【果言科技】手機拍淺景深輸在起跑線?談光圈、焦距拍攝參數

上一次【果言科技】討論了感光元件與像素之間的關系,這星期我們繼續談各種的相機參數。很多人想在手機上面拍到淺景深景片,可是跟數碼相機同一焦段、同一光圈也拍不出接近效果,手機拍淺景深輸在起跑線?

TechApple.com 編輯部這次想談談焦距、光圈這兩個參數,用相對簡單的方式使大家理解背後的理論。

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淺景深?首先要認識「等效焦距」

身邊不少朋友問過:如何在手機上面拍攝出淺景深效果?能把相片背景模糊去突出主體,相片效果相當不錯,可是現時 f/2.0 、f/1.7 的大光圈手機也不足以做到淺景深,下面就跟大家解釋原因。

大家首先要認識的概念是焦距,用最簡單的文字去解釋:焦距(mm) 數字愈小,視角愈廣,能拍攝的視角範圍越大;數字愈大,能拍攝的視角愈窄。近年手機廠商都強調他們具備廣角主鏡頭:Sony Xperia X Performance 等效焦距約 24mm 、HTC 10 、Samsung Galaxy S7 Edge 等效焦距約 26mm 、iPhone 6s 等效焦距約 28mm,與現時數碼相機的廣角端相約,亦相對於數年前的 35mm 標準視角來得寬。

而實際上,官方公佈的焦距並非真正焦距。感光元件體積亦影響鏡頭視角(見下圖),在同一個焦距之下感光元件片幅愈小視角亦愈窄 ,而不同片幅與傳統 135 片幅的差異,我們會以焦距轉換率 (Crop Factor)來表示。假設在 Canon 700D 的 APS-C 片幅 Crop Factor 是 x1.6 ,一支 18-55mm 的鏡頭就提供等於 135片幅裡 29- 88mm 的視角。

可能有人會問:「既然能提供相約的視角,可以說等效 28mm 跟全片幅 28mm 的效果相約嗎?」答案是:「不能!」在視角以外,焦距亦影響相片的透視感、景深,片輻裁切後得到的「等效焦距」還是和「實際焦距」有所差異。

就以下圖為例,Nikon D5500 提供約26mm等效視角,ASUS ZenFone Zoom 都提供約 28mm 視角,可是實際上 D5500 的實際焦距是17mm ,ASUS ZenFone Zoom 實際焦距 4mm ,大家可以看到景深有明顯分別。

現時因為受到體積限制,從下圖可以見到,在手機上面的感光元件普遍在 1/2.3 吋或更小,比起原本 36 x 24mm 的全片幅小得多,焦距自然變短。在手機上即使有 f/1.7 大光圈亦很難做到淺景深。比較可行的方式是利用幾次對焦去偵測焦平面,再用軟件方式把背景模糊化達成淺景深。

接下來我們要談另一個與淺景深有關的參數:光圈。

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圖片來源:visited.ca

光圈值隱藏的意義

光圈,相機上用來控制鏡頭孔徑大小的部件,光圈越大進光量越大,景深越淺,f值越小,實惠拍攝時,大光圈增加進光量,即可以用更快快門拍攝相同亮度照片,有助提升低光拍攝成功率,同感光元件(底片)片幅下,越大光圈的鏡頭,越容易營造淺景深。

可是到底光圈值 f/1.7 、f/1.9 代表什麼?當中光圈的大小又如何計算出來?計算光圈的公式很簡單:

f/光圈值= 光圈口徑mm/鏡頭焦距mm

根據這個算法,不同光圈的進光量亦需要用「級數」計算而非直接的除數;根據下面表格,f/1.4 與 f/2 相差一級,進光量相差 1 倍;f/1.4 與 f/2.8 相差兩級,進光量相差 4 倍而不是 2 倍…如此類推。所以可以計算出 Samsung Galaxy S7 Edge 的 f/1.7 光圈比上代 f/1.9 增加約 25% 體積,理論上能增加 25% 吸光量。

關於光圈與景深、快門的效果,我們可以簡別解說:當光圈愈大(f/x 值愈小),相片背景愈模糊、快門可以來到 1/1000 、亦足以用低 ISO 拍攝達到低雜訊的效果;可是當光圈變小 (f/x 值變大),進光量相應減少,需要用慢快門、高 ISO 去彌補,自然捕足不到快速動作,雜訊亦隨即增加。下圖就顯示了光圈、快門、景深之間的關系。

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圖片來源:hamburgerfotospots.de

我們亦可以逆向計算,在 Samsung Galaxy S7 Edge 上面實際焦距是 4.2mm ,光圈 f/1.7 ,故此手機上的光圈口徑是 4.2/1.7= 約 2.47mm 。聰明的讀者應該想到,在同一個光圈口徑下,只要採用更廣角鏡頭(鏡頭焦距 mm 變小),配合更小片幅的感光元件,便得到更大的光圈值。

可是縮小片幅感光元件直接影響相片質素,廠商也明白這是本末倒置,大家還是從增大感光元年為實驗標準。那麼剩下來的方案有:在手機上採用超廣角鏡頭/把光圈口徑設計得更大。

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Samsung Galaxy S7 Edge 上面的光圈口徑約 2.47mm。

大光圈口徑的問題:邊緣色差

如果把光圈口徑做得更大,不就可以簡單得到大光圈了嗎?可是這種做法一點也不簡單!隨著光圈的口徑增加,鏡頭採光角度變得更廣,需要更多的非球面鏡片、高級鏡頭去修正映像邊緣色差、銳利度等等。以 Nikon AF-S NIKKOR 18-35mm f/3.5-4.5G ED 這支超廣角鏡頭為例,就加入了兩片非球面鏡和 2 片 ED 鏡片去減低色散,在手機鏡頭有限的成本和空間內,不太可能做到這種設計。

廠商會跟大眾談光圈、像素,有時會談感光元件尺寸,可是很少廠商會談及鏡頭設計,那麼代表我們在入手之前是不可能知道鏡頭用料嗎?理論上沒錯,也只能多從 Dx0 、Dprview 上面看實際的照片測試了。

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引用來源:https://sites.google.com/site/jishiguancewaerqi00/project-definition
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Nikon AF-S NIKKOR 18-35mm f/3.5-4.5G ED 的設計,引用來源:por.tw

TechApple 編輯部:手機難拍淺景深 全在於「實際焦距」

會寫這篇解盲文章原因,是因為 TechApple 編輯的朋友問了一個問題:

「為什麼我手機的 28mm 、f/1.8 鏡頭與你相機拍出來差那麼多?」我望望自己的 Canon 5DIII 與 24mm f/1.4L,講了大半個小時,最終決定寫一篇文章去解釋現時手機上感光元件體積有所限制,從而影響「實際焦段」,手機具備有大光圈的確能增加入光量,可是對淺景深幫助有限,一切都關於起跑線。

手機拍攝淺景深,雖然不易,但非沒有方法,之後【果言科技】會跟大家繼續研究。

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