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cf内部辅助_如何在摄影中创造出意想不到的透视和景深关系?

通过竖井移动拍摄技术,根据连体定律

产生强烈和虚幻的景深效果。

轴移动照片

相信很多人见过这样的照片。明明是大场面,拍的像玩具场面,场面里的人物像小人国居民。这种混乱的尺度感很有趣,经常制造出捧腹的场面。这是Tilt Shift Photography。

下图是拍摄网球场的轴心移动照片的作品,具有强烈和虚幻的景深效果,感觉就像用模型道具制作的场景。

cf内部辅助_如何在摄影中创造出意想不到的透视和景深关系?插图

via 50 beautiful examples of tilt-shift photo graphy

显然,这种强大的虚拟化效果非常戏剧化。可以说是双轴拍摄的精髓。这是双轴拍摄最有魅力的特性。(大卫亚设,Northern Exposure(美国电视剧),但是这种照片是怎么拍的呢?为什么能产生这么强的虚拟化效果?

在前面的系列文章(《等效光圈,是耶?非耶?》)中讨论了光圈对景深的影响,这里也使用了特殊的大光圈镜头,是否达到了这种神奇的虚拟化效果?事实并非如此。通过一些分析可以看出,大光圈产生的景深效果与焦距有关。上图的焦距也至少在10米到数十米之间,在这种情况下,使用前面的句子计算公式,可以发现一般景深效果不够明确。为了实现如图所示的强大虚拟化效果,必须达到F0.0001。当然不可能。

事实上,这张照片是用“轴向移动镜头”拍的。在摄影发展初期,照相机大部分都是用皮革钢连接镜片和胶卷(现在的大画幅照相机仍然保持这个特点),而皮革是灵活的,因此镜片和胶卷之间并不总是保持平行。可以平移(Shift)和旋转(Tilt)。

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Via Wikipedia Large Format

上面的照片是早期相机的样子,可以清楚地看到连接镜头和原版盒子之间的黑色皮革鱼子酱。现代大型画幅相机也能保持这种皮腔,镜头也能平移和旋转。下图是现代的大画幅相机,可以看到机身和镜头之间不平行。

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Via Large Format View Cameras

移动、旋转镜头,使镜头平面不与成像平面(胶片或感光元件)平行。这种拍摄手法称为移动轴拍摄。通过吸管拍摄手法,在景深、透视方面具有强烈效果的照片、一开始的网球场微场景、强烈而有魅力的虚化效果可以通过吸管拍摄获得。

双轴拍摄一开始是从大画幅相机发展而来的,但并不意味着双轴拍摄是大画幅相机的专利。目前,许多制造商都有可生产135幅相机的双轴镜头,如佳能的TS-E 17毫米镜头,并在一定程度上相对于成像平面进行平移和旋转,从而产生双轴效果。

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via perspective control with tilt shift lenses

连体定律

通过移轴的手法,我们可以创造意想不到的透视和景深关系。那么,在吸管镜头中,透视和景深究竟符合什么规律呢?为了一开始拍那种微场景,我们应该怎么操作移动轴镜头?有经验的“老法师”会说,按照“沙姆定律”操作就可以了。

什么是沙姆定律(Scheimpflug Principle)?

连体定律最初是奥地利军官连体发现的,用于矫正航空照片中的透视变形。根据连体定律,如果相机平面与成像平面不平行,可以假定它们在一条直线上相交。那么,所有能清晰成像的点都将下降到另一个平面,通过这条平面直线。也就是说,焦平面(具有可以清晰成像的点的平面,即物体平面)、镜头平面、图像平面,这三个平面都在一条线上相交,平面图如下图所示(平面图中的三条红色虚线表示在同一点相交的三个平面)。

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Via维基百科scheimpflug principle

事实上,连体定律在正常情况下可以看作是成像定律的普及。一般来说,镜头和成像平面平行,焦点平面镜头平面平行,三个平行平面在无穷大处相交(这就是投影几何的基本结论)。

