照相機(jī)鏡頭的光學(xué)特性課件

照相機(jī)鏡頭及其光學(xué)特性復(fù)習(xí)相機(jī)的基本組成:鏡頭(Lenses)光圈(Aperture)快門(Shutter)取景器(Viewfinder)調(diào)焦系統(tǒng)(FocusingSystem)暗盒復(fù)習(xí)普通相機(jī)的基本類型120相機(jī)135相機(jī)110相機(jī)一步成像照相機(jī)機(jī)背取景照相機(jī)數(shù)碼相機(jī)多鏡頭相機(jī)所有鏡頭具備的基本功能都是相同的，讓光線進(jìn)入照相機(jī)并聚焦光線在感光介質(zhì)上形成清晰的影像。一、鏡頭及其基本功能1、鏡頭的基本功能2、鏡頭的組成一、鏡頭及其基本功能2、鏡頭的組成一、鏡頭及其基本功能二、焦距和像比例尺2、影像比例尺3、對(duì)影像大小的影響當(dāng)a一定時(shí)，即在物距相等的條件下，f長(zhǎng)，比例尺就大；f短，比例尺就小。為得到比例尺較大的影象，可以采用長(zhǎng)焦距鏡頭攝影，如航空攝影，新聞攝影。在航空攝影中的像片比例尺為

二、焦距和像比例尺焦距與影像大小的關(guān)系標(biāo)準(zhǔn)鏡頭135相機(jī)，40-58mm的鏡頭稱為標(biāo)準(zhǔn)鏡頭。120相機(jī)，75-85mm的鏡頭稱為標(biāo)準(zhǔn)鏡頭。其透視關(guān)系與人眼看物體相同，因而應(yīng)用最廣。短焦（廣角）鏡頭24-35mm的鏡頭稱為廣角鏡頭。優(yōu)點(diǎn)：景物空間范圍很大，所攝景深很大，空間視覺效果明顯。缺點(diǎn)：易產(chǎn)生影像透視變形，存在畸變像差。長(zhǎng)焦（望遠(yuǎn)）鏡頭f>100mm，適用于遠(yuǎn)距離攝影。首先，質(zhì)量上乘的長(zhǎng)鏡頭價(jià)格昂貴；其次，長(zhǎng)鏡頭往往又大又笨重；第三，鏡頭的焦距越長(zhǎng),照相機(jī)就必須把握得越穩(wěn)定；第四，成像質(zhì)量受大氣環(huán)境的影響比較大。

1、相對(duì)孔徑(RelativeAperture)定義：鏡頭的有效孔徑d與焦距f的比值，即d／f。最大相對(duì)孔徑三、相對(duì)孔徑和光圈系數(shù)結(jié)論：當(dāng)景物亮度B一定時(shí)，像面照度與相對(duì)孔徑的平方成正比。像面中心照度2、像面中心照度與相對(duì)孔徑的關(guān)系

三、相對(duì)孔徑和光圈系數(shù)像面中心照度公式推導(dǎo)三、相對(duì)孔徑和光圈系數(shù)光通量(F):單位時(shí)間內(nèi)通過某一面積的光能稱為通過該面積的光通量。照度(E):用來反映物體表面被照明程度的物理量，實(shí)際上是單位面積的光通量：E=F/S。亮度(B):光源表面沿某個(gè)方向上單位面積的發(fā)光強(qiáng)度叫做光源的亮度。三、相對(duì)孔徑和光圈系數(shù)像面中心照度公式推導(dǎo)由此可得：對(duì)于照相機(jī)來說3、鏡頭的光強(qiáng)度

光強(qiáng)度：表達(dá)鏡頭產(chǎn)生光學(xué)影像亮度的能力。超強(qiáng)光強(qiáng)度鏡頭1：2.8以上強(qiáng)光強(qiáng)度鏡頭1：3.5—1：5.8普通光強(qiáng)度鏡頭1：6.3—1：9弱光強(qiáng)度鏡頭1：9以下三、相對(duì)孔徑和光圈系數(shù)4、光圈系數(shù)

定義：相對(duì)孔徑的倒數(shù)為光圈系數(shù)。

國(guó)際系統(tǒng)——多數(shù)國(guó)家與我國(guó)采用這種系統(tǒng)：1.0、1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22、32．．．．。設(shè)計(jì)原則：相鄰二光圈的平方相差一倍。結(jié)論：相鄰的光圈系數(shù)所對(duì)應(yīng)的曝光時(shí)間相差一倍。三、相對(duì)孔徑和光圈系數(shù)四、像面上的照度分布ddθ

θ

opS1、公式推導(dǎo)四、像面上的照度分布2、分布規(guī)律θ°051015202530cos4θ10.990.940.870.780.680.56θ°35404550556065cos4θ0.450.350.250.170.110.060.03五、鏡頭的視場(chǎng)角和像場(chǎng)角

視場(chǎng)角：鏡頭能在像面上構(gòu)成影像的范圍稱為視場(chǎng)，其直徑對(duì)鏡頭中心所成的角稱為視場(chǎng)角。像場(chǎng)角：影像清晰的圓形范圍稱為像場(chǎng)，其直徑對(duì)鏡頭中心的張角為像場(chǎng)角。像幅和像場(chǎng)角的關(guān)系：像幅一定時(shí)，像場(chǎng)角大小與物鏡焦距成反比。物距一定時(shí)，像場(chǎng)角越大，攝取的景物范圍越大，但比例尺小。物鏡按像場(chǎng)角的分類攝遠(yuǎn)鏡頭 2<45。標(biāo)準(zhǔn)鏡頭 45。<

