谈到了造成了“拍到的和看到的不一样”问题的各种因素，口腔环境的特殊性也增加了口腔摄影的难度。

镜头直接决定了影像的质量。当我们面对繁杂的各式镜头时，如何根据口腔摄影的需要进行选择？

1.焦距（Focal Length）

焦距：理想情况下，来自无穷远处的平行于镜头光轴的光线，经过镜头的折射，能汇聚在镜头的后焦点F2处；焦点到后节点N2之间的距离称为焦距（f），如图1。

▲ 图1：镜头的基本概念： A. 平行于光轴的光线经过折射后能汇聚在光轴上一点，称镜头的后焦点，用F2表示；B. “节点N”是镜头的光学中心，穿过前节点N1的入射光线将从后节点N2处离开透镜，并且其传播方向不会发生偏转；C. 镜头焦距是指N2点到F2点之间的距离。

目前市面上销售的镜头多以焦距作为索引，镜头上标称的焦距往往是一个平均数据。不同焦距的镜头的性能会有非常大的差别，最直观的感受是画面的“远近感”； 但更重要的（往往容易被忽略）是其它一些受焦距变化影响较大、与照片质量密切相关的光学性能：

1.1.  象散（Astigmatism）& 相场弯曲（Image Field Curvature）

相场弯曲，是指平面景物经简单透镜成相后，实相不在一个理想平面（高斯平面）上，而是位于一个曲面（Petzval曲面）上；由此当入射光线和透镜光轴成一定角度时，用平面光屏承接到的实相径向和切向的放大率不相等，会出现斜形的相差，称为象散，如图2。

 ▲ 图2：A. 经过简单透镜折射后，高斯理想光学模型的成相平面G和实际成相平面P（Petzval曲面）的位置关系。两个平面只在近轴光线的成相区域X范围内重叠。B. 超出近轴光线的范围的实相会出现明显的象散；

例如当入射光线与光轴成一定角度时，由于Petzval曲面与高斯平面在位置上有差别，而在相机设计时多是按照高斯的理想平面来设计感光元件的位置，所以承接到的实相在垂直方向上（I’v）和水平方向上（I’T）的放大比例并不一致，造成实相的锐度下降，变形。

目前使用的镜头对象散和相场弯曲的控制比都较理想。一般地，广角镜头受到相场弯曲的影响比较明显，成相的质量（特别是锐度）也会受到影响。在需要记录细节并且对锐度要求比较高的口腔摄影领域，应该避免选择广角镜头和大光圈。不仅是但从象散考虑，也有广角镜头相对明显的畸变的考虑。

1.2.  畸变（Distortion）

球面透镜中心和边缘区域折射率不同，导致所成的实相中心和边缘的放大比不同，出现实相的变形、直线的弯曲，称为畸变。其特征表现为桶形畸变（Barrel Distortion）和枕形畸变（Pincushion Distortion），分别常见于长焦镜头和广角镜头，如图3。

▲ 图3：镜头常见的畸变的表现和产生原因。根据高斯定律，理想凸透镜形成的实相应该和原始景物外形一致；实际情况下，当入射光线和透镜光轴成一定角度时，由于折射率的差异，会在实相的边缘出现景物的变形（Δh），称为畸变。

畸变率定义为变形量Δh对理想实相尺寸的百分比 [100%]。使用对称设计能较好地控制镜头的畸变，一般情况下镜头的畸变率在1%以内，高精度的设计能将畸变率控制在0.1~0.3%。微距镜头一般用于近距离拍摄以表现被摄物体的细节，在设计上对畸变的控制能力要优于一般的定焦镜头，推荐在口腔摄影中使用。

镜头的焦距不同，受到畸变的影响程度不同。当镜头的焦距低于80mm时，焦距越短，位于相场中心的景物的几何尺寸被放得更大，而位于中心周围的景物被压缩得更小。应用在对全牙列摄影时，前牙宽度的比例会因为选择的镜头的不同而出现明显变化，如图4。

牙齿的尺寸比例对于准确传递形态信息非常重要，为保证照片的尺寸比例不出现严重的失真，口腔摄影推荐使用100mm左右的镜头进行拍摄。

▲ 图4：使用不同焦距的微距镜头拍摄上牙列模型，100mm镜头的尺寸畸变明显低于30mm镜头；表现为前牙弓宽度/全牙弓宽度比例明显改变。在口腔摄影领域，牙齿的外形尺寸是非常重要的信息，需要准确地记录和传递。考虑到焦距对镜头畸变的影相，推荐在口腔摄影时使用100mm左右的微距镜头。

