鏡頭的像差可以分成兩大類,即單色像差及色差。
鏡頭的單色像差五種,它們分別是影響成像清晰度的球差、彗差、象散、場曲,以及影響物象相似度的畸變。
以下就分別介紹五種不同性質(zhì)的單色像差。
1.球差
是由于鏡頭的透鏡球面上各點的聚光能力不同而引起的。從無窮遠處來的平行光線在理論上應(yīng)該會聚在焦點上。但是由于近軸光線與遠軸光線的會聚點并不一致,會聚光線并不是形成一個點,而是一個以光軸為中心對稱的彌散圓,這種像差就稱為球差。球差的存在引起了成像的模糊,而從下圖可以看出,這種模糊是與光圈的大小有關(guān)的。小光圈時,由于光闌擋去了遠軸光線,彌散圓的直徑就小,圖像就會清晰。大光圈時彌散圓直徑就大,圖像就會比較模糊。
必須注意,這種由球差引起的圖像模糊與景深中的模糊完全是兩會事,不可以混為一談的。球差可以通過復合透鏡或者非球面鏡等辦法在最大限度下消除的。在照相鏡頭中,光圈數(shù)增加一檔(光孔縮小一檔),球差就縮小一半。我們在拍攝時,只要光線條件允許,可以考慮使用較小的光圈來減小球差的影響。
2.彗差
是在軸外成像時產(chǎn)生的一種像差。從光軸外的某一點向鏡頭發(fā)出一束平行光線,經(jīng)光學系統(tǒng)后,在像平面上并不是成一個點的像,而是形成不對稱的彌散光斑,這種彌散光斑的形狀象彗星,從中心到邊緣拖著一個由細到粗的尾巴,首端明亮、清晰,尾端寬大、暗淡、模糊。這種軸外光束引起的像差就稱為彗差。彗差的大小既與光圈有關(guān),也與視場有關(guān)。我們在拍攝時也可以采取適當采用較小的光圈來減少彗差對成象的影響。
3.像散
也是一種軸外像差。與彗差不同,像散僅僅與視場有關(guān)。由于軸外光束的不對稱性,使得軸外點的子午細光束(即鏡頭的直徑方向)的會聚點與弧矢細光束(鏡頭的園弧方向)的會聚點位置不同,這種現(xiàn)象稱為像散。像散可以對照眼睛的散光來理解。帶有散光的眼睛,實際上是在兩個方向上的晶狀體曲率不一致,造成看到的點彌散成了一條短線。
像散也使得軸外成像的像質(zhì)大大地下降。像散的大小只與視場角有關(guān),與孔徑是沒有關(guān)系的。即使光圈開得很小,在子午和弧矢方向仍然無法同時獲得非常清晰的像。在廣角鏡頭中,由于視場角比較大,像散現(xiàn)象就比較明顯。我們在拍攝的時候應(yīng)該盡量使被攝體處于畫面的中心。這好象與構(gòu)圖要求不把主要表現(xiàn)對象放在圖面正中央有些沖突,如何掌握就要看實際情況了。
4.場曲
當拍攝垂直于光軸的平面上的物時,經(jīng)過鏡頭所成的像并不在一個像平面內(nèi),而是在以光軸為對稱的一個彎曲表面上,這種成像的缺陷就是場曲。場曲是一種與孔徑無關(guān)的像差??繙p小光圈并不能改善因場曲帶來的模糊。
用存在場曲的鏡頭拍照時,當調(diào)焦至畫面中央處影象清晰,畫面四周影象就模糊;而當調(diào)焦至畫面四周影象清晰時,畫面中央處的影象又開始模糊,無法在平直的象平面上獲得中心與四周都清晰的象。因此在某些專用照相機中,故意將底片處于弧形位置,以減少場曲的影響。由于廣角鏡頭的場曲比一般鏡頭大,在拍團體照(經(jīng)常使用廣角鏡頭)時采用略帶圓弧形的站位排列,就是為了提高邊緣視場的象質(zhì)。
5.畸變
是指物所成的像在形狀上的變形?;儾⒉粫绊懴竦那逦?,而只影響像與物的相似性。由于畸變的存在,物方的一條直線在像方就變成了一條曲線,造成像的失真?;兛煞譃檎硇突兒屯靶突儍煞N。造成畸變的根本原因是鏡頭像場中央?yún)^(qū)的橫向放大率與邊緣區(qū)的橫向放大率不一致。如下圖所示,如果邊緣放大率大于中央放大率就產(chǎn)生枕型畸變,反之,則產(chǎn)生桶型畸變。
畸變與鏡頭的光圈F數(shù)大小無關(guān),只與鏡頭的視場有關(guān)。因此,廣角鏡頭的畸變一般都大于標準鏡頭或長焦鏡頭。無論是哪一種鏡頭,哪一種畸變,縮小光圈并都不能改善畸變。
特別要注意鏡頭的畸變像差與透視畸變的并不是一回事。鏡頭的畸變是鏡頭成像造成的,在設(shè)計鏡頭時可以采取各種手段(如非球面鏡)來減小畸變。透視畸變是由視點、視角、鏡頭指向(俯仰)等因素決定的,這是透視的規(guī)律。無論是何種鏡頭,如果視點相同,視角相同,鏡頭指向相同的話,產(chǎn)生的透視畸變是相同的。