主题:焦外成像的探讨
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陈年泡菜
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关于焦外成像的说明在这里:

http://www.xitek.com/testreport/xitek/m135stf/oof-prin.htm

在这个主题里:

http://www.xitek.com/forum/showthread.php?threadid=134884

老摔哥提出一个很有意思的观点:曝光时间差别导致焦外成像的不同。

于是趁放假做了试验。试验是用Nikon 990,用MF将拍摄物全部虚化,这些被摄物都是在一个平面内,所以没有距离远近之说。

可以看出,旁边两个物体的虚化都比较好看,但是中间物体的曝光时间显然与旁边两个物体不同,都表现出虚化效果恶化的趋势。

现在的结论尚不明显,需要继续设计拍摄场面,多拍摄来做试验。欢迎有兴趣的泡菜一同参与,特别是有DSLR的。
相关标签: Nikon 曝光时间
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陈年泡菜
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GGYY
这个方法和我用电脑增光术类似  
唯一的区别就是到底是相机的cpu做还是桌面的cpu做的工作
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fumac:为什么不试试更改ISO值?
光圈不用变啊,也不用ND来帮忙
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fumac: 但是理论上严格的说这样就变成两个不一样的镜头了.

这样说有点极端了,好的密度镜应该是只影响曝光量。你的做法到有相似之处,只是不知层次的损失会不会影响到观察效果。
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阿本
同意你的※※,但是理论上严格的说这样就变成两个不一样的镜头了
这个方法和我用电脑增光术类似
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fumac:
同一个场景不一样的曝光时间而要求同一样的光圈
产生出来的照片的亮度肯定不一样.

不一定,这一点可以通过使用不同密度的灰度镜实现。
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好文,和能量有关的说法倒是第一次听到,我不是学光学的,只能勉强理解
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试验和结论
关于::曝光时间差别导致焦外成像的不同。
试验结果:不对
试验条件:根据不同的曝光时间对同一个场景进行多次曝光
器材:d100+50/f1.8  

讨论:
本来不一样的曝光时间根本不存在可比性,
因为同一个场景不一样的曝光时间而要求同一样的光圈
产生出来的照片的亮度肯定不一样.
而不一样的亮度的照片的焦外成像当然不同.
这个命题有点类似以下的结论:一样的妈生出不一样高的孩子的眼睛也不一样

为了这个古怪的命题有可比性
我们先用科隆的办法搞出一样的妈生出一样高的孩子,然后再比较眼睛

使用1/15 和1/60分别曝光一张照片,
然后定义1/15为正常曝光,
把1/60的图修正到正常的曝光状态.
然后使用1/60修正的图和1/15的图进行比较.
我的结论是,没什么本质的区别

图1:1/15 f1.8(假设为正确曝光)
图2:1/15 f1.8(曝光欠2档,后期提亮修正图)
图3:1/60 f1.8(曝光欠2档,原始文件)
图4:1/20 f1.8(存黑背景文件)
中间黑色的物体乃一耳机扩音机,红点为led灯,右上角为蜡烛左上角放一红羊城香烟盒

------------------
请各位指正

[fumac 编辑于 2003-02-21 06:42]
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看来感兴趣的人不多  

今天有粮票了, 把那个28-105的弥散圈贴一下.


可以清晰的看到28-105是有内环的, 且有边缘加强. 就这个比较而言, 可以大致的断定28-105的焦外比小钢炮的要差.

今天化了不少时间在网上查文献, 发觉我在做的事早有人做过了
http://www_trenholm_org/hmmerk/ATVB.pdf

结论是一致的, 文章的作者还拍摄了几个镜头不同距离的弥散圈, 拍的比我专业多了 他的nikkor-W 188/5.6的弥散圈和我拍的小钢炮的非常相近, 即能量是几乎均匀分布的, 但有时有边缘增强.

他也提到summicron 35/2的弥散圈, 前景后景都是高斯分布. 不过没有实拍图例. 可惜除了这个头其他现在当红的头他都没有测.

[黑旋风 编辑于 2003-02-21 02:30]
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胶卷出来了. 与预期的过曝相反, 欠曝了, 看来一则是倒易率的问题, 二则是我高估了香头的亮度

欠的厉害, 效果很不好.

小钢炮的弥散圈:


图中的精细度是按楼下的定义计算的.

很失望啊, 无法揭示弥散圈的内结构. 可能性有两个: 1. 我准确地拍到了弥散圈, 它就是这样地平均结构. 或 2. 由于欠曝或别地原因没能准确地拍下来. 至少得再拍一次才能搞清楚, 不过我兴趣不大了, 胶卷太麻烦.

