• 光學變焦 Zoom

         變焦功能的誕生相當程度的簡化了取景過程,雖然這種以犧牲廣角景深換取特寫鏡頭的設計,一開始並不怎麼受到初期攝影者的歡迎,主要是早期鏡頭品質較差,形變與色差較為嚴重。不過,習慣簡單就好的消費者卻給予了大量的支持,很快地 擁有變焦功能相機超越了只有定焦鏡頭的設計成為攝影界的新寵。

傳統鏡頭上搭配了變焦環可以直覺性的調整變焦遠近;消費型數位相機則省略為推撥桿設計,功能相同。

         隨著變焦性能日漸成熟,使用者不單滿足短距離的變焦效果,更追求中距,乃至長距離的變焦望遠能力。在傳統底片時代,受限於底片與鏡頭接環規格的固定,特別是長距離400mm以上的鏡頭往往笨重且而昂貴。除了生態紀實與體育記者這一類不能近距離接觸主體的攝影者外,幾乎鮮少有人將長距離變焦鏡頭放在家裡!

傳統 135 相機,當變焦效果放大至 400mm 時,鏡頭體積與重量相對的大幅增加,設計的極限也將最大光圈逼近至 F2.8~F4
相對於一般消費數位相機廣角端 38mm,400mm幾乎 10X光學變焦的尺寸!但 CCD 遠比底片小得多,所以鏡頭也不用作得那麼大。

  • 數位相機大幅縮短變焦重量!

        迎接數位攝影時代之後,CCD尺寸跳脫了傳統底片固定的框架,給予了鏡頭廠商更多的揮灑空間。消費相機的鏡頭變焦能力,很快地突破了3X持續往4x乃至於6X向上攀升;過去龐然大物的長距離變焦鏡頭,在10X乃至於12X以上輕便鏡頭被開發出來後,也演申出了砲管和迷你砲這一類強調望遠變焦效果的數位機種。新世代更進一步讓『防手振』設計加入,超望遠功能更容易得到發揮。



圖右:消費型數位相機多半具備了3倍光學變焦功能,一般的廣角端約在 38mm(換算傳統相機焦距)
圖左:推進至望遠端後,焦距變成 114mm視角變窄了,但是可以將遠端的景物調近拍攝。

       變焦能力於今日已成為攝影者不可或缺的功能,那麼在這麼精緻的光學變焦能力下為何又要有『數位變焦』呢?『數位變焦』可以說是數位相機特有的名詞,不過其基本原理和傳統攝影中的『格放』或稱『局部放大』並沒有什麼不同。但最大的差別可在『成本』上大幅節省。

  • 數位變焦 (Digital Zoom)

        『數位變焦 Digital Zoom』是數位相機的獨有特異功能。早期的數位變焦功能常見於一些使用固定焦距的數位相機產品。現在則延伸到頂級機種也配備了這項功能。數位和光學變焦的不同在於,光學變焦是利用不同鏡頭組的搭配,產生焦距變化而達成將遠方景物的光線拉近至相機內的目的,畫質不失真。但卻會因鏡頭本身設計的屈光度差異,造成圖像的枕狀或桶狀形變。數位變焦則是利用近似於數位影像軟體中的『剪裁』功能,對中心影像做一格放的動作。

對照上圖 3X 光學變焦後的八百萬畫素相片,進行 5X 數位變焦功能,原解析度 3264 X2448 可以格放 653X490 的區塊;
而這也正是你在數位相機機背的 TFT LCD 上所看到的數位變焦後的大小,當你按下快門後,相機韌體會對其進行運算放大。

         Mr.OH! 舉一個變焦拍照應用的例子:假設一台廣角端38mm鏡頭的消費型數位相機,想要以進行5x變焦的方式進入190mm的拍照範圍,如果你有12X以上變焦能力的鏡頭 ,例如:Panasonic FZ系列,當然游刃有餘。可是如果你只有3X變焦能力的鏡頭,如何補足這2X的差距呢?我們看一看採用『數位變焦』的解決方法:假設你 的數位相機 CCD 具有五百萬畫素(解析度可達 2560X1920),那麼3X 光學變焦之後的2X 數位變焦可以這樣解決:

步驟一:格放影像(2560/2=1280 X 1920/2= 960)
步驟二:對影像數據重新採樣(Resampled)結合數位加值法運算還原回五百萬畫素



這樣你就可以以 3X光學 + 2X數位變焦的方式得到5X變焦效果!

         同學們問:既然數位變焦這麼方便,為什麼還要光學變焦呢?事實上,確實有一些低價的數位相機採用定焦鏡頭然後以『數位變焦』補強其不足,而同學們現在熱中的照相手機,可謂結合『定焦』+『數位變焦』最貼切的消費電子產品。

       讓我們回歸基本數學,參考Mr.OH! 『步驟一』,你會發現數位變焦的基礎僅建立在1280X960約一百二十萬畫素的影像品質上。在開宗明義的前幾講中,Mr.OH! 闡明畫質的基本關鍵就是畫素的多寡。按照這樣的比例來計算,數位變焦比例越高,所擷取的影像畫素也就越低,相對地也就越影響後續的成像品質。部分廠牌的數位相機,例如:Fujifilm 富士和 Panasonic 松下系列,為了保留較佳的影像品質,乾脆限定數位變焦後的解析度畫素,避免照片更進一步缺陷。

