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從鏡頭的光學現象開始,討論FX與DX的差異(新增鏡頭透視實驗)

在比較FX與DX的差異之前,有一個影響至深的觀念必須先講清楚,否則所有討論就會混淆而夾纏不清。

目前幾乎所有的攝影鏡頭都是多組多片的鏡片組所構成,而鏡頭標示的焦距則是鏡片組在光學上等效的焦距。照光學的原理來說,焦距越長代表像距(成像的距離)越長,鏡頭也應該會比較長。然而由於多鏡組合造成光路在鏡筒中縮短或延伸,各款鏡頭有長有短,鏡頭的焦長與鏡筒的長短並沒有必然的關係。有些變焦鏡廣角端會縮短,而有些卻會伸長,較短的焦距卻有更長的鏡身,與直觀光學原理是違背的。而對焦也是類似的情形,照光學原理來說對焦到無限遠時,像距等於物距是最短的情況,然而實際上對焦距離與鏡身長度變化完全沒有的規則,每支鏡頭狀況都不同。

以上說了那麼多,只是要說明一件事:光線進入鏡頭之後,路徑的長度被改變了。在對焦與變焦的不同組合中,不只像距改變了,連鏡頭的等效鏡片光學中心位置都無法確認。其實這個現象顯而易見:一些焦長300mm的鏡頭鏡身長度加上鏡後距(鏡頭接環到成像平面的距離)都還不足300mm,況且等效鏡片中心絕不是在前玉(第一片鏡片),因此光路是被縮短了,以相同的視角與成像來說,相機的位置可以說是前移了。而對於一些廣角變焦鏡來說,鏡身長度遠比焦長還長,可以說相機的實際位置被挪後了。

從鏡頭的光學現象開始,討論FX與DX的差異(新增鏡頭透視實驗)

許多人都知道,大倍率的變焦鏡近距離時常常會有焦段縮水的現象。其實並不是焦段縮水了,而是相對來說,大倍率的變焦鏡光路縮短得更厲害,所以在等效上來說,成像的位置應該是在實體相機之後,因此看起來好像是焦段縮水而視角變大,事實上應該說等於是相機往後挪,視角不變但物距增加了,所以拍起來的物體變得比較小。而對焦到無限遠時,相較於極長的物距,光路縮短的部分小到可以忽略,所以視角就不會有所謂縮水的現象。

以上的現象幾乎存在於每一支鏡頭,因此把相機架在同一個位置,換上不同鏡頭,甚至只是同一支鏡頭做變焦或對焦的動作,光學上的等效中心點都是不同的;因此視角的起算點也不同,在相機感光元件成像的"透視效果"也不一樣。我們拿20mm的定焦鏡與在20mm的焦段的16-35mm,裝在同一位置同一部相機上,對著近距離的同一個物體對焦拍照,呈現的透視影像一定不一樣。

因此不論DX或FX,只要鏡頭不同,在同一個位置拍出來的透視就可能有所差異,無關片幅,自然也不能把產生差異的帳算到片幅的頭上。而換個角度來說,如果感光元件的解析力足夠,從相同光學中心(這意味著使用不同鏡頭時,相機要架在不同的位置)拍攝同一個景物,無論片幅,無論焦距與視角,從同一個區域裁切出來的透視影像,一定是完全一樣的。(空氣擾動或海市蜃樓不算喔...)


終於要回歸主題,來討論FX和DX的差異,我就直接下結論了:除去如上所述鏡頭造成的差異,以及個別相機性能與畫素的不同,FX和DX的差異,若以相同的視角來取景,就只有景深的不同。若以相同的鏡頭(或同焦距)來取景,就只有視角的不同。


其實不論是選擇FX或DX的機身,鏡頭也要一併考量在內,以整體搭配的效果與畫質,加上價格、體積、重量來做綜合評斷。如果不考慮自己想拍的題材以及預備入手的鏡頭與焦段,單論FX或DX的片幅差異,其實很難做出最適當的決定。畢竟DSLR不是只有淺景深,景深也不是愈淺愈好。

至於DX適合拍飛羽的說法,對於普羅大眾來說也沒有錯啦!從實際的經濟層面來考量,1.5倍的焦段代表的是巨大的成本差異。DX搭配小黑六、70-300、80-400,要轉換到FX同等級的鏡頭,不是隨便誰都出得了手的;相較之下FX的機身反而不是太高的門檻。當然,對於追求最高畫質的人來說,用DX受光面積小所造成的畫質減損是無法接受的,還是要FX才是王道,對於DX適合打鳥的說法則是無法認同的。

