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老镜头喂不饱高像素相机,解析度被现代镜头

来源:镜头 时间:2023/7/11
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摄影是玄学,这不是真理,却被一些人在践行。

关于摄影的谣言很多,并被一些人深信不疑。

因为整理长途旅行的摄影器材,并针对视频做了一些优化调整,顺手写了几篇有关旅游摄影镜头的文章。看的人并不多,毕竟现在拍照都是手机为主了,但还是有不少反馈和讨论。其中不乏一些想当然的,用玄学和谣传相互验证出来的所谓“真理”。

今天要谈的是老镜头的解析能力,也就是老镜头是不是不如新镜头拍摄的清楚?老镜头能否喂饱如今的高像素相机?

这个问题引申一下,其实要搞清楚的是:

对于拥有高像素传感器的相机来说,谁是成像系统内的短板?

是老镜头么?

或者是镜头么?

还是别的什么东西?

本应该碾压的局面并没有出现

拍摄标靶为上图,横宽1.3米。对比的画面是中央的横版邮票,其为雕版印刷,细节足够丰富,粗细线条都有。

拍摄器材为佳能M5和索尼A7,双方的传感器都标称万像素。由于M5为APS-C幅面,换算成全幅的话,等效像素数增暴增至万。也就是说全幅镜头在M5上使用,与在全幅万像素下使用,对镜头解析度的考验是一样的。

在传说中,老镜头能喂饱多大的像素呢?并没有准确的答案。比较常见的观点是万像素是极限,像素再提升就需要新设计生产的镜头才能匹配。

比如有人提出:尼康官方当年宣传D时明确指出,绝大多数老镜头喂不饱高像素机,并推荐新的高像素镜头群。

还有人认为:底片数字化后得到的有效信息大约在万到万之间,因此胶片机时代镜头的解析能力也就支持到万像素。

更有人使用老镜头拍摄后,发现照片虚得厉害,没有清楚的地方,转而使用新镜头后,拍什么都清楚,于是也跟着感叹,老镜头怎么能和新镜头比。

能不能比不是靠说,而是要实验。

请看上图实拍的对比结果。佳能mm/2.8是红圈微距头,以锐著称于世,是专业镜头代表。年发布,至今仍在销售。

佳能50mm/1.8STM人送称号铁痰盂,低价格大光圈,是性价比高的代表。年发布,至今仍在售。

柯尼卡35mm/2.8是柯尼卡AR卡口的早期镜头,生产年份在到年,不论发布还是停产都已经超过了半个世纪,名副其实的老镜头。

需要注意的是,佳能mm用的是A7机身对应的万像素感光器,而小痰盂和柯尼卡用的都是M5机身,对应的是万像素。

如果万像素对于老镜头是一个极限的话,柯尼卡35mm面对等效万的传感器和佳能mm面对万传感器,应该存在巨大的成像落差。可惜,这一局面并未出现,为什么会这样?

这是2.8光圈拍摄的原图放大%后的对比,上为佳能mm、下为柯尼卡35mm。

这里需要说明的是,邮票雕版印刷,主体全部是纯黑色细线构成。大家可以思考一下,为什么画面会有黄色出现?

两枚镜头画质是有区别,但主要在于柯尼卡成像偏柔和,各光圈差异明显一些,但细节并不少。这是镜头设计取向的问题,并非解析力不足的表现。

反观佳能50mm在某些光圈画质明显劣化,比如4.0光圈上就很明显,是佳能50mm比不过半个世纪高龄的柯尼卡么?

问题出在哪里呢?

功能进步对于性能的影响

我们先来看一下新老镜头在索尼A7机身上的对比。康泰时35mm/2.8这枚镜头算是产品系列中的低端货,年设计定型,后在年移至日本生产,一直到年停产。

从实拍对比可以看出,康泰时35mm和柯尼卡35mm解析能力很接近,似乎柯尼卡还略好一些。成像风格康泰时更加强调过渡而非对比,这与德、日镜头的设计倾向性相符合。

反观佳能50mm成像最差,大光圈紫边,小光圈影像劣化。不过也比在M5机身上的表现好多了。

佳能50mm在M5上成像不佳的重要原因并非是它解析度不足,是因为拍摄时我偷懒用的2秒钟自拍,而其它镜头都是用的10秒钟自拍。显然即使机身放置在三脚架上,2秒自拍也不足以让机身完全稳定。

机身结构的稳固也会影响最终成像的清晰度,佳能M5的结构相比索尼A7要“弱”一些,特别是装在三脚架上镜头更容易出现轻微晃动。而老镜头由于是全金属结构,比较轻的新镜头更容易引起晃动。

新镜头相对于老镜头除了重量变轻,还有哪些重大进步?