此外,根据连体定律,我们不难推出景深定律。通常,镜头平面平行于成像平面,平行于焦平面镜头平面,因此景深范围的前边界和后边界自然平行于镜头平面。当镜片与成像平面不平行时,焦平面、镜片平面、成像平面三者在同一个地方相交,就会发现景深范围的前后边界也在同一个地方相交。因此,景深范围是楔形空间(严格来说,景深范围的前后边界不是在同一个地方见面,而是在不远的其他地方分开,但实际应用中的误差不大。

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Via How do tilt shift lenses work

在上图中,左图显示了典型的景深范围。在这种情况下,景深范围有限,无法清晰地拍摄所有物体。使用Sham定律(见上图中间画面)时,找到对象的平面和成像平面的交点,然后旋转倾斜镜头,使相机平面在该线相交,这样就可以清晰地拍摄所有对象(倾斜阵列)。反向使用连体定律,故意将镜头倾斜到其他方向,可以获得非常有限的景深范围,从而产生强大的虚拟化效果(上图右侧画面所示)。本文开头提出的网球场照片是反向应用连体定律,获得戏剧性的视觉效果。在许多风景照片中,摄影师经常应用连体定律,使从近处到远处的所有风景都下降到景深范围。(照片)。

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Via Focusing Tilt Shift Lenses

射影几何

连体定律看起来很神奇,但从镜片成像的基本定律来看,利用中学的分析几何知识也不难。但是看似简单的连体定律背后包含着更深层次的几何理论。(另一方面)。

我们都熟悉欧几里得几何,但传统的欧几里得几何在照片视频等场景中使用很不方便。有一个明显的例子。我们都知道平行铁轨在照片中远处聚集的样子。这表明欧几里得几何的“平行”性质在拍照过程中是不变的。但是可以想象,摄影过程中也要有几何不变性。否则我们拍摄的照片就面目全非了。没有人能认出照片中的场面。(大卫亚设,照片)。

摄影过程中研究几何不变的几何就是射影几何。公元前3世纪,一些学者对此进行了相关研究。在16世纪,开普勒和笛卡尔分别独立引入了“无限点”这一重要概念,对几何学的发展起到了很大的帮助。此后,在多位数学家的努力下,逐渐建立了完善的射影几何理论体系。

该笛卡尔提出了著名的笛卡尔定律,说明了两个三角形之间的对应角及其顶点之间的关系,如下图所示。图片的总和是两个三角形。如果顶点之间的连接在同一个点相交(图中蓝色虚线在同一个点相交),则该边延伸的交点也必须在同一个线上。

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Via Wikipedia Desargue’s Theorem

从笛卡尔定律可以看出,在投影几何中,点和线之间存在微妙的“二重性”关系。在笛卡尔定律中,如果把所有的“点”都换成“边”,把所有的“边”换成“点”,就知道不是定律形式了。事实上,这个定律本身的前半部分和后半部分满足了这种大邱关系。

从笛卡尔定律中很容易推导出沙姆定律。如下图所示,选择A、B、O和C、D、F作为两个三角形,其顶点的连接DB、FO、CA相互平行,水平相交,可以看作无限个点。可以满足笛卡尔定律的前半部分。因此,该边的交点必须在直线上。其中,BA和DC交叉P,AO和CF交叉A ‘,BO和DF交叉B ‘是同一条线,即A ‘,B ‘,P三点共线。这条线是成像平面所在的地方。沙姆定律得到了证据。

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事实上,引入齐次坐标可以用线性代数来表示投影几何。照片成像过程是矩阵乘法。利用线性代数的技巧分析,笛卡尔定律和连体定律都变得非常明显。但是这不是本篇讨论的内容。展开讨论的话,五篇文章可能写不完。也许以后会专门写一个系列,从线性代数的角度讨论高斯光学的话题。这个航班到此为止。

(本文经作者批准转载,

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