談到了造成了“拍到的和看到的不一樣”問題的各種因素，口腔環(huán)境的特殊性也增加了口腔攝影的難度。

鏡頭直接決定了影像的質(zhì)量。當(dāng)我們面對繁雜的各式鏡頭時，如何根據(jù)口腔攝影的需要進(jìn)行選擇？

1.焦距（Focal Length）

焦距：理想情況下，來自無窮遠(yuǎn)處的平行于鏡頭光軸的光線，經(jīng)過鏡頭的折射，能匯聚在鏡頭的后焦點F2處；焦點到后節(jié)點N2之間的距離稱為焦距（f），如圖1。

▲ 圖1：鏡頭的基本概念： A. 平行于光軸的光線經(jīng)過折射后能匯聚在光軸上一點，稱鏡頭的后焦點，用F2表示；B. “節(jié)點N”是鏡頭的光學(xué)中心，穿過前節(jié)點N1的入射光線將從后節(jié)點N2處離開透鏡，并且其傳播方向不會發(fā)生偏轉(zhuǎn)；C. 鏡頭焦距是指N2點到F2點之間的距離。

目前市面上銷售的鏡頭多以焦距作為索引，鏡頭上標(biāo)稱的焦距往往是一個平均數(shù)據(jù)。不同焦距的鏡頭的性能會有非常大的差別，最直觀的感受是畫面的“遠(yuǎn)近感”； 但更重要的（往往容易被忽略）是其它一些受焦距變化影響較大、與照片質(zhì)量密切相關(guān)的光學(xué)性能：

1.1.  象散（Astigmatism）& 相場彎曲（Image Field Curvature）

相場彎曲，是指平面景物經(jīng)簡單透鏡成相后，實相不在一個理想平面（高斯平面）上，而是位于一個曲面（Petzval曲面）上；由此當(dāng)入射光線和透鏡光軸成一定角度時，用平面光屏承接到的實相徑向和切向的放大率不相等，會出現(xiàn)斜形的相差，稱為象散，如圖2。

 ▲ 圖2：A. 經(jīng)過簡單透鏡折射后，高斯理想光學(xué)模型的成相平面G和實際成相平面P（Petzval曲面）的位置關(guān)系。兩個平面只在近軸光線的成相區(qū)域X范圍內(nèi)重疊。B. 超出近軸光線的范圍的實相會出現(xiàn)明顯的象散；

例如當(dāng)入射光線與光軸成一定角度時，由于Petzval曲面與高斯平面在位置上有差別，而在相機(jī)設(shè)計時多是按照高斯的理想平面來設(shè)計感光元件的位置，所以承接到的實相在垂直方向上（I’v）和水平方向上（I’T）的放大比例并不一致，造成實相的銳度下降，變形。

目前使用的鏡頭對象散和相場彎曲的控制比都較理想。一般地，廣角鏡頭受到相場彎曲的影響比較明顯，成相的質(zhì)量（特別是銳度）也會受到影響。在需要記錄細(xì)節(jié)并且對銳度要求比較高的口腔攝影領(lǐng)域，應(yīng)該避免選擇廣角鏡頭和大光圈。不僅是但從象散考慮，也有廣角鏡頭相對明顯的畸變的考慮。

1.2.  畸變（Distortion）

球面透鏡中心和邊緣區(qū)域折射率不同，導(dǎo)致所成的實相中心和邊緣的放大比不同，出現(xiàn)實相的變形、直線的彎曲，稱為畸變。其特征表現(xiàn)為桶形畸變（Barrel Distortion）和枕形畸變（Pincushion Distortion），分別常見于長焦鏡頭和廣角鏡頭，如圖3。

▲ 圖3：鏡頭常見的畸變的表現(xiàn)和產(chǎn)生原因。根據(jù)高斯定律，理想凸透鏡形成的實相應(yīng)該和原始景物外形一致；實際情況下，當(dāng)入射光線和透鏡光軸成一定角度時，由于折射率的差異，會在實相的邊緣出現(xiàn)景物的變形（Δh），稱為畸變。

畸變率定義為變形量Δh對理想實相尺寸的百分比 [100%]。使用對稱設(shè)計能較好地控制鏡頭的畸變，一般情況下鏡頭的畸變率在1%以內(nèi)，高精度的設(shè)計能將畸變率控制在0.1~0.3%。微距鏡頭一般用于近距離拍攝以表現(xiàn)被攝物體的細(xì)節(jié)，在設(shè)計上對畸變的控制能力要優(yōu)于一般的定焦鏡頭，推薦在口腔攝影中使用。

