摄影与锐度的深刻剖析

2020年7月24日23:35:10摄影与锐度的深刻剖析已关闭评论 426

在大家心目中有个公认的观点就是对于摄影器材锐度的定位,比如:我们经常会听到有人说某某相机锐度高,这种说法岂不是显得很荒谬,锐度这个概念从字面上或许大家可以理解个七七八八,但又有几个人真正仔细研究过。

对于锐度的一些知识我们之前锐度的基础知识文章中也已经有所介绍,这里就不用再去过于细致的介绍了,事实上锐度,是包含分辨率和反差这两个概念在内的,锐度可以通过后期提升,但受制于器材本身性能、照片输出尺寸和镜头焦距/拍摄距离,脱离前提谈锐度显然是无逻辑的。

大家说的XX机身XX镜头锐度高,往往说的就是器材性能本身(虽然大多数时候这种印象都错误的,因为大多数人都是在忽略照片输出尺寸和拍摄距离这两个因素的情况下进行的对比)。在完全相同的环境、器材和设置下,分辨率和反差对提升整体照片锐度的作用,可参考以下照片:

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先看一张标准的高锐度照片,有着高分辨率,细节展现完美,也有着高反差,层次过渡明晰。然后对比同样是高分辨率,但反差降低的照片:

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应该是很明显地可以感觉到色彩边缘的过渡降缓,但没有出现分辨率不足所产生的的马赛克,对比高分辨率高反差的照片来说,整体有点像蒙上了一层看不见的薄纱而形成模糊,那如果反过来,分辨率低但反差高又是如何呢:

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可以看到整张照片的色彩过渡很快速,但因为分辨率不足出现了锯齿,画面也相当“干燥”。所以好的高锐度,是分辨率和反差缺一不可的。那么,反差和分辨率上分别有哪些特点?

首先,反差是不同色调之间转换梯度,以下图为例:

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可以看到高反差的过渡速度非常快,可以形成非常明确的边缘,而低反差存在一定的过渡缓冲,表现在成像上就是模糊的边缘。反差的高低主要源自于镜头,后期锐化针对的都是反差,比如PS里的USM锐化(非锐化掩蔽),就是先将原图模糊,再用原图减去模糊图像得到的差值模板,再把这个模板加到原图里去,大致概念如下:

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非锐化掩蔽带来的典型结果就是过冲,也可以理解为目标值溢出,下图就是一个典型的锐化溢出对比:可以看到图片下方是明显的锐化过度。

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所以,针对反差的调整可以明显增强照片的“清晰感”,不过既然说到了USM锐化,不妨说说它的小Bug:就是当锐化幅度比较大的时候,成像边缘容易出现亮色勾边,比如像这样:

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可以看到字体边缘有比较明显的青绿色勾边,这正是USM锐化过冲所导致,解决的方法其实很简单,打开文件后复制一个图层,再在这个图层上照旧使用USM锐化,此时得到的结果还是上图,但把混合模式选择为“亮光”后你会发现,字体边缘的绿色勾边消失了,然后最后再合并图层即可完成没有瑕疵的USM锐化效果,如下图:

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决定镜头反差高低的因素有很多,比如球面像差、像散、色差等等,就不一一展开了,但我们知道每颗镜头都会有一个MTF表来展示其性能,但MTF表有几个大家可能不一定知道的阅读前提:

第一是它展现的是镜头解析多种方向线对的能力,但这个能力实际上包含的就是分辨率(能分辨出多高频率的线对)和反差(能区分出多小间距的线对),两者缺一不可。

第二,最终的成像MTF是由镜头MTF乘以传感器MTF,换句话说光看镜头MTF确实可以用来作为镜头之间的对比依据,但并不等于你接上相机后一定能拍出符合其曲线水准的照片。

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如果说反差是受镜头和后期所决定的话,那成像分辨率就是单纯由机身决定。也许有朋友会问问是不是存在“老镜头无法喂饱高像素机身”的说法,至少从分辨率的角度来看这个说法是不成立的。

事实上根据奈奎斯特采样定律,模数信号转换时,要求CMOS分辨率在垂直/水平方向至少是镜头2倍,采样后的数字信号才能理论上完整保留原有模拟信号的信息,比如1X1的模拟信号就得使用2X2的数字采样。而实践中这个倍率甚至可以达到4倍以上,才能完全避免信号混叠所产生的伪色、摩尔纹等现象。

100pl/mm算是高端全画幅镜头的基本分辨率了,代入到在36mm X 24mm画幅上的镜头分辨率为864万像素,再在垂直/水平方向各乘以2,也就是CMOS至少要3456万才能满足基本的模数转换需求。

那么达不到这个分辨率怎么办?