不过至少可以看出, XGP在105mm时, 弥散圈边缘有明显得加强.

又比较了小钢炮和28-105, 如下图
......
没粮票了 下星期再上
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上图先
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yunyunyu, 没看到你的图, 估计你说的是不同的光斑的形状, 中间是正多边形, 边缘就不规则了, 这是口径蚀的缘故. 正常现象.

继续研究弥散圈

如何拍出弥散圈的精细结构?

这两天在琢磨拍摄弥散圈的事, 要拍清楚一个弥散圈, 有两个要点: 一是发光体的面积一定要足够小, 二是曝光要准确. 想象一下,在发光体两端的两个点它们独自会在胶片上形成自己的弥散圈并互相叠加, 假设两个弥散圈之间的距离为h, 弥散圈的直径为coc, 若h相对于coc越小, 或者说coc/h的值越大, 则拍得的弥散圈越精细. 大概算了一下, 把结果贴在这里, 讨厌看数学式子的朋友请直接看结论部分.

假设:
镜头焦距: f
光圈: N
对焦点处的放大率为1:M, 即物体到镜头的距离为(M+1)*f
焦外物体离镜头的距离为(M+M1+1)*f, 即它离焦平面的距离为M1*f.
那么, 容易算得弥散圈直径 coc=M1*f/(M*N*(M+M1))

又假设焦外发光物体的物高为H, 则容易算得 h=H/(M+M1)

结论: 弥散圈的精细度: p = coc/h = M1*f/(M*N*H)

楼下我用DC拍的香头的情况, 大致的数据如下:
f=20mm, N=2.8, M=10, M1=140, H=1mm. 如此算得 p=100

再以85/1.8为例, 全开光圈, 假设对焦距离1米, 发光体距相机4米, 发光体尺寸1mm, 则
f=85mm, N=1.8, M=10.7, M1=35.3, H=1mm, 算得 p=156

同上, 假设发光体是100米外的路灯, 假设H=100mm, 则
f=85, N=1.8, M=10.7, M1=1059, H=100mm, 算得p=47
如此看来要用路灯做点光源的话, 必须足够的远才行.

算好了精细度, 接下来就可以算曝光值了. 假设精细度为p, 点测发光体(假如有办法点测的话)的曝光值为EV1, 由于发光体的光能量分布到了面积p^2倍的弥散圈上,

结论: 弥散圈的曝光值; EV2 = EV1 - lg2(p^2), 这里lg2表示以2为底的对数.

举个例子, 假设p=100, 发光体接近阳光十六法则, 即EV1=15, lg2(10000)~=13. 故弥散圈的曝光值大约为2EV, 或相当于F2.8, 2秒. 这么一算, 我昨天拍的一卷T400CN估计都过曝了
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俺用NIKON AF50/1.4D拍的夜景人像,背景是大范围的点状小灯,F2.0焦外成像为:画面※※为正多边形,越到边缘越趋向为三角形!尖头放射性向外。
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再来一张弥散圈. 还是oly2020, 20cm对焦, 物距大概2-3米.  这回是在接近全黑的屋子里拍点燃的香, 那发光的头大概有1毫米的尺寸, 比上回拍的透光洞更小些.所以细节更清晰些. 相比透光洞, 香头很暗,曝光时间是16秒. 同时也用T400CN拍了些, 曝光时间时彻底乱猜的(其实可以算的, 懒), 洗出来有没有就不知道了.

图中的右面是未做任何改动的原图, 上面的黑点比较搞笑, 它出现在每一个拍得的弥散圈内, 楼下那张中也有, 不过我把它修掉了, 这回特别清晰, 就贴出来亮亮相, 右面是PS里去掉黑店后的效果图, 没有做level.

那个黑点显然是靠近光圈的镜片上的小污点. 平时拍照是不会显形的, 原来还真不知道这老爷机已经病入膏肓了

[黑旋风 编辑于 2003-02-15 00:35]
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SGY, 感激感激! 终于有人来贴135镜头的弥散圈了. 你贴的中间那个有点意思了, 虽然还不清楚. 估计还是点光源面积大了点. 拍路灯也是个方法, 只是还要散的再开一些, 曝光时间相应再长一些.

完全同意你说的直接计算是不太可能的, 虽然我不排除有现成的软件能做这个事, 这个要问老灯那样的专家了.

说说我的想法:

1. 想看看实际拍得的典型镜头的弥散圈样本, 比如二线性据说最严重的AF50/1.8, AF28-105. 对比焦外虚化好的如AF85/1.4. 看看它们的能量分布究竟有什么差别. 看到了实际的模型才能想下一步的事.

