攝影的基本知識

第二章攝影的基本知識§2—1攝影的基本原理與攝影機一、攝影的基本原理二、攝影機的基本結(jié)構(gòu)1、攝影機的物鏡物方主平面像方主平面物方主、節(jié)點像方節(jié)點?

無論物鏡由多少個透鏡組成，經(jīng)過多少次的折射，其結(jié)果都相當(dāng)于在主平面Q和Q’上發(fā)生折射，因此可以用主平面代替等價物鏡。?共軛光線：在由物點發(fā)射的諸入射光線和經(jīng)物鏡出射的諸成像光線中，有一對共軛光線，其入射光線與主光軸的夾角和出射光線與主光軸的夾角相等。此時，共軛光線與主光軸的交點分別為，分別稱為前方節(jié)點（物方節(jié)點）和后方節(jié)點（像方節(jié)點）。像主點（o）：攝影機主光軸與像平面的交點。像片主距（f）：攝影機物鏡后節(jié)點到到像片主點的垂距。像主點（o）：攝影機主光軸與像平面的交點。像片主距（f）：攝影機物鏡后節(jié)點到到像片主點的垂距。2、成像公式鏡頭具有匯聚光線的能力，它里面有一個用以控制鏡頭有效通光口徑的裝置，稱為光圈。大多數(shù)照相機里的光圈都是可調(diào)的，它能夠使不同的光量通過并照射到膠片。3、光圈和光圈號數(shù)在像平面處放置感光材料，物體的入射光線經(jīng)物鏡后投射到感光材料上，經(jīng)攝影處理形成影像。同時，感光材料有正性和負性，分別產(chǎn)生正片和負片（底片）。成像平面（像框平面）AbaBO攝影物鏡§2—1攝影的基本原理與攝影機§2—1攝影的基本原理與攝影機（一）量測用攝影機（1）.量測用攝影機的基本要求物鏡要求具備良好的光學(xué)特性，物鏡的畸變差要小，分辨率要高，透光率強。?機械結(jié)構(gòu)要穩(wěn)定。?航空攝影機應(yīng)同時具備攝影過程的自動化裝置，使安裝在飛機上的此類攝影機能對地面連續(xù)的進行攝影。（2）、量測用攝影機的特征?量測用攝影機的像距是一個固定的已知值。用于測繪地形的航攝儀，攝影的物距要比像距大的多，攝影時攝影物鏡固定調(diào)焦于無窮遠點處，因此，像距是一個定值，約等于攝影物鏡的焦距。?攝影機像面框架上有框標(biāo)標(biāo)志。像平面與物鏡的主光軸垂直，同時像平面也是一個框標(biāo)平面，因此像點在像片平面上的位置，可以根據(jù)像片上的框標(biāo)坐標(biāo)系來確定。?內(nèi)方位元素的數(shù)值是已知的。鏡頭可以控制鏡頭所“看到”和“記錄”的影象范圍，或視角。這個影象范圍由所使用鏡頭的焦距來決定。焦距是決定鏡頭性質(zhì)的主要標(biāo)志。鏡頭的焦距越長，視角越窄；鏡頭的焦距越短，則視角越寬。焦距通常用毫米為單位表示。一只28毫米的鏡頭，其焦距較短，它的視角比135毫米鏡頭的寬。影像范圍（二）非量測用攝影機模擬像機數(shù)碼相機數(shù)碼相機魚眼相機三維激光掃描（一）底片：光線是如何使膠片感光的攝影膠片：由均勻涂布著感光乳劑的透明塑料片基構(gòu)成。

