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为什么我们需要电影镜头（上）
原作者：瑞安·帕特里克·奥哈拉（Ryan Patrick O'Hara）
编译：马文
不是所有安装在电影摄影机前的镜头都叫电影镜头。电影镜头不仅拥有最顶级的光学素质，而且其机械结构的设计也充分考虑到了电影制作的专业需要。由于这些镜头是特别为影片拍摄环境量身定做的，放在其他领域可能不太适用。在一颗相机镜头上安装跟焦齿环和改造无级光圈并不能让它变身为电影镜头，虽然有人不这么想，但电影镜头的构造远不止这么简单。
随着低成本，大尺寸感光件的摄影机不断涌现，一种镜头少，机器多的产业格局开始逐渐形成，数家镜头厂商开始将相机镜头做些改装和粉饰，使用电影镜头或是“电影风格”镜头的名义推向市场。在很久以前的好莱坞，两种镜头的区别是非常明显的。如今却是另一番景象，而且随着厂商逐步推出更廉价的电影镜头，两者之间的界线还会持续变得模糊，为了实现更低的价格就必须牺牲一些关键的电影镜头特性。今后我们会看到相机镜头被当作电影镜头，而低价电影镜头却更像是相机镜头。
在这个“够用就行”的时代，有那么一群摄影师，摄影助理和导演并不想忘记真正电影镜头的价值，它们存在的意义以及带来的好处。这篇文章便是以这些人的名义写的。本文将从光学特性和机械设计方面介绍电影镜头并讲解其与相机镜头的区别。也许读者在看完本文之后，会对这些名贵的镜头有更加深刻的理解。
在进入正题之前有一点先要弄清楚，就是不管相机镜头还是电影镜头都有非常优秀的代表。是它们的使用方式决定了两者设计上的区别。静帧摄影师只捕捉某一特定时刻的一幅画面，他用一张照片代表一个完整的故事。电影摄影师则将时间作为媒介，他拍摄的影像通过剪辑合并在一起，形成由多个镜头组成的连续动作进行叙事。显而易见，叙事方式的不同可以从根本上改变机器使用者的需要。
光学素质要求
锐度/反差
按照21世纪的工艺水平来讲，造出一颗成像足够锐利的镜头不是什么难事。当然超过某一标准之后，进一步提升锐度不仅困难而且还会大幅增加成本。镜片数量多的镜头（如变焦镜头），超广角及大光圈镜头设计起来都很有挑战性。说实话，在本文作者的记忆中，过去十年间没有任何一颗因为拍摄1080p或更高分辨率视频锐度不够而被弃用的电影镜头或高品质相机镜头。之所以这么说是由于很多人认为电影镜头好就好在锐度高。于是这些人就顺理成章地相信，分辨率高的相机镜头完全可以替代电影镜头。尽管很多电影镜头占据锐度排行榜首位，其实不少相机镜头的锐度也毫不逊色。锐度对于电影镜头来讲只是冰山一角。虽然锐度有它的重要性，但在衡量一颗镜头或是一组镜头的时候它的参考价值并没有那么高。
曝光暗角
电影镜头和相机镜头制造商都在努力消除不均匀的成像光量或是“暗角”。尽管如此，所有镜头都会有或多或少的暗角，高品质的镜头可以把暗角控制得非常轻微，即便是最敏锐的眼睛也察觉不出来。而比起相机镜头，电影镜头对于暗角的控制更苛刻。因为电影里的暗角比起照片里更容易被注意到。照片中的轻微暗角可以通过各种手段巧妙隐藏起来，而连续播放的影像如果有暗角的话，画面中的物体进出暗角区域或是镜头摇移运动的时候都会让暗角显得更加突兀。
暗角的成因有几种，其中广角镜头主要受反射及折射定律影响。当成像光以零度垂直入射角照射在未镀膜的镜头上时，大约有4%的光量会从镜片表面反射出去，剩下的96%会进入镜头内部。威廉·斯道尔，ASC在1940年的时候写过一篇关于第一例镜片镀膜技术的文章。其中介绍未镀膜镜片的部分提到的数字要大一些，每个空气玻璃界面都有5.22%的反射率。而一颗普通定焦镜头含有7至14组镜片，想象一下，14组镜片的定焦镜头每组镜片都会产生4-5.22%的光量衰减！当然，现代的镜头镀膜技术可以大幅削减这个比例，不过这些数据仅仅是以光线垂直入射为前提。广角镜头的构造使得它可以接收宽广视角范围内的所有入射光。从镜片周边进入的光线并不是垂直于镜头，此时的入射/反射角会变成钝角。当光线以这种角度照射在前端镜片的时候会产生更多的反射光，真正穿透镜片的光量会减少。随着入射/反射角度偏离垂直状态，反射光量会相应增加。这就是广角镜头特别容易产生暗角的原因之一。
