往期文章链接：
接着前一篇文章的话题，今天我们要了解一下镜头的另一个参数——光圈。
光圈？
相信很多即使没有接触过相机的读者都听说过光圈这个词。近年来，手机的拍照功能逐渐强大。而对于主打拍照功能的手机，厂商打出的广告上往往会标出其摄像头的最大光圈能达到某个数值，以显示其拍照能力的强悍。
很多人对此不明觉厉。虽然不知道光圈为何物，但是好像很厉害的样子......
f/1.8大光圈，图片来源：vivo官网
其实，光圈很简单，甚至可以说是整台相机上最简单的部分，它就是一个圈......
不信你看：
光圈，图片来源：pixabay.com
从图片里可以看到，光圈就是一个由很多金属叶片交叠后组成的光栅。它一般藏在镜头透镜组的中间，起到阻挡一部分光线的作用。我们可以通过拧镜头上的光圈环或者直接通过机身调整叶片的开合，从而调整通光孔径的大小。
光圈的开合_腾讯视频
很简单吧。
但是......
虽然光圈很简单，它所实现的功能却一点也不简单。
我们应该都知道，拍照时的曝光，就是让光线照射在感光底片或元件上的过程。曝光越强，照片就越亮。为了让拍出来的照片不至于太暗或者太亮，我们需要对“曝光的强度”进行控制。已知，要想控制“曝光的强度”，有三种可行的方式：控制“光的强度”、控制曝光的时间、控制感光底片或元件对光的敏感程度。光圈这个结构被设计出来最主要的目的就是控制“光的强度”。
白天的时候，如果你觉得光线很强，就把光圈缩小，这样最终到达相机内部的光线就会大大减弱；同理，光线昏暗的时候就把光圈放大，光线就会加强。
但是......
你可能会想，既然已经可以通过快门控制曝光时间从而控制“曝光的强度”，那为什么还要多此一举设计这个什么光圈？
没错，通过调整快门时间我们确实可以控制曝光。但是，你可能不知道，晴朗的白天和昏暗的夜晚，“光的强度”可能相差上万倍（由于人眼具有很强的适应性，你可能并不能感觉到这一点）。做一个简单的数学题：如果在晚上拍摄一张照片需要让快门打开一秒钟，那么在白天你需要让快门打开多长时间？
万分之一秒。
但是......
不幸的是，直到今天，大部分使用机械快门的相机，最高快门速度只有八千分之一秒。但是，如果我通过光圈把通光孔径的大小缩小为十分之一，那么只需要千分之一秒。
现在又有了一个问题：我已经知道了小光圈的用途，那为什么厂家以大光圈为卖点呢？
正如前面所说，光圈可以调节进入镜头的光线的强度。但是，在摄影技术的发展史上，降低“曝光的强度”从来都不是什么难事，大不了把光圈缩到很小很小呗（当然这样也存在问题，后面再谈）。反倒是增强光线强度难住了相机厂商们。原因很简单：早期用于摄影的感光材料敏感度低，摄影师们巴不得光线再强一点，这样模特就不用保持一个动作十几秒等待相机曝光了。
直到今天，暗光下拍摄照片对于数码相机的传感器而言依然是一个挑战。而如果你有一个很大的光圈，那就意味着光线更强，这无疑对于暗光下拍摄十分有利。缩小光圈很好办，放大光圈却要受到镜头口径大小等因素的限制，所以想做出大光圈的镜头可不是那么容易。
但是......
如果大光圈这么有用的话，那我怎么知道我的镜头的光圈到底有多大呢？如何度量光圈的大小呢？用尺子量吗？
既然我们是要通过控制光圈的大小来改变入射镜头的光线强度，那么就要找到一种度量光圈大小的标准，使得我们能直观地了解改变光圈对于光线强度有多大的影响。
你可能已经猜到了，这个标准就是f值。f值的定义是当前镜头焦距与当前光圈通光孔的直径的比值（f/D)，也被称作光圈系数。例如，如果我有一枚50mm焦距的镜头，它的最大光圈是f1.4，那么它的最大光圈通光孔的直径就是50/1.4mm。
我来告诉你为什么要这样定义，首先看一个公式：
f值的来源，图片来源：《摄影光学》盛尔镇 编译
公式里的I可以理解为底片上受到的光照强度，B是被摄物体的亮度，F就是我们定义的f值，而M是一个与焦距和物距有关的量，在通常拍摄距离下（非微距拍摄），M很小，可近似成零，这样的话，在同一场景下（B不变），变量只有F。
这样的定义可以使得我们在拍摄时要控制的变量更为单一。而且I与F的平方成反比，F值增大一倍，光照强度就变成四分之一。为了方便控制曝光，通常照相机镜头上的光圈值调整都是离散。在国家标准GB/T 9917.1-2002中，规定的常用f值的整数近似值有f/1、f/1.4、f/2、f/2.8、f/4、f/5.6、f/8、f/11、f/16、f/22、f/32等，这些f值的相邻两档有根号二倍的关系，这样光照强度就是二倍的关系。我们把相邻每一个f值称作一“档”，光圈调整一档就是把光照强度增强一倍或者减弱一半。
虽然市场上主流的日系和德系照相机产品都有自己国家的标准，但是各个国家对于光圈值的标准差别不大。如果你在市面上看到有的镜头有f/1.8的光圈也不要感觉奇怪，但是这个时候它和相邻档的光照强度就不是二倍的关系了。
最大光圈为f/1.8的镜头，图片来源：尼康（中国）官网
镜头厂商往往会在镜头上标注镜头的最大相对孔径（光圈系数的倒数），也就是1：x.x，例如上图中的”1：1.8“，这就是说镜头的最大光圈系数为f/1.8。
到现在为止你已经掌握了关于光圈的主要知识。
嗯......