与口内摄影类似，当对颌面部信息采集时，焦距的变化同样会导致面部比例的变化，如图5，虽然50mm标准镜头的视角最接近人眼（常用于人像摄影），但是因为不可避免的相差畸变，不作为记录颌面部信息的首选。100mm（80mm以上）焦距镜头拍摄的正面相的畸变较小，比较适合准确记录颌面部信息。

▲ 图5：使用不同焦距的镜头拍摄的人头模型对比（人头模型位于和相机镜头相等高度，瞳孔连线平行于相机水平面并垂直于镜头光轴，画面中心置于人头模型眉心点）： A. 25mm镜头；B. 50mm镜头；C.100mm镜头。25mm镜头拍摄的人物正面相有明显的畸变比例明显失调（脸中间部分放大，而周围被压缩）；100mm镜头拍摄的人物正面相头面部比例最接近自然状态。

综合考虑，推荐在口腔摄影时使用100mm微距镜头。

2.  放大比（Magnification）

镜头的放大比是指景物和经过镜头折射后形成的实相尺寸的比例，如图6，由镜头的设计决定的。

▲ 图6：放大比是指原始景物和所成的实相之间尺寸的比例，数值上等于物距和相距的比例u:v。当物距u和相距v长度相等时，镜头放大比为1:1，即实相和原始景物等大。

口腔内摄影的主体的尺寸都很小，并且照片往往需要表现细节，因此需要高放大比的微距镜头（Macro），如表1。这些镜头能达到1:2（实相尺寸为原始景物尺寸的1/2）甚至1:1的放大比，适合口腔内应用。一般带有微距功能的变焦镜头的最大放大比为1:4，不适合用作口腔内摄影。

▲ 表1：口腔摄影常用放大比

 3.  光圈（Pupils）

光圈位于镜头的折光镜片之间，根据所在位置不同，分别命名为前光圈（Entrance Pupil）和后光圈（Exit Pupil）。前后光圈构成了进入镜头的的光线的通路，前后光圈的直径不同，二者直径的比例（称“光圈因子”；Pupillary Factor）等于镜头的放大比。

光圈的大小用相对光圈值来表示，是指镜头焦距与前光圈直径的比值；当镜头到感光元件的距离远远大于镜头焦距时，有效相对光圈值发生变化，定义为相距与前光圈直径的比值。根据该定义，光圈值和光圈的直径成反比，平时使用相机时，光圈值的数值越大，光圈越小。一般情况下镜头标注设计的最大光圈，镜头成相的最佳光圈出现在最大光圈下三档。改变光圈大小可以直接控制进入镜头的光线量，影响到照片的曝光度；此外，它还会影响镜头的成相性能（大光圈时相差明显，小光圈时衍射明显），这些影响包括：

3.1. 景深（Depth of Field）

景深是指形成清晰实相的物距范围，景深外的物体在照片上会被虚化。其形成原因是人眼不能分辨直径小于0.25mm的光斑（弥散环；Circle of Confusion），而认为这是一个理想的光点；所以来自一定物距范围内景物反射的光线，只要其形成的光斑直径小于0.25mm，视觉上均是清晰的实相；这一个物距范围就成为景深。由于弥散环的存在，在缩小光圈时，限制了进入镜头的入射光线的量和角度，减少了各种相差对照片锐度的影响，景深增大；反之，增大光圈，景深减小，如图7。

▲ 图7：光圈大小对景深的影响：由于弥散环的限制，使用小光圈时的景深明显大于使用大光圈时获得的景深。

景深主要受三个因素的影响：焦距、物距，和光圈大小。口腔摄影中，一般选用定焦镜头（推荐100mm微距镜头），特定的被摄主体需要特定的放大比，限制了物距的变化，所以最终对景深产生明显影响的可控因素便是光圈大小。

在口腔内进行微距摄影时，由于选用100mm焦距的镜头，放大比确定在1：1左右，只能通过缩小光圈（f>16）来提供足够的景深，保证照片的清晰度。

3.2.  光晕（Vignetting）

使用小光圈有很多好处，除了增加景深保证照片清晰度外，减低光晕的影响是另一个优势。所谓光晕是一种光损失，指相片边缘的照明降低（出现黑色光晕）的现象，常见于大光圈广角镜头拍摄的照片，其主要原因是由于光线照度在径向和切向上的衰减速度不同所致，如图8。

▲ 图8：Vignetting现象：A. 30mm/f2.8曝光量不足造成的光晕效果；B. 缩小光圈30mm/f11正常曝光量明显改善；C.  照度在径向和切向上的衰减速度差异是光晕形成的原因。

按照度的cos4θ法则，当和镜头光轴成θ角的入射光线经过镜头的汇聚后形成的实相的照度Eθ与平行于光轴光线形成的实相的照度E0之间存在关系Eθ=E0cos4θ。光圈越大，越靠近实相的边缘，入射光线的θ角越大，照度Eθ的衰减越明显，在照度不足或者低曝光的照片上表现为黑色边缘。

