攝影師高階考評員培訓班講義錢元凱主講
一、 鏡頭的像差
乙個理想的鏡頭，應能在全部有效視場內將物平面上的每乙個物點都在像平面上相應的位置處形成乙個清晰的像點。但是實際的物鏡並不能在像面上各處都形成理想的像。物鏡所形成的實際影像與理想影像之間的差異稱為像差。
常見的像差可以分成兩大類：
一、單色像差
單色光形成的像差。它又可以分為以下幾種：
1. 球差。一束平行於透鏡光軸或與光軸夾角較小的光線稱為近軸光線。
當近軸光線通過球面透鏡時，經過透鏡中心的光線與經過透鏡邊緣的光線不能相交於一點。這種像差是由於透鏡的表面是球面而產生的，因此稱為球差。焦距越長、相對孔徑越大，球差越嚴重。
球差使乙個明銳的光點變成模糊的光斑，而且光斑的大小與亮度的分布還隨膠片的位置而改變（圖3.15）。使用非球面的鏡片可以有效地減小球差。
2. 彗差。與鏡頭光軸傾斜入射的光線稱為遠軸光線。
當遠軸光線經過鏡頭時也無法匯聚於一點，經常是形成乙個彗星狀的光斑（圖3.16a、b），因此將這種像差稱為彗差。彗差是一種非常「頑固」的像差：
即使設法消除了初級彗差後，常會產生出較小但是形狀更複雜的二級彗差（圖3.16c）。
3. 像散。當一束很細的遠軸光線經過鏡頭時會形成兩條微小的焦線，一條沿著從畫面中心指向邊緣的半徑方向，稱為徑向或弧矢焦線，另一條則沿著以畫面中心為圓心的圓周方向，稱為切向或子午焦線。
真正的像在兩條焦線的中間，呈現為乙個比較模糊的光斑（圖3.17）。由於兩條焦線彼此分離，因此這個像差稱為像散。
像散使畫面邊緣在子午與弧矢兩個方向具有不同的清晰度。
4. 像面彎曲。垂直於光軸的物平面成像，像面成為乙個彎曲的曲面，稱為像面彎曲，又稱為像場彎曲或簡稱為場曲（圖3.
18）。存在像面彎曲的鏡頭對平面物體成像時，畫面的中部與周邊部分不可能同時調準焦點。
5. 畸變。直線的影像變為曲線稱為畸變。
按照直線彎曲的方向，畸變又可以分為枕型畸變（又稱為正畸變）（圖3.19a）及桶型畸變（又稱為負畸變）（圖3.19b）。
畸變經常是由於鏡頭光學結構與光圈位置不對稱引起的。與其他像差相比，畸變有一些特點：在視場的**畸變為零，距畫面中心越遠畸變越大；通過視場中心的直線無畸變；畸變不影響鏡頭的清晰度。
二、色差
當物方發出的是多種顏色的混合光（例如白光）時，除了各種色光在通過鏡頭時各自都會產生單色像差之外，從物方某點發出任何一束混合光線經過鏡頭後都不再匯聚於同乙個像點，這種像差稱為色差，又稱為色散。色差隨鏡頭焦距的增加而增大。色差又可以細分為兩類：
1. 位置色差。一束平行於光軸（或光軸附近）的光線經過鏡頭之後匯聚於前後不同位置的像點上，其中短波（藍紫）光線焦距短、長波（紅光）焦距較長，這種像差稱為位置色差或軸向色差。
位置色差常使白光的像點變成乙個由多種彩色光環套疊的光斑（圖3.20a）。在紅外攝影時，由於參與成像的光線主要是比紅光波長更長的紅外光，焦距比可見光更長，因此在鏡筒上專門刻製了乙個調焦標誌，並以字元「r」標示。
使用紅外膠片時，應在正常調焦之後，將調焦環的物距刻度轉到「r」位置，補償由於紅外光色散所形成的調焦誤差。
2. 倍率色差。軸外光點發出的混合光線通過鏡頭之後匯聚於不同的高度上，使影像的邊緣分解出朦朧的彩虹。這種色差稱為倍率色差，又稱為橫向色差或垂直軸色差（圖3.20b）。
現在廣泛使用各種低色散、高折射率與高色散、低折射率的特殊光學玻璃製造透鏡以消除色散。當能夠使兩種色光例如紅、藍光或黃、藍光的焦點重合，則稱該鏡頭為消色差鏡頭，若可以大幅度減弱三種或更多種色光的色差，則稱為超消色差。
各種像差雖然表現不同，卻又有些共同的特點。
