暗角:镜头毁誉参半的光学特征

一.暗角的定义及影响


暗角一词属于摄影术语。对着亮度均匀景物,画面四角有变暗的现象,叫做"失光",俗称"暗角"。从照片来看暗角其实就是指拍摄亮度均匀的场景时,画面四角却出现扇形向外延伸的渐暗区域,焦好比一张矩形的白色照片,四角的亮度明显变暗。


暗角:镜头毁誉参半的光学特征

边缘失光是每个镜头都不可避免的现象,再优秀的也会存在边缘失光的现象。当暗角的亮度比中心降低不足3%时一般是肉眼不可见的,此条件下可以称为没有暗角(实际上仍然存在,只是肉眼难以观察)。

在上述条件的基础上断,不是每个镜头都有暗角的,小光圈镜头、大像场镜头尤其是移轴标头都没有可见的暗角。而部分中画幅和大画幅镜头则是真·无暗角,比如蔡司和施耐德在很多标头和小广角上都设计为镜头成像圈沿径向中部的亮度和锐度比中心略高,这是为了方便移轴而做的设计,在移轴量不大时是真的无暗角,而当移轴量超过一定程度时则和普通镜头一样会出现边缘成像的衰减和失光。


二.暗角的分类和成因


根据暗角形成的原因不同,暗角可以分为"机械暗角"和"光学暗角"。


(一)机械暗角


机械暗角从某种程度上不能称之为暗角,而应该称之为"挡角"或者"黑角"。通常是因为镜头像场不足以覆盖cmos的面积或者因为不正确的安装滤镜或遮光罩导致的遮挡。

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"像场"名词解释:物方视野内的景物,通过收缩光圈后的镜头之会聚作用后,在焦平面上所呈现出来的一块圆形范围的明亮而清晰影象的幅面,即是像场,在有的书本中,也将其称之为像幅。它与视场相对应。

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索尼家产的FE 24-105mm f4G oss 镜头就是典型的例子。在24mm端,极限边角位置的失光量高达6EV之多,完全可以称之为黑角。造成这种现象的唯一解释就是索尼的FE 24-105mm f4G oss在24mm端的像场不足额,无法完全覆盖全画幅相机的cmos;故产生了很大的暗角。这种暗角由于几乎是全黑的,矫正起来十分困难,不得不说是目前最佳分辨率旅游镜头的一大遗憾。


暗角:镜头毁誉参半的光学特征

而因为滤镜或遮光罩安装不当引起的黑角几乎可以认定是认为因素;这几乎是可以在日常拍摄中避免的;所以这里就不再赘述。


(二)光学暗角


暗角:镜头毁誉参半的光学特征


众所周知,大光圈镜头通常都存在暗角;而且这种暗角从超广角到中长焦镜头都随处可见。例如佳能的EF 85mm F1.2L usm,最大光圈下的暗角可以说是奇大无比。而另一个非大光圈镜头的典型代表:广角镜头中的hologon 15mm f8,几乎画面的边缘区域都完全被暗角所覆盖。

我们可以这样来理解。一个全画幅镜头头的像场是大约直径45mm的一个圆,在这个圆中,成像质量和亮度都是随着像场的直径增大而变差的。目前使用的数码单反相机全幅传感器的尺寸是24*36mm的一个长方形,当像场覆盖上后,四个角最靠近像场圆周外围,而四边的中点部位则相对靠近像场中心点,所以四角会出现成像不好或者暗角的情况。这种现象对于绝大多数镜头特别是超广角镜头来说都是常见甚至是正常的。

暗角通常出现在广角镜头上,尤其是变焦镜头的广角端,无论是各家大三元还是旅游入门头24-105(120)都不可避免在的在广角端出现了较为严重的暗角。


三.暗角的矫正

对于镜头暗角的问题,通常有两种解决方案,一种是通过改善相机本身的性能来解决;第二种是通过后期软件对暗角进行修正。


(一)从根本上解决问题:曲面传感器

众所周知,无论是胶片时代还是数码时代,相机的感光元件(胶卷、CCD、COMS)都是和像平面完全平行的平面。光线通过镜头,投射在感光装置上,现代的电子元件就是将接收到的光信号转化为电信号。而现在主流的平面传感器设计目前来看最大的问题是光线通过镜头传递到传感器表面时,因为中心与边缘距离的不同,而导致在边缘的位置出现畸变、暗角以及锐度下降等现象。