2. 在比较大量的弥散圈实例后, 看看能不能总结出一些规律性的东西. 比如找出一个弥散圈评价函数, 输入弥散圈图谱就能算得一个二线性评估系数. 对一个给定得镜头拍摄它不同对焦距离的弥散圈, 就能得到它的二线性评估曲线...... 这样对于镜头的bokeh就能有一个量化的评价方法了. 可能想的太美好了些, 但这事是值得一试的!

现在最需要的就是实拍的弥散圈样本. 再次呼吁有DSLR的朋友援手.
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斗胆讨论一下。
旋风,我觉得想计算出来弥散圈的能量分布,基本上是不可能的。因为镜头成象是镜头内所有镜片共同作用的结果,想要通过计算得出结果,必须确切知道所有的镜片的数据(厚度,曲率,折射率等)以及镜片之间的精确位置,想得到任何一个镜头的以上数据,都不是容易的事;并且就算得到了镜头的数据,也需要专门的计算软件以及大型甚至超大型计算机来进行计算,不是我们某个人能单独完成的。因此计算这条路可以死心了。

那么旋风的研究岂不成了纸上谈兵?当然不是。旋风的研究虽然不能完全模仿实际情况,但确可以通过简化的例子使人明白复杂的道理,可说是一种很好的手段。再将理论与实拍的结果相结合,必然会有所收获。

关于实拍测试,除了旋风建议的几种方法,还可以在夜间进行,选取远处一个比较单独的光点(如路灯,高楼顶警示灯,工地的电灯等)做为点光源,再将镜头对焦在不同焦距以及使用不同光圈进行测试。考虑到在家里测试,与点光源的距离也许不够远(拍照时一般背景都较远),可能结果的适用性不够广(只是猜测)。

在了解了自己镜头的弥散圈的能量分布后,并不是一切都迎刃而解了;有了理论的指导,可以更好的分析镜头的焦外成像,但到底如何才能达到最佳结果,还是需要实践和测试的,不过明白了理论,会让我们少走一些弯路(希望是如此)。

说了一堆莫名其妙的话。。。看来还有很长的路要走,大家一起继续努力吧!

(附图:无意间拍到的弥散圈 XD-7 + MD70-210/4 @ f/5.6 对焦在十多米)
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好酒~

感谢XI老,感谢黑旋风!!!
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继续研究

总结一下前面的思路:
1. 焦外成像是有弥散圈的能量分布决定的 (有反对的吗?)
2. 弥散圈的分布是随镜头的对焦距离变化的(直觉猜测)
3. 不同的镜头在同样的状况下会有不一样的弥散圈分布(要不就没有焦外好坏之分了)
3. 如果找出一个镜头在某个给定状况下的弥散圈分布, 我们就能断言它的焦外成像的好坏. 当然实际的成像还取决于被摄物的亮度分布. 但在同样的情况下, 一个好的弥散圈会得到相对较好的成像.

所以下一步就是寻找弥散圈的实际能量分布了, 计算是困难的, 至少我算不了, 可算不了我们可以实测啊!

怎么测? 弥散圈的能量分布就是点光源的焦外成像, 所以我们只要拍黑背景上的点光源就行了. 作为被测试的点光源, 它应该有如下的两个特性:
1. 足够小, 其在底片上的清晰成象应远小于其虚化光斑, 至少得有一个数量级的差别吧.
2. 足够亮, 其能量分散至整个弥散圈后还足以使胶片/CCD正常感光.

可能的办法:
1. 大太阳的日子,窗栏上支一张黑纸, 挖一小洞.
2. 家里支一张黑纸, 挖一小洞, 洞后面放一闪灯, 用离机闪灯线触发.
3. 高亮度LED(?, 也许不够亮)
4. ......

可能必须要用DC来拍, 因为无法估计弥散圈的亮度, FC拍太难了.

下面是我用办法一拍到的oly2020数码机的弥散圈, 距离大概2米, 对焦距离是20cm, 焦距19mm.

图中圆的是全开光圈F2.8, 其直径比小洞本身的清晰成象差不多大十倍, 这个尺度的差距足以揭示弥散圈的一些细节结构, 为使大家看的清楚, 在PS里稍调了下level, 并把背景弄黑了. 右面五边形的是F5.0的, 相对于这个弥散面积, 我的点光源显然还不够小.

这个弥散圈完全不同于我前面给出的4种猜测的结果, 它是有内环的!