反射/折射定律
“Cooke镜头的镀膜可将反射率降低至0.1%。每组镜片都覆盖了氟化镁淬硬的硅钛混合物涂层。这个涂层的厚度只有1纳米（一百万分之一毫米）。人脸上胡须在剃掉之后一秒钟内生长出的长度都比它多。”
——约翰·福尔（Jon Fauer），电影与数字时代《Cooke镜头宝典》PDF
为了尽可能减轻这种暗角现象，镜头的制造工艺必须非常精密，而且偶尔还需要在使用过程中对镜头进行阴影修正以抵消周边光量的衰减。本文作者认为，体积更大的镜头对减轻暗角更有利，许多相机镜头使用最大光圈的时候暗角严重也许就是因为这个原因。相机镜头由于便携性的考虑需要保证外形轻巧。大尺寸镜头就意味着镜片尺寸的增加，于是售价也会相应提升。所以说暗角不仅属于技术问题，同时也受到成本的制约。也许就是因为这一点，不少相机镜头厂商允许产品中存在一定程度的暗角，以便缩小镜头体积和缩减成本。暗角会随着光圈的缩小而减少，因此从最大光圈值收几档之后暗角基本上就不可见了。
关于电影镜头，请看下面几点： 阿方索·帕拉，AEC，在测试了几颗CookePanchro/i镜头之后，发现这些镜头在画面周边区域最多损失2.1%的光量。而表现最好的镜头只损失0.99%，即便是经过专业训练的眼睛也无法辨别。如果计算无误的话，画面周边2%的光量损失大约等于1/25档曝光值。
阿方索·帕拉正在测试亮度均匀性。 图片来源：阿方索《电影摄影技术测评》
我们再来对比使用率高的一些相机镜头。在一台感光件尺寸接近S35毫米的APS-C裁幅相机上，ZeissZE 18mm f/3.5 Distagon在f/3.5光圈时画面周边的光量损失高达1.5档。ZeissZE 21mm F/2.8 Distagon在f/2.8光圈时也在画面极边缘处损失了1.5档的曝光值。相比而言ZeissZE 28mm F/2 Distagon表现就要好一些，f/2.8光圈时仅在画面极边缘处损失半档曝光值。
大部分佳能L系列红圈变焦镜头配合APS-C裁幅相机在f/2.8光圈下会产生半档左右的暗角。佳能EF20mm f/2.8最大光圈下的暗角差不多有两档。24mmF/1.4最大光圈下在画面边缘处损失1.5档曝光值，光圈收至f2.8时则损失3/10档。很多L系列红圈定焦镜头在使用非全副机或是收小光圈的情况下暗角都比较轻微。不过所有这些相机镜头在最大光圈时的暗角都无法避免。而现代电影镜头在设计制造的时候就考虑到最大程度消除暗角现象。
最大光圈下，甚至是佳能EF35mm f/1.4 L系列红圈定焦都产生了超过一档的暗角，50f/1.2 L系列红圈定焦也是一样。当然，光圈收到f/2.8的时候，画面周边的光量损失大约为3/10档，属于可以接受的范围。
图丽11-16变焦镜头性价比很高，Duclos也推出了PL卡口的电影镜头版本。这颗镜头在11mm焦距下在极边缘处有1.5档的光量损失，16mm焦距下则为一档。
Zeiss ZE 21mm f/2.8 Distagon @ f/2.8
(中部方框= APS-C 画幅)
Canon EF 14mm f/2.8 L-Series @ f/2.8
(中部方框= APS-C 画幅)
Canon EF 20mm f/2.8 @ f/2.8
(中部方框= APS-C 画幅)
Tokina 11-16mm f/2.8 @ f/2.8
畸变
和暗角一样，电影镜头对于畸变控制也有非常高的要求。动态影像的画面畸变往往比静态照片看起来更明显。枕形或桶形畸变一旦在画面出现动态元素的时候就会立刻现形，而摄影机主观视角移动的时候会更严重。由于银幕尺寸的原因，电影镜头绝对不允许出现相机镜头的那种畸变，如果影院观众的视野范围内出现太过明显的畸变，那么有可能导致运动眩晕症。所以电影镜头的像场必须尽可能平直，这就涉及到更复杂更昂贵的制造工艺。“鱼眼镜头“这个名称很有意思，听起来像是一种特别设计，其实主要是指畸变程度夸张的超广角镜头。一般来讲，相机镜头和电影镜头对于畸变的控制都没什么大问题，不过电影工业对于镜头的要求更严格，尤其对于广角电影镜头来说，畸变控制是相机镜头无可比拟的。
