红外照片为什么画质不如常规片？红外摄影画质提升的理论及方法

刚开始拍红外的时候，明明对焦准确，白平衡也没啥问题，也是使用镜头最佳光圈拍摄，对焦也“准”，但最终图像老是有一种“糊”的感觉，不够清晰，红外摄影画质比常规片差很多。而我却不知道为什么会这样？

为什么会这样？到底是什么原因导致这个问题？经过不断的摸索和查阅相关资料。终于，我找到了原因，简单来说，问题就出在红外光比可见光波长更长！

波长更长的红外光会导致两大问题，一是焦点的偏移，二是红外光衍射更大。这两大问题导致在红外摄影中要采取相应的手段来规避。

几个理论知识

本文涉及一些理论上的东西，我尽可能用简单易懂的方法来阐述。在开始之前，先来了解几个物理知识。

光的波长与焦点

红外光波长比可见光更长，但大部分数码红外相机是直接改机去除低通滤镜，并未真正针对红外摄影优化，还是沿用的常规摄影那一套（包括镜头），在早期的一些镜头是专门设置的红外焦点刻度就说明了一切。红外摄影要获得更准确的焦点只有两种解决办法：一是使用即时取景对焦，直接观察来源于传感器的图片确定焦点；二是缩小光圈，扩大景深，或直接使用“超焦距”对焦拍摄。

但使用小光圈也是有副作用的，甚至可以说是导致红外片画质不如常规片画质的主要原因，那就是衍射！衍射越大，将导致更大的埃利斑，一旦埃利斑的大小超过了传感器像素尺寸，就会带来画质的直线下降。

什么是衍射

衍射是指波（例如光）在拐角处或通过孔（这里理解成镜头光圈吧）时发生的弯曲。尽管大多情况下，光通过一个孔时都沿直线继续向前，但还是会有一小部分改变方向。

而相机是“受衍射限制的系统”，因为衍射和光学缺陷会限制相机能够捕获的最终分辨率。所以我个人以为，高像素的相机未必会带来画质的收益，高像素必须配备更大的传感器才能两全。当然，也不排除科学的进步，一步步突破这种物理极限的可能性。但至少目前那些所谓的小底高像素都耍流氓，让消费者交智商税。

从上图可以看到，当光波通过小孔后，发生了明显的衍射。相机的物理结构，注定逃不过衍射带来的影响，说到相机的衍射，自然得说说埃利斑。

埃利斑(Airy disk)

埃利斑，是指一个光点在相机传感器上形成一个斑点。较少的衍射导致较小的埃利斑，较多的衍射导致更大的埃利斑。

埃利斑大致长这样：

一个光子落在相机传感器上，就像一滴水滴落在地，周围会泛起水花，这就是埃利斑（埃利是个人，关于他的故事可以自行搜一搜），这些“水花”将直接影响照片的最终画质。

我的理解是埃利斑的形成，就是因为光的衍射。衍射会直影响埃利斑，哪些因素又会影响衍射呢？

影响衍射的因素

影响数码摄影中衍射的三个因素。

• 光圈大小或光圈值
• 光的波长（重点：红外光波长比可见光波长更长）
• 像素大小

孔径（这里可以解理成光圈）和波长决定了埃利斑的大小，我们来看看埃利斑大小的计算公式：

d / 2 = 1.22 λ Ñ

其中d是埃利斑的最终直径，λ（λ）是光的波长（提示：红外光的波长更长），N是光圈。对该公式进行转换一下，得到相对友好的版本：

埃利斑的直径= 2.44 波长 光圈值

根据这个公式，不难看出，波长或光圈的增加都会增加艾里斑的大小。就像在可见光摄影中一样，较大的光圈值（较小的光圈）会导致更多的衍射，埃利斑也更大。对于红外摄影而言，与可见光波长相比，更长波长的光（红外光）会产生更多的衍射。

不用计算都能看出，在相同的光圈值下，850nm（近红外）的光产生的埃利斑，其大小是425nm（紫）的光的两倍。这会带来什么样的副作用？

像素大小

将埃利斑的大小与像素大小进行比较，可以确定照片中的衍射是否可见。当埃利斑的大小小于传感器上的像素大小时，衍射在图像中不明显。但是，当埃利斑的大小超过像素的大小时，该点的光线将被周围的像素接收，衍射的结果是可见的。就像“水花”飞溅到相邻像素上，被传感器清楚记录下来，而记录下的东西是衍射，这是因为光的扭曲而产生的“拉圾”，一旦衍射可见，自然会对最终图片造成不利的影响。

• 埃利斑尺寸<像素尺寸=无明显衍射
• 埃利斑尺寸>像素尺寸=可见衍射

原因找到了

除了准确的对焦，红外摄影在选择最佳光圈的时候，你还不得不去考虑自己所使用的红外滤镜波段。

在可见光摄影的时候，假设最佳光圈是f8，我使用850nm滤镜进行红外摄影，我依然使用f8光圈拍摄，这样的后果就是，产生更大的埃利斑导致衍射可见，从而降低了画质。

那末，应该如何避免，并最终确定对应红外波段的最佳光圈呢？

我们来开启演算模式！

埃利斑直径演算

在演算前，我再帖一次埃利斑直径计算公式：

埃利斑的直径= 2.44 波长 光圈值

假设使用850nm滤镜，并以f8光圈拍摄，那么埃利斑直径为：

2.44850nm8=16592nm(纳米)

换算成微米大致就是16.6um。假设您的相机是Nikon D800，它的像素尺寸仅为4.9um(自己相机传感器像素大小可以计算，也可查得)，埃利斑直径是它的三倍还多。衍射带来的影响可想而知。

即使把光圈改为f2.8，埃利斑的直径在5.8um，理论上基本能抵消衍射带来的影响。但对于风光摄影来说，景深又是问题。因此，高像素在高波段红外拍摄，并不一定能带来成正比的画质收益。

下面我算了个表，425um相当于正常可以见光，分别与590nm和850nm的埃利斑直径对比。

可以看到，590nm在f8光圈相当于常规片使用f11光圈拍摄，850nm在f8光圈相当于常规片使用f16拍摄。更何况数码镜头一般都是针对常规片（可见光）优化，红外拍摄选择镜头就有点碰运气了。

总结

经过本文说明，相信红外摄影爱好者应该清楚红外摄影的副作用和规避方法了。

• 红外摄影由于波长更长，将导致更大的埃利斑。一旦埃利斑大于相机传感器像素大小，将会导致画质下降。
• 红外摄影在最佳光圈的选择上，应比常规片拍摄时扩大一到两档，这视使用的滤镜波段而定。
• 红外光由于波长更长，焦点相对常规片也会发生偏移，在使用相对较大光圈的时候最好使用即时取景对焦。

针对这个问题，也有一些工具类摄影APP提供方便的计算。但摄影毕竟和艺术有那么点关系，并不是纯科学的东西，大差不差的话也行。