低通滤镜来帮忙,它应用就是降低镜头分辨率,从而降低对CMOS分辨率的要求,因此那些取消低通滤镜的机身往往都会有“高分辨率”的宣传点。所以单从分辨率的角度来看,我们可以斩钉截铁地说“像素即正义”,4亿像素新哈苏机身笑而不语。

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但为什么一些老镜头,比如佳能35mm F1.4一代在5DSR等高像素机身上拍出的照片确实没有想象中的那么优质,实际上这是镜头工艺和设计的原因,35mm F1.4一代就是个很典型的例子,作为一颗毫无数码优化设计的胶片时代老头,20多年前的工艺使它的缺点:

色差球差大、边缘结像不实等等,在5000万级的数码机上得到了全面的放大,但你试试缩小光圈拍标板,分辨率一定是绰绰有余的,下图为一代16-35mm F2.8的16mm端F8在5DSR上拍摄,ISO 100。

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至于锐度与照片输出尺寸的关系,现实中最容易找到的例证就是商场里的大幅面落地广告,如果你对其使用的器材等级有怀疑的话,可以去找一些奢侈品的户内墙面广告来看,大多是欧美顶级摄影工作室操刀,广告喷绘制作工艺也肯定不会差,尤其是腕表、珠宝类的广告,他们对照片锐度的要求可以说是商业摄影里的最高水准。

但你凑近一点看,也一定会发现依然会有模糊,甚至会有明显的噪点,如果你在它们官网看这些照片就不会有这些问题,这就是出图尺寸带来的体验差异。

而不同焦距在不同拍摄距离带来的锐度区别应该也不用多说了吧,同机位的14mm和35mm风光照若是比数树叶那显然是14mm吃亏,同为135mm镜头在最近对焦距离和10米拍摄的细节自然也是没办法对比,这些道理大家应该都不难想通的。

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总结而言:

对于相同机身而言,大光圈镜头的锐度主要受各种像差影响,但近年来成熟结构的优化、镜片工艺的提升和装配精度的进步,基本上可以让一些F2.8级别的大光圈镜头实现“全开即最佳”的表现,事实上所有镜头的设计初衷也都是如此。

比如上面山川照片是佳能16-35mm F2.8 III在16mm端的MTF,可以看到全开的素质已经非常高。目前大多数镜头在F5.6-F8之间才是最佳光圈,但仔细看分辨率测试的话也不难发现,F5.6-F8往往是为了提升边缘,中心部分有时候甚至会比更大光圈时更低。而在F16或以下光圈时,所有同画幅镜头的锐度表现几乎都没有差别。

在缩小光圈拍摄和的情况下,大家可能都听说过极限光圈衍射这个概念,这严格来说是一种物理上限,不是靠镜头设计就能改变的,相同画幅的情况下像素密度越高,极限衍射限制光圈就越大,衍射会非常明显地降低反差,使画面模糊。

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但这只是理论上,因为衍射对视觉效果的影响也受输出尺寸和观看距离的限制。抛开镜头像差的因素只看锐度,由佳能5DSR拍摄的照片,打印为对角线1米,挂在墙上并站在1米外观看,基本无法分辨F11和F22在锐度上的区别,但如果凑近到半米,你就能察觉到一些不同。

同样的道理也适用于显示器,哪怕在4K显示器上看5DSR的5000万像素以F16拍摄的照片,铺满屏幕时你也看不出跟F10的照片在锐度上有什么不一样,比如上面这张照片,你在手机上看得出是5DSR在F14下拍摄的么?但随着一步步放大照片,因衍射所带来的细节差异你就能看出来了,同样的道理也适用于噪点,此前文章说过好几次,在这就不复述了。

所以,摄影作品的锐度绝不会是XX品牌锐度高这么简单就能囊括的一个话题,它取决于非常多的方面,对于镜头设计来说,好镜头不见得有高锐度是,对于摄影来说,高锐度也并不代表就是好作品。毕竟摄影并不纯粹是光学,它还有很多哲学和玄学意味在里面。