有空我还会按方法二再做一次实验. 由于我手里就这么个老爷数码机,恳切希望有DSLR的朋友一起来测一下你手中的镜头

[黑旋风 编辑于 2003-02-12 18:10]
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看此帖真是一种享受,感谢西老和黑旋风的精彩描述,希望能多些此类帖子
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上一个俺自己的实拍对比, 拍的是电脑屏幕, 光比比较小, 好操作点. 用的是俺自己的oly2020数码机, 微距拍摄屏幕, 大约20cm的距离, 在手动对焦到40cm处拍得虚化得屏幕. 所以这个是前景虚化.

图中左上是清晰图, 右上是实拍的虚化图, 下面两个是电脑模拟的虚化效果. 所用的弥散圈模型贴在对应的图上了. 仔细看看, 实际虚化似乎是介于两者之间.


[黑旋风 编辑于 2003-02-12 00:33]
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回西老, 俺现在只会初等数学, 高等的早还给老师了, 呵呵.

你说的那个函数关系, 不知道你具体有什么想法, 如果只是弥散圈直径的话, 俺那个主体说的差不多了, 有必要得话也可以再整理一下, 可能能总结出几个更简单直观的结论来. 如果牵涉到弥散圈的能量分布模型, 就难了, 估计至少俺得去啃几本光学书才能动手
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黑旋风:你有个主题是说虚化与被摄体距离的一个主题,那个曲线比较枯燥,可能一些泡菜理解不了。

看到不少说镜头的背景好,就拿一张片子来表示。没错,但是背景与主体的距离是一个很重要的问题。俺有个想法:是否有可能计算出一个什么来,其中背景与主体的距离是镜头焦距的函数,比如是多少倍,同样,胶片平面到主体的距离也是镜头焦距的函数,计算一下,看看是否有一定的规律可循,这样背景虚化就有可比性了。

以前数学还不错,比较喜欢用MATLAB,不过现在已经不思劳苦了,能否考虑一下?
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试着把西老的清晰图虚化

图中右上角贴的是虚化所用的弥散圈, 看来哪个都不太象 图中的光斑是我手工在原清晰图上加光点作出来的,由于不知道实际光源的面积和强度, 手工加的光斑只是烘托气氛而已, 其形状不具参考价值.

用电脑模拟的手段来再现虚化的困难在于: 所谓清晰的照片并不能真正记录现场的光线. 阳光下的景物可能有10档的明暗差距, 片子扫好后变成24bit的文件就剩两档半了, 反差被大幅度的压缩. 而对虚化图象贡献最大的高亮光线, 在清晰的片子上只是一个过曝的小点, 原来的能量信息完全没有了.

本来还想做个七边形弥散圈来模拟西老图中的F5.6的, 但前面两个做的都不太象, 就罢手了.  不过这个F5.6的虚化是值得一看的, 比较一下它同其他圆形光圈的效果: 多边形的光圈并不会导致两线性! 只是光斑难看一点罢了.

[黑旋风 编辑于 2003-02-11 23:47]
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照片出来了,也许答案正如黑旋风说的:由能量分布决定的。

首贴的试验样本不理想,没有再现圆形光斑的特点。通过下面一组片子,应该说对于点状的亮点,表现出的虚化就是一个没有核,而且基本亮度均匀的虚化圆饼。

清晰的:
对焦距离近的:
对焦距离稍微远些:
f/5.6的虚化:
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柳叶刀,古风: 谢谢.

AirforceOne: 有一点是肯定的那就是虚化是有弥散圈的能量分布决定的. 如果把镜头看作一个黑盒子, 那么弥散圈就是这个黑盒子对点光源的响应. 这个响应已经包含了所有镜头相关的因素, 诸如: 各种相差, 光圈形状, 口径烛乃至光线的衍射等等. 正因为包含了太多的因素, 确定一个实际拍摄中弥散圈我想是很难的事.
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fumac的结果出来了没有?
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黑旋风做得很好,再接再厉,如果能够实际使用胶片拍一组就更好了。
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最近我也在为这些问题困惑。
我用Nikon 的28-105镜头,对此头的焦外成像本来是不抱什么希望的。
但是翻出过去的一些片子仔细比较了一下,发现此头有时候焦外成像也说得过去
缩小光圈、缩短主体距离的时候改善显著。
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有意思,好。

那么,哪些因素会影响到弥散圈的分布呢?我们已经知道尽量选择反差柔和,面积大的背景图案有助于获得较好的背景虚化效果,那么一支镜头在什么样得状态下可以获得较好的弥散圈分布呢?是否有规律性的东西?
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好!我喜欢黑旋风的严谨。
还想知道更多的,还有谁说说?
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