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1.2 数码单反相机的构造

1.2.1 数码相机的感光元件

1.像素

在了解感光元件之前,首要了解什么是像素(Pixel),像素是指在由一个数字序列表示的图像中的一个最小单位。

像素是构成图像的最基本单元,每个像素都有自己的颜色,像素越多,颜色信息就越丰富。

在摄影领域中,像素是衡量数码相机的重要指标,这时像素指的是数码相机所拥有的分辨率。它是由相机里的光电传感器上的光敏元件数目所决定的,一个光敏元件就对应一个像素。因此像素越多,意味着光敏元件越多。

2.CCD和COMS

数码相机分辨率的高低决定了所拍摄的影像最终能够打印出图像质量的大小和在计算机显示器上所能够显示图像的大小。数码相机分辨率的高低,取决于相机中感光元件上像素的多少,同等尺寸的感光元件,像素越多,分辨率越高。如图1.4所示是数码相机生成影像过程的示意图。

图1.4 数码相机成像过程图

感光元件是数码相机的心脏(核心成像部件),目前主要有两种:包括CCD(电荷耦合)元件和CMOS(互补型金属氧化物半导体)。目前数码相机广泛使用的是CMOS。

对于数码相机来说,影响感光器件成像的因素主要有两个方面:一方面是感光元件的面积,感光元件面积越大,同样的环境下,捕获的光子越多,感光性能越好,就能记录更多的图像细节,并且各像素间的干扰也小,成像质量也越好。不同的数码相机的感光元件尺寸有很大的区别,如尼康D7500为23.5mm×15.7mm;佳能的EOS1DX约36mm×24mm;而飞思ONE的最新后背拥有53.4mm×40.1mm的尺寸。另一方面是感光元件的色彩深度,色彩深度(Depth of Color)又称色彩位数,是用来表示数码相机的色彩分辨能力,数码相机的色彩位数越多,可捕获的细节数量也越多。它是用来表示数码相机的色彩分辨能力,如一个24位的数码相机可得到总数为2 24 ,即16 777 216种颜色。通常数码相机有24位的色彩位数已足够,而专业广告摄影行业用的数码相机,一般要30位或36位的色彩深度。

1.2.2 认识快门

1.快门系统

快门通常是由多片非常轻薄的金属或合成材料薄片组成的帘幕或叶片形状的结构,通过开合控制光线进入感光元件的时间,从而决定相机的曝光,快门开合时间的长短决定曝光是否准确、也决定着影像最终的成像效果。

2.快门的功能

快门主要有两个功能:第一个功能是“控制感光元件曝光时间的长短”,这一功能主要是和光圈结合控制通光量,使图像曝光正常,在光圈不改变的前提下,快门时间长,感光元件的接受光线多(图1.5),快门时间短,感光元件的接受光线少(图1.6);第二个功能是“使图像呈现出静止或虚化的视觉效果”,高速快门可以使事物的瞬间形成凝结的静止的状态,这两种效果通常是由相对于物体运动速度快或者慢的快门速度形成的。如图1.7中高速快门使运动腾空的人物形象凝固于空中,这是我们平常肉眼无法看到的现象,通过高速快门才能展现出来。慢速快门可以使运动的物体呈现虚化的视觉效果。如图1.8冲起的水花因为较慢的快门速度,呈现出丝状,体现出动感和速度。

图1.5 快门速度快,进光量少

图1.6 快门速度慢,进光量多

图1.7 运动腾空的人物(彭敏/摄影)

图1.8 冲起的水花(胡一峰/摄影)

3.快门的结构与工作原理

快门按照结构分为两种:一种是位于镜头中间的镜间快门(也称叶片快门);另一种是安装在感光元件前面的焦平面快门。

(1)镜间快门由多组叶片组成(图1.9),以中心向镜头四周开合、聚拢的方式控制时间,让感光元件曝光,它的最高快门速度有限,通常不到1/1000秒,但可以使用任何一级快门速度进行闪光摄影。这类镜头每一枚都拥有独立的快门组,通常安装在不可更换镜头的消费级卡片相机中或高端的商用数码单反相机中。在很多摄影领域中,镜间快门使用高速快门进行闪光摄影这个优势是焦平面快门所不能比拟的。

(2)焦平面快门是安装在相机机身感光元件前方的快门机构(图1.10)。最早为金属片,现在已经发展为合成材料,质地轻盈柔韧,材料的发展也为快门速度的提高提供了可能。作为相机的核心部件之一,其精度和寿命是衡量相机专业程度的标准之一。

目前最为常用的焦平面快门是纵走式帘幕快门。由前后两组可以折叠起来的金属或碳纤维类合成材料的叶片组成,有前帘和后帘之分,通过前后帘的上下开合间隙的时间控制感光元件曝光。现在的数码单反相机都是采用的焦平面快门,它的好处有两个,一是它的运动方式可以提供更快的快门速度,二是拥有庞大的不受快门限制的镜头群,安装在机身内的快门避免了镜头制造中一枚镜头一个快门的高成本。

图1.9 电子镜间快门

图1.10 纵走式焦平面快门的帘幕

4.快门速度的表示

快门速度以阿拉伯数字来表示,其中快于1秒的速度,相机通常是显示该速度的倒数,相机上显示8000表示的是1/8000秒,4000表示1/4000秒。快门数字越大表示速度越快、曝光时间越短。1秒以下的快门速度以实际数字表示,数字越大表示速度越慢、曝光时间越长,相机显示30″表示30秒,15″表示15秒。

