关于不同画幅数码相机的衍射效应
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[1 楼] 科普一次
[泡菜]
17-12-6 08:23
很多人都知道如果使用很小的光圈画质会由于衍射效应而下降，但知道衍射效应在不同画幅相机上的表现有什么规律估计就说不出来了，不过从光学理论上讲其中的规律是很简单的。
有关衍射的效应国外dpreview网站也在介绍不同画幅镜头等效原理的文章中顺便提到过。附图是最后结论部分的截图，其中红线标出句子的意思是不存在某种画幅比其他画幅在景深上有优势。后面几句话对为什么如此做了解释，但如果不知道相关原理的出处还是不太容易看懂的，以下用有关公式做更详细一些的解释。 没有像差的理想镜头在其成像面上的最小衍射分辨极限距离为： dy=1.22*波长*焦距/镜头口径 即在成像面上如果两物点直接的距离小于dy则由于衍射效应而无法分辨。同样，由于镜头的成像放大率的一阶近似是和镜头焦距成正比的，所以如果将不同焦距镜头在传感器上的成像放大到相同尺寸，则这个极限距离也应该乘以一个和焦距成反比的放大系数，这意味着在最终显示图像上最小衍射分辨极限距离将只取决于波长与镜头口径。 接着根据公式 镜头口径=焦距/光圈值 可知只要焦距和光圈值比值相同，则其最小衍射分辨极限距离也相同。对于不同画幅具有同一视角的镜头来说，由于小画幅的镜头焦距小，因此镜头口径也小，和镜头口径成反比的最小衍射分辨极限距离就比较大。因此，为简化比较时计算的最简单办法是将焦距和光圈值都替换成等效焦距和等效光圈值，这样如等效焦距和等效光圈值比值相同，则镜头口径相同，最小衍射分辨极限距离也相同。反之，在同样等效焦距时等效光圈值大一些的镜头最小衍射分辨极限距离也大一些。 也就是说，如果已使用了等效焦距的概念，那就不妨也将光圈值也换算成等效光圈值，这样对所有画幅相机来说评估景深、探测噪声和衍射极限的标准都是一样的，就很容进行相互对比。 这个事实更显示了光学规律的奇妙与和谐：由于光传感器画幅不同而产生的景深、探测噪声和衍射极限这几方面特性的变化都可以简单地将镜头等效为焦距和光圈值不同的另一个镜头来同时描述。 现在就可以回到本帖的主题了，由于在等效焦距相同的时候，只要等效光圈值相同，则景深和衍射极限也都相同，和画幅无关。因此，只要达到同一景深，则不同画幅镜头的衍射效应也是相同的，这就是dpreview所说的“不存在某种画幅比其他画幅在景深上有优势”这句话的真正含义。更具体一些说，如果以缩小光圈来增加景深，那么不可避免地衍射效应也要增加，而同时用等效焦距和等效光圈概念就可以很清楚的看到不同画幅的衍射效应是相同的，小画幅相机并不因为通常其景深看起来大一些就可以让衍射效应减弱一些。 底下再说些题外的话。 查了一下国外有关画幅和镜头等效的文章，发现虽然有几个网站真正搞懂了相关概念，但确实也有一些网站，特别是和4/3画幅有关的论坛，和这里一样，自己搞不清楚却一厢情愿地认为等效光圈概念没有任何价值。说起来好笑，因为认为等效焦距概念是赚了长焦就欣然接受了。而因为画幅减小，就有可能以较小的体积和重量做出更大光圈的镜头，也觉得这是一个优点，却不想想用较容易制作的小幅传感器替代大幅传感器肯定是要付出代价的，如没代价那为什么不索性将传感器进一步缩小，就像手机上的那样，岂不能得到更多好处。 各种画幅都有其自身的长处和短处，如果一味盲目地不承认4/3系统的短处，那实际上就是认为这种短处如果真的存在，那么选择4/3画幅就真的是傻冒，这才是真正在黑4/3系统嘛。 dpreview网站的有关等效光圈，不同画幅ISO值和噪声的关系的介绍文章是比较全面和深入的，其中还包含了实拍图像噪声的对比。不过看他们的文章可以知道，他们并没有像我那样直接证明景深的一阶近似只取决于镜头口径，而是通过查景深和镜头参数换算表而发现这个规律的，也就是说可能某一天他们某一个人在查了许多次表之后突然注意到了这个规律，这种靠撞大运来发现科学规律确实需要时间，这就可以解释为什么在本世纪初第一个数码单反出现时就被推导出来的规律他们直到2014年才发表文章进行了介绍，而且也使文章说服力受到削弱。 另外需要说明的是，4/3画幅相机同ISO指数时噪声性能差两档只是理论上的，实际根据光传感器基本噪声系数的差别，差距即有可能比两档多，也有可能比两档小。那么在现实中4/3画幅光传感器基本噪声系数和其他画幅比较究竟如何呢？现在看来最有可能的情况是，由于在等效光圈方面和较大画幅竞争是不实际的，早期4/3光传感器在减小探测噪声方面是下过苦功夫的，好像松下在2011年时传感器的噪声系数和索尼a7r2的比较其实差别就不大。实际由于几十年来光探测技术的发展，光传感器噪声系数的改进余地早就不大了，因此出现这种情况也是很自然的。  |
