“臨界光圈衍射”：小題大做的驚恐

“臨界光圈衍射”：小題大做的驚恐隨著尼康D800、佳能5DMarkⅢ等新一代全畫幅數(shù)碼單反相機的發(fā)布，高像素、高畫質(zhì)、高感光度這些老話題又再度成為一眾攝友的談資，其中不乏一些“高手”對它們提出了一個聽似深奧的觀點：“如此高像素的情況下，臨界光圈衍射將會影響到最終成像畫質(zhì)”。事實果真如此么？今天我從產(chǎn)生原理來為大家解讀臨界光圈衍射的真實影響。

臨界光圈衍射：小光圈的先天問題

所謂臨界光圈衍射，就是指當光圈小到一定程度時，對最終成像解析度造成影響（也就是俗稱畫面變軟）的一種現(xiàn)象。它的產(chǎn)生原理如下：光線在通過鏡頭物理光圈時，會產(chǎn)生一定程度的散射，這種現(xiàn)象在任何光圈和任何光線下都會發(fā)生，但會隨著光圈的變小和光線波長的變長而越發(fā)明顯。因為通過物理光圈時發(fā)生了散射，原本平行傳播的光線就會互相影響：有些光路之間會疊加、有些光路之間會相互抵消，到達感光元件后就會形成一個被稱為“愛里斑”的條紋衍射圖樣。而這個愛里斑，就是決定是否會出現(xiàn)臨界光圈衍射的關(guān)鍵。如果它的直徑比單個像素寬度大約2.5倍時，就會對成像效果產(chǎn)生影響，造成臨界光圈衍射現(xiàn)象。我們前面講過，物理光圈越小，光線通過時散射就越明顯，愛里斑也就更大。愛里斑的大小只跟物理光圈的大小有關(guān)！所以，臨界光圈衍射的產(chǎn)生，就是小光圈攝影的先天問題。在通過較大物理光圈時（上），光線的散射率低于物理光圈較小時（下），在感光元件上形成的愛里班面積就更小。愛里斑的三維/二維示意圖，基于完全圓形物理光圈設想而來。通過鏡頭的光線到達感光元件后就會形成這種亮度不均的斑

單位像素寬度越大，可用光圈值越小

雖然臨界光圈衍射跟物理光圈大小的關(guān)系最大，但別忘了，必須是愛里斑的直徑相對單個像素寬度大約2.5倍時，才會產(chǎn)生臨界光圈衍射現(xiàn)象。所以，對于單個像素寬度不同的相機而言，產(chǎn)生臨界光圈衍射現(xiàn)象的初始光圈值也不一樣（佳能、尼康、索尼等品牌數(shù)碼相機的感光元件均采用拜耳陣列排布，即每個像素均為方形結(jié)構(gòu)。但佳能、索尼為正方形，尼康略有一點偏長方形，但偏差值很小，非儀器測試無法察覺，因此我們統(tǒng)一用正方形來表達單位像素）。舉個例子來說，2110萬像素的佳能5DMarkⅡ，在F/8時也不會產(chǎn)生臨界光圈衍射現(xiàn)象，但1000萬像素的佳能G12在F/4時就出現(xiàn)了。這是因為前者采用了全畫幅感光元件，單個像素寬度為6.4μm，而采用1/1.8英寸感光元件的后者，單個像素寬度僅為2μm。所以，單位像素面積越大的機型，可用光圈值也就越小，并無通用參考值。佳能5DMarkⅢ采用全畫幅感光元件，雖然像素總數(shù)達到2230萬，但單位像素寬度為6.2μm，比像素總數(shù)為1800萬的APS-C畫幅機型（4.3μm）還是要大出一截，因此它的可用最小光圈更小

小貼士：焦距變化，愛里斑也會隨之而變么？

這里涉及到一個大多攝友都會犯的錯誤，就是將光圈值與物理光圈大小混淆。對于長焦鏡頭而言，即便光圈值同為F/22，在200mm時的通光口徑也會大于在50mm時（回想一下“光圈值=鏡頭焦距/通光直徑”的定義吧）。所以在長焦端，實際光圈口徑是變大了的，愛里斑在這一步就變小了；而隨著焦距的變長，光線通過光圈后到達感光元件的距離也變長，愛里斑在這里又增大了。因此，在經(jīng)歷了這番此消彼長后，焦距的變化對愛里斑大小不會造成影響。

