摄的。在焦平面前方的弥散圆，会出现周围的一圈亮边。弥散圆的实际尺寸也比预期得更小——当然这一点需要经过仔细测量才会发现。而在焦平面后方的弥散圆，则出现了相反的情况。弥散圆中心位置比较亮，且弥散圆的整体尺寸也比预期（原应有的）尺寸更大。这是由球面像差造成的。镜头光圈外围的光，对焦距离比应有的镜头焦距更近。 Imagon 镜头有相当特殊的滤光镜（水槽滤网式...原文是 sink-strainer），将这种滤光镜放到镜头前方，光圈外围的这种光线收敛会更为明显。图 7 就有所表现。左侧我们能够看到这种独特的水槽滤网式的图案。而第二张图，两排小孔已经聚合成了一排。图 8 则对这两个图案进行了放大。图 7 最右边的影像展现的是，“水槽滤网”小孔在画面中形成的点呈现出了放射状。图 7，这张图是 Imagon 镜头加上其滤光镜之后，拍下的弥散圆图 8，放大图 7 的前两个弥散圆。注意围绕中心的两圈圆点，右边那张影像的两圈已经汇聚成了一圈，这也是球面像差存在的证据。（这些影像中出现的条纹，可能是镜头被手指弄脏所致）（译者注：罗敦斯特 Imagon 所谓的“可控柔焦镜头”，带有一组特殊的滤光镜，不止一种。原文称其为水槽滤网，其实也可以说是花洒或者莲藕，或者蓬蓬乳嘛...... 通过不同数量、不同规格的这种小孔，就能达成所谓的柔光效果。画面中高光部分因此会有一种晕开的感觉。）图 9，上面这些弥散圆，则是用 Nikkor-W 镜头拍摄的，同样是不同距离下的小针孔影像。影像下方的亮度曲线表明，焦平面后方的影像会表现出亮边，而靠近镜头侧（即焦平面前方）的弥散圆亮度曲线，两侧就没有尖峰，也就是说焦外影像就比较柔和。图 9 展示的是 Nikkor-W 180/5.6 镜头所摄的一组弥散圆。相比 Imagon，其带“亮边”的弥散圆出现在焦平面的另一侧。我觉得，这应该是球差修正过度所致。这种“亮边”效应，也被认为是虚化表现不好，甚至是“二线性”。带亮边的弥散圆，会让场景中的焦外区域出现某种程度的细节，甚至可能会有重影。其实带这种亮边特性弥散圆最典型的，就是折返镜头了。图 10 由 Kevin Hawk 拍摄，背景焦外就有独特的重影。而中心位置更亮的弥散圆，则出现在 35/2 Summicron 镜头上，焦点前后方的弥散圆都如此。我觉得，只要弥散圆中心不是太亮，那么这种弥散圆应该能够表现出比较讨喜的焦外影像。如果中心较亮的区域所占尺寸太小，则影像焦外区域又有可能出现一些细节信息，虽然这种情况下是不会出现重影的。需要注意的是，很多镜头在所有情况下，都不会表现出“好的虚化”或者“坏的虚化”。Imagon 的这种“亮边”现象，藉由水槽滤网式的光圈是可以做到某种程度的控制的。不过即便如此，这种镜头仍然能够对背景（焦平面后方）表现出平滑的焦外虚化。焦外近处（焦平面前方）的对象则可能会表现得相对生硬。而像 180/5.6 Nikkor 这样的镜头，则正好相反，在靠近相机的近处（焦平面前方）表现出更平滑的焦外影像，背景虚化会相对生硬。Summicron 的出色，就在于拍摄主体前后的焦外影像都比较平滑。（过于）简单地说，一般的球面像差（如 Imagon）能够产生“好的虚化”，而过度修正球差则会导致“坏的虚化”。而且实际上，背景部分的虚化（焦平面后方）更重要一些，也会比前景更令人在意。镜头呈现出的弥散圆是表现出“亮边”还是“中心部位比较亮”，主要取决于镜头的球差修正情况。而且会随实际所用的光圈，发生变化。此外，也可取决于镜头对于轴外像差（off-axis）的修正（译者注：彗差、像散、场曲、畸变都属于轴外像差；球差属于轴上像差）。在我的测试中，180/5.6 Nikkor 镜头在轴外的亮边现象，会比轴上略严重一点。另一个观察所得是，为了表现出真正均匀的虚化（中性的虚化表现，即弥散圆亮度均匀），像差一定程度的权衡是有必要的，用于抑制弥散圆的亮边现象，达成理想的一致亮度的圆形。图 10，这张图和图 2 拍摄的场景一样，不过这次所用的是 180/5.6 Nikkor-W，光圈全开。前景有比较出色的很柔和的高光表现，背景部分的弥散圆略带亮边。图 11，这张图采用 250 Imagon 镜头拍摄，光圈 H=7.7，将“水槽滤网”式光圈外围的小孔关闭，不过从实际样张来看，仍有一排小孔没有关严实。不过无论如何，样张的前景高光部分会带亮边，而背景的弥散圆则表现出中心位置更亮的特性。本文最后，我还拍了两张照片。仍是图 2 拍的那三个陶瓷人像。图 10 采用 180/5.6 Nikkor-W 镜头拍摄，图 11 则采用 250 Imagon 镜头拍摄。图 11 中，中间渔夫整体影像比较软，但前景的女士则有比较显著的亮边效果，看起来很不讨喜。作为对比，Nikkor 镜头所摄的前景很柔和，渔夫则非常锐利。背景男性人像的高亮位置，两张照片整体表现差不多，不过细看还是能够看到 Nikkor 镜头所摄那张会有轻微的亮边现象，而 Imagon 镜头所摄那张的弥散圆中间部分偏亮。另外，女性人像右眼的高光部分，两张照片都只能看到一个半圆。这表明，此处高光位置的光，有着更偏的照射方向，镜头只有下半部分才被照到。总结一下，相机“作画”会采用一系列的笔刷，笔刷的选择是由光圈形状、镜头设计的像差特点决定的。某些笔刷的边缘会更柔和，这是产生虚化差异的关键所在。感谢在准备这篇文章过程中，Oren Grad 与 Mike Johnson 给予十分有帮助的探讨。英文原文： A Technical View of Bokebokeh - Luminous Landscape ，转载请注明英文原文、作者，及译者欧阳洋葱

标签: 单反