跳到主要内容

从拍照到摄影(01):相机的基础参数

· 阅读需 16 分钟
sqybi

如果需要查看系列中的其它文章,请使用 tag 跳转到文章目录界面:#from-taking-pictures-to-photography

从拍照开始到拍照结束

拥有自己的第一台卡片相机 Nikon COOLPIX S200,还是我上中学时候的事情。

很多人在给摄影新手建议的时候都会说,设备不重要,不要想着一下子成为摄影师,多拍照,多拍自然就会了。我曾经也是相信这句话的。

于是在那个互联网上还并没有那么容易寻找到知识的年代,我拿着相机到处拍照,到处尝试,不可谓没有把“多拍”做到极致。但是随之而来的,并不是什么成长,而是进一步的迷茫。

我的身边没有多少会摄影的人,我不知道什么才是美的照片,只会一遍一遍重复着歪歪扭扭的奇怪构图;我的身边也没有多少懂相机的人,于是我对胶片相机的了解仅限于胶卷暴露在太阳光下会废掉,也一直以为数码相机拍夜景的时候有花花绿绿的噪点是我自己的问题;我不知道什么是三脚架,也不知道什么是光圈快门 ISO,用了一圈相机的各种模式之后还是换回了自动。

就这样,这台相机在陪伴了我一整个中学之后,终于在手机拍照的效果逐渐赶上它之后,在大学时把它放回了家里。我对“摄影”的尝试从“拍照”开始,到“拍照”也就结束了。

而若干年后开始工作,我又重新用工资给自己买了一台微单相机,索尼的一代神机 α6000。这时候的互联网上已经有了大量良莠不齐的知识,凭借着摸索我选购了第一款便宜的定焦头,也尝试着用光圈优先模式拍照片。但即便如此,我还是带着很多无法解答的疑惑,比如为什么有了大光圈还需要用小光圈,再比如变焦镜头除了贵还有什么别的缺点。

陷入了和之前一样的困境,自然也有一样的结果。一段时间之后这台相机也被我封进了箱子,甚至前几年拿出来的时候自带的狗头已经因为内部的塑料组件老化无法对焦了。

直到前几年,我终于看到了一篇由 Sean Ning 编写的文章,《摄影笔记:摄影其实不难学》。可惜的是我寻找了很久都没有找到这个作者的信息,有一个网站疑似是这位作者的博客,但是我也没有找到实际的证据,这里就不放出来了。

这篇文章甚至是 2010 年前后就写成的,同时很明显是一个 Word 导出的 PDF,满满的年代感。虽然年代久远,但是这篇文章的内容却一点都不过时。它从技术的角度切入,先是介绍了相机中许多重要的参数和它们之间的联系,然后循序渐进地引出“影调”这一摄影中的关键概念,接下来进一步延伸到了摄影的本质“突出主题”,之后一路聊到一些基础摄影类型需要考虑的重点要素。

这可能和大部分小红书上“如何构图”或 B 站“如何调色”的文章视频都不一样,它其实全程都没有过多提及摄影的艺术性。相反,这可能是一篇非常“程序员”的文章——我从中看到的都是技术,而且非常受益。

我的这一系列文章,其实就是对这篇《摄影笔记:摄影其实不难学》的拙略模仿和简要总结。即使你愿意阅读我的文章,我也推荐你有空的时候去点击前面这个链接,下载 PDF 到本地,然后慢慢地把它读一遍。虽然老法师们可能会嗤之以鼻,但是作为新手一定会受益匪浅——摄影是一个满足自身远远比取悦他人更重要的爱好,何必把老法师们的屁话当真呢?

相机的工作原理

随便搜索一下,都能发现很多介绍数码相机原理的文章和视频。

通常来说,它们会先将数码相机分门别类地区分为单反、无反(也就是微单)等类型,然后再分门别类地讲解它们各自的原理,甚至还会画几张光路图。更复杂的文章可能还会额外介绍一下手机和一些特殊相机(双反、旁轴)的技术设计。

但是我不打算写得那么复杂,而是会列出以下几个重要的点:

  1. 当前市面上能买到的数码相机绝大部分都是无反相机,而索尼的“微单”也是无反相机的一种,“微单”是它注册的商标,所以别人不能用。
  2. 无论是上述哪种相机,甚至是胶片机或手机,本质上都是让光通过镜头中的一系列玻璃和镜面发生各种折射和反射后,投射在固定大小的感光元件上。
  3. 现在市面上能买到的数码相机和手机绝大部分感光元件也都是 CMOS,除非你为了“复古”特地去买 CCD 相机(不推荐),它的感光元件自然是 CCD;胶片机的感光元件则就是胶片上面的一小格,而拍立得的感光元件就是拍立得的相纸本身,这应该很好理解。
  4. 单反和无反(微单)的最大区别在于你是如何实时看到感光元件上投射的影像的,通常来说分为直接读取感光元件的信息和通过光路把光一分为二两种方式,现在的大部分数码相机,包括无反相机和手机,都采用的是前一种模式。
  5. 在真正拍照的时候,相机会先挡住所有射向感光元件的光线,然后短暂地让光线通过一小段时间,并将这一小段时间内感光元件感知到的光线变成照片。这段时间也叫做“快门速度”。

