光子晶體之光學傳輸與量子光學現象
Professor retired, Department of Photonics, National Chiao Tung University 交通大學光電系退休教授
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光子晶體之光學傳輸與量子光學現象
2021年4月15日 星期四
第五章 如相機所見(六)
動態範圍
場景中光線強度的變化會產生對比度。對比度的深度,即場景最暗區域和最亮區域之間的比,稱為場景動態範圍(可以使用於曝光的相同光圈單位進行測量)。數位單反相機中的感測器也具有動態範圍,這與它能夠同時記錄陰影和高光區域中的細節的能力有關。以類似的方式,人類視覺的動態範圍與我們同時看到黑白物體中細節的能力有關。
在晴朗的一天,典型的場景動態範圍約為9級。人類視覺的動態範圍接近14級時,這就不成問題了,因為我們能夠同時看到場景中黑色物體和白色物體的細節。例如,假設正在參加婚禮:您將能夠看到新郎黑色西裝的質感和新娘白色連衣裙的圖案中的複雜細節。
但是,相機並非如此。當前的數位單反相機感測器的動態範圍總體上在5到7級之間,具體取決於相機型號。在以上例子中的幾乎所有情況下,相機動態範圍都小於場景動態範圍。這意味著在人類可以同時看到陰影和高光區域的細節的地方,相機通過以灰色階顯示該場景,您能夠評估出畫面的陰影區域看起來像是無特徵的黑色,因為它超出了相機的動態範圍。有了這些知識,您就可以應用必要的漸層鏡,以將亮色階和暗色階平衡到相機動態範圍內。
與人眼相比,當前的數位單反相機的動態範圍有限,這使得拍攝高對比度的場景或對象(例如這種黑白條紋斑馬)在明亮的光線下具有挑戰性。在婚禮例子中,新娘和新郎在一起的照片,無論是黑色西裝還是白色禮服將導致細節完全丟失,具體取決於曝光的設置方式。
因此,對於攝影師來說重要的是要了解在記錄高對比度(動態範圍)時,相機有其局限性,有時無法記錄人類可以看到的細節。在高對比度條件下,有必要測量場景動態範圍並將其與相機動態範圍進行比較,以了解如何以照相方式複制場景。我將會在第八章以一整章的內容來探討高動態範圍攝影技術和最新的相機高動態範圍攝影功能。
相機的視野
除了學習如何審視光和對比度的影響以及與這兩個因素如何影響構圖的有關知識外,還必須了解透鏡如何改變相機觀看我們的肉眼所看到的世界。
同樣地,這是人與相機不同的地方。已經了解了相機的單眼視覺與人類幸運擁有的雙眼相比的效果。但是,還有其他差異,最明顯的是人眼具有固定的主焦距鏡頭,而安裝在相機上的可移動鏡頭能夠改變對焦距離,結果與我們通常看到的不像相機看到的那樣,放大倍數、視角和透視都可以更改。
焦距、放大倍率和視角
鏡頭的焦距是一個精確值,它是根據當鏡頭對焦在無限遠處時,感測器平面和鏡頭的光學中心之間的距離計算得出的。由於這個原因,鏡頭的焦距保持恆定,與感測器的物理尺寸無關。
此外,所有鏡頭的視角都與鏡頭的焦距和感測器的物理尺寸有關。因此,在焦距保持不變的情況下,視角可能會有所變化,具體取決於您的相機是採用全幀(24x36mm)感測器還是較小的感測器(例如尼康的DX感測器,其尺寸為16x24mm),或全畫幅感測器尺寸一半的Olympus E-system相機。
這種區別很重要,因為放大倍率受焦距的影響,但不受視角的影響。例如,如果將100毫米鏡頭拍攝的物體以20毫米高成像在全幀(24x36毫米)感測器,則在小框感測器(例如,尼康DX)上的高度仍為20毫米,甚至在大型(例如,Hasselblad 36x48mm)感測器也一樣。變化的是拍攝對象的周圍,左側、右側、上方和下方的可見空間(視野)。與全幅24x36mm感測器相比,視角不同,大尺寸感測器會增加視角和視野,小尺寸傳感器會減少視角和視野。