乳劑由明膠和鹵化銀結(jié)晶體組成，鹵化銀晶體顆粒遇到光，明膠就會使晶體凝固在片基上。

光的作用象膠水，會使銀晶體結(jié)合在一起。膠片曝光后，晶體顆粒立即結(jié)成團塊。起初這種變化是看不見的，但經(jīng)過化學(xué)藥品的顯影后，這些銀團塊就會具有一定密度。未經(jīng)曝光的晶體顆粒在化學(xué)處理中會被從膠片上去掉。不同密度的銀團塊就組成了拍攝的影象。2-2攝影基本知識（二）膠片曝光的控制—光圈和快門照相機的一個重要功能就是讓膠片得到正確的曝光。精確曝光可得到一張從亮到暗密度分布豐富的底片。底片上?。ㄍ该鳎┑牟课环Q陰影區(qū)域（因其代表物體的黑暗區(qū)域）；厚的部位稱高光區(qū)域（因其代表物體的明亮區(qū)域）。好的底片，其陰影區(qū)域是薄的，但又不完全透明，需有一定的密度來表現(xiàn)陰影區(qū)的細節(jié)。高光區(qū)域應(yīng)是厚的，但也不是漆黑一片，太厚則要失去最明亮部分的細節(jié)。照相機利用鏡頭和快門來控制正確曝光的。鏡頭具有匯聚光線的能力，它里面有一個用以控制鏡頭有效通光口徑的裝置，稱為光圈。大多數(shù)照相機里的光圈都是可調(diào)的，它能夠使不同的光量通過并照射到膠片?？扉T是一個使膠片不曝光的擋板，只有當(dāng)快門按鈕按下時它才打開讓光線通過。快門打開的時間稱為快門速度，在大多數(shù)照相機里，它也是可調(diào)的。這樣，由光圈控制的一定光量通過照相機的鏡頭并在快門打開的時間里使膠片感光。這些因素的適當(dāng)組合就會產(chǎn)生一張曝光正確的底片。（三）數(shù)碼相機的成像模數(shù)轉(zhuǎn)換器圖象處理器存儲器光線光線模擬圖象信號數(shù)字圖象信號壓縮圖象信號

數(shù)碼相機與傳統(tǒng)相機不同之處就是其“膠卷”就是其成像感光器件，而且是與相機一體的，是數(shù)碼相機的心臟。感光器是數(shù)碼相機的核心，也是最關(guān)鍵的技術(shù)。數(shù)碼相機的發(fā)展道路，可以說就是感光器的發(fā)展道路。目前數(shù)碼相機的核心成像部件有兩種：一種是廣泛使用的CCD（ChargeCoupledDevice，電荷藕合）元件；另一種是CMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor，互補金屬氧化物導(dǎo)體）器件。

CCD圖像傳感器使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過壓縮以后由相機內(nèi)部的閃速存儲器或內(nèi)置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計算機，并借助于計算機的處理手段，根據(jù)需要和想像來修改圖像。

CCD本身是單色元器件，通過貼在其上的彩色濾鏡采集色彩，當(dāng)光線從紅、綠、藍濾鏡中穿過時，就可以得到每種色光的反應(yīng)值。形成一個與所感受的光線一一對應(yīng)的模擬量（電流或電壓）。

CMOS和CCD一樣同為在數(shù)碼相機中可記錄光線變化的半導(dǎo)體。CMOS的制造技術(shù)和一般計算機芯片沒什么差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶–電）和P（帶+電）級的半導(dǎo)體，這兩個互補效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀(jì)錄和解讀成影像。（四）印片1、傳統(tǒng)膠片的反轉(zhuǎn)負像制作照片是利用通過底片投射到相紙上的光進行曝光來完成的。到達相紙上的光量是受包括底片密度在內(nèi)的若干因素影響的。攝影膠片和相紙的感光原理非常相似，只不過膠片的光敏鹵化銀和明膠乳劑涂布在透明的塑料片基上，而相紙的光敏乳劑涂布在白紙基底上。相紙的工作原理跟膠片的相似，曝光使銀晶體顆粒凝聚成看不見的團塊。經(jīng)過顯影后變黑。曝光時間越長，晶體聚集就越多，沖洗后相紙就變得越黑。相紙未曝光或曝光較少的區(qū)域仍保持白色或淺色，化學(xué)藥品會將未曝光(當(dāng)然也未形成團塊）的鹵化銀晶體除掉。數(shù)碼相片的打印

熱升華工作原理，是利用升華這個從氣態(tài)到固態(tài)和固態(tài)到氣態(tài)不需中間狀態(tài)，互相轉(zhuǎn)化的過程來實現(xiàn)。一般熱升華打印機是通過打印頭，把色帶上的三色(R,G,B）油墨分別升華到相紙上組合而成一幅完整的相片。具體工作原理：

