照相機(jī)成像原理和構(gòu)造

1、照相 機(jī)成像原理和 構(gòu)造光博會(huì)后看到照相機(jī)后的觀后感，了解照相機(jī)原理及構(gòu)造，以下資料來(lái)自專 業(yè)人士介紹以及所學(xué)工程光學(xué)教材知識(shí)。?照相機(jī)的鏡頭是一個(gè)凸透鏡，來(lái)自物體的光經(jīng)過(guò)凸透鏡后，在膠卷上形 成一個(gè)縮小、倒立的實(shí)像。凸透鏡膠卷照相機(jī)來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載?膠卷上涂著一層感光物質(zhì)，它能把這個(gè)像記錄下來(lái)，經(jīng)過(guò)顯影、定影后成為底片，用底片洗印就得到相片。?照相時(shí)，物體離照相機(jī)鏡頭比較遠(yuǎn)，像是倒立、縮小的。焦平面凸透鏡成像日國(guó)照相機(jī)是用于攝影的光學(xué)器械。被攝景物反射出的光線通過(guò)照相鏡頭（攝景物鏡）和控制曝光量的快門聚焦后，被攝景物在暗箱內(nèi)的感光材料上形成潛像，經(jīng)沖洗處理（即顯影、定影）構(gòu)成永久性的影像，這種

2、技術(shù)稱為攝影術(shù)。最早的照相機(jī)結(jié)構(gòu)十分簡(jiǎn)單，僅包括暗箱、鏡頭和感光材料。現(xiàn)代照相機(jī)比 較復(fù)雜，具有鏡頭、光圈、快門、測(cè)距、取景、測(cè)光、輸片、計(jì)數(shù)、自拍等系統(tǒng)， 是一種結(jié)合光學(xué)、精密機(jī)械、電子技術(shù)和化學(xué)等技術(shù)的復(fù)雜產(chǎn)品。？?？1550年,意大利的卡爾達(dá)諾將雙凸透鏡置于原來(lái)的針孔位置上，映像的效果比暗箱更為明亮清晰；1558年，意大利的巴爾巴羅又在卡爾達(dá)諾的裝置上加上光圈，使成像 清晰度大為提高；1665年，德國(guó)僧侶約翰章設(shè)計(jì)制作了一種小型的可攜帶的單 鏡頭反光映像暗箱，因?yàn)楫?dāng)時(shí)沒(méi)有感光材料，這種暗箱只能用于繪畫。?1822年，法國(guó)的涅普斯在感光材料上制出了世界上第一張照片，但成像 不太清晰，而且需

3、要八個(gè)小時(shí)的曝光。1826年，他又在涂有感光性瀝青的錫基 底版上，通過(guò)暗箱拍攝了一張照片。?1839年，法國(guó)的達(dá)蓋爾制成了第一臺(tái)實(shí)用的銀版照相機(jī)，它是由兩個(gè)木箱組成，把一個(gè)木箱插入另一個(gè)木箱中進(jìn)行調(diào)焦，用鏡頭蓋作為快門，來(lái)控制長(zhǎng)達(dá)三十分鐘的曝光時(shí)間，能拍攝出清晰的圖像。I I- I .- I?1860年，英國(guó)的薩頓設(shè)計(jì)出帶有可轉(zhuǎn)動(dòng)的反光鏡取景器的原始的單鏡頭 反光照相機(jī)；1862年，法國(guó)的德特里把兩只照相機(jī)疊在一起，一只取景，一只 照相，構(gòu)成了雙鏡頭照相機(jī)的原始形式；1880年，英國(guó)的貝克制成了雙鏡頭的 反光照相機(jī)。?隨著感光材料的發(fā)展，1871年，出現(xiàn)了用澳化銀感光材料涂制的干版， 1884

