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光学设计基础技术:光学变焦原理

2025-08-26 本站作者 【 字体:

光学变焦英文名称为Optical Zoom,光学变焦是通过镜头、物体和焦点三方的位置发生变化而产生的。当成像面在水平方向运动的时候,视角和焦距就会发生变化,更远的景物变得更清晰,让人感觉像物体递进的感觉。

显而易见,要改变视角必然有两种办法,一种是改变镜头的焦距。用摄影的话来说,这就是光学变焦。通过改变变焦镜头中的各镜片的相对位置来改变镜头的焦距。另一种是数码变焦。

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数码变焦,实际上是画面的电子放大 , 把原来的 CCD影像感应器上的一部分像素使 用 “ 插值 “ 手段放大 。将CCD影像感应器上的部分影像放大到整个画面。通过数码变焦,拍摄的景物放大了,但必然会损失影像的品质。实际上数码变焦并没有改变镜头的焦距,只是通过改变成像面对角线的角度来改变视角,从而产生了“相当于”镜头焦距变化的效果。

光学变焦镜头的另一个重点在变焦能力,所谓的变焦能力包括光学变焦与数码变焦两种。两者虽然都有有助于望远拍摄时放大远方物体,但是只有光学变焦可以支持图像主体成像后,增加更多的像素,让主体不但变大,同时也相对更清晰。通常变焦倍数大者越适合用于望远拍摄。光学变焦同传统相机设计一样,取决于镜头的焦距,所以分辨率及画质不会改变。数码变焦只能将原先的图像尺寸裁小,让图像在lcd屏幕上变得比较大,但并不会有助于使细节更清晰。因此购买数码相机时,建议大家留意光学变焦的倍数。中端相机普遍都有3倍左右的光学变焦,不过也有具超长变焦功能的产品,例如10倍光学变焦的机种。

相对于位置的变化,液态镜头则可以改变镜头的形状来取得变焦效果,如我们人眼的晶状体一样,通过改变形状来变化。它不存在焦距,形状的变化导致焦距不停的变化,进而它不存在变焦倍数,只要对准景物,一两秒后,镜头就会自动对焦。

变焦倍数不是衡量数码摄像机效能的根本数据,在距离光线和景物相同的条件下,那一个照出来的照片更适合我们的需要才是最好的。我们看到市面上的一些超薄型数码相机,一般没有光学变焦功能,因为其机身内根本不允许感光器件的移动,而像索尼F828、富士S7000这些“长镜头”的数码相机,光学变焦功能可以达到5、6倍。

光学变焦是依靠光学镜头结构来实现变焦,变焦方式与35mm相机差不多,就是通过摄像头的镜片移动来放大与缩小需要拍摄的景物,光学变焦倍数越大,能拍摄的景物就越远。如今的数码相机的光学变焦倍数大多在2倍-5倍之间,也有一些数码相机拥有10倍的光学变焦效果。

而家用摄像机的光学变焦倍数在10倍-25倍,能比较清楚地拍到70米外的东西。对于数码相机而言,“光学变焦”并不会改变图片的大小或分辨率,用于描述图片的像素数也保持不变,这就是“光学变焦”与“数码变焦”根本区别之处,体现在图像上,就是图像质量会有所不同。

配备有固定焦距镜头的数码相机往往可以模拟光学变焦,形成变焦图片,这种变焦方式称为“数码变焦”。数码变焦实际上是画面的电子放大,把原来CCD影像感应器上的一部份像素使用“插值”处理手段做放大。

通过数码变焦,拍摄的景物放大了,但它的清晰度会有一定程度的下降,所以数码变焦并没有太大的实际意义。目前数码相机的数码变焦一般在3倍左右,摄像机的数码变焦在44倍-600倍左右,实际使用中有40倍就足够了。如果变焦倍数不够,我们可以在镜头前加一增倍镜。如果拍摄的视角小,可以相应的加一广角镜。而我们平时所见的UV镜,可以安装在镜头的前面起到防尘并保护镜头的作用。

初次接触数码相机的人常常会有这样的困惑,即拍摄出来的画面不够清晰,老是会发生重影或模糊的情况。究其原因,除了偶尔的失焦(即相机未能正常对焦)以外,很大程度上是因为快门速度过低所致。一般而言,在手持条件下,拍摄到清晰照片的快门速度应该达到焦距倒数甚至更高。

举个简单例子:某A75的镜头等效焦距是35mm―105mm,那么在广角端,快门速度应该至少保持1/40秒才能保证拍摄的照片较为清晰,而在长焦端,快门速度应该要达到1/125秒才行。而且如果现场的光线条件不能满足这一要求,那么拍摄出清晰的照片便不是那么简单的事情了。可想而知,对于那些10倍光学变焦的产品而言,防抖技术则是更加必要,因为这些产品的长焦端往往达到370MM以上,因此,快门速度必须要在1/400秒以上才算合格,否则就只能望远兴叹了。

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