像差產(chǎn)生的原因

光線在透過(guò)物質(zhì)時(shí)，物質(zhì)相對(duì)于不同波長(zhǎng)（顏色）的光線具有不同的折射率。這種因波長(zhǎng)（顏色）不同而導(dǎo)致的折射率差異被稱(chēng)為色散。 
透過(guò)棱鏡的光被分解為彩虹光譜的現(xiàn)象就是因此而來(lái)的，而相機(jī)的鏡片也會(huì)產(chǎn)生相同的現(xiàn)象。 
另外，對(duì)于同一片球面鏡片來(lái)說(shuō)，光的波長(zhǎng)（顏色）相同但入射位置不同時(shí)，有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生折射角度的差異，從而使聚光位置產(chǎn)生偏差。理想的是單一波長(zhǎng)（顏色）和多種波長(zhǎng)（顏色）的光線都匯聚至一點(diǎn)。但在光學(xué)設(shè)計(jì)中很難避免實(shí)際成像與理想的差異，這種差異被稱(chēng)為“像差”。像差程度是衡量鏡頭性能的一項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)。

像差的種類(lèi)

正如“像差產(chǎn)生的原因”中所述，像差分為“光的波長(zhǎng)”引起的色散和球面鏡片等“形狀”引起的兩種。前者被稱(chēng)為“色像差”，它是由于光線波長(zhǎng)的差異導(dǎo)致折射率不同而產(chǎn)生的，因此出現(xiàn)色暈（軸向色像差）和顏色錯(cuò)位（倍率色像差）是其主要特征。而后者是在單一波長(zhǎng)（顏色）上發(fā)生的“單色像差”，其中包括“球面像差”和“彗星像差”等，這些會(huì)導(dǎo)致像暈或拖影的現(xiàn)象。下方還介紹了由于光線或鏡片引起的具有代表性的像差，這些都是難以避免的物理現(xiàn)象。

軸向色像差在畫(huà)面中央出現(xiàn)，主要表現(xiàn)為紫色系的色暈。	倍率色像差在畫(huà)面邊緣出現(xiàn)的色暈或顏色錯(cuò)位。	球面像差在畫(huà)面中央出現(xiàn)的銳度降低，即像暈。
彗星像差在畫(huà)面邊緣出現(xiàn)的拖尾狀的像暈或拖影。	徑向光暈在畫(huà)面邊緣出現(xiàn)的沿同心圓圓周方向擴(kuò)散的像暈。	像散在畫(huà)面邊緣沿半徑或同心圓圓周方向的焦點(diǎn)錯(cuò)位。
像面彎曲由焦平面彎曲導(dǎo)致的畫(huà)面邊緣的焦點(diǎn)錯(cuò)位。

像差的影響和對(duì)策

像差會(huì)使圖像產(chǎn)生色暈、拖影并降低圖像解像力和對(duì)比度，解像力因此降低。
多數(shù)像差都能通過(guò)屏蔽鏡頭邊緣光線，即縮小光圈來(lái)改善，因此稍微縮小光圈就能夠非常有效地應(yīng)對(duì)像差明顯的場(chǎng)景。另外，非球面鏡片和UD（超低色散）鏡片等技術(shù)也能夠盡量抑制這些像差。

左側(cè)產(chǎn)生相差  未產(chǎn)生相差

衍射現(xiàn)象產(chǎn)生的原因

“衍射現(xiàn)象”是畫(huà)質(zhì)降低的原因之一，它是光或聲波在波動(dòng)的行進(jìn)過(guò)程中遇到障礙物并繞到障礙物后方的現(xiàn)象。例如，聲音能夠傳到墻壁另一側(cè)就是由于衍射現(xiàn)象。
在攝影方面，由于繞到光圈后方的光線無(wú)法到達(dá)圖像感應(yīng)器，因此會(huì)造成分辨力降低，畫(huà)質(zhì)銳度不足。這種現(xiàn)象會(huì)隨著縮小光圈（增大光圈值）而變得更加的顯著。

衍射的影響和對(duì)策

為追求泛焦效果使用小光圈拍攝時(shí)可能會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象，導(dǎo)致違背拍攝意圖，損失銳度。
雖然景深很大但卻感到解像力不足，有時(shí)能夠通過(guò)稍微開(kāi)大光圈加以改善。

<產(chǎn)生衍射現(xiàn)象的圖像>

產(chǎn)生衍射現(xiàn)象

未產(chǎn)生衍射現(xiàn)象

低通濾鏡的特性

透過(guò)鏡頭的光線，經(jīng)過(guò)能夠吸收紅外線及紫外線的濾鏡和能夠抑制摩爾紋（干涉條紋）的低通濾鏡等后到達(dá)圖像感應(yīng)器。其中影響解像力的是“低通濾鏡”，這種濾鏡對(duì)屏蔽高空間頻率的光波（細(xì)密紋理），抑制摩爾紋起到了關(guān)鍵作用。去掉低通濾鏡雖然能相應(yīng)地提高圖像銳度，但這樣一來(lái)，拍攝受被攝體和拍攝狀況等的限制，不能應(yīng)對(duì)多種場(chǎng)景，所以作為相機(jī)系統(tǒng)就會(huì)缺乏平衡性。