色帶上的干性固態(tài)油墨，即調(diào)色劑與聚合物混合體，被薄薄地涂在色帶上分為R、G、B色三塊，與所打印的相紙尺寸相同，還有一種是CMYK型。

當(dāng)打印時，相紙和色帶同時通過一個滾子，在打印頭下均被加熱，利用打印頭上直徑小于40μm的單晶硅發(fā)熱點陣,打印頭上的發(fā)熱點陣通電，將涂在色帶上的干性固態(tài)油墨融化。加熱過程中，發(fā)生奇妙的轉(zhuǎn)化，在一定溫度下，熱力分開聚合物分子，當(dāng)打印頭一過，溫度下降，油墨由氣態(tài)變?yōu)楣虘B(tài)，油墨嵌入聚合物，聚合物分子聚合在一起（這就是為什么熱升華打印擦不掉的原因）。當(dāng)一種色彩印過后，自動移到開頭進行下一種顏色，分辨率取決于加熱元件，顏色飾加的多少取決于加熱元件的溫度，在一張相紙上升華色帶產(chǎn)生幾百萬個顏色的混合體。所以可得到優(yōu)質(zhì)的圖片效果。

（五）照相機機身功能：被攝景物的取景和調(diào)焦存貯膠片(或感光元件)膠片的安裝與輸送（存儲器的安放或影象數(shù)據(jù)的存儲、輸出）照相機機身是一個不透光的容器，它還包括：一個快門，用以控制曝光時間的長短；常常還附帶有一只測光表，用以在不同照明條件下確定正確的曝光量。被攝景物的取景和調(diào)焦攝影者在取景裝置中可以看到所拍照片的畫面如何。調(diào)焦裝置可以使攝影者在膠片上獲得一幅清晰的景象。（六）照相機鏡頭影象的焦距光通量影象范圍景深照相機鏡頭是安裝在照相機身前部的，它正對著膠片并在膠片的前面。照相機鏡頭具有四種控制作用，即控制：影象的焦距、到達膠片的光通量、影象的范圍和影象的景深。1、影象的焦距焦距公式：大多數(shù)鏡頭，是通過轉(zhuǎn)動鏡頭筒上的調(diào)焦環(huán)使鏡片向里移動（靠近膠片）或向外移動（遠離膠片）來進行調(diào)焦的。有些照相機，影象是通過取景器看到的，焦點沒調(diào)準(zhǔn)時影象模糊，而焦點調(diào)準(zhǔn)時影象清晰；另外一些照相機，焦點沒調(diào)準(zhǔn)時影象是重疊的，而焦點調(diào)準(zhǔn)時影象只有一個。2、光通量光線必須通過鏡頭上的光孔或光圈才能到達膠片。幾乎所有鏡頭的光圈都是可調(diào)的。要得到曝光準(zhǔn)確的膠片，光圈大小的選擇是非常重要的。一般地，光線較暗時拍攝，需要較大的光圈，以讓足夠的光線照到膠片；光線較強時拍攝，則需要較少的光圈，以減少到達膠片的光量。f系數(shù)衡量鏡頭孔徑大小的量。幾乎所有鏡頭都采用一種f系數(shù)標(biāo)定方法，它們是：f1.4、f2、f2.8、f4、f5.6、f8、f11、f16、f22、f32。f系數(shù)越大，鏡頭孔徑越?。环粗?，f系數(shù)越小，孔徑越大，調(diào)整在f2的鏡頭比調(diào)整在f16的鏡頭通過的光要多得多。向某一方向變化一級f系數(shù)就意味著進入鏡頭的光通量加倍或者減半3、影象范圍鏡頭可以控制鏡頭所“看到”和“記錄”的影象范圍，或視角。這個影象范圍由所使用鏡頭的焦距來決定。焦距是決定鏡頭性質(zhì)的主要標(biāo)志。鏡頭的焦距越長，視角越窄；鏡頭的焦距越短，則視角越寬。焦距通常用毫米為單位表示。一只28毫米的鏡頭，其焦距較短，它的視角比135毫米鏡頭的寬。鏡頭焦距的測量不以鏡頭本身的實際尺寸為依據(jù)，而是指在鏡頭調(diào)焦在無窮遠處時，照相機的膠片平面與鏡頭的光學(xué)中心之間的距離。膠片平面是膠片安裝在照相機機身里所處的平面。鏡頭光學(xué)中心的位置隨鏡頭不同而不同，但都在鏡頭節(jié)點的位置上。4、景深景深是指照片上的焦距范圍或照片上可以認(rèn)為清晰的區(qū)域里最近點到最遠點間的距離。

例如，如果一只鏡頭對某一物體，如一棵樹，調(diào)焦清晰，那么樹的前面和樹的后面還有一定區(qū)域也在調(diào)焦范圍內(nèi)，這一區(qū)域的清晰度仍可以讓人們所接受，這一區(qū)域的縱深長度就是景深。每幅照片的景深都不一樣，它是鏡頭的孔徑、調(diào)焦距離和鏡頭的焦距。

