相机内测光的原理金沙澳门官网

发布时间:2019-10-10  栏目:服务支持  评论:0 Comments

内测光的发展

  这个时代的单反相机还是俯视取景的,拍摄的时候需要从相机正上方看下去,使用的手法类似于现在腰平取景的中画幅相机,对于以方便取胜的135系统来说,俯视取景这种完全违背了人体工程学原理的非人道使用方式必然会遭到淘汰。

早期的测光系统光系统,都是按照被摄物体反射光的平均亮度进行测光的。但是无论是拍摄什么样的景或物,自然界的物体都是各色各样的,反射光的亮度也一定是不同的,所以平均测光的方式是很难满足更高的要求的。设计人员考虑到,通常在拍摄时,被摄的主体都在画面中间的附近。

五棱镜内的反射并非由完全内反射造成,由于光束是以少于临界角(critical
angle)进入,两个反射面是镀上反射物料以造成镜面的反射效果,而两个传递面则镀上防反光涂层以减低反射。五棱镜第5面则在光学上不会被使用,现代相机上使用的五棱镜则常常会在反射面上以真空镀膜技术镀上一层银膜并且在外面覆盖黑色的保护涂层以加强反射效果。

相机的内测光系统给摄影师们提供了很大的方便,多种测光方式更是让摄影者可以尽心地去创作。而自动曝光功能则可以让人们把精力集中在如何拍好照片上,而不用在选择曝光参数上费脑筋。但是想要拍出高质量的照片,还需要摄影师熟悉自己相机的内测光系统的特点,更重要的是能够正确地运用好各种测光方式,在实际拍摄时做到心中有数。

【IT168 应用】单反相机全称是单镜头反光相机(Single-lens reflex
camera,SLR),这个名字是由它的结构得出来的,单镜头反光相机原理所谓“单镜头”是指摄影曝光光路和取景光路共用一个镜头,不像旁轴相机或者双反相机那样取景光路有独立镜头。单反相机都有一个用于成像和取景的镜头,有一个反光镜来切换光路用于成像或者取景。

要正确曝光,首先要准确测光,数码时代,相机本身都有测光系统,而且几乎都是“内测光”,可以给使用者提供很大的方便。但机器毕竟是机器,拍摄对象千差万别,使用者还需要了解相机测光系统的工作原理,才能正确使用。

135单反相机则是在莱卡确立了35mm摄影用135胶片标准之后出现的,1936年,Ihagee公司制造第一台135单镜头反光俯视取景相机Kine
Exakta(国内翻译为爱克山泰)。下面是Ihagee公司第二型Kine
Exakta的照片,它在1938年上市。在1936年出厂的第一型Kine
Exakta十分罕见(因为生产量很少),品相好的差不多都在收藏家手中,偶而在二手市场上看到的不仅要价奇高而且品相令人伤心。不过36年的第一型和38年的第二型差别不大。和现代单反相比,这台相机在结构上有很大区别,它是俯视取景的,而并非现在的平视取景型,1936年五棱镜还没有发明呢,暂时先凑合了吧。

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  早期的相机是没有测光系统的,一般都是估计测光或者使用外置测光表,然后发展到了机身搭载测光表的方式,这种做法相当的不准确,因为测光表所测到的读数只是它自己感受到的光量,而并非从镜头进入的光亮,随着电子技术的发展,CdS(硫化镉)测光元件已经可以缩小到装在机身里面的地步之后,终于出现了TTL(though
the
len,通过镜头)测光技术,由于是直接测量的镜头收集到的光线,测光的准确度大大提高了。

合适的曝光参数――不同的光圈和快门的组合。而且还要事先想到,是根据景深范围先选择光圈,还是根据被摄体的运动状态,先选择快门,操作起来是比较麻烦的。单凭人的眼睛来估计曝光参数,误差可能是很大的。再者自然界的光线往往变化得非常快。当您选好曝光参数后,在按快门的瞬间,光线有可能已经发生变化了,所以当时拍摄的成功率不可能很高。好在那个时代,人们主要是拍摄黑白照片。黑白胶卷有较大的宽容度,允许较大的曝光误差。而且在照片后期制作时,还可以进行校正。随着彩色胶卷的普及,对相机测光系统的要求也是越来越高。彩色胶卷的宽容度比较小,彩色反转片的宽容度更小,这就要求曝光更为准确。因为曝光的失误,会严重影响照片的色彩还原。用人眼估计曝光参数的方法,也就显得太落后了,也难以满足彩色胶卷达到曝光准确的要求。