而曲面传感器由于特殊的曲面构造,光线经折射后到各点的距离相同,镜头无需再对边缘分辨率不足问题进行特殊设计,因为像场本来就是弯曲的,这是设计曲面传感器的最直观前提之一。曲面传感可以让镜头在大幅简化结构设计的同时,做到了边缘画质明显的提升。同时相比传统平面传感器,整个画面分辨率更加均匀,画质也更优秀。曲面传感器不仅能解决暗角问题,还能很大程度上解决场曲、畸变、彗差、像散等像差。


暗角:镜头毁誉参半的光学特征


虽然早有消息放出,在CES2019上,一家法国的研究机构CEA-Leti表示他们将会在CES2019展会上发布一款曲面传感器,可用于相机、智能手机和监控探头上。可以说,这是一项相对前沿的研究,曲面传感器将允许在不变的画质条件下大幅缩小镜头的光学尺寸,这将为改进现有的可换镜头系统提供了新的可能性。


暗角:镜头毁誉参半的光学特征


从理论上讲,曲面传感器拥有种种优势。但是现有的光学系统中的镜头都是根据平面传感器设计的。而对于曲面传感器来说,根据镜头设计的不同,曲面传感器的曲率也会随之不同,所以即使在短期内实现了曲面传感器,也只能用在固定搭配镜头的相机上。如若今后科技发展,曲面传感器的曲率能随着镜头的光学设计而变化,那不得不说这是对摄影史的一场巨大革命。


(二)折中的选择:机身配合镜头进行校正

在曲面传感器短期无法得到普及的大前提下,各大相机厂商采取了折中的办法来解决镜头设计所带来的暗角和畸变,那就是通过机内算法对拍摄的原始数据进行计算,并在RAW格式的照片中完成校正。

无论是哪家厂商,机内校正几乎都是围绕着阴影补偿、色差补偿、失真补偿来进行的。阴影补偿就是矫正镜头的暗角;色差补偿就是修正我们经常说的紫边、绿边之类的,当然也有一些不明显但是会让画质下降的色差,都可以通过开启这个选项带来好转;失真补偿有称之为畸变补偿,用来矫正镜头的画面失真,让画面中应该平直的线条变得平直,减少画面的形变。


暗角:镜头毁誉参半的光学特征


对于一些原厂镜头,相机可以通过阴影补偿来修正镜头的暗角,其实质是在机身内置镜头暗角的有关数据,在RAW格式的照片中通过提高边角曝光进行补正。索尼微单相机的阴影补偿是可以通过相机菜单开启或关闭的。而佳能的EOS R相机的阴影补偿几乎就是不可以关闭的。新50mm焦段排名第一的RF 50mm F1.2L USM就是典型的例子;最大暗角数值不到1EV,畸变仅为0.08%的数据在这样一位大光圈镜头上几乎可以认为是内置校正数据的结果。—RF镜头内置了校正数据,而不像以往的EF镜头一样需要在机身处理器内查询。配合数码优化提升机身画质应该也是现在无反系统的主流设计思路。


暗角:镜头毁誉参半的光学特征


(三)自己动手系列:通过软件后期进行校正

无论是photoshop还是lightroom都具有镜头暗角的校正功能。在Camera Raw中,可以找到镜头校正的选择。如果使用的镜头有相关的配置配置信息则可以进行自动校正。若没有相关的镜头配置数据,也可以通过调整手工校正中的晕影来对镜头暗角进行校正。


暗角:镜头毁誉参半的光学特征


光学矫正好的镜头,在制作材质、开发成本、专配精度方面都会有很高的要求,而有了机内矫正,厂商可以降低镜头的成本,通过后期将画质与成本之间的平衡做得更好。当然如果你非常在意镜头本身的素质,那么花更多的前当然可以买到光学矫正极好甚至不需要配置文件就可以有更好表现的镜头。但是,光学是无法做到完美的,修正一个像差会带来新的像差,修正了暗角也可能会导致其他的像差增大,除非无限扩大像场近截取中间部分来进行成像(如:Distaon 85mm f1.4),但这样来的不仅是镜头设计和制造成本的剧增,同时制造出来镜头的体积和重量是大家可想而知的。