（七）快門控制時間控制運動快門的類型1、控制時間快門開啟時間的長短是膠片曝光的關(guān)鍵。光線通過鏡頭照射到膠片上產(chǎn)生影象。鏡頭光圈只能起到控制光量的部分作用，不開啟快門，光線則不能照射到膠片。快門的開啟和關(guān)閉控制著膠片曝光所經(jīng)歷的時間。所以，它和光圈一起構(gòu)成膠片正確曝光的兩個關(guān)鍵因素。2、控制運動如果當(dāng)快門開啟時，被攝物體或照相機是運動的，結(jié)果就會產(chǎn)生一幅模糊的影象。一般情況下，人們總是希望獲得清晰影象的，但有時模糊的影象能夠大致描繪出某種動態(tài)或在照片上產(chǎn)生一種有趣的特殊效果?？偠灾?，攝影者通過相應(yīng)地調(diào)整快門速度，可以使影象清晰或模糊。物體運動速度越快，影象就越模糊。用1／125秒的快門速度拍攝狗的活動，可以使散步的狗好象是“靜止”的，但是用同樣的速度拍一輛高速行駛的汽車就會顯得模糊了。一幅其它方面都清晰的畫面中有一個故意模糊的物體是一種顯示動作、運動的簡單、有效的創(chuàng)作方法。為了使物體的穩(wěn)定部分清晰，快門速度必須足夠的快，而為了使物體的運動部分模糊，快門速度又必須足夠的慢。追隨拍攝在曝光期間要使照相機按物體運動相同的方向移動。一張成功的追隨拍攝照片應(yīng)該使運動著的物體清晰，而使背景模糊。偶然的照相機移動仍是常見的一個攝影問題。如果曝光期間照相機移動了，則整個影象都不會清晰。照相機移動造成影象模糊的常見原因是快門速度太慢。為了把模糊程度減到最小，應(yīng)該盡可能平穩(wěn)地握住照相機，并盡量使用1／60秒或更高的快門速度拍攝，雖然每個人穩(wěn)固地把握照相機的能力不同，但對每個人來說，快門速度越高，影象模糊程度越小卻是客觀事實。當(dāng)拍攝所需要的快門速度低于1／60秒時，為了穩(wěn)定照相機可以使用三腳架，可以依靠樹或桌子來支撐照相機。（八）測光表測光表可以測量光線的強弱并將測量值變換成適合于拍攝照明環(huán)境的實用f系數(shù)和快門速度組合。它是運用光圈、快門速度和膠片速度這三個曝光控制因素的指導(dǎo)。測光表的兩種主要的類型：通過鏡頭式測光表和手持式測光表。（九）底片的評價評價膠片的曝光時，只要觀察底片的陰影區(qū)域就可以了，而不用管高光區(qū)域。如果陰影區(qū)域顯得厚，底片就是曝光過度了；如果顯得薄，底片就是曝光不足。正常曝光的底片應(yīng)該具有能夠表現(xiàn)所需要的豐富陰影細節(jié)的最小厚度。陰影區(qū)域應(yīng)該是透亮的，但又不是完全透明的。評價膠片的顯影時，只要觀察底片的高光區(qū)域而不用管陰影區(qū)域。正常顯影的底片應(yīng)該具有一定厚度，但又不是不透明的。如果高光區(qū)域薄，就是膠片顯影不足并且底片反差也不足；如果高光區(qū)域又太厚了的話，那底片必定顯影過度了，而且很可能反差過高。（十）照相機附件濾光鏡閃光燈近攝裝置其它實用的附件濾光鏡濾光鏡是裝在照相機鏡頭前端用來保護鏡頭或者使照片產(chǎn)生各種色調(diào)變化的附件。原理：是由于它可以讓與其本身顏色相同的色光通過并且照到底片上，而吸收其互補的色光。因此，被攝景物里與濾光鏡顏色相同的那些部分在底片上表現(xiàn)得比較厚，而在照片上顯得比較淺。最好的保護性濾光鏡是完全透明的玻璃鏡、天光鏡、霧化鏡或者紫外線（U.V）濾光鏡。閃光燈當(dāng)拍攝現(xiàn)場的光線無法適應(yīng)拍攝需要時，比如室內(nèi)或者夜晚的室外攝影，此時閃光燈可以為正確曝光提供充足的照明。使用閃光燈時，燈所突然發(fā)出的閃光必須與照相機快門同步，也就是說，閃光必須得在快門完全打開時發(fā)出。近攝裝置裝上幾種附件可以使照相機對更近的物體進行調(diào)焦。常用于單鏡頭反光照相機的近攝附件：接圈、近攝鏡、微距鏡頭和皮腔。§2—3彩色攝影與其它攝影（一）色的基本知識