4、年，又出現(xiàn)了用硝酸纖維（賽璐珞）做基片的膠卷。?隨著放大技術(shù)和微粒膠卷的出現(xiàn)，鏡頭的質(zhì)量也相應(yīng)地提高了。 1902年, 德國(guó)的魯?shù)婪蚶觅惖脿栍?855年建立的三級(jí)像差理論，和1881年阿貝研究成 功的高折射率低色散光學(xué)玻璃，制成了著名的“大塞”鏡頭，由于各種像差的降 低，使得成像質(zhì)量大為提高。在此基礎(chǔ)上，1913年德國(guó)的巴納克設(shè)計(jì)制作了使 用底片上打有小孔的、35毫米膠卷的小型萊卡照相機(jī)。?不過(guò)這一時(shí)期的35毫米照相機(jī)均采用不帶測(cè)距器的透視式取景器。1930 年制成彩色膠卷；1931年，德國(guó)的康泰克斯照相機(jī)已裝有運(yùn)用三角測(cè)距原理的 雙像重合測(cè)距器，提高了調(diào)焦準(zhǔn)確度，并首先采用了鋁合金壓鑄的機(jī)

5、身簾快門。1935年，德國(guó)出現(xiàn)了?？怂_克圖單鏡頭反光照相機(jī)， 使調(diào)焦和更換鏡頭更加 方便。為了使照相機(jī)曝光準(zhǔn)確，1938年柯達(dá)照相機(jī)開始裝用硒光電池曝光表。 1947年，德國(guó)開始生產(chǎn)康泰克斯 S型屋脊五棱鏡單鏡頭反光照相機(jī)，使取景器 的像左右不再顛倒，并將俯視改為平視調(diào)焦和取景，使攝影更為方便。?1956年，聯(lián)邦德國(guó)首先制成自動(dòng)控制曝光量的電眼照相機(jī)；1960年以后， 照相機(jī)開始采用了電子技術(shù)，出現(xiàn)了多種自動(dòng)曝光形式和電子程序快門；1975年以后，照相機(jī)的操作開始實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。任何一種分類方法都不能包括所有的照相機(jī)，對(duì)某一照相機(jī)又可分為若干類 別，例如135照相機(jī)按其取景、快門、測(cè)光、輸片、曝光

6、、閃光燈、調(diào)焦、自拍 等方式的不同，就構(gòu)成一個(gè)復(fù)雜的型譜。照相機(jī)利用光的直線傳播性質(zhì)和光的折射與反射規(guī)律，以光子為載體，把某 一瞬間的被攝景物的光信息量，以能量方式經(jīng)照相鏡頭傳遞給感光材料， 最終成 為可視的影像。照相機(jī)的光學(xué)成像系統(tǒng)是按照幾何光學(xué)原理設(shè)計(jì)的，并通過(guò)鏡頭，把景物影 像通過(guò)光線的直線傳播、折射或反射準(zhǔn)確地聚焦在像平面上。攝影時(shí)，I必須控制合適的曝光量，也就是控制到達(dá)感光材料上的合適的光子 量。因?yàn)殂y鹽感光材料接收光子量的多少有一限定范圍，光子量過(guò)少形不成潛影 核，光子量過(guò)多形成過(guò)曝，圖像又不能分辨。照相機(jī)是用光圈改變鏡頭通光口徑 大小，來(lái)控制單位時(shí)間到達(dá)感光材料的光子量， 同時(shí)用

7、改變快門的開閉時(shí)間來(lái)制 曝光時(shí)間的長(zhǎng)短。從完成攝影的功能來(lái)說(shuō)，照相機(jī)大致要具備成像、曝光和輔助三大結(jié)構(gòu)系統(tǒng)。 成像系統(tǒng)包括成像鏡頭、測(cè)距調(diào)焦、取景系統(tǒng)、附加透鏡、濾光鏡、效果鏡等；曝光系統(tǒng)包括快門機(jī)構(gòu)、光圈機(jī)構(gòu)、測(cè)光系統(tǒng)、閃光系統(tǒng)、自拍機(jī)構(gòu)等；輔助系 統(tǒng)包括卷片機(jī)構(gòu)、計(jì)數(shù)機(jī)構(gòu)、倒片機(jī)構(gòu)等。鏡頭是用以成像的光學(xué)系統(tǒng)，由一系列光學(xué)鏡片和鏡筒所組成，每個(gè)鏡頭都 有焦距和相對(duì)口徑兩個(gè)特征數(shù)據(jù)； 取景器是用來(lái)選取景物和構(gòu)圖的裝置， 通過(guò)取 景器看到的景物，凡能落在畫面框內(nèi)的部分，均能拍攝在膠片上；測(cè)距器可以測(cè) 量出景物的距離，它常與取景器組合在一起，通過(guò)連動(dòng)機(jī)構(gòu)可將測(cè)距和鏡頭調(diào)焦 聯(lián)系起來(lái)，在測(cè)距的同時(shí)