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[32 楼] 蓝山土啡
[泡菜]
17-12-6 21:37
哎。
一声叹息 本帖最后由 蓝山土啡 于 2017-12-6 21:40 编辑 |
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[31 楼] 强少
[老坛泡菜]
17-12-6 19:48
benmd 发表于 2017-12-6 10:43 |
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[30 楼] 钱卡
[泡菜]
17-12-6 15:11
benmd 发表于 2017-12-6 11:30 m43坛高手云集，佩服 |
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[29 楼] 半支莲
[资深泡菜]
17-12-6 15:04
我说科普怎么不说话了？
知道哪搞错了吗？总不能让我追着给你答案吧。 本帖由安卓客户端发布 |
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[28 楼] 半支莲
[资深泡菜]
17-12-6 12:33
科普一次 发表于 2017-12-06 04:12 怎么不回答我呢？看你的公式，dy只和光圈值有关，你所说的与焦距和孔径的关系就体现在光圈值上。 还是那句话，知道我错哪了吗？不想清楚这个问题你越解释越黑。 本帖由安卓客户端发布 |
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[27 楼] 与食俱进
[老坛泡菜]
17-12-6 12:21
benmd 发表于 2017-12-06 11:30 又拍片捞钱去了。客户认可有钱挣是硬道理啊！小底哪有他们说的那样不堪。 本帖由IOS客户端发布 |
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[26 楼] 与食俱进
[老坛泡菜]
17-12-6 12:19
半支莲 发表于 2017-12-06 11:40 这帮等效党看镜头都是拿尺子量孔径大小的。凡是谈镜头不谈光圈值而扯什么孔径大小的主都是智商被等效的。 本帖由IOS客户端发布 |
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[25 楼] benmd
[资深泡菜]
17-12-6 12:19
我要去拍照了（我相机是买来用的，不是买来等效的），团长、其他营长，这里就交给大家啦，哈。
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[24 楼] benmd
[资深泡菜]
17-12-6 12:16
科普一次 发表于 2017-12-6 12:12 有没有用处要问广大群众啊，哈，什么叫科普，让普罗大众一目了然的才叫科普吧？你讲一大堆，最终就是为了得出一个“等效”的结论，到底你是在科普所谓的”衍射效应“呢？还是在科普”等效“的概念呢？这个你自己心里最清楚不过了，而且我也相信群众的眼睛是雪亮的，哈。 |
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[23 楼] 科普一次
[泡菜]
17-12-6 12:12
benmd 发表于 2017-12-6 10:43 |
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[22 楼] 半支莲
[资深泡菜]
17-12-6 11:40
科普一次 发表于 2017-12-06 02:05 你能先解释一下你的公式的错误吗？你的公式，衍射直径只跟光圈值有关，跟孔径大小没关啊。 知道自己错在哪了吗？ 本帖由安卓客户端编辑于：2017-12-06 11:44:51 |
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[21 楼] benmd
[资深泡菜]
17-12-6 11:30
