放大越多，为什么图片不会变暗？

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随着透镜的焦距变长，穿过透镜以撞击反射镜/传感器的光子就会更少。

当您进入取景器并使用变焦镜头放大时，为什么看不到变暗，反之亦然？

为什么远摄镜头不需要比广角镜头更长的快门时间？

— 诱饵
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他们是这样。是什么让您认为他们不这样做？

— Aganju '18

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为什么您认为便宜的远摄镜头具有光圈级？:)

— John_ReinstateMonica

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@john即使廉价的变焦镜头也不会像最长的焦距那样暗，如果入射光瞳不会随着镜头变焦而扩大，它们甚至不会达到最长的焦距。恒定光圈变焦和可变变焦之间的区别在于ep的放大倍数与总体放大倍数保持一致。

— Michael C

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这个问题的答案围绕着解释变焦镜头的工作原理而展开，因为您的观察是正确的：当您放大到越来越大的放大倍率时，除非采用某种补偿，否则图像会变暗。假设从25mm放大到50mm，如果光圈的工作直径保持不变，则图像亮度在强度上会损失4倍。换句话说，焦距的每增加一倍将变暗，其亮度仅为变焦前的25％。如果为真，如何防止这种光损失？

可以进入镜头的光能量与光圈膜片（孔径）的工作直径直接相关。工作直径越大，表面积越大，镜头可以聚集的光越多。

现代变焦镜头的袖子巧妙，可以使大部分变焦期间的图像亮度保持相同。某些高端变焦可保持整个变焦期间的图像亮度。工作原理：从正面看镜头时，光圈直径看起来比实际直径大。这是因为变焦透镜的前组透镜元件被放大，因此该入射圆的直径看起来大于实际直径。

此外，随着变焦，与前镜头组和虹膜光圈的距离也会改变。这引起明显的直径变化。显而易见而不是真正的改变这一事实并不重要。从外部看，这种变化看起来是真实的，并且此操作允许您在缩放时输入越来越多的光能。

就像我之前说的，某些高端变焦可以很好地贯穿整个变焦。这些被称为恒定光圈变焦。价格较低的变焦镜头将保持恒定的光圈，直到变焦的最后80％左右为止，否则这些变焦镜头将失败，并遭受您要问的光损失。

— 艾伦·马库斯（Alan Marcus）
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查看廉价变焦镜头的规格，例如EF-S 18-55mm f / 4-5.6 IS STM。f值的减小不会等到“最后80％的缩放”，无论如何。它以1/3档的增量发生：18-19mm = f / 4，20-29mm = f / 4.5，30-43mm = f / 5，44-55mm = f / 5.6。the-digital-picture.com/Reviews/…它们确实保留了焦距变化总放大倍率的70-80％。18mm @ f / 4 = 4.5mm，55mm @ f / 5.6 = 9.8mm。55/18 = 3.06倍9.8 / 4.5 = 2.18倍。2.18 / 3.06 = 71.2％。

— Michael C

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我的18-200mm f / 3.5-6.3的工作方式相同，光圈在整个范围内逐渐变化，但在长距离时变化不大。

— 没人

@MichaelClark Ah，这是IS STM可以视为“廉价变焦”的

— 近代

@chrylis当前的18-55mm IS STM以恒定美元计算要比1970年代和1980年代的大多数“廉价变焦镜头”便宜。

— Michael C

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f /光圈编号系统是专门发明的，以确保具有相同f /光圈编号的不同镜头可以看到相同的曝光。这包括您的广角和远摄镜头。F /光圈数=焦距/有效光圈直径。

同样，广角镜头可以收集更多的总光子（来自更广的区域）。但是，焦距增加2倍（100毫米对50毫米）确实会使被摄对象显得大2倍，只是我们的远摄镜头（和相同的传感器尺寸）将我们的视野裁剪为仍然可见的区域的1/4。假设我们的对象是一堵均匀照明的大空白墙（没有使该问题复杂化的特殊区域），那么我们看到1/4的光（光子，您的论点），但是在1/4的区域中，这是每单位区域。曝光是关于每单位面积的光，而不是整个框架区域中的总光子（框架的右手边明亮会添加光子，但不会改变左侧暗端的正确曝光）。

— 韦恩
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我们看到1/4的光子比以前扩大了4倍，这是原始亮度的25％，单位面积的光量减少了！

— szulat '18

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您是在说传感器框架，但我说的是该传感器上显示的场景图像内容。再看一下长焦镜头。:)镜头长2倍，可以看到物体长2倍，但在1/4的图像范围内。传感器仅复制该图像。（好的，场景区域的变化可能会导致特殊情况，特别是，较长的镜头裁剪和忽略的较亮或较暗的区域现在不再影响仪表读数，而可能会引起变化）。在我的回答给出明显的观察结果的事实指导下，而您的回答却没有。

— WayneF '18

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这里只有传感器框架很重要，因为那是捕获光线的地方。缩放只占场景的一小部分，然后在整个画布上拉伸。但我们仍然只从场景的一小部分中获取大量的光。

— szulat '18

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您仍然希望计算传感器上的总光子数。祝您好运，但曝光约为每单位面积（图像区域）的光线。传感器仅复制该图像。正确的理论确实必须与我们看到的确实可以观察到的事实相匹配。

— WayneF '18

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是的，长2倍的镜头可接收1/4的光，但并不暗。因为f / number的定义意味着在相同的F / STOP下，光圈直径必然要大2倍（光圈面积的4倍... f / stop = f / d），因此曝光（每单位图像面积的光）为同样的曝光。这就是光度计的工作方式，带有f /档位数字，焦距不是一个因素。艾伦·马库斯（Alan Marcus）的回答解决了这一问题，但可能不够直接，以至于您无法理解（您似乎认为他同意了）。