防抖功能算是一项,因为有了防抖,在手持拍摄时会大大提升画面质量。记得早年拍照片,入门必学的一点是如何稳定地手持拍摄,不然就等着查收整卷拍糊的底片吧。

进入数码相机时代,大多数人都会观看机身显示屏取景拍摄,这与把相机固定在眼前通过取景器拍摄相比,稳定性大大降低。正是因为镜头有防抖功能,才保证了大多数成像相对清晰。用防抖镜头的拍摄经验来操作非防抖老镜头,成像虚掉也正常。

这或许就是老镜头解析度不行谣言四起的原因吧。

邮票局部特写,仔细观察可以看到彩色的点掺杂在西服的网格之中

镜头和相机厂家对于此类谣言并无澄清的动力,越来越贵的镜头需要真真假假的各种概念、包装、宣传等等,才能忽悠人来买。即便如此,我仍然怀疑尼康在D的宣传上攻击老镜头是纯粹的谣言,因为这实在太愚蠢了。

不可否认,新镜头在各种功能上越来越便于使用,自动对焦、防抖都不断大幅度进步,定焦镜头不同光圈、变焦镜头不同焦段、系列产品不同镜头的成像素质和风格都越来越统一。

但是,如果从镜头看家的本事解析度上来论,新镜头不但没有大幅度超越老镜头,某些功能还影响了解析度的发挥。甚至在感光从模拟的底片变为数字化的传感器之后,镜头在解析度方面的追求,也从无限变为了有限。

万终极对决,是谁拖了后腿?

康泰时mm/3.5和其它康泰时镜头不同,只在德国生产过,它的制造年代是至年,这枚镜头或许也已经40多岁了。它还是康泰时家族中最不起眼的镜头,资料很少,评价不高,价格非常低廉。

这样一枚镜头,能够在等效万全幅传感器上,挑战以锐著称、比它年轻35岁的佳能mm/2.8么?

特别说明,由于焦段太长,所以两枚镜头只是拍了相同幅面的局部。比上面测试的幅面要小很多,细节会丰富很多,只作为相互对比,而和其它测试无可比性。

综合比较佳能mm/2.8解析度胜出,但幅度微小。康泰时最不堪的镜头只是在最大光圈附近紫边严重,到5.6光圈基本消失,其后解析度的表现一直在线,甚至在光圈22上,还略微胜出了。当然,这也可能是光圈不准导致的。请注意看光圈5.6和8.0两档,两枚镜头在椅子上都出现了成片的彩色斑纹,这和之前图片中的黄色扩散与彩色斑点一样,都是现在主流图像传感器技术特性引发的缺陷。

图像传感器本质上是一个模数转换器,就是将镜头提供的光学模拟信号转换为数字信号,处理的信息总量和精度都是有极限的。一幅固定的图像,信息的频率越高,图像的精度就越高,信息量也就越大,看起来就会更加清楚。

一张绝对纯净的白纸,就是典型低频图像信号,动物毛发则是常见的高频图像信号。再比如,纺织品远观是低频信号,近距离能拍摄到织物纹理时就转化为高频信号。

如果镜头能够提供无限精度的图像信号,传感器像素越多,照片会越清晰。实际情况当然不会这么简单。

大家都知道光学三原色吧,早期电视从黑白向彩色转化时期,RGB(红绿蓝)被当作高大上的象征,做到了很多电台标志和产品标志里面。

图像传感器只能感受亮度,并不能识别颜色,于是在感光层上增加颜色滤片,让颜色信息转换为了亮度信息。我们现在所说的万相机,并非记录的是万个彩色信息,而是万个绿色信息、万个红色信息、万个蓝色信息,然后运用算法合成万个彩色信息。

图像传感器显然存在一个接受信号频率的上限,由于存在颜色合成这一步骤,如果光学模拟信号的高频接近或者超过上限,就很容易出现“伪色”现象,即出现了模拟信号中不存在的颜色。

