詳解焦距系數、景深和曝光時間

焦距系數

　　使用數碼單反的攝友，一定對“焦距系數”這個詞不陌生。

　　無論什么相機，鏡頭都是圓的，因此成的像也是圓形。這個圓形的面積大于膠片/感光元件的面積。成像的實際面積由膠片/感光元件的尺寸大小決定。在數碼相機/數碼單反領域，除了佳能、康泰時、柯達、仙娜等廠商的少數幾款全畫幅數碼單反之外，幾乎所有數碼相機的感光元件面積都小于35mm底片面積。也就是說，在鏡頭不變的情況下，數碼相機的成像面積一般要小于膠片相機。

這種成像面積的區別，就是我們這篇文章的基礎

　　不管CCD/膠片的面積如何變化，鏡頭的成像大小總是不變的，鏡頭本身也無法感知它身后是全畫幅還是較小畫幅。(順便說一句，現在越來越多的鏡頭廠商推出數碼單反專用鏡頭，比如尼康、圖麗的DX系列、佳能的EF-S系列、適馬的DC系列，以及奧林巴斯的Zuiko Digital鏡頭等，這些鏡頭的成像大小一般小于膠片機的鏡頭，以符合數碼單反的CCD尺寸。)也就是說，鏡頭不可能根據身后感應元件的大小調整成像距離，鏡頭焦距本身是不變的。改變的僅僅是成像面積的大小。

　　成像面積的縮小，從表面上看很像是焦距增加的產物。例如，尼康D2x數碼單反的CCD面積為16mm×24mm，而標準35毫米膠片的面積為24mm×36mm，是CCD尺寸的1.5倍。因此，如果我們想在一臺膠片單反(例如F6)上實現與D2x相同的取景范圍，F6使用的鏡頭焦距必須為D2x的1.5倍。因此，有人把這個1.5稱為“焦距轉換倍率”、“焦距系數”。而從這個詞的來源看，將其稱為“裁切系數”更為準確。

景深

　　接下來，我們來討論景深和裁切系數之間的關系。一般說來，焦距的改變會引起景深的變化。由于剛才已經說明，數碼單反的“焦距倍率”并不能真正改變鏡頭的焦距，那么我們能否說，感應器的大小不會對景深造成任何影響呢？

　　景深的計算公式相當復雜。這里就不詳細推算了。主要由以下三個公式組成：

1. 在超焦距范圍內

2. 可接受的清晰度的近焦距（即景深近點）

3. 可接受的清晰度的遠焦距（即景深遠點）

其中，

　　以上公式來源于Greenleaf, Allen R.等人所著的Photographic Optics。

　　公式相當復雜，即使包括非常專業的攝影師在內，都不會有多少人去認真推算。但是不知你有沒有注意，在公式的眾多項中，有一個“模糊圈（Circle of Confusion，簡稱CoC）”的參數。雖然聽起來像初學攝影者的失誤，但是在這里，它卻扮演著非常重要的角色。

　　首先解釋一下“模糊圈”的概念。想象在遠處有一個點光源，燈泡也好，聚光燈也好，甚至夜晚的一顆星星也好，這個點光源的形狀可忽略不計。面向這個點光源按下快門，在照片上會留下一個亮點。如果鏡頭的焦點恰好落在點光源上，在膠片/感應元件上就會形成一個亮點。而如果鏡頭的焦點偏離了這個點光源，且相差足夠距離的話，照片上就會留下一個模糊的斑點。當焦點和點光源的距離相差到一定程度時，觀看者無法準確分辨這個斑點到底來源于一個“點”還是一個“圓”。此時，這個斑點的直徑就是所謂的“模糊圈”。

“模糊圈”的原意，也有從觀看者的角度來說，對照片上的物體究竟是“點”還是“圓”感到模糊的意義

　　模糊圈的意義，并不僅僅限于點光源，也在一定程度上決定你所拍攝的一切。顯然，如果鏡頭的焦點偏離被攝物體，成像就非常模糊，如果焦點剛好落在被攝物體上、或離被攝物體比較近，圖像就非常銳利。

　　從另一個方面說，模糊圈的大小也與最終照片的尺寸，以及觀看者與照片的距離相關。最終照片放得越大，模糊圈越小，或者說觀看者離照片越近，模糊圈越小。

　　模糊圈到底有多大呢？一般認為，35毫米標準膠片的模糊圈為0.03毫米，也有人認為是更精確的0.025毫米。但是對于數碼相機來說，由于絕大多數數碼相機的成像元件（CCD或CMOS）的尺寸小于35毫米底片。因此，如果將數碼成像和膠片成像放大到同樣大小進行比對，數碼的放大倍率將大于膠片的放大倍率。因此，數碼相機的模糊圈應小于膠片相機。

