閑聊攝影透視：一個容易被誤解的話題

來自專欄玩機小胖的玩具世界

好久沒開基礎帖了，之所以會聊起透視這個話題，是因為很多人對攝影透視並沒有形成正確的認識，而在網上的討論中，有工程圖學基礎的會從一點透視、兩點透視、三點透視、消失線等幾何學的角度談起，而有繪畫基礎的朋友又會從大氣透視等角度談起，當然也有聊透視感等純感性認知的，但終歸來說，攝影透視其實並沒有這麼複雜（本文也不會很複雜，保證沒有數學和公式）。

攝影即為把三維實物轉換為二維平面，它只會用到最簡單的線性透視，因為是中心投影，所以用不到什麼點透視和消失線的觀念，大氣透視屬於環境因素，並不存在於透視公式當中。所以談攝影透視，只需談線性透視即可。

第一點：透視與鏡頭無關，只與物距有關。

沒有鏡頭的針孔相機也有透視，攝影是視線從一個固定的機位和物距投射到物體上，所以屬於中心投影，鏡頭入瞳徑就是投影中心，而投影的影像屏幕就是感測器，如下圖所示：

鏡頭入瞳孔C是投影中心、感測器S是影像平面、兩者間距離為v、水平線為視線。因為感光晶元在鏡頭後方，鏡頭投射的像會上下顛倒、左右相反，於是取景時需要使用五稜鏡或數字圖像轉換等方式，把投影的像轉為正確方位。

很多人的誤解在於認為焦距的變化也會影響透視，但事實上不會，也很容易證明，比如下面這張動圖直接對比了16mm照片裁剪和145mm拍攝，可以看到透視關係沒有隨焦距變化而變化：

在物距不變的情況下，焦距只會影響物體的放大倍率，但照片中各個構件的相對位置和比例大小不會發生變化。但當我們改變物距時，變化就產生了，一個簡單的草圖：

模擬50mm鏡頭拍攝建築，從左下方影子不難看出其實有2棟「房子」，但因為物距較近，後面一棟被遮擋。而依然是這顆50mm鏡頭，相同的視野，當物距往遠端移動，後面的房子逐漸露出，透視關係發生變化：

關於焦距、物距與透視的關係，我就多舉一個例子，比如下面這組：

24mm和200mm鏡頭的拍攝三條圓柱（雖然不是很圓），使其可盡量撐滿畫幅寬度，可以看到因為物距的大幅縮短，24mm拍攝的畫面非常明顯的加強了縱深感，圓柱體顯得格外長。而物距較長的200mm拍攝的圓柱體則有了明顯的壓縮（可觀察地面參考線的差別）。

如果讓24mm擺放在200mm鏡頭的機位進行拍攝，也即兩顆鏡頭的物距相同，並強行放大24mm的局部畫面與200mm比對，不難發現兩者除了解析度之外基本沒有區別，這與前面的GIF實例是一個意思：

第二點：廣角變形、透視變形、鏡頭畸變的差別。

前面提到了，物距也會直接影響透視，大家應該都有看過這種類似的照片：

這種趣味小屋就是典型利用透視變形效果而來，雖然看起來是一個四方形的房間，但事實上右側要更靠近機位，如下圖：

佛系繪圖，意會就好，機位就在右下角，拍出來的效果就是右邊是山丘巨人，左邊是霍比特。這是比較典型的遠小近大透視錯覺。比較經典的實拍案例是建築攝影，當抬起鏡頭拍攝時，因為遠小近大，建築越往高處就越收緊，如果無限高，最終拍出來就是三角形的。

在狹窄空間內使用超廣角鏡頭會容納更大的取景範圍，使遠景在畫面中的佔比縮小，而同時近景也受遠小近大的影響，從而誇張了遠近景的距離，讓狹小空間也擁有很強的縱深感；相應的，用長焦望遠鏡頭拍攝時，即便物體間有明顯較大的距離，在照片上也會呈現為幾乎為同一平面的壓縮感。這應該就是部分人所說的透視感，有一個簡單的圖可以解釋：

把3個紅點作為拍攝主體，且盡量填滿前景，廣角機位需要非常靠近主體，同時會把背景里的10個黑點全都拍攝到畫面內，而長焦機位在相同主體比例的情況下只會拍到4個黑點，因為畫面大小恆定，廣角機位背景里的10個黑點放大倍率遠比長焦機位的4個小，給人距離更遠的視覺感受。而長焦機位里因為黑紅點數量接近，且放大倍率接近，看起來就像前後排壓縮到了一起。現在知道為什麼長焦大光圈鏡頭又被稱為「空氣壓縮機」的原因了吧。

上述均為透視變形的示例，但它與廣角變形其實並不相同，後者基本原理如下圖：

完全相同的兩個圓形，位於鏡頭視野中心可以很好地在像面進行還原，但位於視野邊緣時，鏡頭「看到」的圓直徑為AB，在像面會變成一個明顯的橢圓ab，產生形變，從照片的角度來看就是邊緣的像被徑向拉伸了：

可以看出視野越寬，焦距越短的鏡頭，邊緣拉伸就會越明顯。所以我以前強調的11mm等超廣角鏡頭視野更廣但拍攝局限性也更大，這就是原因。但注意這並不屬於畸變，目前也沒有什麼辦法可以很好地校正這個問題，曲面感測器從某些角度來說可以解決，但它自身就會有很多其他方面的問題，這個有空我們以後再聊。

因為畸變則是像差的一種，大多數的畸變呈徑向對稱狀，比如廣角端的桶形畸變和長焦端的枕形畸變，桶形畸變是圖像的放大倍率隨著到圖像中心/光軸距離的增大而縮小，也即中心大，邊緣小，而枕形畸變則相反，從數學角度來看，這兩種的畸變的變化幅度呈二次方程的形式。而比較特殊的「中心桶形、邊緣枕形」翹鬍子畸變則更複雜一點，變化幅度是四次方程，影響會比較劇烈。

畸變廣泛存在於當下的攝影鏡頭中，但變焦鏡頭會更容易出現。跟其他的像差一樣，從鏡頭研發製造再到軟體優化，成熟的商業產品基本都對畸變有著很好的處理方法，目前幾乎所有機身都帶畸變校正功能，Adobe也有針對市面上大多數品牌鏡頭有校正文件，所以畸變在目已經不再是什麼問題（當然，冷門品牌冷門鏡頭就很難說了）。甚至有時候還可以利用畸變的形成原理來解決問題，比如魚眼鏡頭就沿用甚至加劇了桶形畸變，實現全視角映射，而雙筒望遠鏡則會以枕形畸變去抵消滾球效應。

所以，在人像拍攝時，不同焦距產生的不同透視效果其實是與拍攝距離相關，跟鏡頭焦距無關，廣角鏡頭需要跟模特靠得更近，五官尤其是鼻子會變得更大更立體（鏡頭有明顯廣角桶形畸變會加劇這個現象），但耳朵等區域就會變小甚至被臉頰遮擋，而使用長焦鏡頭拍攝時臉部會明顯扁平化（鏡頭有明顯長焦枕形畸變也會加劇這個現象），下面這張動圖是個好例子：

所以，關於透視和透視引發的廣角變形，以及鏡頭畸變的差別，大家應該都了解到了吧？接下來可能會做一些筆記本電腦和音頻器材方面的內容，有興趣的話可以在評論區告訴我你們想了解什麼，我會好好考慮大家的建議意見的，謝謝支持。