鏡頭的焦距不同，受到畸變的影響程度不同。當(dāng)鏡頭的焦距低于80mm時，焦距越短，位于相場中心的景物的幾何尺寸被放得更大，而位于中心周圍的景物被壓縮得更小。應(yīng)用在對全牙列攝影時，前牙寬度的比例會因為選擇的鏡頭的不同而出現(xiàn)明顯變化，如圖4。

牙齒的尺寸比例對于準(zhǔn)確傳遞形態(tài)信息非常重要，為保證照片的尺寸比例不出現(xiàn)嚴(yán)重的失真，口腔攝影推薦使用100mm左右的鏡頭進(jìn)行拍攝。

▲ 圖4：使用不同焦距的微距鏡頭拍攝上牙列模型，100mm鏡頭的尺寸畸變明顯低于30mm鏡頭；表現(xiàn)為前牙弓寬度/全牙弓寬度比例明顯改變。在口腔攝影領(lǐng)域，牙齒的外形尺寸是非常重要的信息，需要準(zhǔn)確地記錄和傳遞。考慮到焦距對鏡頭畸變的影相，推薦在口腔攝影時使用100mm左右的微距鏡頭。

與口內(nèi)攝影類似，當(dāng)對頜面部信息采集時，焦距的變化同樣會導(dǎo)致面部比例的變化，如圖5，雖然50mm標(biāo)準(zhǔn)鏡頭的視角最接近人眼（常用于人像攝影），但是因為不可避免的相差畸變，不作為記錄頜面部信息的首選。100mm（80mm以上）焦距鏡頭拍攝的正面相的畸變較小，比較適合準(zhǔn)確記錄頜面部信息。

▲ 圖5：使用不同焦距的鏡頭拍攝的人頭模型對比（人頭模型位于和相機(jī)鏡頭相等高度，瞳孔連線平行于相機(jī)水平面并垂直于鏡頭光軸，畫面中心置于人頭模型眉心點）： A. 25mm鏡頭；B. 50mm鏡頭；C.100mm鏡頭。25mm鏡頭拍攝的人物正面相有明顯的畸變比例明顯失調(diào)（臉中間部分放大，而周圍被壓縮）；100mm鏡頭拍攝的人物正面相頭面部比例最接近自然狀態(tài)。

綜合考慮，推薦在口腔攝影時使用100mm微距鏡頭。

2.  放大比（Magnification）

鏡頭的放大比是指景物和經(jīng)過鏡頭折射后形成的實相尺寸的比例，如圖6，由鏡頭的設(shè)計決定的。

▲ 圖6：放大比是指原始景物和所成的實相之間尺寸的比例，數(shù)值上等于物距和相距的比例u:v。當(dāng)物距u和相距v長度相等時，鏡頭放大比為1:1，即實相和原始景物等大。

口腔內(nèi)攝影的主體的尺寸都很小，并且照片往往需要表現(xiàn)細(xì)節(jié)，因此需要高放大比的微距鏡頭（Macro），如表1。這些鏡頭能達(dá)到1:2（實相尺寸為原始景物尺寸的1/2）甚至1:1的放大比，適合口腔內(nèi)應(yīng)用。一般帶有微距功能的變焦鏡頭的最大放大比為1:4，不適合用作口腔內(nèi)攝影。

▲ 表1：口腔攝影常用放大比

 3.  光圈（Pupils）

光圈位于鏡頭的折光鏡片之間，根據(jù)所在位置不同，分別命名為前光圈（Entrance Pupil）和后光圈（Exit Pupil）。前后光圈構(gòu)成了進(jìn)入鏡頭的的光線的通路，前后光圈的直徑不同，二者直徑的比例（稱“光圈因子”；Pupillary Factor）等于鏡頭的放大比。

光圈的大小用相對光圈值來表示，是指鏡頭焦距與前光圈直徑的比值；當(dāng)鏡頭到感光元件的距離遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于鏡頭焦距時，有效相對光圈值發(fā)生變化，定義為相距與前光圈直徑的比值。根據(jù)該定義，光圈值和光圈的直徑成反比，平時使用相機(jī)時，光圈值的數(shù)值越大，光圈越小。一般情況下鏡頭標(biāo)注設(shè)計的最大光圈，鏡頭成相的最佳光圈出現(xiàn)在最大光圈下三檔。改變光圈大小可以直接控制進(jìn)入鏡頭的光線量，影響到照片的曝光度；此外，它還會影響鏡頭的成相性能（大光圈時相差明顯，小光圈時衍射明顯），這些影響包括：