快门是相机的核心部件之一,相机通过控制快门的开启时间来控制胶片的曝光时间,按照安装位置来分的话,常见的快门有镜间快门(leaf
shutter)和焦平面快门(focal plane
shutter),按照行走方向来分有纵走快门和横走快门,按照快门材质来分又有布帘快门和钢片快门,总体来讲,没有在单反上用镜间快门的,横走快门和布帘快门的速度很难做到太高。因此,现在的顶级机身上已经是纵走焦平面快门一统天下,至于快门叶片的材质则从早期的钢片发展到蜂窝钛合金片,再到现在的碳纤维复合材料叶片,整个一个材料科学的发展缩影。

内测光的测光元件,也是在发展的过程中不断改进的。硫化镉是内测光系统早期常用的测光元件,现在有的轻便相机,还用硫化镉做测光元件。硫化镉作为测光元件,最大的问题是记忆效应。即硫化镉对强光有记忆,如果刚刚对着光线很强的物体测光,马上将相机转向其他的目标时。硫化镉元件仍然会记住刚才对强光的测光值,将影响对其他目标测光的准确性。所以使用硫化镉元件的相机,对着强光测光后,一定要等一会儿再对其他目标测光。现在相机的测光元件,都已经采用性能更好的硅光电二极管,或磷砷化镓光电二极管做为测光元件。这类测光元件没有记忆效应,用起来更为方便准确。

单反光相机的优点是可以随意换用与其配套的各种广角、中焦距、远摄或变焦距镜头,也能根据需要在镜头安装近摄镜、加接延伸接环或伸缩皮腔。总之凡是能从取景器里看清楚的景物,照相机都能拍摄下来。而缺点也十分明显,增加反光镜室和五棱镜以后,机身加高、加厚,重量增加;反光镜弹起来的一瞬间还会出现机械震动和噪音;从按下快门钮到启动快门的时间间隔也比其它照相机略长;使用小口径镜头在光线较差的环境中取景、调焦,会因取景屏较暗而产生困难,易造成聚焦失误。

科学技术的进步,对提高相机的自动化水平,起了很大的促进作用。电子快门和电动光圈的出现,直接导致了自动曝光相机的诞生。相机的内测光系统也逐步地发展到可以和光圈、快门联动,光圈优先、快门优先以及电子程序快门,使得原本操作复杂的曝光参数设定和拍摄过程变得十分简单。光圈优先,只需摄影师根据需要的景深范围,选定所需要的光圈,快门则会根据测光系统的检测结果,自动设定一个合适的快门时间;快门优先也是同样,由摄影师先选定一个快门时间,电动光圈便会根据测光结果,自动设定一个合适的光圈;电子程序快门就更简单了,根据测光结果,相机会自动设定光圈和快门的组合,保证正确曝光。而且,即使是在按下快门前的瞬间,光线如果发生变化,相机的测光系统也会相应作出反应,自动曝光就可以及时地做出调整。

其实要说到135单反相机的出现,推动力量和直到现在推动它发展的最重要力量都是同一个:体育摄影的需求。旁轴135相机一经推出就因为携带和使用方便而在新闻用户中流行开来,一些纪实摄影的大师也应运而生,不过旁轴相机限于结构,使用焦距超过135mm的镜头非常困难,而为了1936年柏林奥运会的需求,各大镜头厂都纷纷推出了长焦镜头,比如Zeiss的Olympia
Sonnar 180mm
f/2.8就是典型代表,在这种情况下,便于携带,同时又能够方便的搭载长焦镜头的单反相机就应运而生了。