而其中最重要的就是第二条。即使其它的内容你一点都看不懂,也只需要知道相机本身就是把光通过各种折射反射投到感光元件上,然后通过感光元件收集一小段时间的光线,最终生成照片的设备就可以了。

数码相机的基础参数

任何数码相机,或者说数码摄影摄像设备,都离不开一些最基础的参数。

前面反复说过,相机就是一种光的折射反射+感光元件生成照片的设备。所以可以看到,相机的主要参数中几乎所有参数都和“光”相关,可以用于调整光的特性;而部分参数和“感光元件”相关,可以调整感光元件的特性。

接下来我会介绍若干相机的参数,它们一般来说分为两类,一类和最终的进光量是线性关系,即参数数值变化 xx 倍,进光量也变化 xx 倍。而另一类则和进光量是平方关系,即参数数值变化 xx 倍,进光量会变化 x2x^2 倍。你可能一开始没有办法记住全部的参数类型,但是没有关系,参数数量不多,你会在自己拍照的过程中慢慢熟悉并记住它们的。而最终熟练记住它们则很重要,因为你在手动模式下需要通过反向调整其中的两个参数达到进光量不变,但参数产生变化的结果,以实现某些特定的风格化目标。

影响进光的两大要素:快门、光圈

通常来说,最常见的直接通过进光量影响照片光影的要素,就是快门和光圈两个参数了。

快门是最直接的参数,也称作“快门速度”,直接以一个时间表示,如 1/100 秒。前面就提到了,其实这就是拍照时感光元件实际接收光线的时间。在这个时间之前和之后,感光元件都会被封在一个不漏光的黑盒子里。

那么很明显,快门的时间越长,照片的进光量就越大,而且它们显然是线性关系(感光 2 秒的进光量是 1 秒的 2 倍)。

光圈就是直接控制了进光孔的大小,越大的光圈进光量就越大,越小的光圈进光量则越小。但是光圈是一个最特殊的参数(我向你保证后面不会有这样的参数了,所以请务必记住!):光圈的数值越小,则进光量越大!

这是因为光圈本身的定义,其实是一个类似于孔径倒数的东西。这里我可以贴一些文章比如等效光圈,是耶?非耶?,但是我真心不推荐新手现在就去阅读这部分内容。

我再保证一次:这是唯一一个数值越小进光量越大的参数,早期只需要记住就可以了。

扩展阅读

当然如果你已经熟练掌握了基础概念,那么可以读一下上面的文章了解光圈和光通量的关系,有助于理解“为什么大画幅相机虚化更好”等问题。

同时,因为光圈倒数本身和孔径线性相关,而进光量和面积线性相关,所以很明显光圈和进光量输于前面提到的平方关系。

总结下来,就是光圈数值变为原先的 1/x1/x 倍时,进光量会变为原先的 x2x^2。例如如果我当前的光圈是 F2,如果我希望进光量变为原先的 2 倍,那么光圈应该调整到 F1.4(因为 1.4 的平方约等于 2)。顺便你应该已经看到了,光圈的表示方法是 F 后面加一个数字,如 F1.4、F2、F2.0 都是正确的写法。

不好计算?档位帮忙!

因为复杂的数值确实不好计算,所以通常相机的各种参数都不是无极调节,而是以档位来调整的。

比如在调节光圈时,可选的档位一般是 F1.4、F2.0、F2.8、F4.0、F5.6、F8.0……可以看到每两个数字之间都是约 1.4 倍的关系。根据前面的公式,每一档都比前一档少 2 倍的进光量。

而快门则可能支持更精细一些的调节,除了 1/100、1/200、1/400……等同样是 2 倍进度的档位以外,还可能有一些 1/3 倍甚至更精细的档位。但快门速度相比之下更好计算,所以这也不是什么太大的问题。

通常情况下,只要记住光圈每档之间是 2 倍进光量的区别就可以了。把前面的各种公式都忘掉吧,每当你调高一档光圈(比如从 F4 调整到 F2.8)时,记得把快门或后面介绍的其它参数对应调低为原先的 1/2(比如从 1/100s 调整为 1/200s)才能保证总进光量的一致就可以了。

感光度、噪声和噪点

感光度是一种比较特殊的参数。它本身代表了感光元件(CMOS 或胶片)对光的敏感程度,对光越敏感则意味着生成同样亮度的照片所需要的光越少。感光度的数值通常用 ISO 表示,例如 ISO 100、ISO 200、ISO 3600 等。

从结果上来说,感光度的调整和快门一样,也和最终照片的亮度成线性关系。但这里我不能将其解释为“进光量”,因为实际上在光线投到感光元件上的那一刻,进光量就已经被确定且无法修改了。但是,它确实在进光量因为各种客观事实无法调整的情况下,达到了类似提升进光量的效果,我们称之为提升感光量。

但是如果感光度这么好用,为什么我们不直接把感光度拉到最高呢?