3.1. 景深（Depth of Field）

景深是指形成清晰實相的物距范圍，景深外的物體在照片上會被虛化。其形成原因是人眼不能分辨直徑小于0.25mm的光斑（彌散環(huán)；Circle of Confusion），而認(rèn)為這是一個理想的光點；所以來自一定物距范圍內(nèi)景物反射的光線，只要其形成的光斑直徑小于0.25mm，視覺上均是清晰的實相；這一個物距范圍就成為景深。由于彌散環(huán)的存在，在縮小光圈時，限制了進(jìn)入鏡頭的入射光線的量和角度，減少了各種相差對照片銳度的影響，景深增大；反之，增大光圈，景深減小，如圖7。

▲ 圖7：光圈大小對景深的影響：由于彌散環(huán)的限制，使用小光圈時的景深明顯大于使用大光圈時獲得的景深。

景深主要受三個因素的影響：焦距、物距，和光圈大小?？谇粩z影中，一般選用定焦鏡頭（推薦100mm微距鏡頭），特定的被攝主體需要特定的放大比，限制了物距的變化，所以最終對景深產(chǎn)生明顯影響的可控因素便是光圈大小。

在口腔內(nèi)進(jìn)行微距攝影時，由于選用100mm焦距的鏡頭，放大比確定在1：1左右，只能通過縮小光圈（f>16）來提供足夠的景深，保證照片的清晰度。

3.2.  光暈（Vignetting）

使用小光圈有很多好處，除了增加景深保證照片清晰度外，減低光暈的影響是另一個優(yōu)勢。所謂光暈是一種光損失，指相片邊緣的照明降低（出現(xiàn)黑色光暈）的現(xiàn)象，常見于大光圈廣角鏡頭拍攝的照片，其主要原因是由于光線照度在徑向和切向上的衰減速度不同所致，如圖8。

▲ 圖8：Vignetting現(xiàn)象：A. 30mm/f2.8曝光量不足造成的光暈效果；B. 縮小光圈30mm/f11正常曝光量明顯改善；C.  照度在徑向和切向上的衰減速度差異是光暈形成的原因。

按照度的cos4θ法則，當(dāng)和鏡頭光軸成θ角的入射光線經(jīng)過鏡頭的匯聚后形成的實相的照度Eθ與平行于光軸光線形成的實相的照度E0之間存在關(guān)系Eθ=E0cos4θ。光圈越大，越靠近實相的邊緣，入射光線的θ角越大，照度Eθ的衰減越明顯，在照度不足或者低曝光的照片上表現(xiàn)為黑色邊緣。

這種效應(yīng)隨光圈直徑（主要是前光圈）的減小而減小，當(dāng)光圈減小時，進(jìn)入鏡頭光線的最大入射角θ減小，故Eθ的衰減明顯減小。在口腔攝影實踐中，100mm鏡頭的視角較?。s24°），并且使用的光圈也較小（f>16），故光暈現(xiàn)象對畫質(zhì)的影響不大。但是如果口內(nèi)照明不良，或者由于快門時間過短而導(dǎo)致曝光不足，此時產(chǎn)生的光暈往往會對照片質(zhì)量造成嚴(yán)重的影響；而如果快門時間過長，相機(jī)的穩(wěn)定性對初學(xué)者又是一個新的挑戰(zhàn)。

3.3.  衍射（Diffraction）

雖然使用小光圈有很多好處，但是仍有一定的限度；最主要的限制，來自于衍射現(xiàn)象。

當(dāng)平行光線經(jīng)過小光圈葉片的邊緣時，會發(fā)生衍射現(xiàn)象，在光屏上形成衍射斑。當(dāng)光圈越小，衍射現(xiàn)象越明顯，如圖9，從而影響成像質(zhì)量。衍射斑中第一個暗影環(huán)稱為艾里斑（Airy Disc），其半徑大小是衡量鏡頭分辨率的一個重要物理量；艾里斑的大小決定了鏡頭的分辨率的極限，稱為鏡頭分辨率的衍射極限（Diffraction Limit）（例如“30mm f1.2 Utral Micro Nikkor”鏡頭在每毫米內(nèi)能高達(dá)達(dá)到1250線的分辨率）。  

▲ 圖9：入射光線（實線）在光圈葉片處發(fā)生衍射，衍射光線（虛線）和入射光線形成相干波。當(dāng)光程差等于半波長的奇數(shù)倍時，入射光和衍射光相互疊加后能量減弱，在光屏上形成暗影環(huán)。從亮斑中心向外，第一個暗影環(huán)稱為艾里斑（Airy Disc），其半徑d的大小決定了鏡頭的分辨極限。