在某種程度上,這會改變您對鏡頭的選擇。 例如,佳能EOS 1Ds Mark III或尼康D3等全幅數位相機上的廣角鏡頭安裝在小型數位相機(如尼康D300或佳能40D)上時,具有標準鏡頭的特性。 相反地,在相同情況下,中距長焦鏡頭(例如200 mm)的作用類似於遠距長焦鏡頭。
透視
鏡頭也改變了我們(和相機)對世界的透視(Perspective)。因為我們的肉眼有固定的焦距(大約24毫米),所以我們以固定的視角看待生命。當我們通過裝有例如廣角鏡的相機觀察時,該視角會發生改變。
當我們改變透鏡焦距時,透視現象會發生兩件事。首先,我們可以從固定位置看到的場景範圍或視野增加(較短的焦距)或減少(較長的焦距)。其次,不同物件之間的空間關係(不同平面上物件之間的視距)發生變化。 隨著焦距的減小(朝向廣角),空間關係增加,從而使物件之間的空間感增強,產生拉伸距離的視覺效果。 當增加焦距時,情況恰恰相反,拍攝對象之間的空間似乎被壓縮,使它們看起來更靠近。因此,空間關係的增加和減少都會影響深度感,因此在選擇要使用的鏡頭時必須考慮這一點。
包含平行線的場景表示在二維的影像中均具有一個或多個消失點。單點透視意味著該影像具有單個消失點,通常(儘管不一定)直接與觀者的眼睛相對,並且通常(雖然不一定)在地平線上。與觀者視線平行的所有線都向該消失點收斂。這是標準的「收斂鐵軌」現象。
兩個消失點的影像具有兩組不同角度的平行線。在影像中可以有任意數量的消失點,每組消失點與影像平面夾成一定角度。在許多類型的透視中,最常見是一點、兩點和三點透視影像,以透視消失點的數量命名。
單點透視
當地平線上僅包含一個消失點時,便是單點透視。這種類型的透視通常在拍攝道路、鐵軌、走廊或所建築物的影像看到,正面直接面向著觀者。任何與觀者視線直接平行或與視線垂直的線(鐵軌/枕木)組成的物體都可以用單點視角表示。這些平行線會聚在消失點處。
兩點透視
當地平線上包含兩個消失點時,具有兩點透視的影像。在一個消失點的例子中,消失點可以沿地平線任意放置。兩點透視影像可視為旋轉的單點透視影像:例如,看房屋的拐角處,或消失到遠處的兩條分叉的道路。一個點代表一組平行線,另一點代表另一組。從角落看,房屋的一堵牆將向一個消失點退去,而另一堵牆向對面的消失點後退。
兩點透視影像具有一組平行於圖片平面的線,而兩組線則傾斜。傾斜於圖片平面的平行線會聚到消失點,這意味著此設置將需要兩個消失點。
三點透視
三點透視通常發生在從下方或上方拍攝建築物時。除了前述的兩個消失點外,每個牆都消失到一個點,現在還有一個關於牆的垂直線如何後退的點。對於從上方看的物體,該第三消失點在地下。對於從下面看的物體,當觀看者抬頭看高樓時,第三個消失點在天空上。
當拍攝對象具有多個平行線或平面時,您可以從構圖找出透視消失點,並試著以不同數目的透視來表現您的拍攝結果,您會有不一樣驚奇,不同的構圖方式可能帶給您生動和/或具張力的影像。
拍攝前觀測與評估場景
專業風景攝影師常常將相機安裝到三腳架上之前,將下巴放在三腳架頭上。 這使他可以大致了解場景如何通過取景器顯示。 確定最有效的視點(位置、高度和角度),只有在自己滿意評估後,才安裝相機。使用這種技術,您可以更輕鬆地確定最終的構圖,因為您可以看到整個場景,並可以更輕鬆地決定要包含或排除哪些元素。 它還避免了必須不斷調整相機,從而節省了時間和精力。
摘要:
- 攝「影」是要拍攝的場景的「照明」,照片只是記錄光、顏色和陰影的圖案。
- 光線是攝影師的畫筆,畫布即數位感測器。通過操縱光,可以突顯和隱藏被拍對象,可以使色階更淺或更深,改變和替換顏色。
- 照明的六個特徵:品質、方向、對比度、均勻度、顏色和亮度。使用照明來表現或抑制所選的主題的紋理、形式、深度、細節和心情。
