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  • 什么是变焦镜头 变焦镜头是在一定范围可以变换焦距、从而得到不同宽窄的视场角,不同大小的影象和不同景物范围的照相机镜头。变焦镜头在不改变拍摄距离的情况下,可以通过变动焦距来改变拍摄范围,因此非常有利于...

      什么是变焦镜头

      变焦镜头是在一定范围内可以变换焦距、从而得到不同宽窄的视场角,不同大小的影象和不同景物范围的照相机镜头。变焦镜头在不改变拍摄距离的情况下,可以通过变动焦距来改变拍摄范围,因此非常有利于画面构图。由于一个变焦镜头可以兼担当起若干个定焦镜头的作用,外出旅游时不仅减少了携带摄影器材的数量,也节省了更换镜头的时间。

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      变焦镜头也是镜头的一种类型,它可以在不更换镜头的情况下改变焦距。变焦镜头具有可以变化的焦距。比如,一只80-200mm的变焦镜头,通常只需转动镜头筒就可以获得80-200mm之间的任意焦距。由于产生这种多功能性所必需的复杂光学系统,给变焦镜头带来了以下三个基本问题:

      1.价格昂贵;

      2.体积大;

      3.在任何确定的焦距下,其成像往往都不如最好的定焦镜头成像清晰。

      姑且不谈这些与生俱来的缺陷,当今的光学工业运用计算机进行镜头设计,已经制造出了很多非常优秀的变焦镜头。不少变焦镜头的成像已经非常清晰,而且体积也已相当小巧,只是价格仍然很贵。

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  • 为了适应深水探测,获得清晰成像质量,基于光焦度分配公式,提出了水下变焦镜头设计思想。用实例说明水下镜头的设计方法,设计的镜头相对孔径为F/1.6。设计结果表明:该镜头克服了普通镜头水下使用像质变差和最大...

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    摘要:通过对光在水中传播特性的分析,讨论水下摄影中需要特殊考虑的关键因素,如光能衰减、镜头视场损失和内腔防水等,分析普通相机加隔水窗后在水中拍摄时像质变差的规律。为了适应深水探测,获得清晰成像质量,基于光焦度分配公式,提出了水下变焦镜头设计思想。用实例说明水下镜头的设计方法,设计的镜头相对孔径为F/1.6。设计结果表明:该镜头克服了普通镜头水下使用像质变差和最大视场渐晕等缺点。

    关键词:水下摄影;变焦镜头;光学设计;像质;渐晕

    引言

    空气介质中使用的普通照相机有时会被外加隔水视窗和防水罩沉入水下进行摄影或者科学研究。由于水具有一定的折射率-镜头的视场会变小-并且由于离焦现象使得形成的像会变模糊;虽然这种模糊的像有时可以接受-但是相比像质在空气中那种高清晰度来说还是有一定的差距。光线在水介质中传播时不仅会发生折射和散射等,而且水的折射率、色散率等受到水温、压力和水中含盐量的影响,因此,他们都是影响水下成像的重要因素。对于特殊需求,研究和设计专用的水下镜头是很有必要的。

    1 水的传光特性

    水是人类赖以生存的最基本的无机物质,很早人类就研究了水的各种物理和化学性质。光在水中传播与其在空气中传播的特性具有较大的不同,主要表现在:

    1)光能衰减较大。拿普通手电筒来说,其光亮度在水中传播1m时变为原来的10%,2m时为原来的1%,3m时为原来的0.1%等。导致光能损失的因素有2个:一是水对光的强烈吸收作用。研究表明,水几乎对所有波长的可见光都有不同程度的吸收,吸收长波光的能力更强,水下光传播的窄波段中心大约为532nm;二是由于水分子和水中悬浮微粒对光有很强的散射作用。

    2)视场损失。光线从光疏介质射向光密介质,在临界角时发生全折射,根据Snell's定律可计算出视场,发现它会变小。

    图1是一个玻璃平板隔水镜头的结构示意图。光线从上至下依次为穿过水、玻璃、空气,到达镜头。

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    图1. 光线从水中通过平板视窗射入空气

    图1中:

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    分别表示光在水、玻璃、空气中的折射率;

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    分别表示光从水入射到玻璃的入射角,水到玻璃的折射角,玻璃到空气的入射角。玻璃出射到空气的折射角。根据Snell's定律有:

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    将上式相乘,得到:

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    图2. 空气、水界面的视场范围

    2 普通镜头水中使用时的像质分析

    为了分析镜头在水中使用时的像质变化情况,本文以三片式柯克定焦镜头为例予以说明。该镜头的基本参数为:焦距52mm,视场2ω=40°,在空气中使用时,其成像示意图和像质MTF如图3所示。

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    图3. 柯克物镜及其像质MTF

    如果该镜头在水中使用,并加防水玻璃,则成像示意图和成像质量如图4所示。从图4中可以看出,在边缘视场,子午和弧矢方向MTF几乎都为零,该视场不能被分辨。由于水折射率大于空气,如果不使用隔水窗而使成像物镜的第一面直接接触水,则焦面会大大向后移动.如果使用隔水窗并使其与透镜第一面之间夹有一定厚度的空气,则使得后成像面处在原设计位置前后数mm内移动,在这个范围内,存在一个最佳成像位置。对于定焦镜头,调节像面也很难提高像质。从上图还可以看出,边缘视场有挡光现象,造成了渐晕。在深水弱光时,边缘照度降低,这将不利于摄影;当渐晕达到一定程度的时候,有些视场将不能成像。

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    图4. 加平板隔水视窗后的柯克物镜系统及其像质MTF

    3 水中变焦镜头的设计指标

    为了提高镜头水下摄影的成像质量,设计专用的水下镜头是必要的。为了适应不同的摄影物距和水下视场,本文设计一种水下变焦镜头,并参照现有商业 CCD的像面尺寸,选取了其中一种像面画幅尺寸为14.1mmX11.3mm的CCD进行镜头设计,镜头设计指标见表1。

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    表1镜头设计指标

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    图7. 水下镜头

    ......

    6 结论

    文中通过光焦度分配公式建立了变焦镜头的初始结构,由计算机模拟的方法和结果可看出,该方法合理可靠。通过对光在水中传播特性的分析,以及对普通相机在水中使用时像质变化的规律的讨论,提出了水下变焦距镜头设计的思想,并用实例说明该镜头的设计思路和方法,解决了普通镜头用于水下时存在像质不好和最大视场渐晕的缺点。本文的设计参考了现有商业CCD的像面尺寸,采用半对角线8.5mm的大面阵宽画幅CCD,旨在提高物方视场分辨率。该镜头对应的物方视场2ω为30°,物距 25mm至无穷远。通过变焦,可以近距离拍摄水中动物的活动情况,也可在照明条件下进行深水探测。本文的设计在像质方面还需要进一步提高。另外,在深水弱光情况下需要大口径摄像镜头,本文的设计还可以进行进一步优化。

    鉴于篇幅,本文仅为节选(应用光学 第28卷 第4期),全文内容可阅读原文下载PDF文档。

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    如今,几乎每个带有内置镜头的相机都带有某种“变焦”标签。但是,并不是所有的变焦都是一样的,特别是当你把手机摄像头也包括在内时。这是使用了两种主要的不同技术:数字变焦和光学变焦

    数码变焦和光学变焦之间有什么区别?

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    事实上,数码变焦和光学变焦是两个截然不同的东西。你甚至可以说一个是“假的”,另一个是“真的”!不过,实际情况要复杂一些,所以在这里简单地解释一下:

    数字变焦是指一种全电子形式的放大或缩小。也就是说,相机上的任何东西实际上都没有动!唯一发生的缩放是相机的软件在处理:图像被裁剪放大,或未裁剪缩小。

    如果你是一个纯粹主义者,你可以称之为“假”变焦,但现在技术越来越好,所以让我们一会儿再来讨论这个问题…...