内测光的正确使用

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为了提高拍摄的成功率和彩色摄影的需要,手持测光表便应运而生了。使用测光表,虽然可以较为精确地得到正确曝光所需的光圈和快门的曝光组合。但是手持测光表的检测范围,和相机所使用的镜头的视角不见得一样,尤其是对可更换镜头的单反相机。因此,测光值也会有一定的误差。另外使用测光表测光后,还要用手来调整光圈和快门,整个操作过程比较长,拍摄的效率是很低的。直到1962年,在日本的宾得35mm单反相机上,首次实现内测光的方式。内测光也称TTL测光,这是ThroughTheLens三个英文字的字头,其意为通过镜头的测光方式。也就是将测光表安装在相机的内部,检测的光线是通过相机的镜头,才达到测光系统的测光元件。是单反相机内测光的示意图,A、B两点就是通常测光元件安装的位置。检测的光线是通过镜头达到测光系统的,和达到胶片表面的光线是基本相同的,所以内测光系统可以得到准确的测光值。而且这样一来,不管相机更换什么镜头,测光系统总是检测通过镜头射入的光线,不会存在测光表和镜头的视角不同的问题了。

M42虽然通用性好,但是却有着结构上的缺陷,比如日常使用中镜头拆装麻烦,碰到偶尔有热胀冷缩的环境中镜头拆卸和安装都会变的非常困难,最重要的是M42卡口无法实现光圈联动测光,看看现在的单反相机的主要拍摄界面:半按快门启动测光,全按下去开启快门暴光。这已经是通用设计了。但在上世纪60-70年代,全开光圈测光还是新鲜玩意。而绝大多数M42镜头都还是收缩光圈测(stopdown)用的单针设计。所以当时的经典设计就是以Pentax
SP为代表的机身上有一个 stopdown
的按钮。使用时要先按下这个按钮来测光,然后在用另外一只手按下快门钮来开启快门暴光。如果我们把现在的这个过程叫做一步的话,那stopdown测光就是两部了。

多区域测光和点测光便是解决上述问题的好办法。多区域测光就是将整个取景的画面,分割成若干小的区域。每个小区域分别测光,测光系统再根据各个区域的测光结果,经过运算综合出一个正确的曝光组合。光圈优先,测光系统将给出快门时间,快门优先,将给出光圈值……。从原则上讲,测光系统的分区数量越多越好。所以,多区域测光系统也由过去的3区、5区,发展到现在的10区、14区和更高的35区。是在逆光情况下使用中央重点平均测光和多区域测光实际拍摄的比较照片,上图为用中央重点平均测光方式拍摄的照片,从照片中可以看出,画面的中央为松树较暗的部位,也是测光系统测光的重点区域,因此曝光后照片上较亮的天安门和下面黄色的郁金香都曝光过度;下图为多区域测光方式拍摄的照片,由于测光区域多,测光系统综合松树的暗部,以及明亮的天安门和黄色的郁金香的测光结果,导致一个较为平衡的曝光结果。这样一来,使得在复杂光线下的拍摄,也变得轻松起来。

俯视取景相机在使用的时候很麻烦,和135本身轻巧方便的初衷不符,而且由于没有微棱镜的辅助和限于135片幅本身尺寸较小,弯腰驼背的在毛玻璃上调焦也是很痛苦的事情,腰肌劳损恐怕是当时摄影师的职业病了。处于更快反应速度和更好的使用体验的需求,迫使单反相机从腰平取景走向眼平取景。解决之道名曰五棱镜(pentaprism)。

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那些觉得木头盒子不好玩的人用光电池和光电阻做出了种类繁多的手持测光表。手持的表虽然看起来很专业,但是一手抓机,一手持表快拍还是会顾此失彼,如果没有长第三只手或者请一个助手来给你测光的话,那就要想办法把测光表整合到机身上。稍微有些头脑的厂家推出了肩扛式测光表,通过一个连杆和快门速度盘连动,一个指针对准当前对应的光圈值,又免了用户的劳神,又让很多人心甘情愿的多掏钱买一个只此一家的外挂测光表,这大概就是所谓的皆大欢喜。日久天长,测光表在机身上生了根,成了不可分割的一部分。进一步的的改良是测光显示被放到了取景器内,免去了把眼睛从取景器上移开去看测光数据的麻烦。

在使用相机的内测光系统进行测光时,还有一个问题需要特别注意。这就是相机的测光系统测光的依据,都是按照对18%中性灰来进行测光的。所以在拍摄不同色调的物体时,如果想要正确还原出物体原来的色调,测光时还要加以考虑。有些时候,相机的测光数据也只是做为参考,摄影师还要作出自己的选择。例如,在冬天拍摄下雪的场面时,如果完全按照相机的内测光系统给出的参数曝光,雪的颜色就有可能会发灰,而不是白色的雪,如中的图。这就是相机的测光系统在测光时,将白色的的雪按照18%的中灰对待,所以依据相机的测光系统曝光拍出的雪就不白。此时,如果对曝光量进行补偿,增加一点曝光量,拍出的雪就是白色的了。