鏡頭的成像質量是以上各種像差綜合作用的結果。雖然設計師可以用優選鏡頭光學結構、採用特殊的光學材料、選擇光圈位置、採用雙膠合鏡組等多種手段成功地削弱任何一種像差，但是同時又可能誘發了其他幾種像差，因此永遠不可能得到理想的「最好」的鏡頭。廠家只能根據鏡頭的用途與不同客戶群體的需求綜合平衡各種像差，力求更好；我們則應全面考慮鏡頭的效能、質量、**與用途決定取捨。
在7種像差中，收縮光圈可以明顯地改善球差、彗差、軸向色差並減弱像面彎曲的影響。因此只要條件許可，使用f8—f11的中小孔徑可以獲得較好的像質，尤其是對於長焦鏡頭或低檔的鏡頭，更能收到較為明顯的效果。
視場角較小的近軸光線僅受球差與位置色差的影響，收縮光圈又都能明顯改善，因此光圈的大小對畫面中部的像質影響更顯著。焦距越長球差與位置色差越嚴重，因此廣角鏡頭的像場中心成像一般都優於長焦鏡頭。
影響視場邊緣的遠軸光線受5種像差的影響，其中的像散與倍率色差還不能用光圈控制，因此廣角鏡頭畫面邊緣的像質會顯著劣化，而長焦鏡頭卻比較容易在全畫幅中得到比較一致的影像。
（表1）中總結了各種像差的分類、名稱、分布的位置、典型特徵及克服的方法，可供讀者參考。
二、鏡頭光學素質的檢測與評價
在第三節中講述了七種像差，鏡頭的成像質量正是這些像差綜合作用的結果。但是由於直接度量這些像差並得到定性的結果會遇到很多困難，因此各國的廠商與質檢部門經常用以下六個指標綜合判斷鏡頭的光學素質。我們應當熟悉這些指標的含義與標準，以便能從攝影刊物的測試報告中判斷乙個鏡頭的優劣。
一、解析度
鏡頭的解析度是指鏡頭分辯景物細節的能力。各國都用黑白相間的線條組作為解析度測試的標板，一條黑線與一條相鄰的白線稱為乙個線對，解析度以鏡頭像面上每公釐能讀出多少線對表示，單位為「線對/公釐（lp/mm）」。鏡頭解析度的測試值會隨著測試方法與測試條件而改變，其中最主要的影響因素有：
測試標板的特性：標板的反差越高，線條越細長解析度讀數越高。
測試的方法：用顯微鏡直接觀察鏡頭形成的空間影像得到的目視解析度讀數最高；用被測鏡頭將特殊的標板投影到螢幕上所能判讀出的投影解析度其次；用膠片直接拍攝標板後在膠片上讀出的攝影解析度最低。為了能盡量體現實際使用的效果，在面向使用者的測試中，主要採用攝影解析度的測試法。
攝影解析度還會受到膠片質量、**條件、顯影條件等諸多條件的影響。
由於解析度的測試結果的這種不穩定性，我們應注意收集同乙個測試站點（如國外某些知名雜誌的測試專欄）的測試報告，以供參考，而不能用不同國家、不同系統的測試結果比較兩個鏡頭的優劣。在本書的附錄中刊載了我國鏡頭分級的國家標準，從中可以發現：標準鏡頭的解析度最高、變焦鏡頭不如定焦鏡頭、大畫幅鏡頭不如小畫幅鏡頭；長焦距鏡頭解析度較低但是分布比較均勻；廣角鏡頭中心較高，邊緣明顯下降。
因此評價鏡頭解析度的優劣時最好用同類的鏡頭進行比較，否則應充分考慮到不同型別間的差異。
國家標準僅要求用國產黑白膠卷測試鏡頭全開光圈時的解析度，國外則經常測試鏡頭在其他光圈下的解析度，更能反映出鏡頭在不同光圈下像質的變化。
二、鏡頭的銳度與調製傳遞函式
銳度表示鏡頭反映景物中細微的影調與色調差別的能力。為了更形象的表現銳度與解析度的關係及區別，在（圖3.21）中展示了三種鏡頭對高反差與低反差兩種解析度標板所成的像。
從圖中可見：高銳度、低解析度鏡頭的影像邊緣非常銳利，在解析度要求不高或景物對比度較低時，影像的質量明顯較好，而高解析度、低銳度的鏡頭則在景物對比度較高時有更高的解析度。當景物的反差較低時，解析度迅速下降，以致於在膠片上很難再現**的質感、紡織品的紋理等明暗與色彩細微變化的細節。
人像攝影中常用的柔焦鏡就是刻意降低鏡頭銳度以便柔化**缺陷的附加鏡。由於銳度對低反差景物的像質影響更大，因此國外常用低反差標板的解析度來顯示鏡頭的銳度。
