手機配件:手機微距鏡和微距鏡倍率
發表於2016.11.12 07:38

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手機配件:手機微距鏡和微距鏡倍率

 

冼鏡光
November 12, 2016上線

 

如果您只玩手機、又想拍小東西,您多半會有點苦惱,因為小東西就是拍不大,不像是用DSLR和MILC(無反光鏡可換鏡頭相機)般地換上一個微距鏡頭就可以把小花、小草、小蟲、或小擺設拍得大大的,而且佔滿整個畫面。然而,手機不能換鏡頭、沒法子用DSLR或MILC(Mirrorless Interchangeable Lens Cameras)的微距鏡,那要怎麼辦?這不應該是個問題,因為手機也有微距鏡頭(macro lens),不是嗎?

沒錯,手機的確有微距鏡頭,下面是幾個個例子,照片中左邊的是Moment的10X微距鏡、上方比較小的是APEXEL的20X微距鏡。但是,並非所有微距鏡都會用X標示,在右邊的是Zeiss為ExoLens設針的Vario-Proxar 40-80 T* Macro-Zoom微距鏡,它就沒有用X標示,而只是指出這個微距鏡頭是可以變焦、焦距是40-80mm、並且可以讓直徑從30.5mm到119mm的物體填滿手機屏幕的畫面。

這些手機微距鏡頭都很小,但動則10X、15X甚至20X,這個X代表什麽?有什麼意義?是不是X愈大就可以把物體拍得愈大?或是10X就可以把物體拍得10倍大?這篇文章要解釋的就是它!


鏡頭的標示

在攝影方面,標上X的器材可多了、而且意義各不相同,把初學或入門人士弄得無所適從。就用Nikon Coolpix P900這台不能換鏡頭的大砲級DC做例子,它的焦距範圍(135底片的等效焦距)是從24mm到2000mm,這個怪獸級的鏡頭就是83.3X,也就是83.3 = 2000/24;此地,83.3X指的是最長焦距2000mm是最短焦距24mm的倍率,這個倍率一般叫做變焦比變焦率(zoom ratio)。

另一個常見標了X的場合是放大率(magnification)。如果被攝體長度為a,它在感光晶片(不是手機或電腦屏幕)上的像長度為b,於是b/a就是放大率。一個鏡頭的最高放大率,就是在最近距離所能達到的放大率,通常我們會說這就是鏡頭的放大率。譬如說,一個鏡頭在最短拍攝距離時拍攝一個長15mm的物體,它在感光晶片上的像長度為3mm,這個鏡頭的(最高)放大率就是0.2 = 3/15。傳統的寫法是1:5,因為1/5就是0.2,不過也有文獻會直接寫成0.2X。DSLR和MILC(無反光鏡可換鏡頭相機)的微距鏡頭都有1:1或是1X的能力,這表示被攝體的長度和它在感光晶片上像的長度一樣(一般說成實物大小,life size),但在手機上這卻是可望而不可及的境界。

第三種X的常見用法就是近拍鏡(close up lens)的屈光度(diopter),但在手機微距鏡頭上也常用X的標示。


近拍鏡

近拍(close up),顧名思義,就是可以靠近被攝體拍攝,因為靠近了自然被攝體就可以拍得比較大;所以 ,近拍鏡(close up lens)是一個可以讓使用者靠近被攝體拍攝的光學器材。近拍鏡是裝在相機鏡頭前方的光學鏡片(可能不止一片,而且好的產品至少會有兩片透鏡)。下面照片是八個不同廠家生產的近拍鏡,最左邊是Pentax的T 228、接下來依次是Olympus的B-MACRO(在另一面標了f = 40cm、也就是焦距為40cm)、Canon 250 D(這應該也是焦距、見為自己造一個500mm超望遠鏡頭這篇文章的一些有趣說明)、Nikon NO. 4T(屈光度約為d = +2.9)、CrystalVue 10X(屈光度為d = +10)、以及Soligor的一組三個屈光度為+1、+2和+3的近拍鏡。從照片可以看到不同廠家就用不同的標示方式,您至少可以看到10X(CrystalVue)的標示,這種寫法正是接下來的討論對象。