2<75。廣角鏡頭 75。<

2<110。特廣角鏡頭 110。<

2<133。超廣角鏡頭133。<2五、鏡頭的視場(chǎng)角和像場(chǎng)角

現(xiàn)代遙感中常用的概念五、鏡頭的視場(chǎng)角和像場(chǎng)角

視場(chǎng)角(FieldofView---FOV)瞬時(shí)視場(chǎng)角(Instantaneous

FieldofView---IFOV)線陣CCD光學(xué)系統(tǒng)FOVIFOVGWGR1、定義：

是表征物鏡分辨被攝景物微小細(xì)節(jié)的能力，其大小用在焦平面上1毫米寬度內(nèi)能分辨的互相平行的線條數(shù)表示，單位為線對(duì)/mm。

六、鏡頭分辨率2、影響鏡頭分辨率的因素

理想鏡頭(無像差)的角分辨率可由瑞利判據(jù)描述，即六、鏡頭分辨率

像面上能分辨的最小尺寸為

分辨率為

結(jié)論：相對(duì)孔徑和像差是影響實(shí)際照相物鏡分辨率的主要因素3、分辯率測(cè)試方法六、鏡頭分辨率3、分辨率測(cè)定方法(1)目視法注：綜合分解力永遠(yuǎn)小于鏡頭分解力或膠片分解力，并與其中的最小值相接近。

光源測(cè)試砧板平行光管被測(cè)物鏡六、鏡頭分辨率(2)攝影法(3)光學(xué)傳遞函數(shù)4、影響分解力測(cè)試結(jié)果的重要因素覘板的反差測(cè)試時(shí)光圈系數(shù)的大小感光材料及沖洗條件光照條件六、鏡頭分辨率光通過鏡頭時(shí)的損失 鏡頭的吸收 鏡頭的反射

鏡頭的加膜：減少反射光光的干涉原理：

如果同一波長(zhǎng)的兩條反射光線強(qiáng)度相等，且光程差為λ/2或λ/2的奇數(shù)倍，則兩條光線因?yàn)楦缮娑嗷サ窒Ｆ?、鏡頭的加膜a的波峰與b的波谷相遇，振幅相等，方向相反，光強(qiáng)為零。nn1n2ab需要解決的問題：如何使a、b的光強(qiáng)相等？如何使a、b的光程差為λ/2？七、鏡頭的加膜1、如何使光強(qiáng)相等

當(dāng)光線由折射率為n1的介質(zhì)到達(dá)折射率為n2的介質(zhì)時(shí)

要滿足：有因?yàn)閚=1有（玻璃的折射率n2=1.5-1.7,則n1=1.2-1.3）七、鏡頭的加膜2、如何使a、b的光程差為λ/2a、b的光程差為dabnn1n2要使：有：七、鏡頭的加膜3、加膜后的鏡頭顏色同一種介質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)的色光有不同的折射率，所以加膜鏡頭并不能完全消除各種色光的反射。通常加膜的厚度和它的折射率是根據(jù)波長(zhǎng)位于可見光光譜中段的綠色光(λ＝550nm)來確定的，這時(shí)可見光譜區(qū)兩端的紅光和紫光還會(huì)反射。因此，這樣的加膜鏡頭都帶有紫紅色。多層膜。七、鏡頭的加膜

當(dāng)攝取一有限距離的景物時(shí)，在景物前后一定距離內(nèi)，其構(gòu)像都是清晰的。此構(gòu)成清晰影像的物方縱深范圍稱為景深，用D.F表示。

八、景深和超焦點(diǎn)距離1、定義

2、景深公式

八、景深和超焦點(diǎn)距離2、景深公式

八、景深和超焦點(diǎn)距離推導(dǎo)思路：(1)按相似三角形求出b1、b2和b、d、δ的關(guān)系；(2)用透鏡公式求出a1和a2的表達(dá)式。3、影響景深的主要因素

(1)攝影物距

a越大，景深越大。八、景深和超焦點(diǎn)距離(2)光圈系數(shù)

k越大，景深越大。3、影響景深的主要因素

八、景深和超焦點(diǎn)距離(3)焦距

f越長(zhǎng)，景深越小。(4)模糊圓的大小所允許的δ越大，景深就越大。

景深標(biāo)尺3、影響景深的主要因素

八、景深和超焦點(diǎn)距離4、超焦點(diǎn)距離

(hyperfocaldistance)(1)定義：當(dāng)鏡頭對(duì)焦在無窮遠(yuǎn)時(shí)，位于無窮遠(yuǎn)處的景物可清晰構(gòu)像；同時(shí)離鏡頭不小于某一距離H的所有物體，其構(gòu)像都清晰，這個(gè)距離H就稱為超焦點(diǎn)距離。八、景深和超焦點(diǎn)距離(2)計(jì)算公式4、超焦點(diǎn)距離

(hyperfocaldistance)八、景深和超焦點(diǎn)距離(3)超焦點(diǎn)距離的應(yīng)用在航攝中，利用超焦點(diǎn)距離使地面景物清晰成像。利用超焦點(diǎn)距離，可以得到最大景深。當(dāng)調(diào)焦至a=H時(shí)，得對(duì)相機(jī)設(shè)計(jì)非常重要。固定焦點(diǎn)(不能調(diào)焦)相機(jī)利用超焦點(diǎn)距離設(shè)計(jì)其像距?？烧{(diào)焦相機(jī)用超焦點(diǎn)距離設(shè)計(jì)最短像距。4、超焦點(diǎn)距離

(hyperfocaldistance)八、景深和超焦點(diǎn)距離1、色差九、色差和畸變差原因：光學(xué)介質(zhì)對(duì)不同波長(zhǎng)有不同的折射率，因此透鏡對(duì)不同波長(zhǎng)有不同的焦距。表現(xiàn)：縱向位移和橫向位移。PPλ1Pλ2縱向色差橫向色差2、畸變差