细说数码变焦—谈摄影基础知识

什么是光学变焦与数码变焦?

    让我们先看一个最简单的数学问题。下图是一个直角三角形，学过数学的朋友都知道，角A的大小是与两条直角边a和b有关的。直角边a越长则角A越大，而直角边b越长则角A越小。角A可以用反正切函数计算出来，即A=arc tg(a/b)。

    让我们再来看一看相机镜头成像的示意图。在图中我们又看到了上面的那个熟悉的直角三角形。三角形的b边在这里就是焦距，而a边在这里就是成像面（胶片或者CCD、CMOS等）对角线的一半。而视角就是上面图中角A的两倍。

    根据公式，我们可以计算出常用的成像介质在不同视角情况下所对应的焦距如下表。表中蓝底白字的一行是成像介质的对角线长度。表中也画出了各相机的变焦范围，相机的文字颜色就可以找到同相颜色线条画出的变焦范围。

    显而易见，要改变视角必然有两种办法，一种是改变镜头的焦距，也就是直角三角形的b边。用摄影的话来说，这就是光学变焦。通过改变变焦镜头中的各镜片的相对位置来改变镜头的焦距，从而改变视角。如下图所示。

    另一种就是改变成像面的大小，即成像面的对角线长短，这也就是直角三角形的a边（的两倍）。在目前的数码摄影中，这就叫做数码变焦。实际上数码变焦并没有改变镜头的焦距，只是通过改变成像面对角线的长度来改变视角，从而产生了“相当于”镜头焦距变化的效果。如下图所示。因此，我觉得也许称其为“数码变角”更为适当。

    在上面的表中，请特别注意Minolta D7和D5两种相机的镜头是完全一样的，只是两者的CCD大小不一样，造成了两者的变焦范围不一样。仔细算一下可知两者正好相差1.25倍。我们也许可以这样来理解：Minolta D5就相当于一直在1.25数码变焦状态下工作的D7。再看一些DSLR相机，如Nikon D1X, Canon EOS 1D等，这些相机可直接使用FC的镜头，不过其焦距数值要乘上一个CROP因子。DSLR里的CROP因子和数码变焦本质虽然一样，都是一种CROP，但还是有很大区别的。DSLR的镜头和普通SLR一样, 但DSLR的CCD/CMOS比35mm胶片小, 所以它只能接收到镜头进来的中间部份光线, 形成所谓的CROP因子。DSLR的CROP因子和数码变焦的区别是: DSLR永远使用全部的分辨率.而DC上的数码变焦是牺牲了一部分分辨率而实现的。顺便说一下, 不同DSLR有不同因子: Canon D30 x1.6, Canon D60 x1.6, Canon 1D x1.3, Nikon D1 x1.5, Nikon D1x x1.5, Nikon D1h x1.5, 新的DSLR如 Canon 1Ds和Kodak 14N已经是全幅的了。

   我再把以上各种不同的成像介质画在下面。为了看得清楚，CCD只画了两种尺寸。

    高像素DC数码变焦时只用CCD一部分，并不进行插值运算，对图像质量影响不大。但是，此时达不到最高像素值。如Minolta D7相机有两倍数码变焦，该相机具有520像素，最高像分辩率是2560X1920。但是有两部数码变焦时会自动设定为1280X960的分辩率。实际上此时相机只让一部分CCD工作，虽然对图像没有进行插入算法处理，但此时，只是一个120万像素左右的相机了。再如看FUJI S602相机有4.4倍数码变焦，该相机具330万像素，并号称能输出600万像素的图象。但从其指标来看，在不用数码变焦时，输出分辩率为2832X2128，当使用1.4倍数码变焦时，分辩率就降到了2048X1536；当使用2.2倍数码变焦时，分辩率降到了1280X960，只相当于120万像素的相机。当使用4.4倍数码变焦时，分辩率被自动降为640X480，只相当于一个30万像素的相机而已。

    在低像素DC的情况下，数码变焦时就要采用插入算法。如果一个122像素的相机，最大分辩率为1280X960，如果采4倍数码变焦的话，你就面临着两种选择，接受320X240这样小的照片，或者接受插值运算后得到的低质量照片。我想接受这两者中的任何一种都是不愉快的吧。

    因此我们可以得出结论：数码变焦是一种伪变焦，是以牺牲分辩率或者像质作为代价的。