枕形畸变和桶形畸变
图片来源：Arri/Zeiss对比评测，比尔·本内特，ASC拍摄 两颗镜头的价格差别约为22000美元
色彩匹配
影响镜头成像色彩风格的因素有很多，虽然它们都非常细微，但重要性不可忽视。很多人都知道相机镜头之间的色彩匹配度不如电影镜头，为什么不一样呢？这就说明电影镜头和相机镜头按照使用方式的区别采用不同的设计。静帧摄影师只拍摄静止的照片，一次只用一颗镜头，混用不同风格的镜头并不影响大局。而电影摄影师则捕捉多个画面并将其排列组合在一起形成一段连续的影像。在中近景和大特写之间切换的时候，绝不能出现中近景画面偏冷而大特写偏暖的情况。这种视觉上的不一致可能会让观众有意识或无意识地察觉到影像的人工痕迹。因此保证画面的连贯流畅十分关键，否则观众很难融入到这些虚构的故事之中。当然，现在的数字中间片校色可以修正任何一处镜头色彩不匹配的问题，只不过这种工序费时费钱。要是有人用未经色彩匹配的镜头拍一部剧情片的话，那么有两种选择：要么不校色直接发行，要么后期花钱花时间去补救。校色的花费可能高达每小时几百美元，而后期已经有够多工作要做了，匹配镜头色彩这种事在片场拍摄的时候就可以轻易完成，再花钱就显得很不值得。
色彩匹配度测试，来自阿方索·帕拉的CookePanchro/i测评图片来源：阿方索《电影摄影技术测评》
镜头相差
相差，英文简写为CA，是指镜头无法将所有波长光线准确屈光时发生的现象。由于不同波长频率的光构成人眼可见的色彩，镜头必须对入射光进行屈光并尽可能以直线方式投射到底片/数字感光件上。当镜头内部的镜片进行屈光的时候，有时会像棱镜一样分离一部分波长。这些被散射的波长在抵达成像面的那一刻会与其他波长出现些许的位置偏差，从而形成画面中的彩色镶边。色差的具体表现就是这种细细的彩条，颜色会根据镜片散射的波长频率改变。在之前讲暗角的部分提到过，广角镜头的视野范围非常大，这些镜头入射光的角度都非常夸张（折射角度也同样如此），在屈光至成像面的同时还要尽力保证光线波长不会被分散。所以相差效应在广角镜头上发生频率很高。
镜头测试展示了多种不同的相差及严重程度。（左：轻度偏黄，中：轻度偏紫，右：重度偏蓝）
机械要求：
电影镜头的机械设计充分考虑到了拍摄现场的专业需求，使用起来不仅精确度高，而且牢固可靠， 维护成本低，能在片场节省时间，在高强度拍摄的情况下出问题的概率极小。
外形一致性
长度
电影镜头在设计制造的时候都会被做成相同或者类似的长度。配合承托导管和遮光斗使用的时候，如果镜头长短不一，那么每次换镜头就需要调整遮光斗及胶圈的位置，不仅麻烦而且费时。如果使用斯坦尼康拍摄，那么一旦改动遮光斗的位置，整个系统都需要重新调平衡，使换镜头的过程更加耗时。
图中每颗ZeissMaster Prime定焦镜头都是8英寸长
前端口径
电影镜头通常与遮光斗一起使用。和相机镜头使用的螺纹滤镜和卡扣式遮光罩不同，电影镜头靠遮光斗来阻挡杂光及安装方形滤镜。由于不需要重新拆装任何滤镜，遮光斗可以让换镜头更快捷。不过，使用遮光斗的时候一定要避免光线从后方射入造成眩光，因此遮光斗后部的胶圈、遮光环或卡扣必须完全贴合镜头前端。把一组镜头做成相同的口径就不需要更换任何前面提到的固定部件，不仅省时省力而且还可以把承托部件的数量减到最少。
重量
有一小部分电影镜头的多个焦段之间重量几乎一致，这种情况比较罕见，实现起来也非常困难。一般来说这些镜头都属于标准焦距，广角镜头和长焦镜头的光学设计比较复杂，会略重一些。一组重量相近的镜头能为斯坦尼康、遥控伺服系统及手持拍摄等对机器平衡性要求高的场合节省宝贵的时间，
