摄影师培训教材

摄影师高级考评员培训班讲义钱元凯主讲

一、镜头的像差

一个理想的镜头,应能在全部有效视场内将物平面上的每一个物点都在像平面上相应的位置处形成一个清晰的像点。但是实际的物镜并不能在像面上各处都形成理想的像。物镜所形成的实际影像与理想影像之间的差异称为像差。常见的像差可以分成两大类：

一、单色像差

单色光形成的像差。它又可以分为以下几种：

1. 球差。一束平行于透镜光轴或与光轴夹角较小的光线称为近轴光线。当

近轴光线通过球面透镜时,经过透镜中心的光线与经过透镜边缘的光线不能相交

于一点。这种像差是由于透镜的表面是球面而产生的,因此称为球差。焦距越长、

相对孔径越大,球差越严重。球差使一个明锐的光点变成模糊的光斑,而且光斑的

大小与亮度的分布还随胶片的位置而改变（图3.15）。使用非球面的镜片可以有效地

减小球差。

2. 彗差。与镜头光轴倾斜入射的光线称为远轴光线。当远轴光线经过镜头时也

无法汇聚于一点,经常是形成一个彗星状的光斑（图3.16a、b）,因此将这种像差称为

彗差。彗差是一种非常“顽固”的像差：即使设法消除了初级彗差后,常会产生出较

小但是形状更复杂的二级彗差（图3.16c）。

3. 像散。当一束很细的远轴光线经过镜头时会形成两条微小的焦线,

一条沿着从画面中心指向边缘的半径方向,称为径向或弧矢焦线,另一条则

沿着以画面中心为圆心的圆周方向,称为切向或子午焦线。真正的像在两

条焦线的中间,呈现为一个比较模糊的光斑（图3.17）。由于两条焦线彼此

分离,因此这个像差称为像散。像散使画面边缘在子午与弧矢两个方向具有不同的清晰度。

4. 像面弯曲。垂直于光轴的物平面成像,像面成为一个弯曲的曲面,称

为像面弯曲,又称为像场弯曲或简称为场曲（图3.18）。存在像面弯曲的镜

头对平面物体成像时,画面的中部与周边部分不可能同时调准焦点。

5. 畸变。直线的影像变为曲线称为畸变。按照直线弯曲的方向,畸变

又可以分为枕型畸变（又称为正畸变）（图 3.19a）及桶型畸变（又称为

负畸变）（图3.19b）。畸变经常是由于镜头光学结构与光圈位置不对称引

起的。与其他像差相比,畸变有一些特点：在视场的中央

畸变为零,距画面中心越远畸变越大；通过视场中心的直

线无畸变；畸变不影响镜头的清晰度。

二、色差

当物方发出的是多种颜色的混合光（例如白光）时,

除了各种色光在通过镜头时各自都会产生单色像差之外,

从物方某点发出任何一束混合光线经过镜头后都不再汇聚于同一个像点,这种像差称为色差,又称为色散。色差随镜头焦距的增加而增大。色差又可以细分为两类：

1. 位置色差。一束平行于光轴（或光轴附近）

的光线经过镜头之后汇聚于前后不同位置的像点

上,其中短波（蓝紫）光线焦距短、长波（红光）

焦距较长,这种像差称为位置色差或轴向色差。位

置色差常使白光的像点变成一个由多种彩色光环

套叠的光斑（图3.20a）。在红外摄影时,由于参与成

像的光线主要是比红光波长更长的红外光,焦距比可见光更长,因此在镜筒上专门刻制了一个调焦标志,并以字符“R”标示。使用红外胶片时,应在正常调焦之后,将调焦环的物距刻度转到“R”位置,补偿由于红外光色散所形成的调焦误差。

2. 倍率色差。轴外光点发出的混合光线通过镜头之后汇聚于不同的高度上,使影像的边缘分解出朦胧的彩虹。这种色差称为倍率色差,又称为横向色差或垂直轴色差（图

3.20b）。

现在广泛使用各种低色散、高折射率与高色散、低折射率的特殊光学玻璃制造透镜以消除色散。当能够使两种色光例如红、蓝光或黄、蓝光的焦点重合,则称该镜头为消色差镜头,若可以大幅度减弱三种或更多种色光的色差,则称为超消色差。

各种像差虽然表现不同,却又有些共同的特点。

镜头的成像质量是以上各种像差综合作用的结果。虽然设计师可以用优选镜头光学结构、采用特殊的光学材料、选择光圈位置、采用双胶合镜组等多种手段成功地削弱任何一种像差,但是同时又可能诱发了其他几种像差,因此永远不可能得到理想的“最好”的镜头。厂家只能根据镜头的用途与不同客户群体的需求综合平衡各种像差,力求更好；我们则应全面考虑镜头的性能、质量、价格与用途决定取舍。

在7种像差中,收缩光圈可以明显地改善球差、彗差、轴向色差并减弱像面弯曲的影响。因此只要条件许可,使用F8—F11的中小孔径可以获得较好的像质,尤其是对于长焦镜头或低档的镜头,更能收到较为明显的效果。

视场角较小的近轴光线仅受球差与位

置色差的影响,收缩光圈又都能明显改善,

因此光圈的大小对画面中部的像质影响更

显著。焦距越长球差与位置色差越严重,因

此广角镜头的像场中心成像一般都优于长

焦镜头。

影响视场边缘的远轴光线受5种像差

的影响,其中的像散与倍率色差还不能用光

圈控制,因此广角镜头画面边缘的像质会显

著劣化,而长焦镜头却比较容易在全画幅中

得到比较一致的影像。

（表1）中总结了各种像差的分类、名

称、分布的位置、典型特征及克服的方法,

可供读者参考。

二、镜头光学素质的检测与评价

在第三节中讲述了七种像差,镜头的成像质量正是这些像差综合作用的结果。但是由于直接度量这些像差并得到定性的结果会遇到很多困难,因此各国的厂商与质检部门经常用以下六个指标综合判断镜头的光学素质。我们应当熟悉这些指标的含义与标准,以便能从摄影刊物的测试报告中判断一个镜头的优劣。

一、分辨率

镜头的分辨率是指镜头分辩景物细节的能力。各国都用黑白相间的线条组作为分辨率测试的标板,一条黑线与一条相邻的白线称为一个线对,分辨率以镜头像面上每毫米能读出多少线对表示,单位为“线对/毫米（lp/mm）”。镜头分辨率的测试值会随着测试方法与测试条件而改变,其中最主要的影响因素有：测试标板的特性：标板的反差越高,线条越细长分辨率读数越高。

测试的方法：用显微镜直接观察镜头形成的空间影像得到的目视分辨率读数最高；用被测镜头将特殊的标板投影到屏幕上所能判读出的投影分辨率其次；用胶片直接拍摄标板后在胶片上读出的摄影分辨率最低。为了能尽量体现实际使用的效果,在面向用户的测试中,主要采用摄影分辨率的测试法。

摄影分辨率还会受到胶片质量、曝光条件、显影条件等诸多条件的影响。