光學儀器行業用「傳遞函式」（簡稱「mtf」）表示鏡頭的銳度，mtf值的範圍在0—1（或0—100%）之間變化，mtf值越大，鏡頭的銳度越高。乙個鏡頭的mtf值隨測試標板線條的疏密程度而變化，國外一般在像面上每公釐有10、20或40條線條的條件下測試，稱為的空間頻率為10、20 、40線對/公釐。原國家標準則要求在空間頻率為30（線對/公釐）的條件下測試。
乙個鏡頭的mtf值還隨著鏡頭的孔徑及在畫面上的測試位置而改變。
由於影響mtf值的引數較多，所以有多種表示鏡頭mtf值的方法，其中最常用的是圖示法。
（圖3.22）是乙個變焦鏡頭在210mm/5.6（圖a）與70mm/4（圖b）兩種焦距段的mtf測試圖。
圖中用空間頻率作橫座標、用mtf值（%）作縱座標，表示被測鏡頭在畫面的中部、四周與四角傳遞函式值隨影像的空間頻率而改變的規律。從圖中可見：長焦端中心與邊緣像質比較一致，而在短焦端中心的mtf值明顯高於周邊區域。
從圖中還可以發現：mtf值隨空間頻率的提高而下降，曲線下降得越漫，鏡頭的銳度越高，這是所有鏡頭的普遍規律。因此我們在閱讀鏡頭的mtf測試資料時，首先應了解是在什麼空間頻率下測試的。
圖中曲線與垂直粗線的焦點是空間頻率為30線對/公釐時的mtf值，常用它簡明的表示鏡頭的銳度。
（圖3.23）是兩隻名牌鏡頭卡爾.蔡司sonnar t* 180mm/1:
2.8（曲線「z」）與徠茲elmarit-r 180mm/1:2.
8 （曲線l）的mtf的對比曲線，它顯示出在不同的光圈下視場中不同位置mtf值的分布狀態。這是現在最常用的表達形式 。a圖是全開孔徑、b圖是f8孔徑。
橫座標表示從畫面中心到測試點的距離（公釐）縱座標表示相應的mtf值（%）。三組曲線分別對應於空間頻率為10、20、40（線對/公釐）的曲線，實線與虛線表示徑向與切向的mtf曲線，實現與虛線分離表示鏡頭的像散較大。從圖a中可見在全開光圈時，在畫面中心區兩個鏡頭差別甚微，在整個視場中像質都比較均勻，整體處於中等水平，由於像散的分布不同，蔡司在畫面的中部較好而徠茲則在畫面邊緣佔優勢。
從b圖可見，收縮光圈後在畫面的中部蔡司鏡頭mtf曲線明顯公升高，表明其銳度顯著提高並優於徠茲，但是在畫面的邊緣由於像散的惡化（實線與虛線分離）造成像質下降。
現在國內外大多數廠商都應用（圖3.23）的方式表示鏡頭傳遞函式的特點。從上文可知，判讀鏡頭傳遞函式曲線圖的原則是：
各條曲線越高越好、越平直（中心邊緣越一致）越好、一對子午、弧矢曲線越接近越好。
三、雜光
投射到膠片上的非成像光線稱為雜光。射入鏡頭的成像光線有些會在鏡片表面被反射（圖3.24中「a」），這些反射光線還可能被其他鏡片再次反射到底片上，一般的鏡頭中，雜光主要是由這種鏡片的二次反光形成的。
在中低檔的鏡頭與相機中，鏡框、鏡筒、機身內壁的反光（圖3.24中「c」）及劣質遮光罩的反光（圖3.24中「d」）也會造成嚴重的雜光。
鏡頭發霉或鏡片沾有灰塵、指痕、表面擦花、劃傷也都會產生雜光（圖3.24中「b」）。雜光在整個畫面上增加了一層灰霧，大大降低了影像色彩的飽和度。
在畫面的陰影區灰霧可能掩蓋了景物的細節與層次，影響尤其嚴重。採用雙膠合透鏡、減少鏡頭的反光面、在鏡片表面鍍膜以減少反光、在鏡頭與機身內噴塗防反光的塗料、設定擋光板、製造防光紋都可以有效的減少雜光。這裡應當特別指出：
鏡頭的多層鍍膜不僅可以減少反光、削弱雜光，還能增加鏡頭的透過率、改善鏡頭的彩色還原，因此是提高鏡頭光學素質的重要手段。保持鏡頭清潔、使用合適的遮光罩（特別是可以根據鏡頭焦距調整長度的橡皮遮光罩）則是使用者防止雜光的有力的措施。
初級攝影培訓教材
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