为什么超变焦镜头小而巨型远摄镜头大？

本周，我读了两个有关两个不同镜头的新闻报导，它们可以放大远处的物体。

首先是尼康Coolpix P900，这是一款傻瓜相机，售价600美元，具有83倍光学超级变焦镜头（“与全画幅相机上的2,000mm镜头具有相同的视野”），您会看到月球坑。

第二个是佳能EV 1200mm f / 5.6 L USM镜头，重36磅，售价18万美元，可以拍摄半英里外的人像。

一个非摄影师可能会问：“当您可以用手持相机以三分之一的价格拍摄远距离的照片时，为什么有人会用毕生的时间花在巨大的镜头望远镜上呢？”

好吧，我基本上不是摄影师，我想问一个问题。大的人给你的是什么，而小人却没有给你提供什么？我知道镜片的微小变化会在尺寸和价格上产生很大的差异，但这似乎完全是不同的规模。

镜头的光学器件发生了什么，使小镜头变得如此小而大镜头不得不变得如此……大？

我试图对使镜片与众不同的原因有一个基本的认识，我意识到我对镜片的工作原理还不了解，甚至不知道如何比较这些苹果和西瓜。

您引用的1200mm镜头是一种畸变，因为它是按订单生产的，而不是普通市场的镜头—请参阅为什么某些大型远摄镜头与望远镜相比如此昂贵？而为什么有些镜头这么贵？。但是一般规则仍然成立：与超变焦相机相比，数码单反相机和大多数无反光镜相机的镜头硕大无比。这样做的一般原因有三个：

1. 这些超变焦相机中的传感器通常较小，通常为1 / 2.3英寸，即“缩略图尺寸”。相比之下，高端数码单反相机的传感器通常为传统35mm胶卷的尺寸，而中档相机则为此类尺寸。较低的数码单反相机和无反光镜相机仍然基本上处于该范围内，并且比超变焦镜头大很多倍，这意味着镜头必须投射出更小的圆圈，进而可以投射得更小。
2. 那些大而笨重的镜头并非总是，但通常会有更快的最大光圈。这需要更大的前部元件（至少！）-这意味着更多的玻璃，更多的花费，更多的重量。可以设计一个具有更快（最大光圈）镜头的超级变焦相机，但这样做会使镜头变大（在如此巨大的变焦范围内可能更难制造）。这将违反设计目标，因此您通常不会看到它。换句话说，这是一种同义反复：superzoom相机有小透镜具有高变焦范围，因为他们做的。
3. 同样，并非总是如此，但也经常如此：单反镜头有望带来更多，因此它们旨在满足更高的期望。所有镜头的设计在大小，重量，成本或图像质量上都有许多折衷的折衷方案—请参阅哪些图像质量特性使镜头好坏？。大多数superzoom设计优先考虑这一点，要么让人们接受结果（假设该市场的挑剔买家较少），要么自动应用广泛的软件校正。

惊人的变焦范围非常酷，最大等效焦距看起来也很惊人。但是，您确实要付出代价。较小的传感器固有地会整体上收集较少的光，只是因为光线较少。那意味着更多的噪音，并且没有办法欺骗物理学。实际上，即使分辨率名义上较低（除非您拥有非常高端的数码单反相机），您也可以使用这些大镜头之一简单地从DSLR图像中裁剪出中心，并且可能获得大致相同的结果。这是因为从实际的角度来看，变焦与裁切几乎没有区别。

举例来说，这里是从裁剪图像凯拉杜哈明从她的后院了与CC-BY许可下发布到Flickr，采用了消费级数码单反消费级变焦，即使在这种作物不填框，但我认为实际细节与您链接的视频大致相当。

有了镜头，我们中的许多人也将其称为“超变焦”（有时真让人感到困惑！），佳能18-200mm f / 3.5-5.6。该镜头重约1.3磅，长4英寸-佳能专业级70-200mm f / 2.8（注意变焦范围缩小，即使两端都为200mm！）的重量是2.9磅的两倍多，几乎是两倍如长，也许可以稍微做了详细越好-但月亮是不是真的，这些模型之间的主要区别。取而代之的是，它提高了清晰度，减少了失真和其他瑕疵，更快的最大光圈，更坚固的外观，等等。

你还是做有更多的尺寸，重量和成本，但。作为交换，通常在“全力以赴”的情况下可以获得更好的图像质量（在这种情况下实际上并没有那么差。）

佳能镜头的焦距为1200mm，最大光圈为f / 5.6，而尼康镜头的焦距（长端）为357mm，最大光圈为f / 6.5。因此，佳能镜头更长，光圈更快，这就需要更大的前镜，即214mm和55mm。这是一个很大的差异，使佳能更大，更重，更昂贵。

尼康具有更小的传感器，因此可以看到更多，它实际上等同于拍摄照片，并在常规图像的距离内裁剪一小部分并将其炸毁。这样做会导致捕获较少的细节。因此，尼康镜头投射出的像圈要小得多，并且所捕获的光线更少，实际上少了15倍，这意味着图像中的噪点更多。

因此，尽管佳能镜头价格更高，但它可以提供更明亮，更清晰的图像。

镜头和传感器的尺寸有关。巨型远摄镜头与超变焦微型相机的传感器一样长，分别是其长6倍和宽6倍的传感器。

结果是一个镜头，其中每个元素的直径是直径的6倍，厚度是厚度的6倍。元素之间的距离也被放大了6倍。结果是：6 * 6 * 6 = 216倍！而延伸8厘米的镜头将改为48厘米长（3英寸对18英寸）。

然后，大镜头的拥有者也希望它比迷你变焦具有更好的性能-因此它更精确，并且可能具有更大直径的更多部件。

涨价和涨价...

你为什么要买一个好镜头？因为可以拍出好照片。在所有其他条件相同的情况下，使用相同价格的变焦镜头无法获得固定焦距的图像质量和光圈。

出于原理原因，变焦具有更多的内部镜头，这些镜头会引入更多的误差和更多的反射，并且必须以较小的光圈掩盖这些误差。

为什么需要大光圈？它使您可以自由发挥景深，使背景模糊；很明显，当光线不足时，您可以拍出更好的照片。¹大光圈也表示镜头的质量（如果我们假设制作者对于最大光圈下的每个镜头都具有相同的最低图像质量标准）。大光圈镜头应在具有相同焦距的便宜，较小光圈镜头的光圈下产生更好的图像质量。

为了说明质量和景深的重要性，我用尼康135mm / f2拍摄了这张照片（尽管我不记得实际的光圈设置）：

与Coolpix进行比较有点不公平，因为该图像是在35毫米胶片上拍摄的，因此更容易获得较浅的景深。无论如何，我认为使用该83倍超级变焦无法拍摄该图像。框架，是的；但是背景不会那么模糊。

大光圈镜头的主要缺点是尺寸，重量和价值。人们会买到非常昂贵的设备，然后再也不去买它，这是很常见的，因为它很麻烦，而且还可能被盗或损坏，因此他们总是最终会使用便宜的小型日常设备。