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圓筒與針墊的視覺魔法：什麼是桶形失真和針形失真？
在幾何光學中，失真是指從直線投影的偏差，即場景中的直線在圖像中保持直線的投影形式。這種現象被視為一種光學像差，與其他影響影像清晰度但不改變物體形狀或結構的像差（例如球面像差、彗星像差、色差、場曲率和散光）不同，失真則可能在圖像中改變物體的結構。
「失真可以改變圖像中物體的結構，因此被稱為失真。」
失真的類型中，圓形的失真最為常見，特別是徑向對稱失真，如桶形失真和針形失真這兩種主要類型。在桶形失真中，影像的放大隨著與光學中心的距離增加而減少，其結果是影像看起來好像映射在一個球面或圓桶上。這類失真常見於廣角鏡頭，尤其在廣角端。相對地，針形失真則是放大隨著距離光學中心的增加而增加，造成不通過影像中心的線向影像中心彎曲，像針墊一樣。
桶形失真與針形失真
桶形失真和針形失真描述了如何影響影像的形狀和結構。在桶形失真中，期待的直線會變得稍微將向外凸起，就像一個圓桶的側面。而針形失真則使得直線看起來向內凹陷，類似於針墊的樣子。這種失真主要在不同焦距的鏡頭和不同光圈下出現。舉例來說，佳能EF 50mm f/1.4在極短的焦距下就會呈現桶形失真。
「桶形失真通常出現在廣角鏡頭的廣角端，與針形失真則經常出現在舊款或低端的望遠鏡頭中。」
失真的的影響
對於攝影師而言，了解這些失真至關重要，尤其是在創建影像時。在數碼攝影中，這些失真會影響到完美的構圖和影像質量。隨著相機技術的進步，許多相機現在內建了軟體來進行失真校正。這些校正方式旨在改善影像品質，讓攝影師在後期編輯中更輕鬆地處理失真問題。
如何識別和校正失真
識別失真的方式可以通過使用特定的測試圖像來進行，通常使用同心圓來檢測圓形失真。對於攝影師來說，重要的是要記住這種失真是一種徑向缺陷，它與光學系統的旋轉對稱性有關。強調的應當是，這些失真並不僅僅是客觀的視覺錯誤，而是對於與物體的距離和成像效果的根本性理解。
「根據不同的光學元件，失真的度數和特性會有所不同，故而在拍攝過程中需多加注意。」
色差與失真
除了桶形和針形失真之外，攝影中的顏色也會影響影像的清晰度。色差，特別是徑向的色差，即隨著波長的不同而導致的圖像邊緣出現彩色邊緣，這與桶形或針形失真並不相同。這種現象在高對比度的影像邊緣問題上尤為明顯。
結論
在光學和攝影領域，桶形失真和針形失真不僅影響著影像的質量，也影響著攝影師的技巧和視覺呈現。隨著科技進步，學會識別和修正這些失真將有助於提升攝影師的技術水平和影像的藝術價值。未來的攝影將會如何適應這些光學挑戰，並創造出更完美的視覺作品呢？
