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Research interests 研究興趣與專業:

1. Dynamics of solid-state and fiber lasers 固態雷射與光纖雷射
2. Photonic and multifunctional materials 光電與多功能材料
3. Optical properties of wide bandgap ZnO semiconductor 寬能隙氧化鋅光電特性
4. Photon transport phenomena and quantum optics in photonic crystals
光子晶體之光學傳輸與量子光學現象
5. Dynamics of microcavity polariton Bose-Einstein Condensates
微腔光極子波思-愛恩斯坦凝聚現象
6. Light-field imaging and optical system design 光場解像與光電系統設計

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2019年1月9日 星期三

使用大焦距鏡頭才能減短景深的迷失


攝影是透過鏡頭(透鏡)將遠處的物體,形成縮小的像記錄在底片或光感測器上。光學上定義像距(Si)與物距(So)的比值為像的放大倍率,M=Si/So;反之,放大倍率的倒數,1/M=So/Si=R,稱為縮小倍率。所以縮小倍率越大,影像越大。在固定光圈F數之下,一般人都認為需要使用較大焦距的鏡頭才能減短景深來達到特寫的效果。其實不然,景深與影像縮小倍率放大倍率倒數有直接(平方)的關係,與使用鏡頭的焦距沒有直接的關係。在固定焦距和固定光圈F數之下,可以透過移動相機靠近被攝物體,減少縮小倍率來放大影像,達到縮短景深的目的;而遠離被攝物體來縮小影像,可以增長景深。變焦鏡頭常常被使用在不改變對焦距離(物距),藉助改變變焦鏡頭的等效焦距,來改變視角和視野,以便改變影像的縮放比例。例如使用變焦鏡頭的長焦距端放大影像,希望能縮短景深。然而,操作變焦鏡頭在長焦距端,讓光圈被迫變小(提高光圈F數值),實際上是比用短焦距端,縮短物距以保持相同放大倍率影像,但仍然維持最大光圈的的情況下的景深還長。所以,對變焦鏡頭而言,可以清楚對焦的最近對焦距離(物距),應有最短的景深。所以要有最短景深,不一定要使用大焦距鏡頭。
[註: 景深與光圈F數和影像縮小倍率的關係式:當光圈數小於11時,景深=2*光圈F數*10E-6*影像縮小倍率平方(單位:米);但當光圈數大於11時,景深=1.46*光圈F數平方*10E-6*影像縮小倍率平方(單位:米)。]
f/1.8, 1/188, 3.99mm, ISO20
f/1.8, 1/178, 3.99mm X2, ISO20
一般的手機相機都具有固定不可調的光圈,因此,想要用手機拍特寫,只好盡量靠近被攝物體來放大影像,這樣同樣可以達到縮短景深模糊背景的照片。如下圖分別是以iPhone 7+的1X和2X拍攝紅花韭蘭的照片。 
這兩張照片雖然是用不同鏡頭拍攝,但刻意將主體(ㄧ朵紅花韭蘭保持相同大小影像。我們可以看出照片的背景(欄杆和樹枝)在景深之外,都已被模糊掉,且大約有相同的景深。另外,由於長焦距鏡頭會壓縮視像空間,所以2X鏡頭所拍攝的照片(下圖)背景綠葉比起(上圖)1X鏡頭所拍攝的照片來得近且較大。
主體保持相同大小影像,改變鏡頭焦距和物距以保持相同大小主體,來製造視覺效果的方法稱為Dolly zoom。 多莉縮放的拍攝手法最早被名導演希區考克先生應用於電影拍攝上,保持主體不變但是讓背景(和前景)快速變化,來製造壓迫感和懸疑氣氛。靜態攝影也可以使用Dolly zoom 的手法,利用重複曝光和連續zoom和移動相機來保持相同大小主體,其結果不僅可以模糊前景和背景,又可製造輻射狀收斂或發散的動態感。
Snapseed 疊加上面兩張照片。
下面的照片是將上面兩張照片利用Snapseed app 疊加而得。移動相機來保持相同大小主體,再疊加起來以模仿重複曝光,其結果可以讓背景更模糊(即使是長景深照片)。因為是手持拍攝角度有點偏差,且放大倍率差太大所致。

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