所以说,机内矫正和后期提供参数配置文件校正不仅仅是厂商的一个折中的选择(降低前期开发和设计的成本),同时对于使用者而言也是可以接受的(降低镜头的价格以及体积重量),大多数时候,都是可以接受的。


四.谈谈暗角

最后我们来谈谈暗角本身。既然是目前技术下无法规避的技术难题,那我们不妨可以考虑下怎么来利用暗角这个光学特性。

赵嘉老师说过:" 盲目崇拜的事情还有很多,有不少人对于没有暗角的镜头盲目崇拜。而每次杂志上提到镜头测试都要必提到暗角,这也似乎无可厚非。但是有些人凡贬斥某只镜头,有没有的问题都要捎上暗角的过失,暗角真就显得是罪无可赦了;可惜世事难料,无情的测试证明了不少超级镜头都一样有暗角。"

据说报道摄影师亨利.卡蒂埃.布勒松在印放自己的照片时是很明确的会要求暗房师在照片上保留暗角的;欧洲大牌的时尚摄影师让.卢.西伏说过,如果他的照片没有暗角,会感觉有些东西从照片的边缘溜走了;连大众普遍欢迎的摄影技术大师安塞尔.亚当斯都一再强调,一定要在图片中保留暗角,如果没有,他会在暗房印刷照片时加入。

图片是空间平面化之后的局部体现,受众对于一张图片的感受一部分来自于对照片里面的视觉效果,另一部分也对于照片之外没有展现出来的影像的一种联想。所以,暗角的效果是有利用价值的,同时也是需要控制的。对于能够驾驭暗角的摄影师,镜头的暗角只有使用的得当与否的差别;而对于不会用暗角的摄影师,镜头只有有暗角或没暗角的区别。




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暗角:镜头毁誉参半的光学特征

2021-12-06

一.暗角的定义及影响


暗角一词属于摄影术语。对着亮度均匀景物,画面四角有变暗的现象,叫做"失光",俗称"暗角"。从照片来看暗角其实就是指拍摄亮度均匀的场景时,画面四角却出现扇形向外延伸的渐暗区域,焦好比一张矩形的白色照片,四角的亮度明显变暗。


暗角:镜头毁誉参半的光学特征

边缘失光是每个镜头都不可避免的现象,再优秀的也会存在边缘失光的现象。当暗角的亮度比中心降低不足3%时一般是肉眼不可见的,此条件下可以称为没有暗角(实际上仍然存在,只是肉眼难以观察)。

在上述条件的基础上断,不是每个镜头都有暗角的,小光圈镜头、大像场镜头尤其是移轴标头都没有可见的暗角。而部分中画幅和大画幅镜头则是真·无暗角,比如蔡司和施耐德在很多标头和小广角上都设计为镜头成像圈沿径向中部的亮度和锐度比中心略高,这是为了方便移轴而做的设计,在移轴量不大时是真的无暗角,而当移轴量超过一定程度时则和普通镜头一样会出现边缘成像的衰减和失光。


二.暗角的分类和成因


根据暗角形成的原因不同,暗角可以分为"机械暗角"和"光学暗角"。


(一)机械暗角


机械暗角从某种程度上不能称之为暗角,而应该称之为"挡角"或者"黑角"。通常是因为镜头像场不足以覆盖cmos的面积或者因为不正确的安装滤镜或遮光罩导致的遮挡。

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"像场"名词解释:物方视野内的景物,通过收缩光圈后的镜头之会聚作用后,在焦平面上所呈现出来的一块圆形范围的明亮而清晰影象的幅面,即是像场,在有的书本中,也将其称之为像幅。它与视场相对应。