    光学变焦是指当相机镜头的玻璃元件实行来回移动时,是真正放大和缩小。只要镜头本身是锐利的,这意味着你可以获得更好的图像质量。

    传统上,认真的摄影师认为这是最好的变焦方式,但是,移动部件始终会使镜头变大,变得更加复杂,在某些情况下,只是不够锐利。因此,现在许多摄影师会根据情况决定使用数码变焦或光学变焦,或两者兼而有之。

    “缩放”是什么意思?“3倍”的放大是什么意思?

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    数码还是光学,变焦到底是什么?从技术上讲,变焦镜头是一个能够放大和缩小的镜头。就这么简单!“变焦”一词并不意味着镜头有特定的焦距或放大倍数。

    但是,许多变焦镜头确实以放大倍数来测量它们有多大的变焦效果。因此,不幸的是,人们对这个词有一个普遍的误解,因为他们使用了“3X Zoom”这样的数字,听起来像是实际放大倍数的参考,但事实并非如此。

    变焦镜头的放大率是根据它最大的视角来衡量的,但是,这并不总是相同的。例如,一些变焦镜头的最宽视角相当于28毫米,而另一些变焦镜头的最宽视角相当于24毫米,稍微宽一点。

    “3倍变焦”并不意味着被摄主体被放大了3倍。这仅仅意味着镜头可以变焦到最宽焦距的三倍。所以,从28毫米开始的3倍变焦可以放大到84mm,但是从24毫米开始的3倍变焦只能放大到72毫米。

    当然,变焦有各种类型,事实上,其他镜头是5倍的,甚至是10倍的,比如佳能RF 24-240mm f/4-6.3 IS。

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    佳能RF 70-200mm f/2.8 1/2000秒,f/2.8, ISO 100

    哪个变焦镜头焦距或放大率适合你?这取决于你的摄影类型和你的创作风格,一些摄影师喜欢广角的变焦镜头,而另一些人喜欢长焦镜头。

    有了光学变焦,相机可以在任何焦距、广角或远摄时提供很好的照片质量。

    使用数字变焦时,相机在最大的焦距下可以获得最佳的照片质量,而“放大”实际上相当于从最大的角度进行裁剪。

    数字变焦技术在不断改进

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    手机拍摄,无变焦(最宽角度)

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    手机拍摄,“三倍变焦”

    好消息是,如今许多数码变焦相机的性能越来越好。有了高科技的锐化算法,使用数字变焦可以足够拍摄只会在微博、朋友圈上分享的照片,或抖音等其他社交媒体上的视频。

    一些具有数字变焦功能的相机(尤其是手机)也具有非常高的像素传感器,能够显示8K视频和静止图像,这意味着您仍然可以录制4K或1080p视频,而几乎没有任何质量损失,或者可以打印非常大的图像。

    变焦镜头、广角镜头和长焦镜头之间的区别

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    索尼A7R III,索尼135mm f/1.8 GM长焦镜头,未剪裁

    在结束之前,让我们再弄清楚一件事。很多人把“变焦”和一种特定类型的镜头混为一谈(通常是长焦镜头)。现在手机相机的情况更糟,因为制造商实际上把他们的一些镜头称为“5X”(变焦镜头),而实际上,它们只是一个长焦镜头,而不是变焦镜头。

    请记住,变焦镜头不仅可以在一个广角焦距和一个长焦焦距拍摄照片,而且可以在两者之间的任何焦距拍摄照片。

    实际上,“变焦”不仅仅是指长焦镜头,有广角变焦镜头、普通变焦镜头和长焦变焦镜头。使它们成为变焦镜头的原因不是别的,是它们实际上可以放大和缩小。

    手机上的数字变焦通常是这种情况,但是,如今手机上的某些光学变焦镜头实际上只是三个或四个不同的定焦镜头,如果你需要最大的焦距,则只能以这些定焦镜头拍摄,在这些光学焦距之间进行拍摄是你唯一的选择,或者需要使用数码变焦。

    当然,拥有两个,三个,或四个光学镜头的手机相机肯定是一件很好的事情,实际上,许多最好的手机相机已经可以与专业相机的照片质量相媲美了!