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透視關係改變後,空間中的物體投射到相片上的位置就會改變,影像也就不會相同。

許多鏡頭測試或評比的文章,拍出來的照片放大後都會發現影像會有些微的差異,大家都會直覺地認為是換鏡頭時相機的位置可能有少許移動,其實很多時候是不同鏡頭的光學中心差異,造成透視關係改變的緣故。特別是室內近距離拍的測試圖,如果是定焦鏡和變焦鏡的比較,差異可能更明顯。

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我用18-200mm f/3.5-5.6的20mm與來做實驗,先以遠處景物比對20mm f/2.8的視角,將18-200mm調到約略20mm的位置,但因為廣角鏡變形的影響,這樣還是不會很準,但是沒關係,因為鏡頭
焦距不會影響透視的關係。

趁同事不在,請出他的KITTY幫忙,佈置好一個近距離的場景,如下圖。

從鏡頭的光學現象開始,討論FX與DX的差異(新增鏡頭透視實驗)


先用18-200mm的20mm拍一張照片,然後相機位置固定不動,換上20mm f/2.8再拍一張照片。結果不用放大都可以看得出來差別有多麼大!

18-200mm f/3.5-5.6
從鏡頭的光學現象開始,討論FX與DX的差異(新增鏡頭透視實驗)

20mm f/2.8
從鏡頭的光學現象開始,討論FX與DX的差異(新增鏡頭透視實驗)

20mm f/2.8拍出來的KITTY比較小,像是退比較遠拍的。那是因為18-200mm f/3.5-5.6的鏡身比20mm f/2.8長得多,同一個機身位置時,18-200mm的光學中心會更向前。所以我們要拍出同樣透視關係的照片,相機就要往前移。

前移後20mm f/2.8的照片
從鏡頭的光學現象開始,討論FX與DX的差異(新增鏡頭透視實驗)


因為我是用機身螢幕比對來找出相同透視的點,所以沒辦法非常精確,但與之前的照片相比,已經非常接近了。由於兩支鏡頭焦距還是略有誤差,下面是縮放到同樣大小與範圍的比較圖。
從鏡頭的光學現象開始,討論FX與DX的差異(新增鏡頭透視實驗)


黑色膠帶前緣是相機原來的位置,20mm f/2.8往前移動了四公分,才得到和18-200mm相同的觀察點!
從鏡頭的光學現象開始,討論FX與DX的差異(新增鏡頭透視實驗)
2013-06-05 16:37 發佈
辛苦了...雖然只是簡單的結論,要完整傳達需要花很多心力呢
好文, 把複雜的東西寫得淺顯易懂也是不容易; +5分

fake802 wrote:
辛苦了...雖然只是...(恕刪)


感謝您的肯定!

要把一件簡單的事情說清楚,還真的頗費口舌呢~

chengchenchien wrote:
好文, 把複雜的東西...(恕刪)


謝謝您的肯定與加分!

拉拉雜雜寫那麼多,才差不多說完了一件事情;寫少了怕說不清除,寫多了怕太囉嗦~

科普文不容易寫啊!
小弟雖然拍照多年
但光學觀念一直很薄弱
所以對於這類的文章都很有興趣

恕小弟基礎太差
所以花了很長的時間
也重覆看了很多次才能略懂
不過這樣已讓小弟受益良多

小弟沒有辦法給分
所以只能留言感謝樓主的用心寫作
同時也希望樓主有機會有時間有精神時
能多多撰寫相關的文章
好文章是不會寂寞的

感謝再感謝
想請教上述這段話:

2sc wrote:
視角的起算點也不同,在相機感光元件成像的"透視效果"也不一樣。我們拿20mm的定焦鏡與在20mm的焦段的16-35mm,裝在同一位置同一部相機上,對著近距離的同一個物體對焦拍照,呈現的透視影像一定不一樣。...(恕刪)


透視效果的不同是不是代表著拍出來的影像是不完全相同的?
辛苦了

除非以後有"便宜的"等效300mm大光圈的APS-C片幅專用鏡
可以降低一下打鳥族的成本
不然DX真的沒有什麼優勢...
拉~
真是01難得的好文阿
感謝樓主分享囉~

joyee07 wrote:
辛苦了除非以後有"便...(恕刪)


有啦 像是D7100這類佈滿對焦點的DX機身,還是有一定的幫助的
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