為了避免衍射現(xiàn)象的影響，一般在口腔內(nèi)攝影時不推薦使用小于f22的光圈大小。綜合考慮，口腔攝影一般使用f16-22的光圈。

4.  鏡頭的各種相差和色差

在確定了焦距、放大比以及光圈大小以后，鏡頭本身的光學(xué)性質(zhì)對照片的細(xì)節(jié)和質(zhì)量也有甚大影響，如表2。

▲ 表2：鏡頭相差的特點和校正

4.1.  球面相差（Spherical Aberration）

球面相差是球面透鏡的自身光學(xué)特性造成的。雖然球面鏡的近軸區(qū)域符合高斯的理想光學(xué)模型，但是隨著與光軸距離的增加，透鏡的折射率和焦距會發(fā)生變化，表現(xiàn)為對點光源成相的彌散，如圖10-A。一般情況下成相的相距越小，前光圈越大，進(jìn)入鏡頭的光線方向與主光軸的夾角越大，球面相差越明顯。球面相差會導(dǎo)致照片銳度下降，景物模糊，景深也會隨球面相差的增加而明顯變淺?？谇粩z影時雖然使用的光圈不大，但是被攝物體的距離一般很近，球面相差的影響明顯，這對于口腔攝影來說是非常不利的因素。

▲ 圖10-A  球面相差和校正：A. 球面鏡的近軸區(qū)域符合高斯的理想光學(xué)模型；當(dāng)入射光線與主光軸距離增加，透鏡的折射率和焦距會發(fā)生變化，所以透鏡邊緣區(qū)的光線不能良好地匯聚到透鏡的焦點，形成相差。

常用的糾正球面相差的方法有：使用非球面鏡（Aspherical Surface）和使用浮動單元（Floating Elements）。通過對非球面外形透鏡的設(shè)計，可以使透鏡不同區(qū)域 的折射率均勻化，通過透鏡的近軸區(qū)和邊緣區(qū)域的光線能匯聚到同一焦點，即使在大光圈的情況下也不出現(xiàn)明顯的球面相差，圖10-B。浮動單元是設(shè)計在鏡頭的后方的一組鏡片，和對焦環(huán)相關(guān)聯(lián)，在對焦過程中獨立運(yùn)動的單元。這種設(shè)計對大光圈廣角鏡頭（尤其是Retro-focus的設(shè)計）的相差校正非常有效，能保持較好的近攝能力。

▲ 圖10-B：使用高折射率材料制作的非球面透鏡，使透鏡的折射率均勻化，來自透鏡邊緣的光線也能夠良好地匯聚，消除球面相差的影響。

以上兩種校正設(shè)計中，非球面鏡的設(shè)計常用于高端的100mm定焦鏡頭，有些鏡頭使用了多片非球面鏡，不僅對球面相差有良好的控制，對鏡頭色差的控制也比較理想。因而在口腔攝影中，即使價格相對較高，非球面鏡仍然是選擇鏡頭的一個決定性指標(biāo)。

4.2.  彗形相差（Coma）

彗形相差是斜行光線由通過透鏡光學(xué)中心和邊緣區(qū)域的光線在光屏上的匯聚位置不同造成。表現(xiàn)為點光源成相的拖尾，形狀類似彗星，故稱彗形相差，如圖11。這是由透鏡本身的設(shè)計缺陷所決定的，入射光線的入射角越大，光線在光屏上的匯聚越差，彗形相差越明顯，實相中光點的托尾越嚴(yán)重。

▲ 圖11：當(dāng)入射光線和鏡頭主光軸存在一定夾角時，由于透鏡的折射率不可能再各個方向上完全相同，所以斜行入射的光線不能完全匯聚而出現(xiàn)拖尾現(xiàn)象，稱為彗形相差（A）。

這種相差的校正非常困難，在攝影時需要注意避免使用斜行入射的光線；通過改變構(gòu)圖和改變布光而盡量使斜行入射的光線變?yōu)楹椭鞴廨S平行的入射光線（B），配合使用小光圈，而避免斜行相差的影響（C）。

彗形相差很難通過改變鏡頭設(shè)計的方式來消除。在拍攝時注意控制光線的入射方向，并且縮小光圈，對控制彗形相差有一定幫助。具體到口腔攝影實踐中， 要使被攝主體的位置位于構(gòu)圖的中心區(qū)域，并且被攝主體的構(gòu)圖面盡量與鏡頭的主光軸垂直。

4.3.  色散（Chromatic Aberration）    

色散包括徑向色散（Axial Chromatic Aberration）和橫向色散（Transverse Chromatic Aberration）。當(dāng)白光通過透鏡，不同波長的光線因為折射率不同，匯聚的位置不同，導(dǎo)致實相的相距變化，并出現(xiàn)色帶、色邊，甚至出現(xiàn)被攝物體的偏色，這對牙科色彩的記錄和重現(xiàn)具有極大的影響，如圖12-A。