不同顏色，臨界光圈衍射也不同

不同顏色的光線通過物理光圈時，產(chǎn)生的散射率是不同的，因此它們形成的愛里斑大小也是不同的，數(shù)碼單反相機鏡頭可以拍攝波長在450nm~680nm之間的色彩。在三原色中藍色的波長最短，同物理光圈大小下形成的愛里斑最小，而紅色與之相反，綠色位于中間。但在一個標準4×4拜耳陣列里，綠色占據(jù)了8個像素，而紅色/藍色分別為4個，這是因為人眼對綠色最敏感，所以在當達到產(chǎn)生臨界光圈衍射的最小光圈值時，綠色的細節(jié)和明度是首先發(fā)生變化的，紅色其次，藍色最末。

小貼士：什么是拜耳陣列？大家可以將感光元件上的每個像素想象成一個個的小坑，當你按下快門釋放鈕，光粒子就像一個個的小球從天而降地掉進像素小坑里，曝光結(jié)束后，處理器就根據(jù)每個像素小坑里收集到的光粒子數(shù)量，形成一個灰度圖形。怎樣才能將灰度變?yōu)椴噬?？這時候就需要在每個像素小坑上加一個過濾片，只允許三原色中的某一種通過，而拜耳陣列就是在數(shù)碼相機領域最常見的過濾片布置模型。它是一個4×4陣列，由8個綠色、4個藍色和4個紅色像素組成（索尼數(shù)碼相機中，藍、紅、綠、翠綠色分別占據(jù)4個像素），在將灰度圖形轉(zhuǎn)換為彩色圖片時會以2×2矩陣進行9次運算，最后生成一幅彩色圖形。像素、畫幅、光圈的博弈

在大多數(shù)非影棚拍攝時，自然的色彩是我們無法改變的，那是不是使用盡量大的光圈、盡量大的畫幅和盡量小的像素數(shù)量就一定能獲得好的成像效果呢？答案也是否定的，雖然這樣的確可以有效地降低臨界光圈衍射的影響，但過大的光圈和過小的像素數(shù)量都會明顯影響畫面解析度，而且比起臨界光圈衍射而言，這種影響的負面性無疑大了很多。攝影本身是一種藝術(shù)體現(xiàn)，是一種現(xiàn)實記錄，比如想要在傍晚時分拍下水霧彌漫仙境般的海景，小光圈+長時曝光就是必須使用的方法，這時候難道你還會去介意什么臨界光圈衍射么？對臨界光圈衍射比較敏感的是微距靜物攝影，較小光圈可以提升解析度，但太小又會造成臨界光圈衍射現(xiàn)象影響解析度，在這里我提供一個各類影像器材臨界光圈衍射數(shù)值參考表。

我相信在拍攝或欣賞此類小光圈長曝題材時，沒人會考慮臨界衍射光圈的影響臨界衍射光圈對畫質(zhì)的影響，遠不如鏡頭質(zhì)量、對焦精度、ISO值來得明顯，但即便是大光圈攝影會帶來畫質(zhì)松軟等問題，但誰會不喜歡它帶來的氛圍感呢？你又見過哪家的大光圈鏡頭低價么？總結(jié)：基本可以無視的影響

臨界光圈衍射對成像的影響是非常小的，完全沒有必要小題大做。相對而言鏡頭素質(zhì)、ISO、光圈值、對焦精度等對畫質(zhì)的影響明顯更大，而且臨界光圈衍射只會出現(xiàn)在較小光圈時，對日常拍攝幾乎無法形成影響，即便出現(xiàn)也不會一開始就讓成像一塌糊涂。一些頂級鏡頭的最佳成像光圈甚至小于產(chǎn)生臨界光圈衍射的光圈值，因此我認為對于絕大多數(shù)攝友而言，根本無需臨界光