用于紫外线成像的传统镜头: 初步选择标准  

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我对传统镜头的兴趣主要是测试数字近紫外成像中最有前途的镜头。二手市场上有数百个甚至数千个传统相机镜头型号。紫外成像只有少数经过测试,公开的测试结果在细节和可靠性上差异很大。

已发现在紫外成像有用的镜头最完整的名单可能是那些在ultravioletphotography.com

传统镜头特有的另一个问题是,具有相同通用规格的型号通常会以多种变体形式发布,其中一些在光学规格方面存在差异,直接影响它们对紫外线成像的适用性。很多时候,测试结果是如此密封,像俳句一样总结,以至于无法确定实际测试了多个镜头变体中的哪一个。

选择候选镜头进行测试的标准

随机测试旧镜头会非常耗时,而随机购买它们进行测试非常昂贵。因此,需要通用标准来确定哪些镜头可能特别值得测试。由于这些标准并不总是可靠的,尽管这些标准中的一个或多个失败,但这种初步筛选可能会排除少数适合 NUV 成像的镜头。在其他镜头测试人员缺乏可靠信息的情况下,可以根据以下标准在焦距、速度和格式覆盖范围相似的旧镜头中进行初步选择:

  • 单涂层镜片优于多层镜片。
  • 光学元件很少的镜头更有可能在紫外线下使用。
  • 薄光学元件比厚元件更容易透射紫外线。
  • 用于将光学元件粘合在一起的粘合剂(传统上是加拿大香脂)通常会吸收紫外线。因此,与具有多个胶合元件的透镜相比,具有很少或没有胶合元件的透镜更有可能在紫外线下工作得很好。
  • 在相对少见的情况下,光学玻璃或透镜胶可能会在紫外线照射下发出荧光,从而在紫外线图像中造成眩光。

单涂层元件通常显示蓝色表面反射。多层镀膜元件可以产生绿色、红色、洋红色等反射。早期的多层镀膜镜片通常具有多层镀膜前镜片和单镀膜内镜片。这样做可能是为了降低最初很高的多层涂层成本。这个成本后来变得如此之低,以至于在 21 世纪,几乎所有的光学元件都是多层镀膜,而不管实际需要。多层镀膜通常针对光学元件的特定功能进行优化,因此,在现代镜头中,不同元件上通常会看到不同类型的多层镀膜。

紫外线透射

如果没有足够的紫外线透射率,镜头就不能用于紫外线成像。然而,就像知识只是智慧的开始,紫外线透射率只是选择适合紫外线成像的传统镜头的初始标准。不能保证能很好地透射紫外线的镜头适合紫外线成像。这将在以下各节中讨论。

镜头应该如何传输紫外线才能有用是有争议的。带有拜耳传感器的现代数码相机在转换为“全光谱”后,通常可以记录 340 nm 辐射,并且相对于 365 nm 衰减一到两档。它们仍可用于低至约 310-320 nm 的成像,尽管在此范围内灵敏度如此降低,以至于图像通常非常嘈杂或需要非常强大的支持紫外线的电子工作室闪光灯。为紫外线成像而设计的镜头通常(但并非总是)传输足够量的紫外线,以允许在 320 nm 处成像(相对于 VIS 有多达几档衰减)。一般来说,如果传统镜头在感兴趣的最短波长处显示最多 3 到 4 档衰减,则可以使用传统镜头。

紫外线色差

镜头是否适合 NUV 成像还取决于其在 NUV 中的成像特性。透镜可以透射足够量的 NUV 并在给定的 NUV 波长下产生清晰的图像,例如典型的 UV LED 产生的 365 nm 附近。但是,如果该镜头在 NUV 范围内显示出大量的轴向和/或横向色差,当与来自太阳辐射或氙气闪光灯管的更广谱 NUV 一起使用时,它会产生模糊的图像。我发现一些传统镜头由于其良好的 NUV 传输而看起来很有前景,但受到宽带-UV 图像分辨率差的严重影响,使它们无法用于 NUV 成像。

由于上述原因,使用单色光源(例如 365 nm LED 手电筒)进行的测试通常会得出关于镜头是否适用于 NUV 成像的误导性结果。事实上,我已经看到 365 nm LED 手电筒的测试结果与经过复消色差校正的紫外线镜头和廉价的通用镜头几乎完全相同,这些镜头在使用宽带紫外线源(如阳光)时表现不佳。综上所述,除了使用广谱NUV光源测试图像质量外,没有实用的方法来检测镜头是否出现此问题。