数码单反相机的快门速度区间通常在1/4000~30秒或1/8000~30秒之间。每一级快门之间以速度加快或减慢约1倍、1/2或1/3时间递增或递减,多数相机设置为1/2或1/3倍,这样可以更精确地控制曝光。1倍速度(也可称为一级快门速度)通常的排序为30秒、15秒、8秒、4秒、2秒、1秒、1/2秒、1/4秒、1/8秒、1/15秒、1/30秒、1/60秒、1/125秒、1/250秒、1/500秒、1/1000秒、1/2000秒、1/4000秒、1/8000秒。

整倍速度的了解有助于理解曝光控制中的互易律,便于灵活控制成像效果。1/2和1/3分级使我们对曝光的控制更加精细,快门速度分级设置可以在相机的个人化菜单中进行。

5.B快门和X快门

在数码单反相机中还有两级特殊快门,一级是B快门,另一级是X快门。B快门是长时间曝光使用,在曝光时间超过相机设定的最长时间(30秒)时设定为B快门,X快门则是配合外置闪光灯和影室闪光灯使用,是快门和闪光配合达到图像全面曝光的最高速度,也称为“闪光同步快门”(尼康大部分相机有这级快门设置)。

这两级快门中,B快门只有在手动拍摄模式下才可以设置,另外B快门的使用通常要配合快门线,快门线可以对按下的快门进行锁定或进行曝光时间的设置,否则就需要用手一直按在快门上了。当相机处于B快门时,拍摄者按下快门多长时间,相机就曝光多长时间,完全由拍摄者掌控时间,不过使用B快门时必须配合三脚架和快门线,否则得到的影像会因为长时间曝光时,手持相机不稳定而导致模糊。

而X快门是在使用外置闪光灯或影室闪光灯摄影时使用,这时相机的快门速度必须为X快门或位于X快门速度以下,当快门速度快于X快门时,相机曝光会产生图像局部曝光现象。不同的相机X快门速度不一样,通常为1/125秒、1/250秒或1/320秒,当快门速度设置为X快门时,相机显示X125或X250、X320。

6.快门的应用

在日常拍摄中,快门速度的快慢直接影响图片的成像效果,慢速快门会导致相机成像不同程度的模糊。快速的快门会使物体成像凝结,影像清晰。在实际拍摄中,“凝结物体”究竟应该用什么样的速度?要根据不同的情况来决定。

被摄体移动速度越快,就越需要快的快门速度来“凝结”它的瞬间,也可以选用相对较慢的速度来获得特殊的效果。以拍摄“凝结”动体为标准,快门速度使用的基本规律是:被摄体距离镜头较远时,可选用较慢的快门速度;被摄体离镜头较近时,快门速度就要加快。广角镜头拍摄可使用较慢的快门速度,长焦镜头则使用较快的快门速度,被摄体运动方向与镜头平行或形成锐角可使用较慢的快门速度,被摄体运动方向与镜头垂直或接近垂直时使用较快的快门速度(图1.11)。通常来说,设定快门速度需要考虑到被摄体的移动速度、被摄体与相机的距离、被摄体移动的方式及镜头焦距4个因素,需要在实践中了解并获得个人的操作习惯和经验。

7.慢速追随摄影

在日常拍摄中,高速快门可以“凝结”物体,慢速快门通常让物体模糊,但是运用慢速快门跟随物体移动并在移动的过程中按下快门拍摄,就可以获得被摄体相对清晰而他周围的景物及运动状态模糊的图像,这就是“追随摄影”(图1.12)。追随摄影快门速度的选择通常会受被摄体的速度、方向、距离和镜头的角度以及镜头焦距的影响。在拍摄时我们应当注意这几方面的因素。例如:在追随时如果用长焦镜头拍摄,往往需要较高的快门速度。

8.慢速变焦和慢速移位摄影

为了保证成像清晰,运动的物体需要相对高速的快门来拍摄,但是慢速快门的合理利用也可以得到意想不到的效果。当快门速度较慢时,在快门打开的时候移动相机或变换焦距,会有模糊、抽象等多种意想不到的图像产生。如图1.13所示,在慢速快门拍摄过程中移动相机,灯光在画面中呈现出移动的轨迹。

9.安全快门

安全快门是日常拍摄中保证成像清晰的理论最慢快门速度,当我们运用较慢的快门时,因为选择的快门速度太慢,拍摄过程中的呼吸及肌肉的运动导致图像模糊。安全快门可以让我们对成像清晰的快门速度范围有大致的了解,避免模糊图像的产生。通常我们所说的安全快门是“所使用的镜头焦距的倒数”。例如使用105mm焦距段拍摄,那么快门速度就不能低于1/125秒,现在的相机和镜头应用了防抖技术,这样一来安全快门在原来理论值的基础上又降低了2~4级。需要注意的是,所谓的“安全快门”只是一个相对的理论值,在拍摄时要保证成像清晰,尽量选用较高的快门速度才是最重要的。

图1.11 高速快门拍摄

图1.12 慢速追随摄影

图1.13 慢速曝光 f+kUW4TOD1nxzCCnsJjs8QOxOJ7Ua3NJSBRIhryY4O7+fWt9hD+5J1DSS/s7RpN/

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