8、完成調(diào)焦。光學(xué)透視或單鏡頭反光式取景測(cè)距器都須手動(dòng)操作，并用肉眼判斷。此外還 有光電測(cè)距、聲納測(cè)距、紅外線測(cè)距等方法，可免除手動(dòng)操作，又能避免肉眼判 斷帶來(lái)的誤差，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)測(cè)距。快門是控制曝光量的主要部件，最常見的快門有鏡頭快門和焦平面快門兩類。鏡頭快門是由一組很薄的金屬葉片組成， 在主彈簧的作用下，連桿和撥圈的 I動(dòng)作使葉片迅速地開啟和關(guān)閉；焦平面快門是由兩組部分重疊的簾幕（前簾和后簾）構(gòu)成，裝在焦平面前方附近。兩簾幕按先后次序啟動(dòng)，以便形成一個(gè)縫隙?？p隙在膠片前方掃過(guò)，以實(shí)現(xiàn)曝光。II光圈是限制光束通過(guò)的機(jī)構(gòu)，裝在鏡頭中間或后方。光圈能改變能光口徑， 并與快門一起控制曝量。常見的光圈有連

9、續(xù)可變式和非連續(xù)可變式兩種。X 產(chǎn)r 7 X光圈是限制光束通過(guò)的機(jī)構(gòu)，表達(dá)光圈大小我們是用 F值。光圈F侑=鏡頭 的焦距/鏡頭口徑的直徑，從以上的公式可知要達(dá)到相同的光圈 F值，長(zhǎng)焦距鏡 頭的口徑要比短焦距鏡頭的口徑大。完整的光圈值系列如下：F1, F1.4 , F2, F2.8 , F4, F5.6, F8, F11, F16, F22, F32, F44, F64。這里值得一題的是光圈F值愈小，在同一單位時(shí)間內(nèi)的進(jìn)光量便愈多，而且 上一級(jí)的進(jìn)光量剛是下一級(jí)的一倍，例如光圈從F8調(diào)整到F5.6,進(jìn)光量便多一倍，我們也說(shuō)光圈開大了一級(jí)。簡(jiǎn)而言之，光圈值越大光圈越小，光圈值越小， 光圈越大。記住

10、光圈值中的數(shù)字是在分母上的，比如F8其實(shí)是F/8,分母越大數(shù)值越小。光圈的作用有三點(diǎn)：1、控制進(jìn)光量：由于光圈控制鏡頭進(jìn)光量的作用，在暗弱的光線下拍 攝，需要使用大光圈鏡頭，一獲得更多的光量；而在明亮的場(chǎng)合，則使用小光圈 不至于曝光過(guò)度。2、控制景深：光圈的作用除了控制進(jìn)光量外，另外一個(gè)很重要的作用 是控制拍攝畫面的景深。3、控制像質(zhì)：由于光學(xué)原理和制造成本的限制，攝影鏡頭在全開光圈 時(shí)的像質(zhì)并不是最佳的，通常在收縮光圈后，像質(zhì)有明顯的改善。這里需要注意的是：光圈系數(shù)越小，在同一時(shí)間內(nèi)的進(jìn)光量則越多，且 后一個(gè)數(shù)值的進(jìn)光量是前面一個(gè)的一半， 而前一個(gè)數(shù)值的進(jìn)光量則是后面一個(gè)的 兩倍，比如f/5