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索尼家产的FE 24-105mm f4G oss 镜头就是典型的例子。在24mm端,极限边角位置的失光量高达6EV之多,完全可以称之为黑角。造成这种现象的唯一解释就是索尼的FE 24-105mm f4G oss在24mm端的像场不足额,无法完全覆盖全画幅相机的cmos;故产生了很大的暗角。这种暗角由于几乎是全黑的,矫正起来十分困难,不得不说是目前最佳分辨率旅游镜头的一大遗憾。


暗角:镜头毁誉参半的光学特征

而因为滤镜或遮光罩安装不当引起的黑角几乎可以认定是认为因素;这几乎是可以在日常拍摄中避免的;所以这里就不再赘述。


(二)光学暗角


暗角:镜头毁誉参半的光学特征


众所周知,大光圈镜头通常都存在暗角;而且这种暗角从超广角到中长焦镜头都随处可见。例如佳能的EF 85mm F1.2L usm,最大光圈下的暗角可以说是奇大无比。而另一个非大光圈镜头的典型代表:广角镜头中的hologon 15mm f8,几乎画面的边缘区域都完全被暗角所覆盖。

我们可以这样来理解。一个全画幅镜头头的像场是大约直径45mm的一个圆,在这个圆中,成像质量和亮度都是随着像场的直径增大而变差的。目前使用的数码单反相机全幅传感器的尺寸是24*36mm的一个长方形,当像场覆盖上后,四个角最靠近像场圆周外围,而四边的中点部位则相对靠近像场中心点,所以四角会出现成像不好或者暗角的情况。这种现象对于绝大多数镜头特别是超广角镜头来说都是常见甚至是正常的。

暗角通常出现在广角镜头上,尤其是变焦镜头的广角端,无论是各家大三元还是旅游入门头24-105(120)都不可避免在的在广角端出现了较为严重的暗角。


三.暗角的矫正

对于镜头暗角的问题,通常有两种解决方案,一种是通过改善相机本身的性能来解决;第二种是通过后期软件对暗角进行修正。


(一)从根本上解决问题:曲面传感器

众所周知,无论是胶片时代还是数码时代,相机的感光元件(胶卷、CCD、COMS)都是和像平面完全平行的平面。光线通过镜头,投射在感光装置上,现代的电子元件就是将接收到的光信号转化为电信号。而现在主流的平面传感器设计目前来看最大的问题是光线通过镜头传递到传感器表面时,因为中心与边缘距离的不同,而导致在边缘的位置出现畸变、暗角以及锐度下降等现象。

而曲面传感器由于特殊的曲面构造,光线经折射后到各点的距离相同,镜头无需再对边缘分辨率不足问题进行特殊设计,因为像场本来就是弯曲的,这是设计曲面传感器的最直观前提之一。曲面传感可以让镜头在大幅简化结构设计的同时,做到了边缘画质明显的提升。同时相比传统平面传感器,整个画面分辨率更加均匀,画质也更优秀。曲面传感器不仅能解决暗角问题,还能很大程度上解决场曲、畸变、彗差、像散等像差。


暗角:镜头毁誉参半的光学特征


虽然早有消息放出,在CES2019上,一家法国的研究机构CEA-Leti表示他们将会在CES2019展会上发布一款曲面传感器,可用于相机、智能手机和监控探头上。可以说,这是一项相对前沿的研究,曲面传感器将允许在不变的画质条件下大幅缩小镜头的光学尺寸,这将为改进现有的可换镜头系统提供了新的可能性。


暗角:镜头毁誉参半的光学特征


从理论上讲,曲面传感器拥有种种优势。但是现有的光学系统中的镜头都是根据平面传感器设计的。而对于曲面传感器来说,根据镜头设计的不同,曲面传感器的曲率也会随之不同,所以即使在短期内实现了曲面传感器,也只能用在固定搭配镜头的相机上。如若今后科技发展,曲面传感器的曲率能随着镜头的光学设计而变化,那不得不说这是对摄影史的一场巨大革命。


(二)折中的选择:机身配合镜头进行校正

在曲面传感器短期无法得到普及的大前提下,各大相机厂商采取了折中的办法来解决镜头设计所带来的暗角和畸变,那就是通过机内算法对拍摄的原始数据进行计算,并在RAW格式的照片中完成校正。