- 光可以是硬的也可以是軟的,稱為光的品質。光線的品質決定影像的對比度,這對攝影很重要。陰影使攝影師能夠營造深度、形狀和尺寸感,有助於使二維的影像呈現出三維的形態。
- 光照射到物體上的方向將決定這個物體外觀的表現。前面照明將顯示細節而不是紋理,而側面照明將通過創建陰影來強調紋理和形狀。
- 光的色溫使日出和日落,清晨和傍晚成為自然攝影的理想時間,稱為「黃金時段」。
- 對比度會影響光度計的讀數和曝光。在構圖和視覺方面,對比度營造了一種深度感,添加空間的第三個維度到二維的影像上。
- 景觀攝影的主要光源是日光,隨天氣和一天中的時間而變化。為了充分利用例如燦爛的陽光和陰暗的夜晚,必須使用不同的技術。人腦不僅依賴於立體視覺、視差和移動的焦點,還取決於物體上的光所產生的高光和陰影圖案所產生的線索。
- 看起來最「自然」的人工照明策略是複製在3D被拍對象上看到相同的對比圖案線索。典型的照明配置包括正面創建高光建模線索的關鍵燈,用於控制陰影色階的補光燈,一個或多個邊緣/重點照明創建主體和背景分隔的背光或邊緣光。
- 可以將倫勃朗照明、分割照明、派拉蒙或蝴蝶照明、環形照明和寬廣照明等五種室內人像攝影的照明應用於自然照明的景觀攝影上。
- 自然光線下的高調攝影—用白色背景拍照,旨在降低場景中的照明對比,這種技術不僅僅是將場景過度曝光以製作高調照片, 這是關於找到適合光線然後過度曝光的問題。
- 自然光線下的低調攝影,指的是具有高照明比的任何場景,尤其是在陰影區域佔優勢的情況下。低調照明通過將大區域投射到陰影中來增強被拍對象的輪廓,精確曝光高光部分細節,不足曝光陰影區域以控制高對比度,例如高於8:1。
- 低調攝影與高調攝影相同是場景的選擇,而不是曝光不足與過曝場景的影像。
- 場景中最亮區域和最暗區域之間的比稱為場景動態範圍。典型的場景動態範圍約為9級。人類視覺的動態範圍接近14級,但是當前的數位單反相機感測器的動態範圍約7級,相機有時無法記錄人類可以看到的細節。在高對比度條件下,有必要使用高動態範圍攝影技術來複制場景。
- 透過改變相機的焦距和放大倍率可以改變視角和透視。改變視角和構圖可以創造不一樣的透視效果。
練習:
1、使用普通檯燈、描圖紙和卡片進行實驗,點亮簡單三維靜物主題,例如裝飾品、娃娃或玩具車。您可以改變照明品質從硬光源到非常柔軟光源來觀看拍攝的結果。
2、在工作室或房間拍攝一個白盒子在白色背景上,以顯示其頂部和兩側。選擇並安排您的照明,使得盒子的三個面的色階都不同的照片。
3、拍攝包含有網球和雞蛋的照片。只有藉著改變它們的燈光照明,讓它們一起揭示圓形的三維形式;以及讓它們看起來像是扁平的兩個尺寸的圓盤或橢圓形。
4、當主題被直接或反射的閃光燈或手電筒從各個位置照亮時,拍攝及觀察主題的外觀。如果您有兩個光源,在黑暗的房間中用不同的擺設進行拍攝有趣變化的照片。
5、用兩個靜物組或三個中性或淺色的亞光-被日光照射或被照亮的表面物品鎢絲燈。將相機放在三腳架上。成對拍攝彩色照片,演示由於每個主題照明發生以下變化:(a)品質、(b)方向、(c)對比度和(d)顏色。測量並設置正確的曝光每張圖片,但沒有其他更改。比較結果。
6、不同的雜誌或書籍收集肖像的例子顯示照明風格。嘗試重新創建它們在工作室裡。記住對鼻子的陰影和高光眼睛尤其可以為您提供有價值的線索。
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退休+手機真好! 紅花韭蘭 , 葉子扁平(蔥蘭葉子圓且中空),又名風雨蘭,種在破鋁盆擺在家前陽台已超過20年。平常澆澆水,少施肥。偶而出遠門,沒人照顧,回來還健在。20幾年來,不太注意何時開花,完全忽視她的存在。昨天看到枯萎-ing的紅花,心血來潮,讓她做個主角。以手機拍照下...
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