11、.6的進(jìn)光量是f/4的一半，但同時(shí)卻是f/8的兩倍。對(duì)于消費(fèi)型I I I I I、I I數(shù)碼相機(jī)而言，光圈系數(shù)常常介于f/2.8f/16 之間.快門.I光圈的作用有三點(diǎn)：1、控制進(jìn)光量：由于光圈控制鏡頭進(jìn)光量的作用，在暗弱的光線下拍 攝，需要使用大光圈鏡頭，一獲得更多的光量；而在明亮的場(chǎng)合，則使用小光圈 不至于曝光過(guò)度。2、控制景深：光圈的作用除了控制進(jìn)光量外，另外一個(gè)很重要的作用 是控制拍攝畫面的景深。3、控制像質(zhì)：由于光學(xué)原理和制造成本的限制，攝影鏡頭在全開光圈 時(shí)的像質(zhì)并不是最佳的，通常在收縮光圈后，像質(zhì)有明顯的改善。這里需要注意的是：光圈系數(shù)越小，在同一時(shí)間內(nèi)的進(jìn)光量則越多，且 后一個(gè)

12、數(shù)值的進(jìn)光量是前面一個(gè)的一半， 而前一個(gè)數(shù)值的進(jìn)光量則是后面一個(gè)的兩倍，比如f/5.6的進(jìn)光量是f/4的一半，但同時(shí)卻是f/8的兩倍。對(duì)于消費(fèi)型 數(shù)碼相機(jī)而言，光圈系數(shù)常常介于f/2.8f/16 之間.快門的速度，由金屬葉片的 開放時(shí)間來(lái)決定?？扉T速度每向上或向下跳一格，暴光量加倍或減半?？扉T英文 名稱為Shutter ,所以在我們單反相機(jī)模式旋鈕上 S表示快門優(yōu)先?？扉T是相機(jī) 上控制感光片有效曝光時(shí)間的一種裝置?？扉T的工作原理是這樣的，為了保護(hù)相機(jī)內(nèi)的感光器件，不至于曝光，快門 總是關(guān)閉的；拍攝時(shí)，調(diào)整好快門速度后，只要按住照相機(jī)的快門釋放鈕（也就是 拍照的按鈕），在快門開啟與閉合的間隙問(wèn)，

13、讓通過(guò)攝影鏡頭的光線，使照相機(jī)內(nèi) 的感光片獲得正確的曝光，光穿過(guò)快門進(jìn)入感光器件，寫入記憶卡?？扉T通常必須具備以下幾個(gè)方面的作用：一是必須具備有能夠準(zhǔn)確調(diào)控曝光時(shí)間的作用，這一點(diǎn)是照相機(jī)快門的 最基本的作用；二是必須具備有足夠高的快門速度，以利于拍攝高速動(dòng)動(dòng)全或有效控制景深； jI三是必須具有長(zhǎng)時(shí)間曝光的作用，即應(yīng)設(shè)有“ T"門或"B"門；四是具有閃光同步拍攝的功能；五是具有自拍的功能，以便于自拍或在無(wú)快門線的情況下進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間曝 光時(shí)，使快門開啟?？扉T速度快門速度是數(shù)碼相機(jī)快門的重要考察參數(shù)，各個(gè)不同型號(hào)的數(shù)碼相機(jī)的快門速度是完全不一樣的，因此在使用某個(gè)型號(hào)的數(shù)碼

