硬件设计24之什么是镜头?
时间:2018.4.8 作者:Tom 工作:HWE 说明:已注明转载。
镜头是仅次于CMOS芯片影响画质的第二影响因素。
1.什么是镜头?
我们来看一个图片,是镜头内部解析,此图片不包括镜头内部的驱动马达:
从图中,我们可以看出镜头内部的构造还是比较复杂的,但总的来说主要包括镜片和光圈。镜头的复杂度也是最能反映一只镜头的好坏,直接关系到成像素质。一般我们看不到镜头内部,一般由结构复杂的多组多枚透镜组成,不同的透镜加工方法、材质均不同。镜头的好坏与透镜数量的多少并非简单的正比关系,这点需要注意。
镜头内部会有很多特殊镜片,比如非球面镜、超低色散镜片等,直接影响镜头成像,反映在MTF曲线上。
除了透镜之外,镜头内部还有用来调整进光量的光圈叶片,它进行类似瞳孔的放大和收缩动作,控制受光量,对快门速度、景深等造成影响。一些具备防抖功能的镜头,在内部构造上还会有电机驱动的防抖组件,此外如果镜头采用镜身马达,也会有移动的镜片来控制自动对焦。
2.预备知识
区别不同镜头的两个最明显指标就是焦段和光圈。
2.1 FOCUS——焦段
相机的镜头是一组透镜,当平行于主光轴的光线穿过透镜时,会会聚到一点上,这个点叫做焦点,焦点到透镜中心(即光心)的距离,就称为焦距。焦距固定的镜头,即定焦镜头;焦距可以调节变化的镜头,就是变焦镜头。可变焦镜头怎么实现呢?那就是用多组镜头进行级联,级联之后的镜头组可以进行移动镜片达到变焦的功能。
镜头的焦距现在基本都用mm作为单位,数值越大,焦距越长视角越窄,也就是看的越远;数值越小,焦距越短视角越广,也就是画面里容纳的景物范围更大。可以改变焦段的镜头叫做变焦镜头,不可改变的则是定焦镜头。需要注意:单独看镜头的焦段、是否可变焦与镜头的价格没有直接的关联。
2.2 IRIS——光圈
除了焦段之外,光圈是区分镜头差别的另外一项主要参数,决定镜头的通光量。光圈的大小直接影响快门速度和景深,因此在拍摄夜景、以及人像时,在焦距相等的情况下,我们偏爱使用大光圈的镜头。光圈可比喻为瞳孔。
一只镜头有最大光圈和最小光圈,我们一般关注的都是最大光圈,最小光圈则显得不是那么重要。数值越小,光圈越大,f/2.8指光圈小于f/1.8光圈。通常来说,同品牌的镜头,在焦距相等的情况下,光圈越大,镜头档次越高,价格也越贵。比如佳能50mm f/1.8镜头几百元,而50mm f/1.2镜头则要上万元。
对于变焦镜头,还有一个概念叫是否固定光圈,实际意思就从广角端到长焦端,其最大光圈的数值是否是固定不变的。注意:固定光圈镜头绝不是指镜头的光圈不能改变。固定光圈镜头的价格一般来说比较高,非固定光圈镜头在制造难度上较小,成本也更低。
在拍摄时,长焦端比广角端需要更高的快门速度,因此通常来说,拍摄者使用非固定光圈镜头在长焦端拍摄时受限更大。而固定光圈镜头,在长焦端也可以保持与广角端相同的最大光圈,因此适用范围更广,在同等长焦端下可拥有更高的快门速度和更浅的景深。通常来说,如果两只变焦镜头焦段相同,固定光圈镜头价格高于非固定光圈镜头。
光圈的f值越小,光圈越大,进光量越多,画面亮,焦平面越窄,主体背景虚化越大;
光圈的f值越大,光圈越小,进光量越少,画面暗,焦平面越宽,主体前后清晰。
2.3 为什么使用非球面镜片
2.4 超声波马达
而镜头内置马达,现在普遍会使用超声波马达,这是一种利用超声波区域振动源的频率来进行转动的马达,可以实现更安静、快速的自动对焦。在驱动时,它不需要任何机械性的零件接触(比如齿轮),启动的速度也比一般的对焦马达更快。一般来说,在价格可以接受的情况下,尽量选择超声波马达镜头。
2.5 光学防抖
光学防抖实现有两种方式,分别为镜头防抖和机身防抖,这里我们说的是镜头防抖。防抖是通过镜头内置光学影像稳定系统来实现的,通过影像稳定器修正光学部件的运动来抵消震动对成像的影响,它能感应到手的震动并把其转化为电信号,这个信号在经过镜头内置的电脑处理后,会控制一组光学部件做出与之平行的反移动,来修正震动引起的光线偏移。
3. 成像的清晰度、分辨率和锐度
镜头的MTF曲线
、
、
4. PI校准与曲线校准
什么是PI校准呢?就是ZOOM和FOCUS的关系曲线。镜头手册上一般都有这个曲线。
言归正传,我们谈谈调焦和变焦的区别。调焦其实并不是改变镜头的焦距,而是改变像距ν,使物体可以清晰的成像到胶片(感光元件)上,通常是通过整体移动镜头实现的。而变焦,是改变镜头的焦距,通常是通过镜头组合的变化实现的,从而造成视角或图像大小的变化。
因此,变焦是改变镜头的焦距,从而改变视角的大小,获取拉近或拉远的效果。而调焦是调节物距,使胶片到光心的距离等于像距,从而获取清晰的图片。
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