《3款镜头焦距、光圈在不同物距下对点光源芒线的影响》 作者：xxjtgyp 论坛原帖地址
一幅普通的照片，例如夜景照片，如果灯光出生漂亮的光芒线，会使平静的照片显现活泼的动感，我也很喜欢这种点光源光芒线的照片。按说镜头光圈越小，芒线因该越明显。但是，我拍出的照片要么没有芒线，要么芒线不明显，一直不得要领。（这里只探讨不加星光镜的情况）。
今年端午节，北京到处人山人海，正好在家测试一下，看看光芒线到底与什么因素有关。说干就干，准备了佳能EOS650D机身，百微（100L）、小白（70-200L）和17-40L三个镜头，还有三脚架、快门线等附件。选择一个普通聚光手电，作为直径20MM的点光源；再用一张硬纸板，中间用螺丝刀打了一个直径5MM的孔，套在手电前面，作为5MM点光源，测试两种光源下的成像情况。
分别使用3个镜头，在距光源（物距）1米、2米、6米、10米处，变焦镜头使用最长焦距和最短焦距，分别在f/4 、f/8 、f/16 、f/32（17-40L为 f/22）光圈下拍摄。相机使用中间对焦点自动对焦，自动白平衡，光圈优先、曝光补偿减4档（-4）。拍摄的照片剪裁中间光源部分，贴到表格中。为以便比较，粘贴的各图缩小比例不尽相同。
拍摄结果如下图：
百微测试图
小白测试图
17-40测试图
表格左边是20MM光源结果，右边是5MM光源结果。
查看结果，感觉左边的结果还算靠谱，右边怎么几乎看不到芒线，与常识相悖，百思不得其解。
把照片放大到200%，再仔细观察，发现没有芒线的亮点周围似乎又有一些影影绰绰的线条，马上意识到，会不会是光源亮度不够造成的，决定用强光手电再试一试。普通聚光手电大约100多流明，我这个强光手电号称可以达到900-1000流明，使用专门为皮带打孔的冲子，在硬纸板上打了个直径4MM的光滑圆孔，套在强光手电前面，进行第二次拍摄。
拍摄的结果证实了我的判断，光源的亮度也是极其重要的因素之一。准确地说，光源亮度，因该是光源的相对亮度，相对周围环境的亮度（就像我们说山的高度，因该是相对于周围平地的高度，而不是海拔高度一样）。
最后测试的结果如下图：
百微测试图
小白测试图
17-40测试图
从上面各表可以看出：
1、光圈越小，越容易出芒线；
2、物距越大越容易出芒线；
3、点光源直径越小、光源越亮，越容易出芒线；一般，芒线最长可以达到点光源直径的3-4倍。
这里强调一下，我一直说的是点光源。实际生活中，纯粹的点光源（直径为0）是不存在的，只要光源相对我们足够小（包括太阳），形状类似圆形，就可以认为是点光源，如灯泡是，而荧光灯管就不是。
4、芒线数码与镜头的光圈叶片数有关。如百微叶片数9片，芒线数是18；小白叶片数8片，芒线数8；17-40L镜头叶片数7片，芒线数14。
以上这些只是定性的规律，怎样找到一种简单实用的方法，用于实际拍摄中呢？
光芒线与光线通过镜头光圈时产生的衍射有关（只有夹角很小时才会产生显著的衍射现象）。那么，一定和光源点与光圈直径D的夹角a有关。如下图：
坡度值近似表示夹角a
知道了光圈直径D和物距u，这个夹角a可以计算出来，但是计算比较复杂。考虑到一般情况下，D相对于u很小（毫米级对米级），可以近似用坡度值来表示夹角a的值，即D/u。
而光圈的实际透光直径D=f / F，这里f是镜头焦距；F是镜头的光圈值，如2.8、4、5.6、8等等。
由此，坡度值=D / u = （ f / F ）/ u
镜头焦距 f 的单位为毫米，物距u的单位为米。