这种效应随光圈直径（主要是前光圈）的减小而减小，当光圈减小时，进入镜头光线的最大入射角θ减小，故Eθ的衰减明显减小。在口腔摄影实践中，100mm镜头的视角较小（约24°），并且使用的光圈也较小（f>16），故光晕现象对画质的影响不大。但是如果口内照明不良，或者由于快门时间过短而导致曝光不足，此时产生的光晕往往会对照片质量造成严重的影响；而如果快门时间过长，相机的稳定性对初学者又是一个新的挑战。

3.3.  衍射（Diffraction）

虽然使用小光圈有很多好处，但是仍有一定的限度；最主要的限制，来自于衍射现象。

当平行光线经过小光圈叶片的边缘时，会发生衍射现象，在光屏上形成衍射斑。当光圈越小，衍射现象越明显，如图9，从而影响成像质量。衍射斑中第一个暗影环称为艾里斑（Airy Disc），其半径大小是衡量镜头分辨率的一个重要物理量；艾里斑的大小决定了镜头的分辨率的极限，称为镜头分辨率的衍射极限（Diffraction Limit）（例如“30mm f1.2 Utral Micro Nikkor”镜头在每毫米内能高达达到1250线的分辨率）。  

▲ 图9：入射光线（实线）在光圈叶片处发生衍射，衍射光线（虚线）和入射光线形成相干波。当光程差等于半波长的奇数倍时，入射光和衍射光相互叠加后能量减弱，在光屏上形成暗影环。从亮斑中心向外，第一个暗影环称为艾里斑（Airy Disc），其半径d的大小决定了镜头的分辨极限。

为了避免衍射现象的影响，一般在口腔内摄影时不推荐使用小于f22的光圈大小。综合考虑，口腔摄影一般使用f16-22的光圈。

4.  镜头的各种相差和色差

在确定了焦距、放大比以及光圈大小以后，镜头本身的光学性质对照片的细节和质量也有甚大影响，如表2。

▲ 表2：镜头相差的特点和校正

4.1.  球面相差（Spherical Aberration）

球面相差是球面透镜的自身光学特性造成的。虽然球面镜的近轴区域符合高斯的理想光学模型，但是随着与光轴距离的增加，透镜的折射率和焦距会发生变化，表现为对点光源成相的弥散，如图10-A。一般情况下成相的相距越小，前光圈越大，进入镜头的光线方向与主光轴的夹角越大，球面相差越明显。球面相差会导致照片锐度下降，景物模糊，景深也会随球面相差的增加而明显变浅。口腔摄影时虽然使用的光圈不大，但是被摄物体的距离一般很近，球面相差的影响明显，这对于口腔摄影来说是非常不利的因素。

▲ 图10-A  球面相差和校正：A. 球面镜的近轴区域符合高斯的理想光学模型；当入射光线与主光轴距离增加，透镜的折射率和焦距会发生变化，所以透镜边缘区的光线不能良好地汇聚到透镜的焦点，形成相差。

常用的纠正球面相差的方法有：使用非球面镜（Aspherical Surface）和使用浮动单元（Floating Elements）。通过对非球面外形透镜的设计，可以使透镜不同区域 的折射率均匀化，通过透镜的近轴区和边缘区域的光线能汇聚到同一焦点，即使在大光圈的情况下也不出现明显的球面相差，图10-B。浮动单元是设计在镜头的后方的一组镜片，和对焦环相关联，在对焦过程中独立运动的单元。这种设计对大光圈广角镜头（尤其是Retro-focus的设计）的相差校正非常有效，能保持较好的近摄能力。

▲ 图10-B：使用高折射率材料制作的非球面透镜，使透镜的折射率均匀化，来自透镜边缘的光线也能够良好地汇聚，消除球面相差的影响。

以上两种校正设计中，非球面镜的设计常用于高端的100mm定焦镜头，有些镜头使用了多片非球面镜，不仅对球面相差有良好的控制，对镜头色差的控制也比较理想。因而在口腔摄影中，即使价格相对较高，非球面镜仍然是选择镜头的一个决定性指标。

4.2.  彗形相差（Coma）

彗形相差是斜行光线由通过透镜光学中心和边缘区域的光线在光屏上的汇聚位置不同造成。表现为点光源成相的拖尾，形状类似彗星，故称彗形相差，如图11。这是由透镜本身的设计缺陷所决定的，入射光线的入射角越大，光线在光屏上的汇聚越差，彗形相差越明显，实相中光点的托尾越严重。