对焦/光圈环位置及卡齿
一组电影镜头中各个焦段的对焦齿环和光圈齿环位置都相互匹配，这样一来换镜头的时候跟焦器或是三轴驱动马达就不用调整位置，能给摄影助理省不少事。相机镜头通常没有配合跟焦系统使用的齿环，对焦和光圈环都是纹理设计，方便操作者手持抓握。如果需要配合专业手动及遥控跟焦系统使用的话，那么对焦/光圈齿环必不可少。
Zeiss/Arri Ultra Speed定焦镜头是外形一致性最高的镜头组之一。16mm至100mm焦段之间所有镜头都正好是143mm长并且统一93mm口径，对焦环和光圈环位置也完全匹配。每颗镜头的最大光圈都是T/1.9，24mm至85mm焦段之间的镜头也都是2.2磅重。
Zeiss ZE系列相机镜头素质非常不错，也能很好地说明镜头按使用方式进行有区别的设计。该系列的每一颗镜头都以最大程度的轻便性为目标，并不考虑各个焦段之间的一致性。它们的前端口径、镜身长度及对焦光圈环的位置也是五花八门，没有配备用于跟焦系统的齿环。
如果在片场使用这类相机镜头的话，每次换镜头摄影大助就得调整遮光斗在承托导管上的位置，还要更换不同口径的胶圈/卡扣/遮光环，跟焦器的位置也需要动，如果是斯坦尼康的话必须重新调平衡。虽然对于摄影助理来说不是什么力气活，但是这些额外工序占用时间，对于经常换镜头的大制作来讲，这些时间累积起来相当可观。
除此之外，很多新推出的高端相机镜头已经没有光圈环了！制造商将手动操作的机械式光圈改为由镜头内部的电子芯片控制。这些镜头需要依赖相机机身以数字方式调整光圈，放在大部分数字摄影机和所有胶片摄影机上就无法使用，因为这些机器根本没有对应的控制电路。像Birger卡口这种解决方案可以提供一定程度的兼容性，目前为止，只有转接环是较为理想的选择，还有一个土办法就是先用相机设定好光圈，拆下之后再安装到摄影机上使用。
光圈环哪里去了？
对焦环旋转结构与距离观察标记
静帧摄影师不需要考虑对焦时的流畅度或是对被摄体进行实时跟焦，在这里速度才是关键。对焦完全由拍摄者自己掌握，通过远近调整来确定焦平面。此时拍摄者手握镜头，从取景器观察画面。他看不到也没有必要去看镜身的距离标记，对焦单凭手眼协调，靠直觉按下快门。而电影摄影师不能这么做，拍纪录片的时候这种对焦方式还勉强可以接受，对于常规拍摄而言一定要避免出现摄影机穿帮的情况，拉风箱式的对焦就是一个例子。电影摄影师必须通过精准优雅的对焦过程引导观众的视线。摄影助理的任务就是在摄影机与被摄体相对运动的时候对画面主体进行跟焦。拍摄的时候失焦是万万不能的，因此需要依靠镜头的帮助来准确跟随目标，也就是镜身上的大量观察标记。
相机镜头的对焦行程通常都比较短，稍微转一下就能从最近对焦点调到无限远。这种设计适用于捕捉稍纵即逝的瞬间，很多静帧摄影师都善于利用这一点。不过，对焦行程短会增加实时跟焦的难度，特别容易失焦。而且相机镜头上的距离标记都很少，精确度也很一般，也没有设置观察标记线。
现代电影镜头的对焦行程通常在300°以上。电影镜头由于光学设计的原因尺寸都偏大，所以对焦行程会超过300°（小尺寸镜头上300°的对焦行程比少于300°对焦行程的大尺寸镜头实际行程要小）。在高端电影镜头上，每颗镜头的对距离标记都是特别刻制的，以最大程度保证准确性。而且，现代电影镜头会配置两套对焦刻度，分布在两侧，这样摄影助理就可以在摄影机的任意一边操作了。
50mm Cooke S4/i 对焦刻度对比50mmRed Pro Prime.(图片来源：EvinGrant，RedUser.net)
(未完待续）
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发表于 2014-5-13 22:01
学习
好文。。。有些相机镜头。。光圈开大一点。。中央肤色好看。。但边缘肤色发暗发灰。。不专业看不出来是暗角。。看了这文章才知道这是暗角作怪。。特别有些人后期还拉一下RGB曲线。。边缘肤色立马失真。。谢谢LZ带来这么好的文章啊