　　例如，我們已知35毫米底片的模糊圈為0.03毫米。而尼康D2x的裁切系數為1.5，因此，D2x的模糊圈大小為0.03÷1.5=0.02毫米。其它相機可以依此類推。

　　模糊圈越小，對焦就要越精確。因此，如果我們以相同的距離，相同的光圈，拍攝同一個物體的話，數碼的景深將稍小于膠片。

　　但是這里又會出現一個問題：由于焦距轉換系數的影響，同樣一個鏡頭，在數碼單反上的焦距大于膠片單反。因此拍攝相同的場景時，膠片單反使用的鏡頭實際焦距應大于數碼單反，或者干脆讓數碼單反往后退一定距離。考慮到長焦的影響，數碼相機的景深會有所增加，增加效果大于由于模糊圈減小造成的景深減少。以下三張照片可說明這問題：

原圖，膠片單反拍攝

在相同的距離使用數碼單反拍攝。由于裁切系數，照片看上去似乎焦距更近，但是景深較淺

使用數碼單反后退拍攝，拍攝范圍與第一幅圖相同，但是景深更大

　　總而言之，如果你與被攝物體的距離相同，使用的鏡頭焦距也相同，唯一的區別是膠片和CCD的面積，那么數碼相機的景深較小，但是相對焦距較長。如果數碼相機使用的鏡頭焦距較小，而使數碼的成像范圍和膠片相同，此時數碼相機成像的景深較大。

曝光時間

　　成像的銳利度，很大程度取決于機身在拍攝的瞬間是否穩定。對于長焦鏡來說，哪怕是極微小的晃動都會被鏡頭放大到無法接受的程度。而廣角鏡頭的拍攝就相對輕松得多。

　　很多攝影師都聽過這樣一個經驗公式，在手持拍攝時，曝光時間應該小于焦距的倒數。比如使用200毫米的鏡頭，曝光時間就不應大于1/200秒，這樣才能得到精確成像的照片。但是你有沒有想過，這條來源于膠片時代的公式，在數碼時代是否依然適用？如果你使用18毫米焦距的Nikkor鏡頭，轉換倍率1.5，那么，最低曝光時間到底是1/18秒，還是1/24秒？還有，“曝光時間＜1/焦距”這個公式的經驗性實在太強。為什么正好是倒數，而不是0.864/焦距，也不是1.127/焦距？為什么正好就是1？除了焦距之外，曝光時間肯定還和許多其它參數相關。比如機身和鏡頭的重量，太輕了肯定發抖，太重了也不一定拿得住。如果使用尼康的VR或是佳能IS，甚至4/3系統的MEGA O.I.S鏡頭，手持拍攝的效果肯定會更好。甚至，最佳曝光時間肯定和攝影師的上半身肌肉是否強壯有極大的關系。一個強壯如施瓦辛格的攝影師，手臂的穩定度肯定強于不足十歲的孩子。

　　事實上，作為一個經驗公式，“曝光時間＜1/焦距”的意義僅僅在于說明焦距和最佳曝光時間的負相關關系。從三角學的角度講，由于手抖造成的相機的角運動，將依鏡頭焦距長度反映為被攝物體的平面運動。同樣是手抖一下，對14mm鏡頭的影響就比200mm鏡頭小得多。這也就是為什么沒有廠家生產帶防抖功能的廣角鏡的原因。

　　看到這里，有的朋友可能會認為，在使用相同焦距的鏡頭時，數碼相機的穩定度應該高于膠片相機。如前所述，數碼相機的感應元件面積通常小于標準35毫米膠片，模糊圈也小于膠片。同樣的抖動范圍，在底片上可能難以辨認，如果在CCD/CMOS上，就可能毀滅你整天的勞動成果。

　　但是且慢，要拍攝同樣的照片，數碼相機的鏡頭焦距不是應該短一些嗎？焦距的縮短，同樣會增加最小曝光時間值。不妨用前文的例子分析一下。35mm底片的模糊圈為0.03mm，一臺系數為1.5的尼康D2x的模糊圈為0.02mm，膠片相機使用300mm鏡頭，D2x使用200mm鏡頭。在同一個地點拍攝的話，得到的畫面是相同的。此時，兩個系數相互抵消。

　　因此在曝光時間方面，你只需要關心數碼相機“相當于35毫米”的等值焦距。或者干脆圖個放心，使用三腳架。當然，如果你對自己的二頭肌相當自信，愿意向經典公式發起挑戰，那也隨便你。