这是因为我们的现实世界中,其实都是多多少少存在着各种噪声的。通常来讲,温度越高则粒子的随机运动越活跃,噪声也就越大。但除非温度能达到绝对零度,否则噪声客观上一直都是存在的。如果感光元件感知到了过高的噪声,体现在照片上就是花花绿绿的噪点。

噪声本身的大小只和温度与干扰时长有关,和相机的光学参数比如光圈是没有直接关系的。也就是说,假设我们现在用 100 的进光量拍摄,产生了 1 的噪声;然后我们通过增大光圈的方式将进光量调整到了 200,此时的噪声仍然是 1。

但是当我们不是增大光圈,而是增大曝光时间(调整快门速度)时,进光量就会和噪声成正比增加。例如我通过增加一倍快门时间的方式调整进光量到 200,此时的噪声大致就会增加到 2。不过因为噪声是随机的,所以增加的这一倍噪声不一定会和原先的噪声叠加在一起,所以观感上来说通常只要曝光时间不是太长,都还可以接受。当然如果是夜晚长时曝光(例如 10 秒或 30 秒甚至更长)的照片,也是要一定程度考虑噪点影响的。

而感光度则更加糟糕一些。在提高感光度时,其实是提高了这段时间之内元件对光线的敏感程度——这不仅包括射入的光线,也是提高了噪声。更糟糕的是,因为时间并没有拉长,所以这等同于原先的噪声在自己的位置直接被扩大了若干倍。

还是举上面的例子,通过从 ISO 100 增加到 ISO 200 来提高感光度,虽然照片的感光量增加到了 200,但此时噪声也增加到了 2,且相当于原地叠加了两次,理论上效果会比增加快门时间更差。

所以,如果不是必须的话,我们应该将感光度设置为可以设置的最低值,有的相机是 ISO 100,有的相机是 ISO 50……是这样吗?不是的!

首先,即使你希望设置在最低感光度,也尽量不要使用 ISO 50 的档位。至少在 2024 年的今天,我浅薄的见识中所了解的相机,通常的正常最低档位也是 ISO 100。而 ISO 50 更像是通过电子增益达到的一个特殊 ISO,实际感光效果可能还不如 ISO 100 好,在日常能够见到的拍摄场景中通常没有意义。

其次,现在的相机传感器在去除噪声这方面做了很多工作。即使是直出(指相机直接生成,没有经过电脑或手机上的后期处理)的照片,在 ISO 3200 甚至 ISO 6400 的感光度下,噪点通常也不会太影响照片本身。此外,因为 AI 技术的普及,所以 Photoshop 等后期软件中通常可以有效地消除噪点。即使你的原片噪点看起来比较严重,也可以后期处理到可用的状态,所以 ISO 12800 甚至更高的感光度在极度弱光且没有办法固定相机的环境中也不是完全不能使用,毕竟能拍到永远比拍好更重要。

小结

本来打算把所有参数都介绍完的,但是写起来才发现实在太长了,所以部分参数放到了下一期。

在这篇文章中,你已经学到了:

  • 相机本身就是把光通过各种折射反射投到感光元件上,然后通过感光元件收集一小段时间的光线,最终生成照片的设备。
  • 快门是最简单的参数,写法类似于 1/100 秒或 1/100s,它和进光量成线性关系,2 倍的快门对应 2 倍的进光量和感光量。
  • 光圈是最特殊的参数,写法类似于 F1.4,它的倒数和进光量成平方关系,约 1.4 倍的光圈对应 1/2 的进光量和感光量。
  • 感光度和快门的效果类似,写法类似于 ISO 1600,但是它不影响进光量,只和最终的感光量成线性关系,2 倍的感光度对应 2 倍的感光量。
  • 相片的噪点是不可避免的,且和快门时间与感光度相关,和光圈无关,感光度越高、快门时间越长,则噪点越明显。
  • 通常相机的大部分感光度都是可用的,噪点一般很少,即使有噪点也可以通过后期处理进行一定程度的去除,但是不要使用 ISO 50 这个特殊感光度。

在接下来的一篇文章中,你即将学到:

  • 相机的焦距是什么
  • 环境光亮度的测量和作用
  • 曝光补偿的含义和作用
  • 不同画幅对镜头焦距参数的影响