中央耀斑

几个传统镜头在 NIR 中显示了一个模糊的中央耀斑或热点。有些还在 NUV 中显示出类似的耀斑。甚至一些多光谱镜头,如CoastalOpt(现为业纳)60 mm f/4 Apo,除非使用合适的镜头遮光罩,否则会显示中央眩光。

“紫外线焦点转移”

一些互联网资源将“UV 焦点偏移”称为用于 UV 成像的镜头的不良特性。这种 UV 焦点偏移的一般症状是在从可见光过滤器切换到 UV 过滤器时必须重新调整焦点。这种类型的焦点偏移是轴向色差的表现。

严格来说,UV 焦点偏移与普遍接受的焦点偏移定义无关,焦点偏移的定义是镜头光圈改变时镜头焦平面的偏移。“适当”的焦点偏移主要在用于大画幅相机的旧镜头中观察到,或者在快速镜头中一旦停止几档(特别是在近距离对焦时),并且主要是未校正的球面像差的结果。

专为 VIS 范围使用而设计的镜头可能会显示一些 UV 焦点偏移,因为它们没有针对光谱的 UV 部分进行校正。然而,除了通过阳光照射或未过滤的氙气闪光灯等宽紫外光谱光源对其进行测试之外,基本上不可能预测这将是多大的问题。

红外聚焦指数

用于紫外线成像的传统镜头: 初步选择标准  
两个旧镜头中的聚焦指数和红外聚焦指数(“红点”,在这些示例中刻有R)。

设计用于 VIS 的镜头通常在 VIS 与 NIR 范围之间显示“IR 焦点偏移”。许多传统镜头在距其对焦指数一定距离处带有“红点”、“R”或“IR”雕刻或类似的指示符。要在使用 NIR 感光胶片的 NIR 摄影中使用此红点,必须使用单反相机的光学取景器对焦,然后将对焦环移动对焦指数和红点之间的距离。例如,在上面的例子中,两个镜头首先在可见光中聚焦在无限远,然后它们的聚焦环被调整到各自的红点。

不幸的是,IR 焦点偏移与 UV 焦点偏移的方向和数量之间没有可预测的相似性。在消色差校正镜头中,UV 焦点偏移通常与 IR 焦点偏移方向相同,但两个光谱的偏移量可能非常不同。在相对于轴向色差进行复消色差校正的镜头中,IR 和 UV 焦点偏移通常相对于 VIS 中的焦点指数在相反的方向上。然而,一些“Apo”镜头在横向色差方面是消色差的,但仅在轴向色差方面是消色差的(至少有一些 Rodenstock Apo Rodagon 镜头是例子)。因此,这些透镜在 NUV 和 NIR 焦点偏移方向方面表现得像消色差。

目前用于 NUV 和 NIR 成像的绝大多数数码相机都允许使用实时取景进行精确对焦,因此 UV/IR 焦点偏移的问题,如果适度,也没有看起来那么糟糕,如果单个图像需要记录在 NUV 或 NIR 中。关闭镜头以增加焦深是减少轴向色差影响的便捷方法。

然而,大量的 UV 和/或 IR 焦点偏移使多光谱成像变得困难或不可能。多光谱成像通常需要将在 UV、VIS 和 IR 范围内分别记录的图像合并到单个合成图像的颜色通道中。如果在改变光谱范围时没有调整焦距,一个或两个通道可能会因未聚焦而模糊。在每个单独的图像之前进行对焦可能会改变图像的放大倍率,使单独的图像难以正确地相互叠加。

一个好的紫外线镜片有什么期望

如上所述,如果您对记录紫外线假色感兴趣,则必须使用宽带紫外线源,如阳光或电子闪光灯。你不能为此,请使用配备 365 nm LED 的 UV LED 手电筒,因为目前 UV LED 仅将大部分发射集中在约 10-15 nm 宽的波段中。理论上可以组合多个 LED 以获得更宽的发射波段,但目前这仅在大约 365 到 400 nm 之间的波段中具有成本效益(而且,更重要的是,我不知道有任何商业产品使用本原则)。理论上,单个 365 nm LED 的发射也可以通过混合发射紫外线的磷光体下转换为多个紫外线波长,就像白色 LED 下转换一些蓝色或紫色的发射一样LED 由在绿色和红色可见光区域发射的荧光粉混合物制成。汞灯也不适合,因为它们在紫外线中只发出几条强线,而不是或多或少的连续频谱。大多数荧光紫外灯在很大程度上也不够用。分光光度法中使用的专用紫外线宽带源价格昂贵和/或产生的排放水平非常低。