 

屈光度

因為近拍鏡本身是個透鏡,每個透鏡都有焦距(用f表示),傳統上標示透鏡的能力是用屈光度(diopter),這是一個相對於1000mm的數值。屈光度用d表示(用在近拍鏡時通常寫成+d)、它的定義如下:

於是一個焦距為250mm的透鏡的屈光度為d = 1000/250 = +4。反之,一個屈光度為+8或8的近拍鏡的焦距為f = 1000/8 = 125mm。

屈光度指的是透鏡把光線偏折的能力。因為焦距愈短的鏡頭把光線折向焦點的程度愈大,它的屈光度就愈高。反之,屈光度愈高的鏡頭的焦距就愈短。要注意的是,傳統近拍鏡很少用10X這種寫法標示屈光度的,用+10的寫法比較多;譬如說,不少廠家生產過很便宜的一組三個(分別是+1、+2和+4)的近拍鏡。有些廠家用焦距;譬如說,Canon 250D和500D兩個近拍鏡的焦距是250mm和500mm,它們的屈光度分別是+4 = 1000/250和+2 = 1000/500。其它廠家會用自己的方式命名,譬如Nikon 的NO. 3T(d = +1.5)和NO. 4T(d = +2.9)等,這就得查使用手冊才會知道屈光度和焦距。以上一張照片中的Olympus B-MACRO而言,它的焦距是40cm = 400mm,因此屈光度是+2.5 = 1000/400;CrystalVue 10X的焦距為100mm = 1000/10,因為它的屈光度是10X或+10。


手機微距鏡頭標示

手機的近拍鏡(各家的廣告都說是微距鏡頭)標示都清一色地用+10X或10X方式。如果手上有一個+10X的手機微距鏡頭,就認為它的屈光度是+10而且焦距是100mm = 1000/10,那就大錯特錯了!為什麼?很簡單,手機微距鏡頭的倍率是這樣定義的:

所以手機微距鏡頭的倍率是該鏡頭屈光度的1/4。我們看個例子,手機微距鏡頭有10X的產品很多,於是這個鏡頭的焦距是25mm = 250/10,但是這個鏡頭的屈光度卻是+40 = 1000/25!此地,+40的值是該微距鏡頭倍率10X的4倍。這是讓很多玩慣非手機系統的朋友,一旦玩起手機微距鏡頭時多半會産生的困擾。所以,在玩手機微距鏡頭時,千萬要記住它的X標示和其它相機上的屈光度的定義不同,不要弄混、也不要誤認為這個X指的是放大率。


手機微距鏡的放大率

我們往往會看到或聽到手機拍得比DSLR或MILC微距鏡頭還「大」的廣告或說法,甚至於手機10X的微距鏡頭比DSLR或MILC微距鏡頭的1:1(或1X)倍率還高的論點,本節的目的就在破除這一點迷思或錯誤的觀點。

下面是用135底片片幅(俗稱全幅FF)加上1:1微距鏡頭拍攝的照片,縱方向記錄了約24mm。因為135底片的片幅是36x24mm,而影像中記錄下來的也正好是24mm,所以放大率是1:1。目前常見的幾個尺寸較大的感光晶片從大到小的順序是:APS-C的24x16mm,Four-Third(4/3和Micro 4/3)的17.3x13mm,1英吋的13.2x8.8mm。Apple iPhone 6 Plus感光晶片的尺寸是4.8x3.6mm。每一種尺寸的感光晶片的相機配上1:1的微距鏡頭時,在縱方向就會記錄到感光晶片的高度;換句話說,APS-C、4/3、1英吋和iPhone 6 Plus在縱方向得分別記錄到16mm、13mm、8.8mm和3.6mm的高度才算是有1:1實物大小的能力,在下面照片中分別用白、藍、紅、和黃框表示。從照片可以看出,iPhone 6 Plus在1:1的前提下可以記錄到區域和其它相機的相比實在很小。