高速纵走焦平面快门

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比较值得一提的是,光学巨人蔡司在开发自己的单反相机的时候,在成像的毛玻璃(学名叫对焦屏)和取景器之间加入了一块儿菲涅尔透镜(Fresnel
Lens)来提高取景器亮度方便对焦,这个设计自此之后就成为单反相机的固定设计,拧下任何一台单反相机的镜头,从反光镜箱里面往取景器上看,你都能看到菲涅尔透镜独有的一圈圈的花纹。

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1949年,东德蔡司(CZJ,carl zeiss
jena,也叫耶纳蔡司)生产了第一台固定五棱镜平视取景单反相机Contax
S(1949-1951年在产),它最终确立了135单反相机的典型结构,一个镜头,有一个反光镜,然后有一块五棱镜将光路回转了一下,一方面将俯视光路变成平视,另一方面将取景的像左右正过来(俯视取景的时候像是左右相反的),至此,单反相机的标准结构已经确立了,即使是目前最先进的35mm数码单反相机也依然维持了这个基本的结构。

相机的内测光方式经过了四十年的发展,测光系统的功能日趋完善。单反相机取景器中观察到的景象,也是通过镜头的。调节镜头的光圈,收小光圈就会减少镜头的进光量。所以早期的单反相机,需要全开光圈取景,然后再将光圈收缩到选定的光圈再进行拍摄。此时相机的内测光系统,也只能在收缩光圈后,再进行测光,才能得到准确的测光值,操作起来也比较繁琐。现在单反相机的内测光系统,全部是全开光圈测光。取景和测光时镜头的光圈都是全开的,此时要设定拍摄时的光圈,相机的测光系统则是按照设定的光圈值进行测光。镜头的光圈也只是在按下快门按钮,在快门开启的瞬间才收缩到位。这样做带来的好处,就是取景时不受设定光圈的影响。取景时总是在镜头的最大光圈位置上,保持取景器的明亮。设定的光圈值,通过电位器等电气设备将设定值送到测光系统,测光系统则按照光圈的设定值测光。现代自动调焦单反相机的镜头,很多镜头都是采用电动光圈。镜头本身没有光圈调节环,光圈是用机身上的操作盘来调节的。

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早期的相机都没有测光系统,需要摄影师根据对拍摄现场光线的估计,来选择光圈系数和快门开启时间。这种方法需要摄影师有一定的实践经验,根据不同的光线。

即时回弹反光镜结构的诞生

自动曝光使摄影变得容易了,只需在光圈或快门中选择一个参数,另一个由相机自动设定;或者两个参数都不用管,您只需取景、构图和按下快门按钮。拍摄的成功率,彩色胶卷宽容度低的问题,都随着相机自动化程度的提高,和内测光系统的不断完善迎刃而解了。

世界上第一台成功加入TTL测光的Topcon Super
D是真正的全开光圈TTL测光,但第一台成功市场化的TTL测光单反Spotmatic采用的是所谓的收缩光圈测光。镜头本身是自动光圈没错,但是在镜头座的左边有一个开关,推上去,光圈收缩才能显示实际的测光值。不能说不方便准确,但是却把自动光圈的问题带了回来,大家又要忍受那痛苦的眼前一暗。这种设计和螺口本身的结构也有关系(螺口镜头的光圈环不能准确的和机身耦合),但是收缩光圈测光作为一种成功的方式被保留了下来,顺带着M42的流行贻害了无数家相机厂家,那是另一个故事,这里暂且不表。当时同样收缩光圈测光的卡口也有佳能FL等不多的几种,基本上也是因为机械结构的限制造成光圈耦合很难实现。这几家后来依靠在卡口/螺口内增加耦合机构的方式实现了全开光圈测光,但那已经是尼康,美能达用卡口实现全开光圈TTL测光很多年以后的事情了。

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  五棱镜是一个用一整块玻璃切削而成的有5面反光面的棱镜,用以把光束折射90度。光束在棱镜内反射两次,可以把影像的左右颠倒过来,这个结构被称为五棱镜眼平取景器(pentaprism
eye-level viewfinder )。

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