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光學變焦倍數越大,能拍攝的景物就越遠。
一些鏡頭越長的數位相機,內部的鏡片和感光器移動空間更大,所以變焦倍數也更大。我們看到市面上的一些超薄型數位相機,一般沒有光學變焦功能,因為其機身內根部不允許感光器件的移動,而像新力索尼F828、富士S7000這些“長鏡頭”的數位相機,光學變焦功能達到5、6倍。
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通過數位變焦,拍攝的景物放大了,但它的清晰度會有一定程度的下降,所以數位變焦並沒有太大的實際意義。不過索尼獨創 “智慧數位變焦”,據說該先進技術,可以使圖像在數位變焦之後仍然保持一定的清晰度

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光學變焦英文名稱為Optical Zoom,數位相機依靠光學鏡頭結構來實現變焦。數位相機的光學變焦方式與傳統35mm相機差不多,就是通過鏡片移動來放大與縮小需要拍攝的景物,光學變焦倍數越大,能拍攝的景物就越遠。

在買數位相機的時候,很多用戶都會問,什麼是數位變焦,什麼是光學變焦,下面,我們就用圖示來解釋一下。

光學變焦是通過鏡頭、物體和焦點三方的位置發生變化而產生的。當成像面在水準方向運動的時候,如下圖,視覺和焦距就會發生變化,更遠的景物變得更清晰,讓人感覺像物體遞進的感覺。

顯而易見,要改變視角必然有兩種辦法,一種是改變鏡頭的焦距。用攝影的話來說,這就是光學變焦。通過改變變焦鏡頭中的各鏡片的相對位置來改變鏡頭的焦距。另一種就是改變成像面的大小,即成像面的對角線長短在目前的數位攝影中,這就叫做數位變焦。實際上數位變焦並沒有改變鏡頭的焦距,只是通過改變成像面對角線的角度來改變視角,從而產生了“相當於”鏡頭焦距變化的效果。

所以我們看到,一些鏡頭越長的數位相機,內部的鏡片和感光器移動空間更大,所以變焦倍數也更大。我們看到市面上的一些超薄型數位相機,一般沒有光學變焦功能,因為其機身內根部不允許感光器件的移動,而像新力索尼F828、富士S7000這些“長鏡頭”的數位相機,光學變焦功能達到5、6倍。

如今的數位相機的光學變焦倍數大多在2倍-5倍之間,即可把10米以外的物體拉近至5-3米近;也有一些數位相機擁有10倍的光學變焦效果。家用攝錄機的光學變焦倍數在10倍~22倍,能比較清楚的拍到70米外的東西。使用增倍鏡能夠增大攝錄機的光學變焦倍數。如果光學變焦倍數不夠,我們可以在鏡頭前加一增倍鏡,其計算方法是這樣的,一個2倍的增距鏡,套在一個原來有4倍光學變焦的數位相機上,那麼這台數位相機的光學變焦倍數由原來的1倍、2倍、3倍、4倍變為2倍、4倍、6倍和8倍,即以增距鏡的倍數和光學變焦倍數相乘所得。

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數位變焦,英文名稱為Digital Zoom,數位變焦是通過數位相機內的處理器,把圖片內的每個象素面積增大,從而達到放大目的。這種手法如同用圖像處理軟體把圖片的面積改大,不過程式在數位相機內進行,把原來CCD影像感應器上的一部份圖元使用"插值"處理手段做放大,將CCD影像感應器上的圖元用插值演算法將畫面放大到整個畫面。

與光學變焦不同,數位變焦是在感光器件垂直方向向上的變化,而給人以變焦效果的。在感光器件上的面積越小,那麼視覺上就會讓用戶只看見景物的局部。但是由於焦距沒有變化,所以,圖像品質是相對于正常情況下較差。

通過數位變焦,拍攝的景物放大了,但它的清晰度會有一定程度的下降,所以數位變焦並沒有太大的實際意義。不過索尼獨創 “智慧數位變焦”,據說該先進技術,可以使圖像在數位變焦之後仍然保持一定的清晰度。

一台數位相機的總變焦數計算如下:舉例新力索尼的F717光學變焦為5倍,而數位變焦為2倍,所以最大變焦數為10倍。數位相機內的數位變焦一般可以關掉。除此之外還有全新獨有的Sony智慧變焦功能,可放大變焦拍攝,不會將微粒放大,令放大的影像也能保持原有的細緻質素。智慧變焦因應不同影像尺寸的選擇,提供不同程度的強化變焦功能。有別于數位變焦,智能變焦能保持畫質與原本影像相同。

目前數位相機的數位變焦一般在6倍左右,攝像機的數位變焦在44倍-600倍左右,實際使用中有40倍就足夠了。因為太大的數位變焦會使圖像嚴重受損,有時候甚至因為放大倍數太高,而分不清所拍攝的畫面。如果變焦倍數不夠,我們可以在鏡頭前加一增倍鏡,其計算方法是這樣的,一個2倍的增距鏡,套在一個原來有4倍光學變焦的數位相機上,那麼這台數位相機的光學變焦倍數由原來的1倍、2倍、3倍、4倍變為2倍、4倍、6倍和8倍,即以增距鏡的倍數和光學變焦倍數相乘所得。

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