有了這一層基本認識之後,很容易就可以說明為什麼小感光晶片的相機(特別是手機)會給人一個在微距時拍得很大、也就是放大率超高的錯覺。問題就出在:不論感光晶片大小,我們總是把拍到的影像放得一般大來看。下面是把各片幅拍到的1:1區域從135片幅中裁出來,再放到同樣大小的結果(此地是放大成600x400),於是您會發現用小感光晶片拍攝的相片一旦放大之後的效果的確驚人,這就是整個誤謬的根源。

 

晶片解析度對放大率造成的錯覺

本節改寫自拙著數位相機:觀念、技巧與原理的第K.2.6節,討論的是感光晶片解析度對放大率造成的錯覺,或是參考寫給新手:關於放大率的一個錯誤觀念這篇文章

有一個會令人產生錯覺的因素是晶片解析度,因為縱使感光晶片尺寸較小,若解析度夠高的話,在顯示器上仍然會把一個低放大率鏡頭拍得的結果變得比高放大率鏡頭拍得的結果還大,這是誤謬的起源,而且也是各論壇上常常被「頌揚」的手機微距功能之一。

我們看個簡單的例子。下圖中有兩個晶片A與B,前者的尺寸是後者的4倍(長與寬各兩倍),但晶片A的解析度是4x4,而B是8x8(是A的4倍)。假設一個鏡頭在A上產生1:1(實物大小)的像是2x2,而另一個放大率為0.5X的鏡頭在B上的像為4x4。要注意的是,因為B用的鏡頭放大率為0.5X,被攝體在它上面的像(黃色方框)的面積是在A上的四分之一(長寬各是二分之一),雖然A的像素數目只有前者的四分之一。如果把A與B拍得的影像在同一個顯示器上看,B的影像面積卻會是A的四倍大!

為什麼會如此?因為B的解析度是8x8,所以在顯示器上佔了8列8行的像素位置,但A的解析度是4x4,就只用到4列4行,於是在顯示器上看起來放大率為0.5X的結果比1:1的還大。另外,晶片B的每一個像素大小只有晶片A的四分之一,然而在顯示器上每一個B的像素(與A的相比)都被放大了四倍(長寬各兩倍),所以在顯示器上看到的並不是原鏡頭的放大率,而是混合了原鏡頭放大率與顯示影像時的放大率!因此,這個例子証明不能用顯示器上看到的影像大小來論斷相機鏡頭的放大率,當然這也就無法用來說明哪個鏡頭拍得比較大。上圖中,在感光晶片上A鏡頭的像(淺藍色)比B的(黃色)的來得大,這是鏡頭的特性;但是在電腦螢幕上,A的像卻比B的小,這卻是螢幕和感光晶片特性、和鏡頭無關。所以,在談微距時我們得把鏡頭的放大率和晶片解析度分開來討論才能得到正確的結論。


涵蓋區域

為了克服因為解析度帶來的困擾,攝影界曾經不用放大率或屈光度,而改成涵蓋區域;涵蓋區域指的是在最高放大率(也就是最短拍攝距離)下能夠拍到的區域(長x寛)。譬如說,135片幅(36x24mm)機型加了微距鏡頭在1:1放大率時的涵蓋區域是36x24mm,如果涵蓋區域大於(或小於)這個區域,就表示該鏡頭的放大率小於(或大於)1:1的實物大小。因為iPhone 6 Plus光晶片尺寸是4.8x3.6mm,如果加上某微距鏡頭後在最近距離時能夠拍到4.8x3.6mm的區域,於是該鏡頭就有1:1實物大小能力。如果某個微距鏡頭在最近距離時能拍到的區域大過(或小於)4.8x3.6mm,該鏡頭的放大率就小於(或大於)1:1實物大小;事實上,拍到的區域愈大(或愈小),鏡頭的放大率就愈小於(或大於)1:1實物大小。

下面這張照片是iPhone 6 Plus加上一個+10X的微距鏡頭在最近拍攝距離下所能拍到的最大畫面(見手機配件:Ztylus Revolver 4-in-1鏡頭組這篇文章),在垂直方向拍到約16mm,這是物長,像長就是感光晶片記錄畫面的高。因為iPhone 6 Plus的感光晶片的長寛比是4:3,所以寛的部分會記錄到約21mm = (16/3)*4,於是iPhone 6 Plus加上這個+10X微距鏡之後的涵蓋區域大約是21x16mm。