使用窄带紫外线光源,如以标称 365 nm 发射的紫外线 LED,在此波长下传输足够数量的紫外线的传统镜头将提供与为紫外线设计的最好、最昂贵的镜头大致相同的结果成像。因此,使用 365 nm LED 手电筒测试用于紫外线成像的镜头将不会告诉您有关镜头本身的信息,而且对于需要为通用紫外线成像选择镜头的读者来说,结果将在很大程度上产生误导。

为了在您的测试图像中获得与网络上常见的图像很容易比较的结果,您还应该使用最常见和经过验证的紫外线过滤器之一。目前,这是Baader U。这是我为此目的推荐的过滤器,尽管它的价格相对较高。还有其他用于紫外线成像的过滤器会产生不同的结果。还有几种紫外线通过过滤器在使用中具有特定的怪癖或限制。我不推荐它们中的任何一个用于紫外线成像的初步探索,除非您已经拥有或可以使用这些不太理想的过滤器之一。

最后,使用日光或闪光白平衡进行紫外线成像会产生大量具有强烈、通常令人不快的色偏的单色图像。紫外线成像没有“正确”的白平衡,但大多数(尽管不是全部)相机可以在紫外线中记录自定义白平衡,从而产生更容易比较的相对中性的结果。有关详细信息,请参阅UV 成像中的白平衡

用于紫外线成像的传统镜头: 初步选择标准  
紫外线镜片的比较。
第一行:VIS 图像。中行和底行:UV 图像。
中排,左:CoastalOpt 60 毫米。右:Kyoei 制造的 35 mm f/3.5。
底行,左:Enna Lithagon 28 mm f/3.5。右:El-Nikkor 80 毫米 f/5.6。

为了了解在紫外线成像中表现良好但并非专为紫外线成像而设计的镜头的预期效果,我用四个镜头拍摄了同一对象的照片。所有 UV 图像均使用安装在镜头前部的 Baader U 滤光片拍摄。尽管焦距发生变化,但图像被裁剪以大致相同的尺寸呈现对象。所有图像均使用电子闪光灯(Bowens 1500 Pro,带 Bowens 非涂层管和屏蔽罩)在相同功率设置下使用 f/11 拍摄。图中的花朵分别被选为具有紫外线黄色花瓣(带有紫外线黑色中心标记)和紫外线蓝色花瓣的花朵的典型示例。

我使用了以下镜头,从左上角到右下角:

  • CoastalOpt 60 mm Apo f/4,专为多光谱摄影而设计。
  • 传统 Kyoei 制造的 35 毫米 f/3.5。
  • 旧版 Enna Lithagon 28 毫米 f/3.5。
  • Legacy El-Nikkor 80 mm f/5.6(早期版本,金属枪管,镀铬附件)。由于焦距比较长,我被迫将相机三脚架向后移动,导致拍摄对象的视角发生变化。

Lithagon 28 mm 产生了对比度较低的轻微“隐蔽”图像,这可能是由于其相对大量的单涂层元素造成的。通过在后期制作中稍微增加对比度可以很容易地纠正这一点。此外,该镜头的焦距太短,无法与 Baader U 等介质涂层滤光片配合使用。我在测试图像中没有注意到通常在这些情况下出现的中央和外围区域之间的明显颜色变化,但对比度的损失有可能,至少部分也是由后一个问题引起的。

除此之外,所有测试镜头的结果都非常相似。CoastalOpt 60 mm 产生的图像在 UV 黄色区域带有轻微的绿色调,这与波长低于约 330 nm 通常被记录为 UV 绿色的事实一致。如果应该使用只允许波长低于 340 nm 的带通紫外线过滤器,这些镜头之间的显着差异将变得可见。然而,对于这个主题,过滤器和照明,结果几乎无法区分。这更加引人注目,因为这些镜头的价格分布在大约 200:1 的区间内。

CoastalOpt 60 mm 仍然是一个可靠的选择,因为它在 300 到 1,000 nm 之间具有最高性能,这使其成为我测试其他镜头并确保紫外线相机、光源和滤镜没有问题的参考镜头。如果没有参考镜头,识别紫外线设备和成像协议的问题将成为问题。然而,对于实际使用,尤其是在 NUV 成像预算有限的情况下,其他几种镜头也是不错的选择。

概括

由于其他摄影师缺乏可靠和详细的测试,只有可靠性有限的一般标准才能帮助确定哪些镜头可能对紫外线成像有用。在确定了多个候选镜头后,只有通过测试才能验证哪些候选镜头 在紫外线成像中真正有用

所述透镜的UV透射的量仅仅是必须满足若干标准之一用于透镜以适合于紫外成像。

在反映 NUV 成像典型场景的受控条件下,一些精心挑选的传统镜头可以产生与专门为此目的而设计的非常昂贵的镜头几乎无法区分的结果

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12月 ago

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