与食俱进 发表于 2017-12-6 11:10 我还有好多照片要处理啊……唉，团长您先顶着，哈 实际M43在F16光圈下画质还是可以一用滴，如要拍出星芒或者这种慢快门的效果，但真不建议小于F16光圈了（这时候牛头的优势就出来了，虽然画质有所下降，但12-100PRO本身素质好，最多变狗头而已，哈，至少画质还是能看的）  |
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[20 楼] 与食俱进
[老坛泡菜]
17-12-6 11:10
benmd 发表于 2017-12-06 10:43 二营长你怎么才来，都等着你的意大利.......面呢 本帖由IOS客户端发布  |
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[19 楼] benmd
[资深泡菜]
17-12-6 10:43
这也叫科普？看完都不知所云，一大堆文字都没说出重点，普通用户关心的问题答案在哪？
来看看下面的图片吧，这才叫科普，一目了然，不同画幅（不同像素）都能找到自己的衍射光圈极限，没有任何画幅的歧视，码那么多字最终就是为了说明M43底小，所以……这也叫科普？ ——我之前贴过的图以及说明 来看看下图，除了每个镜头本身有最佳光圈外，还有针对不同系统、不同像素都有一个“衍射极限光圈”的问题，超过这个极限光圈，画质将大幅下降。 按照M43来讲，如果是1600万像的底，衍射极限光圈在F11，而如果是2000万像素的底，大概在F10左右，换句话说，如果M43想缩小光圈都不严重影响画质的话，最小光圈最好控制在F11以内，实在需要星芒效果的，可以试试F16，但不要再缩小光圈了，画质会非常非常渣的。 另外除了“衍射极限光圈” ，一般每只镜头都会有“最佳光圈”，此最佳光圈下能达到此镜头的最高画质，而M43绝大部分镜头的最佳光圈在F4（如DG25），部分在F2.8（如45 1.8），F8光圈开始有画质下降，F11后更是严重下降（与“衍射极限光圈“有关），因此，建议M43的用户，一般使用光圈范围在F2.0至F8.0时，画质较有保证，而在F2.8~5.6间应该是最佳光圈。   |
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[18 楼] 弄着玩儿0
[禁言中]
17-12-6 10:21
九里桥 发表于 2017-12-6 10:14 北京野鸡大学教育出来的人渣，你知道不要脸这3个字怎么写的吗？  你除了除了嘴壳子硬和会用你那初学照相的大菜鸟习惯常用的中心构图还会干什么？  下面你拍的这种垃圾废片你怎么也好意思向外发? 难道你不知道面子.羞耻这4个字怎么写的吗？  还厚颜无耻用你那拍糊的烂废片同我的片比，你也不撒一泡尿仔细的.好好的照一下你自己，你配吗？ ..    |
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[17 楼] 九里桥
[禁言中]
17-12-6 10:14
科普一次 发表于 2017-12-6 10:05  本帖最后由 九里桥 于 2017-12-6 10:16 编辑 |
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[16 楼] 科普一次
[泡菜]
17-12-6 10:05
九里桥 发表于 2017-12-6 09:49 其实也没什么复杂的。由于光的波粒二象性，因此如考虑到和光波长差不多的微米级区域，就不能再继续只用射线光学了，得用光波概念处理问题。衍射其实就是指的光波的绕射，由于这种作用，因此天文望远镜要想得到更高的分辨率就必须增大口径，所以才会有那么巨大的天文望远镜被制造出来。 在数字相机方面，衍射效应限制了小光圈时的画质，对全幅相机在f16时还不明显，但f22时就已经很严重了。 |
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[15 楼] lun437260753
[泡菜]
17-12-6 10:01
不懂，还是谢谢科普
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[14 楼] keepi
[泡菜]
17-12-6 09:53
九里桥 发表于 2017-12-06 01:49 这智商，再这么下去就不是北大学子九里桥了  你用俩号嘚瑟，一次召唤当然要都划拉过来。 北大学子九里桥， 科普一次来造谣！ 本帖由安卓客户端编辑于：2017-12-06 09:54:15 |