因為iPhone 6 Plus的晶片尺寸是4.8x3.6mm,所以高3.6mm就是是像長;換句話說,長16mm的物體在感光晶片上的像有3.6mm。於是放大率為M = 像長/物長 = 3.6/16 = 0.225X,換成傳統的寫法是1:1/0.225,也就是1:4.44。 因此,固然宣稱有+10X的倍率,它的放大率1:4.44或0.225X其實並不很高。

無論如何,如果我們知道一個微距鏡頭的涵蓋區域,我們至少會了解到能夠拍到的最小物件的範圍,這是比知道放大率來得有用的。就以上述的+10X微距鏡頭而言,因為它能拍到的最小區域是21x16mm,比這個區域小的物件就無法佔滿畫面,於是就只能裁切了。因為這個緣故,日後再說到微距鏡時,我們會嚐試量出放大率和最小涵蓋區域供您參考,當然您也可以用本文的手法自己量出手上微距鏡頭配上手機的放大率和涵蓋區域。


估計放大率

前面提過如何從屈光度(一般近拍鏡)或倍率(手機微距鏡)計算出焦距,有了焦距之後很容易就可以估算出微距鏡裝上手機上的最小放大率:

要注意的是,手機鏡頭焦距指的是鏡頭的實際焦距、而不是它的等效焦距,您通常可以在手機規格表中找到實際焦距。譬如說,iPhone 6 Plus鏡頭的實際焦距是4.2mm,它相對於135底片相機的等效焦距大約是30mm。

我們看個例子。一個手機用的10X微距鏡頭的焦距是25mm = 250/10,把它裝在iPhone 6 Plus上的最小放大率是4.2/25 = 0.168X;換成15X的微距鏡頭(焦距是16.7 mm = 250/15)時,最小放大率就是4.2/16.7 = 0.252X;換用20X的微距鏡頭(焦距為12.5mm),最小放大率就增加到4.2/12.5 = 0.336X。

為什麼我們用最小放大率呢?道理是這樣的:裝了微距鏡頭後手機無法拍遠處的物體,能夠拍到最遠的物體大致上就是微距鏡頭的焦距。於是,10X、15X和20X的微距鏡頭最遠只能拍到距鏡頭約25mm、16.7mm和12.5mm處的物體,因為這是最遠的距離,放大率當然是最小的。然而,絶大多數的微距鏡頭都容許拍到更近的物體,因為相機移近了,物體當然可以拍得更大,放大率自然增高。最高的放大率就是在鏡頭距物體最近時拍得到的結果,因為每一個鏡頭和每一台手機都有不同的光學結構,我們很難算出最高的放大率,若要得到這個值,就只有像上面的例子一樣慢慢把手機移近一把尺拍攝,最近而且還能對焦成功的就有最高的放大率。


結論

我們在這篇文章中解釋了手機用微距鏡頭的標示、什麽是近拍鏡(其實所有手機的微距鏡頭都是近拍鏡、而不是傳統的微距鏡頭)、手機微距鏡頭的放大率、以及一個常見的手機微距鏡頭放大倍數的正確觀念。一項新科技出現時,廣告商通常會誤用甚至濫用傳統的定義,更常見的是網路上愈見離譜的延伸和「我認為就是如此」的想法和講法。常言道garbage-in-garbage-out,看到不正確的說法(garbage-in)再傳播出去(garbage-out),經過不斷複製變質後可能為害匪淺,所以說網路是最大的(資訊)垃圾場的講法不無道理。這篇文章的點閲率充其量十多萬(依其它文章的略估),不論能否說服您回歸到正確的認識是一回事,但我至少努力試過了,如果您能夠瞭解本文的內涵,請您在為好友解釋手機微距鏡時把正確的觀念傳播出去。謝謝!

 

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引用方式:冼鏡光,手機配件:手機微距鏡和微距鏡倍率,DCView.com達人部落格(http://blog.dcview.com/article.php?a=Aj5QNAJhCz4BaA%3D%3D

 

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