无论是哪家厂商,机内校正几乎都是围绕着阴影补偿、色差补偿、失真补偿来进行的。阴影补偿就是矫正镜头的暗角;色差补偿就是修正我们经常说的紫边、绿边之类的,当然也有一些不明显但是会让画质下降的色差,都可以通过开启这个选项带来好转;失真补偿有称之为畸变补偿,用来矫正镜头的画面失真,让画面中应该平直的线条变得平直,减少画面的形变。


暗角:镜头毁誉参半的光学特征


对于一些原厂镜头,相机可以通过阴影补偿来修正镜头的暗角,其实质是在机身内置镜头暗角的有关数据,在RAW格式的照片中通过提高边角曝光进行补正。索尼微单相机的阴影补偿是可以通过相机菜单开启或关闭的。而佳能的EOS R相机的阴影补偿几乎就是不可以关闭的。新50mm焦段排名第一的RF 50mm F1.2L USM就是典型的例子;最大暗角数值不到1EV,畸变仅为0.08%的数据在这样一位大光圈镜头上几乎可以认为是内置校正数据的结果。—RF镜头内置了校正数据,而不像以往的EF镜头一样需要在机身处理器内查询。配合数码优化提升机身画质应该也是现在无反系统的主流设计思路。


暗角:镜头毁誉参半的光学特征


(三)自己动手系列:通过软件后期进行校正

无论是photoshop还是lightroom都具有镜头暗角的校正功能。在Camera Raw中,可以找到镜头校正的选择。如果使用的镜头有相关的配置配置信息则可以进行自动校正。若没有相关的镜头配置数据,也可以通过调整手工校正中的晕影来对镜头暗角进行校正。


暗角:镜头毁誉参半的光学特征


光学矫正好的镜头,在制作材质、开发成本、专配精度方面都会有很高的要求,而有了机内矫正,厂商可以降低镜头的成本,通过后期将画质与成本之间的平衡做得更好。当然如果你非常在意镜头本身的素质,那么花更多的前当然可以买到光学矫正极好甚至不需要配置文件就可以有更好表现的镜头。但是,光学是无法做到完美的,修正一个像差会带来新的像差,修正了暗角也可能会导致其他的像差增大,除非无限扩大像场近截取中间部分来进行成像(如:Distaon 85mm f1.4),但这样来的不仅是镜头设计和制造成本的剧增,同时制造出来镜头的体积和重量是大家可想而知的。

所以说,机内矫正和后期提供参数配置文件校正不仅仅是厂商的一个折中的选择(降低前期开发和设计的成本),同时对于使用者而言也是可以接受的(降低镜头的价格以及体积重量),大多数时候,都是可以接受的。


四.谈谈暗角

最后我们来谈谈暗角本身。既然是目前技术下无法规避的技术难题,那我们不妨可以考虑下怎么来利用暗角这个光学特性。

赵嘉老师说过:" 盲目崇拜的事情还有很多,有不少人对于没有暗角的镜头盲目崇拜。而每次杂志上提到镜头测试都要必提到暗角,这也似乎无可厚非。但是有些人凡贬斥某只镜头,有没有的问题都要捎上暗角的过失,暗角真就显得是罪无可赦了;可惜世事难料,无情的测试证明了不少超级镜头都一样有暗角。"

据说报道摄影师亨利.卡蒂埃.布勒松在印放自己的照片时是很明确的会要求暗房师在照片上保留暗角的;欧洲大牌的时尚摄影师让.卢.西伏说过,如果他的照片没有暗角,会感觉有些东西从照片的边缘溜走了;连大众普遍欢迎的摄影技术大师安塞尔.亚当斯都一再强调,一定要在图片中保留暗角,如果没有,他会在暗房印刷照片时加入。

图片是空间平面化之后的局部体现,受众对于一张图片的感受一部分来自于对照片里面的视觉效果,另一部分也对于照片之外没有展现出来的影像的一种联想。所以,暗角的效果是有利用价值的,同时也是需要控制的。对于能够驾驭暗角的摄影师,镜头的暗角只有使用的得当与否的差别;而对于不会用暗角的摄影师,镜头只有有暗角或没暗角的区别。




-THE END-

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