    结论

    不管怎样,现在你了解所有关于光学变焦和数字变焦的知识!在考虑下一部智能手机或傻瓜相机时,请记住这些信息。

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  • 光学变焦与数码变焦

    2012-06-15 20:25:06
    光学变焦英文名称为Optical Zoom,数码相机依靠光学镜头结构来实现变焦。数码相机的光学变焦方式与传统35mm相机差不多,就是通过镜片移动来放大与缩小需要拍摄的景物,光学变焦倍数越大,能拍摄的景物就越远。 ...

    简单理解,就是光学变焦就是相当于望远镜,不降低像素,而数码变焦就相当于用电脑的放大镜放大图片,像素降低,数码变焦都是骗人的.

    光学变焦英文名称为Optical Zoom,数码相机依靠光学镜头结构来实现变焦。数码相机的光学变焦方式与传统35mm相机差不多,就是通过镜片移动来放大与缩小需要拍摄的景物,光学变焦倍数越大,能拍摄的景物就越远。

    一些镜头越长的数码相机,内部的镜片和感光器移动空间更大,所以变焦倍数也更大!比如有些数码相机已经达到15倍左右!
    数字变焦也称为数码变焦,英文名称为Digital Zoom,数码变焦是通过数码相机内的处理器,把图片内的每个象素面积增大,从而达到放大目的。这种手法如同用图像处理软件把图片的面积改大,不过程序在数码相机内进行,把原来CCD影像感应器上的一部份像素使用"插值"处理手段做放大,将CCD影像感应器上的像素用插值算法将画面放大到整个画面。

    与光学变焦不同,数码变焦是在感光器件垂直方向向上的变化,而给人以变焦效果的。在感光器件上的面积越小,那么视觉上就会让用户只看见景物的局部。但是由于焦距没有变化,所以,图像质量是相对于正常情况下较差。

    如今的数码相机的光学变焦倍数大多在2倍-5倍之间,即可把10米以外的物体拉近至5-3米近;也有一些数码相机拥有10倍的光学变焦效果。家用摄录机的光学变焦倍数在10倍~22倍,能比较清楚的拍到70米外的东西。使用增倍镜能够增大摄录机的光学变焦倍数。如果光学变焦倍数不够,我们可以在镜头前加一增倍镜,其计算方法是这样的,一个2倍的增距镜,套在一个原来有4倍光学变焦的数码相机上,那么这台数码相机的光学变焦倍数由原来的1倍、2倍、3倍、4倍变为2倍、4倍、6倍和8倍,即以增距镜的倍数和光学变焦倍数相乘所得。

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  • 变焦与对焦

    2017-01-17 14:53:48
     通常指通过移动镜头内的透镜镜片位置来拉长或缩短焦距,也叫ZOOM。  变焦目前可以分为光学变焦和数字变焦两种类型:  光学变焦:  光学变焦是通过移动镜头内部镜片的相对位置来改变焦点的位置,改变镜头焦距...
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  • 变焦与对焦(转)

    千次阅读 2013-11-14 17:45:45
     通常指通过移动镜头内的透镜镜片位置来拉长或缩短焦距,也叫ZOOM。  变焦目前可以分为光学变焦和数字变焦两种类型:  光学变焦:  光学变焦是通过移动镜头内部镜片的相对位置来改变焦点的位置,改变...
  • 镜头分类与选型

    2020-09-11 10:14:09
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  • 镜头的分类

    2015-03-04 14:15:07
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  • 什么是光学变焦

    千次阅读 2005-08-08 13:31:00
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  • 变焦与对焦(转自csdn)

    千次阅读 2014-07-16 11:22:34
    转自: 声明:此原创非彼原创,资料来源于网络... 通常指通过移动镜头内的透镜镜片位置来拉长或缩短焦距,也叫ZOOM。  变焦目前可以分为光学变焦和数字变焦两种类型:  光学变焦:  光学变焦是通过移动
  • 相机镜头工作原理图解

    千次阅读 多人点赞 2019-01-13 15:44:08
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