黑白圖像是指圖像的每個像素只能是黑或者白，沒有中間的過渡，故又稱為２值圖像。2值圖像的像素值為0、1。黑白圖象

灰度圖像是指每個像素的信息由一個量化的灰度級來描述的圖像，沒有彩色信息?；叶葓D像描述示例灰度圖象

彩色圖像是指每個像素的信息由RGB三原色構(gòu)成的圖像，其中RBG是由不同的灰度級來描述的。彩色圖像

1、物體的顏色2、人眼觀察的光感和色感3、主色和補色4、色的形成（1）加色法（2）減色法（二）彩色攝影與其它攝影1、彩色攝影處理2、紅外片和假彩色片1、彩色攝影處理黃品紅青黃品紅青

藍光

綠光

紅光白色光線分解感藍層，顯影現(xiàn)黃吸收層感綠層感紅層負片顯色通常情況下的紅外線攝影可以感應(yīng)的紅外線波長范圍為770～1000nm。紅外線成像設(shè)備幫助我們看到肉眼觀察不到的事物，從另一種角度來觀察我們所熟悉的事物。2、紅外片和假彩色片紅外片的優(yōu)點1、信息更加豐富紅外線與可見光相比的一個特點是色彩更加豐富多樣。由于可見光的最長波長是最短波長的1倍(380nm～770nm)，所以也叫作一個倍頻程。而紅外線的最長波長則是最短波長的10倍，即具有10個倍頻程。因此,如果可見光能表現(xiàn)自然界中的7種顏色，則紅外線便能表現(xiàn)70種，因此具有極其豐富的色彩表現(xiàn)力。2、穿透性強

紅外線具有良好的穿透性，如穿透煙霧、水氣等，因此在航空攝影、軍事攝影和其他題材攝影中有著不可替代的地位。例如航空攝影可以利用紅外線發(fā)現(xiàn)健康、不健康的樹木，森林，地脈甚至礦藏；醫(yī)學(xué)上可以用于人體組織的穿透；科研及工程攝影可以用于鑒別印色，穿透織物；普通紅外線攝影可以利用發(fā)散性產(chǎn)生虛幻的圖畫效果等等。紅外線攝影可以使用普通鏡頭，但普通鏡頭設(shè)計的焦距是針對可見光的，因而在拍攝紅外線時相應(yīng)的焦距設(shè)定應(yīng)大于拍攝可見光時的焦距。此外，由于紅外線波長比可見光的波長要長得多，其焦距不可能與可見光一致。因此須要專門對鏡頭進行紅外區(qū)校正。由于紅外線光譜感應(yīng)范圍較廣，因此無論是傳統(tǒng)紅外線攝影還是數(shù)碼紅外線攝影都需要一個阻擋可見光及紫外線輻射，同時又可以透過紅外線的特殊濾光鏡，即紅外線濾鏡(InfraredFilter)。紅外線濾鏡在這個過程中起到的作用類似于帶通濾波器的作用，讓所需要波長的紅外線通過，而將其它波長的光線阻斷。紅外攝影2.3航空攝影的基本要求（一）航空攝影基本條件條件：飛機飛行穩(wěn)定性好、保持一定的高度、航行路線直、飛行速度適宜、續(xù)航時間長。豎直攝影以測繪地形圖為目的的空中攝影多采用豎直攝影的方式。要求航攝機在曝光的瞬間物鏡主光軸垂直于地面。像片傾角要小于2°~3°。?豎直航空攝影分類面積航空攝影、條狀地帶航空攝影、獨立地塊航空攝影。傾斜攝影?攝影比例尺（像片比例尺）：航攝相片上一線段為l的影像與地面上相應(yīng)線段的水平距離L之比。（二）攝影比例尺與攝影航高S?攝影航高：航攝機物鏡中心至攝區(qū)內(nèi)平均高程面的距離。?絕對航高：航攝瞬間物鏡中心相對于平均海水面的距離。S航攝比例尺與成圖比例尺之間的關(guān)系比例尺類別航攝比例尺成圖比例尺