接近极限的高频信号还容易造成摩尔纹,和伪色一样都是干扰信息。

解决办法很简单,就是增加低通滤镜。顾名思义,低于设定频率的信号通过,高于设定的信号不通过。当然,实际光学低通很难做到完全截止,只是减弱而已。

至此我们可以得到两点事实:

一、大多数图像传感器前设有低通滤镜,即使镜头传递过来高清晰的信号,清晰度超出部分也会被衰减。

二、当传感器的高频处理能力,大于镜头能够提供的高频信号时,将杜绝伪色和摩尔纹。

进而我们可以推导出这样的结论,康泰时最不堪的镜头和佳能引以为傲的锐镜头,都突破了全画幅万像素感光器的高频处理极限。

因此,不论是万极限理论,还是老镜头喂不饱高像素理论,都是谣言。真正拖后腿的是不佳的拍摄习惯和现在相机孱弱的数据处理能力。

总结:低通大揭秘以及多少像素才够用

上面为康泰时mm/3.5拍摄的图片,经过简单处理,即可展现强大的细节。相机系统其实和水桶一样,照片清晰与否,在于系统内最低的低通有多低。如果低通的不是老镜头,那一般会是谁?首先,镜头并非都是高素质,确有参差不齐。

上世纪七八十年代,德国镜头是一线,日本大厂是二线,日本小厂是三线,还有众多不入流的。一线厂家卖的是品牌与设计,二线卖的是品质和价格,三线就只剩下价格。图丽、适马、腾龙就是典型的三线代表,镜头便宜但素质差,不能满足现在数码相机的胃口确有可能。

变焦镜头特别是变焦比三倍往上的镜头,由于需要兼顾的因素太多,解析度不如人意也很常见。近来随着设计计算能力的提升,变焦头素质已经有了明显提升,但和定焦头仍然有差距。

其次,功能也会影响性能,典型的就是防抖。

年德国职业摄影师SteffenJahn,使用适马Art24-mm/f4镜头拍摄汽车广告时,发现始终拍不清晰。投诉到适马,被告知镜头防抖在关闭后仍在运动,在曝光过程中也在运动。

这不就等于给镜头装了一个低通么?可以有效避免出现摩尔纹和伪色,但对于清晰度有极致要求的摄影师来说,就成了无法逾越的障碍。

这其实是一件细思极恐的事情,为了防止照片出现摩尔纹和伪色,厂家是否会在公开的低通滤镜之外,在其它地方安置另外的低通呢?

毕竟除非极专业的摄影,业余爱好或者家庭拍摄完照片都是缩小使用。摩尔纹和伪色不会随着缩小而消除,但通过多层低通,过滤掉本来就不会最终呈现出来的高频信号,则没有任何损失。多层低通在技术和动机上都是成立的。

最后,需求。

使用者到底需要多大的照片?对于很多人万确实已经足够了,在这一个绝对权威的低通面前,定焦、大厂的老镜头完全可以做到不辱使命。

老镜头和新的变焦镜头对比,会是什么结果?佳能EF-M18-55mmSTM镜头的口碑比起已经前几代好太多了,实际使用素质也完全能够接受,日常拍摄视频效果非常不错,其和柯尼卡35mm对比的结果,充分地展现了简单物理学常识比厂家宣传、媒体吹捧更有影响世界的力量。

写作本文并非号召大家去购买老镜头,从实用角度来说,新的变焦镜头更好用是一定的,但在占尽优势的局面下还攻击老镜头的成像素质,就太不厚道了。

至于相机感光器像素数,必然还会继续攀升,就算万输出的图片已经够用,未来全幅数码相机的像素数也会到达1亿像素,因为4个合成1个才是真正的彩色像素点。

最后再提一些愿望吧,感觉镜头开发有些进入歧途,有过度追求功能和过度堆料之嫌。虽然功能简单、性能够用、体积小巧的镜头很早就被做尽了,但是毕竟那些镜头已经过于古老了。

在当前机身小型化、轻型化成为潮流的时候,一提高性能镜头就是又大又重的,好像镜头是按分量或者体积算钱的,这很不合理。能不能生产一些光圈够用、体积小巧,素质优秀的镜头,毕竟它们才是和那些轻薄高性能的机身的绝配。

变焦如果设计不出来,定焦也能接受。

毕竟摄影不是军备竞赛,本质是拍摄、拍摄、拍摄,只有拍摄。

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