分析了上表中光芒线显著的27幅照片，它们的坡度值均在0.25到1.09之间。也就是说，如果保持坡度值在0.25到1.09之间，只要点光源亮度足够，就可以获得比较显著的光芒线。把这个数值代入上式：
0.25--1.09 = （ f / F ）/ u
这样就有了一个定量的东西。对于一个已知的镜头焦距和光圈值，可以计算出最大物距u2和最小物距u1。只要相机距离光源在u1和u2之间，就可以获得好的光芒线。
仔细分析，1.09计算出的是最小物距，0.25计算出的是最大物距。由于我测试时最大物距是10米，如果是20米或者更远，这个数值因该小于0.25，或更小，而趋于0。我感觉，理论上这个数值范围因该是趋于0--1.09。当然，如果物距非常远，一是光源亮度随物距的平方成反比，芒线很暗，被阴影所淹没；二是在传感器（胶片）上的结像很小，根本看不出芒线。所以，最远的物距要根据拍摄条件和构图所确定。因此，实际操作中，只需要把最近物距计算出来就可以了。于是上面的公式变为：
1.09 = （ f / F ）/ u
我们再大胆一些，近似地认为 1.09==1，（这样的结果无非是使计算出的物距u比实际稍远，因该是更靠谱了），于是公式变为：1= （ f / F ）/ u，整理后变为：
u = （ f / F ）
这里，焦距f的单位是毫米，F是光圈值，物距u的单位是米。
例如，焦距为100毫米的镜头，使用16光圈，那么最近的可拍摄距离就是100/16=6.25米。
（ f / F ）是镜头这种情况下的光圈开口直径D，也可以说，最近物距就是D数值的1000倍。
又如，焦距100毫米镜头，在物距4米处拍摄，光圈值因该调节到F=（f / u ）=100/4=25处。
百度了一下，光的衍射有两种，一是狭缝衍射，二是小孔衍射。
狭缝衍射
小孔衍射
镜头光圈缩小后，两种衍射都会出现，在上述列表的照片中都能够看到。光圈每两片叶片之间都会出现狭缝衍射，而形成芒线。如下图：
照片中的狭缝衍射和小孔衍射
我推测，光圈叶片狭缝衍射产生的芒线因该是穿过光源的圆心，从圆的一边贯穿到另一边的，如果从圆心把这一条芒线断成2段，就可以理解为“一个狭缝产生2根芒线”，这就解释了为什么7个光圈叶片产生14个芒线，9个光圈叶片产生18个芒线的原因。同理，8个光圈叶片同样也产生16个芒线，只不过8个叶片既是以圆心对称，又是轴对称，相对的两个叶片狭缝产生的芒线两两重合，变成了8条芒线。不知道这样解释合不合理。
几个问题：
1、上面推导出的最近物距公式，是在光源直径为20MM和4MM情况下的结果。光源直径大于20MM很多的时候，拍摄时应比计算出的物距值再远些。光源直径如果很大，已经不能认为是点光源了。
2、此次百微是作为普通镜头参加测试的。如果拍摄微距，由于微距镜头的特殊性，以及微距拍摄时物距较小（相比光圈直径D较大），所以，这个公式不适于微距拍摄。
3、芒线与相机画幅（是否是全画幅）无关，似乎也与相机像素无关。相机像素密度高，放大到1：1时，由于图像更大，保留的细节会更多一些。
4、由于星光镜形成的芒线与镜头形成的芒线的形成方式不同，经实际拍摄证明，互不影响。一个光源处，既有镜头形成的短而多的芒线，又有星光镜形成的长长的芒线。如下图：
两者芒线叠加在一起的情形
有时星光镜形成的芒线很粗大，常常破坏画面的构图，对星光镜是又爱又恨。希望生产星光镜的厂家能够改进一下技术，把网线刻蚀得再细一些，最好细一半；使用的光学玻璃再薄一半，两面镀膜，最好多膜；价格最好不超过200元（太贪了，哈！）。
以上是镜头测试中的体会和想法。本人外行，光学知识也只限于年轻时的一本课外读物《几何光学》，错误难免，诚心希望各位老师不吝指教。