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[13 楼] 九里桥
[禁言中]
17-12-6 09:49
keepi 发表于 2017-12-6 09:33 怎么，这么说你承认你知道我们俩不是一个人了，还是不小心说漏嘴了啊？呵呵。  不好意思，楼主说的这个我不懂，也不敢说话。 关于所谓“散弹噪声”，你有什么问题，倒是可以随便问问。不过，不管你交多少学费，都不保证教会噢 |
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[12 楼] keepi
[泡菜]
17-12-6 09:33
半支莲 发表于 2017-12-06 01:20 @九里桥 @科普一次 快，现在展现你们科普实力的时候到了。 看看，要不要再把你们的公式改改？ 加上光影？ 本帖由安卓客户端发布 |
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[11 楼] 半支莲
[资深泡菜]
17-12-6 09:28
keepi 发表于 2017-12-6 09:22 不不不，咱说正经的，我的推导没错吧。 我虽说是学机械出身，可专业课不是很精，现在转行文科了，很久不推导什么公式了，尤其是对科普工作者我心慌。真的 |
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[10 楼] keepi
[泡菜]
17-12-6 09:22
半支莲 发表于 2017-12-06 01:20 怎么可能会错？ 他可是北大学子九里桥的御用马甲科普一次啊！ 他偶尔路过一次就再也舍不得离开这个论坛啊！ 还是他从来没有离开过 本帖由安卓客户端发布 |
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[9 楼] 半支莲
[资深泡菜]
17-12-6 09:20
好像有计算错误吧
根据你的公式，最小衍射分辨极限距离为： dy=1.22*波长*焦距/镜头口径 ， 因为：镜头口径=焦距/光圈值 所以 光圈值=焦距/镜头口径 所以：dy=1.22*波长*光圈值 也就是说dy是和光圈值有关的量，而光圈值只和焦距和口径有关，不随画幅改变。 那dy也和画幅无关。 至于你为什么错，我不告诉你，你专业科普人员能找打到答案。  |
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[8 楼] 与食俱进
[老坛泡菜]
17-12-6 09:08
未央白芷水 发表于 2017-12-06 09:02 偶尔路过，结果不走了。哈哈哈哈。 看得出来楼主是非常信赖DPR的，就用DPR打他的脸吧！物理定律在大法面前都失效了…… 本帖由IOS客户端发布  |
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[7 楼] keepi
[泡菜]
17-12-6 09:03
未央白芷水 发表于 2017-12-06 01:02 毕竟是北大学子九里桥啊 本帖由安卓客户端编辑于：2017-12-06 09:08:50 |
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[6 楼] 未央白芷水
[泡菜]
17-12-6 09:02
与食俱进 发表于 2017-12-6 08:52 放在M43这边可能等效会高一点，所以楼主一直呆在本版 |
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[5 楼] keepi
[泡菜]
17-12-6 08:55
与食俱进 发表于 2017-12-06 00:52 楼主智商肯定高， 北大学子九里桥！ 天天造谣装科普， 你说奇妙不奇妙？  本帖由安卓客户端编辑于：2017-12-06 08:58:40 |
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[4 楼] 与食俱进
[老坛泡菜]
17-12-6 08:52
上一篇雄文提出M4/3镜头的等效信噪比比全副差两档，这一篇就非常低调的说明那只是理论差距，自己码这么多字抽自己的脸也是让人醉了。大家可以下注了，楼主的智商等效多少？
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