每年秋天，看见金黄的银杏叶，我拿出手机拍照，无论变换多少种角度，手机里只不过留下了一些平平无奇的照片，难道，是我的摄影天分不够吗？
【资料图】
后来又遇到了很多次这样的情况，看见草地上成片的蒲公英，拿起手机，收获了一张平平无奇的照片；看见春天满树盛开的桃花，拿起手机，又收获了一张平平无奇的照片……
为什么眼睛观察到的漂亮景物，拍下来就没那么好看，难道，问题出在相机上？思来想去，原来问题的根源是：我所见，非相机所得。
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01
相机与我们“看到”的风景
为何不一样？
看见美好的景物，打开相机，按下快门，记录工作就完成了。在这个过程中，相机传感器记录下景物信息，接着转换为数字信号存储起来。相机“看见”的景物，和屏幕显示出的照片，它们之间是一致的，有严格的数据作对照。
图片来源：维基百科
可是人眼与相机观察同一景物的结果，可就大不一样了，这是问题所在之处。在一定程度上来说，相机也是仿生学的作品，它和人眼的成像机制大体上是一致的。人眼的晶状体能够折射光线，相机镜头同样如此；瞳孔能放大缩小，控制进入眼睛的光量，相机中的光阑也能放大缩小从而控制进光量；视网膜上的视觉神经细胞将光信号转变为电信号并传递给大脑，现代数码相机的感光元件也是将光转换为电信号，再将信号传递给处理器。成像原理大体相似，成像效果非常不同。
02
双目视觉与单相机成像不同
两只人眼观察到的景象之间是有差别的（轮流眨眼可以体会到这种差别），大脑利用两只人眼观察到的景象“脑补”出了立体的世界，相机拍摄的图片则是一幅平面图。现在，闭上一只眼睛，把自己左右手的两只食指伸出来。你会发现光凭一只眼睛很难判定他们的位置关系。相机拍摄的图像也是这样，物体的空间位置关系在图片里表现得不那么明显。在观看照片时，也会感觉它非常“单薄”。
你觉得哪一只笔离相机更近（左滑图片查看答案）？
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制图：海里的咸鱼
解决这一差异的技术已经出现了，只是应用范围还不太广泛。在图像的记录端，已经出现了模仿人眼视角记录影像的设备。它们往往有两个镜头，镜头之间的距离与人眼之间的距离相近，用于记录类似于人的左右眼分别观察到的图片。这些设备可用于3D电影的拍摄。
图片来源：维基百科
在图像的显示端，目前还没有便携式的裸眼立体图像显示设备。人们需要在电影院里，佩戴专门的3D眼镜(由偏振镜片构成)，才能观察到立体的场景。这对投影设备以及眼镜都有特殊的要求。要想在生活中随时观察立体图像，还需要“光场显示技术”的助力，这种技术能将两幅图像分别送达人的双眼，而且不需要佩戴眼镜，具体原理比较繁琐，就不在这里展开说啦。总之，由于成本和设备体积原因，这种显示技术也没有大规模应用。
03
清晰成像的横向范围不同
人眼能够观察到的范围很广，单眼的视场大约为150°，双眼视角能够达到200°。但是能够清晰成像的范围很小，只有几度。正在看这篇文章的你，眼睛能够清晰的字不超过十个。
不信？我们不妨试一试，随便盯着一个字，然后感觉一下周围还有多少字是清晰的。
这时候可能会有人问了，那为什么还有“一目十行”的说法呢？这是眼球在快速转动，利用狭小的清晰视野快速扫描不同位置的景象。相机则不是这样，离相机距离一致，方位不同的物体，都能够清晰成像。一般来说，手机上配备的相机视场角大多在40°-120°，拍摄出的图片在各个角度都是清晰的。
制图：海里的咸鱼
从拍照设备的角度看，把各个位置都拍得很清晰当然很好，在摄影的角度可能就不是这样了。
人们在欣赏美景时，清晰成像范围内往往是景物中美丽的那部分，杂乱的次要元素则不在清晰成像范围内，变成了模糊的旁景。眼睛被美丽的景物所吸引，在我们眼中景物周围的东西都是模糊的，存在感很低。如果此时拿手机拍下一堆照片，在翻看照片时常常会感觉拍得很一般，就是因为景物周围杂乱的旁景在照片里变得十分清晰，存在感十足。
04
清晰成像的纵向距离不同
前面讲了相机与人眼的“横向”成像特性，他们的纵向成像特性其实也不太一样。一般大家把纵向的成像特性叫做“景深”，是说相机拍摄时能够清晰成像的空间深度。
拿着手机拍摄两米外的景物，景物前一米到景物后四米这个范围内的物体在照片上都是清晰的，这说明清晰成像的空间深度（景深）为 5 米（不同参数的相机景深不一样）。同样的，人眼在观察外界的时候也有清晰成像的范围。当人眼注视正前方 25 厘米处的物体时，能够看清的空间深度为 23.6-26.6 厘米（景深为 3 厘米，这一数值会因人员以及光照条件的变化而变化）。
人眼在观察不同距离的物体时，景深范围不同。观察近处时，景深范围很小，观察远处时，景深范围比较大。相机的景深范围不仅取决于拍摄物体的距离远近，还跟相机镜头的焦距，光圈值等参数有关。
图片来源：维基百科
观察者人眼的景深与拍摄设备的景深不相同时，人眼所观察到的图景与照片记录的图景就有差别。这些差别或许让照片看起来平平无奇，也可能使照片更加惊艳。手机摄像头结构特定决定了它的景深比较大，清晰成像的纵向距离很长。手机厂商往往利用图像处理技术来模仿浅景深的拍摄效果——拍摄主体清晰，背景进行模糊处理，使拍摄的照片看起来更漂亮。
05
从相机的“视角”看世界
更能拍出好照片
目前的手机都装配了三个或是更多的照相系统（各个系统的焦距不同，拍摄到的景象范围不同），不同的系统拍摄所得的照片也各有特色。针对不同的场景选择不同的相机，调用广角相机（视场角很大）来拍摄宏大的场面，局部的美景就用长焦相机（视场角比较小）去捕捉。
制图：海里的咸鱼
在成像视场内尽可能突出主体，使用小景深的相机（焦距越长、离景物越近，光圈越大，景深就越小）能够很好的减小拍摄主体之外的背景干扰。摸清楚相机成像特性后，拍照会更加得心应手。
最后，希望学习了这些之后，大家都能在这绝美的秋季拍摄出一张又一张精彩的照片！
出品｜科普中国
作者｜海里的咸鱼
监制｜中国科普博览
选送单位：中国科学院计算机信息网络中心
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