▲ 图11：当入射光线和镜头主光轴存在一定夹角时，由于透镜的折射率不可能再各个方向上完全相同，所以斜行入射的光线不能完全汇聚而出现拖尾现象，称为彗形相差（A）。

这种相差的校正非常困难，在摄影时需要注意避免使用斜行入射的光线；通过改变构图和改变布光而尽量使斜行入射的光线变为和主光轴平行的入射光线（B），配合使用小光圈，而避免斜行相差的影响（C）。

彗形相差很难通过改变镜头设计的方式来消除。在拍摄时注意控制光线的入射方向，并且缩小光圈，对控制彗形相差有一定帮助。具体到口腔摄影实践中， 要使被摄主体的位置位于构图的中心区域，并且被摄主体的构图面尽量与镜头的主光轴垂直。

4.3.  色散（Chromatic Aberration）    

色散包括径向色散（Axial Chromatic Aberration）和横向色散（Transverse Chromatic Aberration）。当白光通过透镜，不同波长的光线因为折射率不同，汇聚的位置不同，导致实相的相距变化，并出现色带、色边，甚至出现被摄物体的偏色，这对牙科色彩的记录和重现具有极大的影响，如图12-A。

色散校正的最终目标是让白光经过镜头的折射后仍重叠为白光，这个目标看似简单，但以目前的技术，还达不到这个要求。最早的校正色散的方法（1726-1760年，Chester Moor Hall & John Dollond）是使用凸透镜和凹透镜的组合，能使红光和蓝光能达到较好的重合，如图12-B。这种设计使照片在视觉上有了很大的改善，但是离记录颜色的要求还很遥远。目前较成熟的校正技术是低色散（Apochromats；APO）技术和超低色散（Superachromats）技术，如图12-C。

▲ 图12：色差和校正：A.白光通过透镜，不同波长的光线折射率不同，汇聚的位置也不同，形成色差。B. 最早的色散校正是使用一对凸透镜和凹透镜的组合，可以使红光和蓝光较好地汇聚在一点，这是目前Achromatic技术的基础。C. 三种消除色散的主流技术。Achromatic技术可以使红光和蓝光达到较好的汇聚（Δf<1%）；Apochromatic（APO）技术可以使三原色很好的汇聚；Super Achromatic技术消除色散的效果非常理想，不仅可见光能良好地汇聚，对红外线也能达到良好的汇聚。

口腔摄影应尽量选择具有APO技术的微距镜头，以达到良好的颜色记录效果。但是，即便是选择了具有低色散设计的镜头，照片仍然存在色彩信息的丢失和偏差，需要使用软件（例如Adobe Photoshop）对照片进行后期处理，以求达到准确的颜色的再现。

5.炫光（Flare）

在摄影时，不是所有进入镜头的光线都能用于形成景物的实相；有部分光线，不但不形成景物的实相，还会降低降低照片的亮度和对比度，甚至形成各种伪影（例如光圈叶片的伪影，快门的伪影等），这一现象称为炫光（Flare）。一般情况下炫光会造成照片的亮度降低2~4%。

造成炫光的原因主要是由于广泛存在于镜头各个光学界面（镜片表面、光圈叶片、快门甚至胶片或CCD的表面）的光线的反射、折射、散射和衍射，如图13。在口腔内存在很多高反光表面，例如牙面、金属器械表面以及湿润的软组织表面等，在复杂光线条件下，会形成次级光源效果，也成为炫光的来源。

图13：镜头的各个光学界面上均存在相当数量的反射、折射、散射和衍射（红色箭头），这些光线不参与形成实相，但是同样会被感光元件记录到，成为信号的噪音，降低实相的亮度和对比度，甚至形成伪影，这一现象称为炫光（Flare）。

在其他条件相同的情况下，选择镜片数目少的镜头，受到的炫光的影响相对较小。镜片镀膜能降低炫光的影响（目前的多层镀膜技术能有效地将界面对光线的反射率降低到1%以下）。炫光还受到镜头焦距和光圈大小的影响，长焦镜头在小光圈时受到炫光的影响比较大。除了衍射，炫光现象是不能无限制的缩小光圈的另一个原因。

在摄影时，应精心设计光源，从而控制被摄物的照度（第三话 布光和构图），使其不出现明显的高光或者过亮的光源，是降低炫光影响的先决条件。在口腔摄影时，使用的微距镜头镜片处在镜头深处，辅以遮光罩的遮挡作用，能很好地遮挡来自画面外的非成相光线。但是由于口腔内被摄主体往往有高反光性，特别是金属器械表面易形成高光点；当这些高光点位于被摄范围，形成的炫光不能被镜筒和遮光罩所遮挡时，需要采取其他的手段来进行纠正，例如使用偏振镜 （第三话 布光和构图）。

laiyuan :原创  李中杰、刘洋 咬合工作室