色散校正的最終目標(biāo)是讓白光經(jīng)過鏡頭的折射后仍重疊為白光，這個目標(biāo)看似簡單，但以目前的技術(shù)，還達(dá)不到這個要求。最早的校正色散的方法（1726-1760年，Chester Moor Hall & John Dollond）是使用凸透鏡和凹透鏡的組合，能使紅光和藍(lán)光能達(dá)到較好的重合，如圖12-B。這種設(shè)計使照片在視覺上有了很大的改善，但是離記錄顏色的要求還很遙遠(yuǎn)。目前較成熟的校正技術(shù)是低色散（Apochromats；APO）技術(shù)和超低色散（Superachromats）技術(shù)，如圖12-C。

▲ 圖12：色差和校正：A.白光通過透鏡，不同波長的光線折射率不同，匯聚的位置也不同，形成色差。B. 最早的色散校正是使用一對凸透鏡和凹透鏡的組合，可以使紅光和藍(lán)光較好地匯聚在一點，這是目前Achromatic技術(shù)的基礎(chǔ)。C. 三種消除色散的主流技術(shù)。Achromatic技術(shù)可以使紅光和藍(lán)光達(dá)到較好的匯聚（Δf<1%）；Apochromatic（APO）技術(shù)可以使三原色很好的匯聚；Super Achromatic技術(shù)消除色散的效果非常理想，不僅可見光能良好地匯聚，對紅外線也能達(dá)到良好的匯聚。

口腔攝影應(yīng)盡量選擇具有APO技術(shù)的微距鏡頭，以達(dá)到良好的顏色記錄效果。但是，即便是選擇了具有低色散設(shè)計的鏡頭，照片仍然存在色彩信息的丟失和偏差，需要使用軟件（例如Adobe Photoshop）對照片進(jìn)行后期處理，以求達(dá)到準(zhǔn)確的顏色的再現(xiàn)。

5.炫光（Flare）

在攝影時，不是所有進(jìn)入鏡頭的光線都能用于形成景物的實相；有部分光線，不但不形成景物的實相，還會降低降低照片的亮度和對比度，甚至形成各種偽影（例如光圈葉片的偽影，快門的偽影等），這一現(xiàn)象稱為炫光（Flare）。一般情況下炫光會造成照片的亮度降低2~4%。

造成炫光的原因主要是由于廣泛存在于鏡頭各個光學(xué)界面（鏡片表面、光圈葉片、快門甚至膠片或CCD的表面）的光線的反射、折射、散射和衍射，如圖13。在口腔內(nèi)存在很多高反光表面，例如牙面、金屬器械表面以及濕潤的軟組織表面等，在復(fù)雜光線條件下，會形成次級光源效果，也成為炫光的來源。

圖13：鏡頭的各個光學(xué)界面上均存在相當(dāng)數(shù)量的反射、折射、散射和衍射（紅色箭頭），這些光線不參與形成實相，但是同樣會被感光元件記錄到，成為信號的噪音，降低實相的亮度和對比度，甚至形成偽影，這一現(xiàn)象稱為炫光（Flare）。

在其他條件相同的情況下，選擇鏡片數(shù)目少的鏡頭，受到的炫光的影響相對較小。鏡片鍍膜能降低炫光的影響（目前的多層鍍膜技術(shù)能有效地將界面對光線的反射率降低到1%以下）。炫光還受到鏡頭焦距和光圈大小的影響，長焦鏡頭在小光圈時受到炫光的影響比較大。除了衍射，炫光現(xiàn)象是不能無限制的縮小光圈的另一個原因。

在攝影時，應(yīng)精心設(shè)計光源，從而控制被攝物的照度（第三話 布光和構(gòu)圖），使其不出現(xiàn)明顯的高光或者過亮的光源，是降低炫光影響的先決條件。在口腔攝影時，使用的微距鏡頭鏡片處在鏡頭深處，輔以遮光罩的遮擋作用，能很好地遮擋來自畫面外的非成相光線。但是由于口腔內(nèi)被攝主體往往有高反光性，特別是金屬器械表面易形成高光點；當(dāng)這些高光點位于被攝范圍，形成的炫光不能被鏡筒和遮光罩所遮擋時，需要采取其他的手段來進(jìn)行糾正，例如使用偏振鏡 （第三話 布光和構(gòu)圖）。

laiyuan :原創(chuàng)  李中杰、劉洋 咬合工作室