(你知道我要说什么的吧......)
但是......
光圈还有一个让人又爱又恨的功能......
没错，景深！
那么什么是景深？
再看一张图片：
景深，图片来源：《摄影镜头的使用技巧》沙占祥 著
在这张透镜的光路图中可以看到，物点p发出的光线经过折射后汇聚正好在胶片平面上的p'点，这个p'点就是p的像点。物点是一个点，像点也是一个点，所以这时所成的像是清晰的。那么如果我在p处放一个与主轴垂直的平面，比如一幅油画，那么油画上的每个点散射出的光线经过透镜成像后都在胶片平面上形成清晰的像点，那么拍出来的照片整体就是清晰的。这也是我们想要看到的。
再看物点p1和p2,它们的光线经过折射后的汇聚点在胶片平面之前或之后，也就是说光线在到达胶片平面上的时候并不是一个点。从平面拓展到空间，再考虑到镜片是圆形的，不难想象这时候胶片平面接收到的光线是圆形的亮斑，称为弥散圆。放在这两点处的油画，每一点所成的像都是圆，那照片整体就是模糊的。
也就是说，只有包含p点的一个平面（称为“调焦物平面”）内的物体能够在胶片平面上成最清晰的像，只要离开此平面，物点的成像都会变成或大或小的弥散圆，离开越远，弥散圆越大，成像越模糊。
模糊的光斑，图片来源：pixabay.com
现代照相机的镜头都可以通过改变透镜与胶片平面间的距离，从而改变调焦物平面相对拍摄者的位置，这就是调焦（也被称作“对焦”、“对焦点”、“聚焦”，注意与前面所说的“变焦”区别开）。简单说就是选择把近一点的（男）女朋友拍清楚，还是把远一点的路人拍清楚（你知道该怎么选择的吧）。
对焦在你要拍摄的物体上，图片来源：pixabay.com
但是......
我们平时拍照不可能都把景物“压扁了”再拍啊，通常我们拍的东西都是有纵向深度的啊。在你给（男）女朋友拍照的时候，你不仅希望（他）她的鼻子是清晰的，你也希望（他）她的耳朵是清晰的，怎么办？
好在，我们的眼睛是有极限的。在25cm距离下，我们是看不出来一个直径小于0.0727mm的亮斑和一个亮点的区别的（通常情况），这样的亮斑组成的像看起来还是清晰的。人眼能把它区分开的最小弥散圆直径就叫做”可容许弥散圆直径“。
这就是一种妥协：好吧，既然最清晰的只有一个平面，那模糊一点我也能勉强接受。如此一来，调焦物平面前后的一部分空间就成了“调焦物空间”，只要在这个空间里的景物，我们看起来都是清晰的。需要指出的是，“清晰”是一个很主观的概念，影响因素很多，所以很难量化。“可容许弥散圆直径”这个概念对于绝大多数拍摄者来说意义不大。
接下来就要让光圈登场了。
再看图：
不同光圈大小下的光路，图片来源：1stFrame
由图可见：在p1和p2之间的物体发出的光线汇聚后所成的光斑直径都小于可容许弥散圆直径，成像是清晰的。大光圈下p1和p2之间的深度显然小于小光圈下的。也就是说大光圈下可以清晰成像的景物的纵深范围小于小光圈下。p1和p2之间的距离就叫做“景深”。
大光圈与小光圈的景深，图片来源：1stFrame
（注意左侧的“ME"字样）
为什么说让人又爱又恨呢？
在拍摄自然风光的时候我们通常希望从近处到远处都是清晰的，这个时候就不能开大光圈；而拍摄人像的时候往往想要人物清晰而背景模糊，这样能突显人物，防止杂乱的背景分散观者的注意力，大光圈就求之不得了。
本期内容就到这里，更多精彩内容请看下期文章。
参考文献
[1]沙占祥.摄影镜头的使用技巧[M].北京：中国摄影出版社，1996.11
[2]盛尔镇.摄影光学[M].上海：上海科学技术出版社，1956.9
网友评论