數(shù)碼鏡頭優(yōu)化的原理

光線通過(guò)鏡頭和多種濾鏡后，圖像感應(yīng)器受光并形成圖像。鏡頭像差，光圈造成的衍射和低通濾鏡的影響等都會(huì)降低畫(huà)質(zhì)，根據(jù)它們各自的光學(xué)特性，基于精密的數(shù)據(jù)逐一進(jìn)行補(bǔ)償能還原出理想的圖像。這就是數(shù)碼鏡頭優(yōu)化的原理。
利用佳能自主研發(fā)生產(chǎn)零部件的優(yōu)勢(shì)，在從鏡頭較前方到抵達(dá)圖像感應(yīng)器的光路中，把握每個(gè)鏡片以及相機(jī)內(nèi)置濾鏡的光學(xué)特性，可以將畫(huà)質(zhì)的變化函數(shù)化（光傳播函數(shù)），將其逆函數(shù)應(yīng)用于圖像后，就能還原出近似于入射前的光線狀態(tài)（畫(huà)質(zhì)），數(shù)碼鏡頭優(yōu)化就是這樣一種新思路的工具。
根據(jù)不同的鏡頭、相機(jī)和拍攝條件，像差、衍射及低通濾鏡等導(dǎo)致與理想成像產(chǎn)生偏差的因素也會(huì)改變。數(shù)碼鏡頭優(yōu)化利用了針對(duì)不同鏡頭分別配備的能夠如實(shí)反映這些變化的逆函數(shù)，因此，它才能夠補(bǔ)償彗星像差等形狀復(fù)雜的非對(duì)稱(chēng)像差。

以往的攝影常識(shí)

在希望使用小景深虛化，或使用高速快門(mén)進(jìn)行拍攝時(shí)，通常都會(huì)在較大光圈下稍微縮小光圈拍攝以減小合焦處分辨力的降低。這并不是反映拍攝意圖的技巧，而是為了追求畫(huà)質(zhì)而妥協(xié)的經(jīng)驗(yàn)之談。通過(guò)表現(xiàn)力和畫(huà)質(zhì)的折衷拍出接近理想的照片，這是經(jīng)驗(yàn)豐富的攝影師常用的拍攝技巧。

以使用數(shù)碼鏡頭優(yōu)化為前提的拍攝方法

在使用數(shù)碼鏡頭優(yōu)化時(shí)無(wú)需顧忌“不要使用較大光圈”這條經(jīng)驗(yàn)。使用能夠優(yōu)化照片光學(xué)特性的數(shù)碼鏡頭優(yōu)化，從較大光圈開(kāi)始就能夠獲得抑制像差，解像力較高的圖像。想使用能捕捉瞬間的高速快門(mén)或想用小景深表現(xiàn)虛化時(shí)，都能不猶豫地選擇想要的光圈值。另外，能使用大光圈的優(yōu)勢(shì)還在于可以降低ISO感光度獲得更高的畫(huà)質(zhì)。

<較大光圈下數(shù)碼鏡頭優(yōu)化的效果>

使用F2.8 拍攝

使用數(shù)碼鏡頭優(yōu)化

抑制衍射現(xiàn)象

以往的攝影常識(shí)

使用大景深獲得泛焦效果是一種照片的表現(xiàn)手法，但矛盾的是，為了抑制衍射現(xiàn)象導(dǎo)致的解像力降低又不能使用小光圈。想追求畫(huà)質(zhì)就不能過(guò)度縮小光圈可以說(shuō)是以往攝影中的常識(shí)。

以使用數(shù)碼鏡頭優(yōu)化為前提的拍攝方法

在使用數(shù)碼鏡頭優(yōu)化時(shí)無(wú)需顧忌“不要使用較大光圈”這條經(jīng)驗(yàn)。使用能夠優(yōu)化照片光學(xué)特性的數(shù)碼鏡頭優(yōu)化，從較大光圈開(kāi)始就能夠獲得抑制像差，解像力較高的圖像。想使用能捕捉瞬間的高速快門(mén)或想用小景深表現(xiàn)虛化時(shí)，都能不猶豫地選擇想要的光圈值。另外，能使用大光圈的優(yōu)勢(shì)還在于可以降低ISO感光度獲得更高的畫(huà)質(zhì)。

<小光圈下數(shù)碼鏡頭優(yōu)化的效果>

使用F22拍攝

使用數(shù)碼鏡頭優(yōu)化

提高光圈靈活性

以往的攝影常識(shí)

在拍攝現(xiàn)場(chǎng)經(jīng)常遇到需要選擇低速或高速快門(mén)進(jìn)行拍攝的場(chǎng)景，但這時(shí)也需要注意光圈。光圈太大像差會(huì)變得明顯，太小會(huì)產(chǎn)生衍射現(xiàn)象。時(shí)常牢記這一點(diǎn)，尋找能夠如實(shí)反映拍攝意圖又能保持解像力的光圈也是一種技巧。妥協(xié)表現(xiàn)力獲得高畫(huà)質(zhì)，還是放棄高畫(huà)質(zhì)追求表現(xiàn)力？即使是專(zhuān)業(yè)攝影師，在面對(duì)被攝體的瞬間也要考慮畫(huà)質(zhì)和表現(xiàn)力的平衡性。

以使用數(shù)碼鏡頭優(yōu)化為前提的拍攝方法

以使用在全光圈下都能提高解像力的數(shù)碼鏡頭優(yōu)化為前提進(jìn)行拍攝時(shí)，無(wú)需過(guò)度擔(dān)心較大光圈下產(chǎn)生的像差和小光圈導(dǎo)致的衍射現(xiàn)象。選擇快門(mén)速度時(shí)光圈靈活性更強(qiáng)。這樣無(wú)需安裝ND中性密度濾鏡也能獲得低速快門(mén)，不提高ISO感光度也能獲得高速快門(mén)，提高了拍攝的反應(yīng)性。不受光圈的束縛意味著不僅能夠擴(kuò)展快門(mén)速度，更能進(jìn)一步拓展拍攝方式的靈活性。

<在低速快門(mén)下數(shù)碼鏡頭優(yōu)化的效果>

縮小光圈使用2秒快門(mén)速度拍攝

使用數(shù)碼鏡頭優(yōu)化