14、相機(jī)來(lái)拍攝景物 時(shí)，一定要先了解其快門的速度，因?yàn)榘纯扉T時(shí)只有考慮了快門的啟動(dòng)時(shí)間，并且掌握好快門的釋放時(shí)機(jī)，才能捕捉到生動(dòng)的畫面。通常普通數(shù)碼相機(jī)的快門大多在 1/1000秒之內(nèi)，基本上可以應(yīng)付大多數(shù)的 日常拍攝?？扉T不單要看“快”還要看“慢”， 就是快門的延遲，比如有的數(shù)碼 相機(jī)最長(zhǎng)具有16秒的快門，用來(lái)拍夜景足夠了，主流的數(shù)碼相機(jī)除了具有自動(dòng)拍攝模式外，還必須具有光圈優(yōu)先模式、快門優(yōu)先模式。光圈優(yōu)先模式就是由用 戶決定光圈的大小，然后相機(jī)根據(jù)環(huán)境光線和曝光設(shè)置等情況計(jì)算出光進(jìn)入的多 少，這種模式比較適合照靜止物體。 而快門優(yōu)先模式，就是由用戶決定快門的速 度，然后數(shù)碼相機(jī)根據(jù)環(huán)境計(jì)算出合

15、適的光圈大小來(lái)。所以，快門優(yōu)先模式就比較適合拍攝移動(dòng)的物體，特別是數(shù)碼相機(jī)對(duì)震動(dòng)是很敏感的，在曝光過(guò)程中即使 輕微地晃動(dòng)相機(jī)都會(huì)產(chǎn)生模糊的照片，在實(shí)用長(zhǎng)焦距時(shí)這種情況更明顯。在選購(gòu) 數(shù)碼相機(jī)時(shí)，你最好選購(gòu)具有這幾種模式的機(jī)型以保證拍攝的效果。光電信息工程專業(yè)在我國(guó)的社會(huì)地位不言而喻，雖然我國(guó)光電信息工程專業(yè)具有樂(lè)觀的發(fā)展現(xiàn)狀，但是我國(guó)光電信息工程專業(yè)依然存在著許多的問(wèn)題。這些問(wèn)題若得不到合理的解決，那么這些問(wèn)題最終將會(huì)成為我國(guó)光電信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā) 展的強(qiáng)大阻力。與光電信息工程專業(yè)相關(guān)的行業(yè)的發(fā)展現(xiàn)狀是極其樂(lè)觀的，光電信息技術(shù)逐漸走進(jìn)了人們的生活，同時(shí)也在社會(huì)的各個(gè)方面發(fā)揮著重要的作用。 光電信息

16、技術(shù)在我國(guó)具有廣闊的發(fā)展方向， 這些發(fā)展方向都需要我國(guó)先進(jìn)的光電 信息技術(shù)，所以，我國(guó)必須加強(qiáng)光電信息技術(shù)的發(fā)展， 逐漸縮短與發(fā)達(dá)國(guó)家的差 距，達(dá)到世界先進(jìn)一流的光電信息技術(shù)水平。隨著 21世紀(jì)信息技術(shù)的發(fā)展，光 子學(xué)及其技術(shù)已經(jīng)成為影響整個(gè)科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域和所有生產(chǎn)制造業(yè)的關(guān)鍵技術(shù)之 一。光電信息技術(shù)將會(huì)成為未來(lái)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心， 是未來(lái)信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的頂.I梁柱。光電信息技術(shù)將成為未來(lái)全國(guó)乃至全世界科學(xué)技術(shù)的發(fā)展重點(diǎn)，而且其具 I備市場(chǎng)可觀、發(fā)展?jié)摿薮蟮奶攸c(diǎn)。所以，光電信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)將會(huì)成為未來(lái)我國(guó) 信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的核心發(fā)展內(nèi)容，將會(huì)引領(lǐng)時(shí)代潮流，在我國(guó)得到充分地發(fā)展。而 且我們現(xiàn)在就在武漢，靠近東湖新區(qū)，東湖高新區(qū)被國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)為繼北京中關(guān)村 之后第二個(gè)國(guó)家自主創(chuàng)新示范區(qū)，東湖高新區(qū)的發(fā)展上升為國(guó)家戰(zhàn)略。 經(jīng)過(guò)二十 多年的發(fā)展，東湖高新區(qū)成長(zhǎng)起光谷生物城、未來(lái)科技城、光谷軟件園等一批知 名高新技術(shù)園區(qū)，聚集了 20000多家企業(yè)，其中世界500