— WayneF '18

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放大越多，为什么图片不会变暗？

如果入瞳尺寸保持不变，则保持不变。

但是几乎没有变焦镜头，即使那些具有可变最大光圈的变焦镜头，也保持与变焦镜头相同的入射光瞳大小。

随着透镜的焦距变长，穿过透镜以撞击反射镜/传感器的光子就会更少。

同样，仅当入瞳尺寸保持恒定时。

但是要保持相同的f值，就需要以与焦距相同的比例放大入射光瞳的直径。如果将焦距增加一倍，还必须使入射光瞳的直径增加一倍，使ep的面积增加四倍，以保持相同的f值。

膜片的物理尺寸只是决定透镜最大光圈（以f值表示）的一部分。镜头前部和光圈位置之间的放大倍数也起一定作用。光圈的f值由镜头焦距除以入射光瞳直径（通常称为有效光圈）的比率确定。

用简单的语言来说，入射光瞳直径是由从镜头前部观察时光圈开口出现的宽度定义的。

在您的示例中，具有114°视角的14mm镜头在f / 2.8的情况下有5mm宽的入射光瞳。对于单反相机甚至大多数无反光镜相机，14mm镜头称为逆焦设计。它或多或少相当于远摄镜头向后旋转。因此，光圈和镜头前部之间的“放大倍数”为负。也就是说，入射光瞳看起来小于物理膜片的实际尺寸！另一方面，视角为27°的90mm镜头要求f / 2.8的入射光瞳直径为32mm。与14mm镜头在f / 2.8时的5mm入射光瞳相比，它的宽度是6.4倍，或大41倍。

当移动恒定光圈变焦镜头以改变焦距时，通常改变的是镜头前部和光圈之间的放大倍率，而不是光圈的物理尺寸。放大倍数的这种变化使入射光瞳在相同的物理光圈下，在较长的焦距下显得更大，而在较短的焦距下看起来很小。一个70-200mm f / 2.8镜头的入射光瞳在70mm和f / 2.8时直径为25mm。在200mm处，f / 2.8时的入射光瞳宽约71mm。在这两种情况下，实际的物理膜片大小相同。变化的是光圈组件和镜头前部之间的放大倍数。

请注意，可变光圈变焦镜头通常也具有相同的原理。以一个18-300mm f / 3.5-5.6变焦镜头为例。f / 3.5的入瞳为18mm时，宽度约为5.14mm。在300mm处，f / 5.6的入射光瞳是53.6mm宽的十倍。请注意，大多数最大在300mm和f / 5.6处的变焦镜头的前置元件的直径略大于54mm。原因是所需的入瞳尺寸！如果300mm处的入射光仍像18mm和f / 3.5一样宽5.14mm，则300mm处的最大光圈将为f / 58！

那么，为什么所有的变焦镜头都没有使用足够的放大倍率在整个变焦范围内保持恒定的光圈呢？主要是与生产恒定光圈镜头所需的额外尺寸，重量和复杂性相关的成本。

— 迈克尔·C
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通过取景器观看时，您的瞳孔会膨胀以补偿。

— 亚历克斯
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这实际上是第一个问题的正确答案。

— 莫伦'18

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@morten在某些特定情况下。

— mattdm

@morten仅当ep镜头变焦时ep也没有放大时。

— Michael C

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是的，您的推理是正确的，假设所有其他因素保持不变，则放大时图片会变暗。

使用自动曝光模式时，您的相机只需调整曝光时间，ISO或光圈，即可补偿变暗。切换到手动模式或在缩放时检查显示的照片设置，以查看这些参数与视在亮度之间的关系。

— 苏拉特
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仅当镜头的最大光圈改变（即可变光圈变焦）时，图像才会变暗。固定光圈变焦不会改变。而且，当然，除非以较低的组合曝光值拍摄，否则所得的照片根本不会更暗。

— 吉姆·麦肯齐

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错误。“光圈”与“ f-stop”不同。以恒定光圈进行变焦始终会使图像变暗。当然，为了方便起见，我们通常使用f挡块，但是由物理镜头属性引起的光圈更为基本（尤其是在变焦的情况下-前镜头不会变宽以补偿焦距的增加）

— szulat

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假设我们有一个完美的70-300 mm f / 4-5.6变焦镜头。在短端和大开口处，孔径为70/4 = 17.5 mm。（在f / 5.6时，直径为70 / 5.6 = 12.5毫米。）在长端和大开口处，孔径直径为300 / 5.6〜53.6毫米。在这种情况下，即使除数（“ f值”）也变大，实际孔径实际上也会随着我们放大而变大。佳能70-300 / 4-5.6的过滤嘴螺纹为58毫米，因此前面板尺寸并不是严格的限制因素。

— CVn

@szulat前透镜不会扩展，但是入射光瞳几乎总是会扩展。在Michael Kjorling的示例中，如果入瞳保持恒定在17.5mm，则300mm处的f值将为f / 17。

— Michael C

但是该示例显示，图片在300mm处变暗，这是最常见的行为。无论如何，这是无关紧要的，我说缩放通常会更改亮度（这与从理论图上发现的OP一致，并且直观上可以理解），除非进行了一些更改以进行补偿。增加瞳孔是补偿。我什至看不到任何我们可以不同意的地方;-)

— szulat