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。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。;.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

2、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，而且需要八個(gè)小時(shí)的曝光。 1826 年，他又在涂有感光性瀝

3、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。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)了用溴化銀感光材料涂制的干版， 1884 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)

4、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 “天塞 ”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)身簾快門。1935 年，德國(guó)出現(xiàn)了?？怂_克圖單鏡頭反

5、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(kāi)始裝用硒光電池曝光表。1947 年，德國(guó)開(kāi)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(kāi)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(kāi)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、閃光燈、調(diào)焦、自拍等方式的不同，就構(gòu)成一個(gè)復(fù)

6、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)，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)用改變快門的開(kāi)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

7、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)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

8、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?？扉T是控制曝光量的主要部件，最常見(jiàn)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， 連桿和撥圈的動(dòng)作使葉片迅速地開(kāi)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。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(jiàn)的光圈有連續(xù)可變式和非連續(xù)可變式兩種。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

9、 F值 = 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，F(xiàn)2.8， 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(kāi)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

10、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(kāi)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/5.6 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

11、介于f/2.8f/16 之間 .快門光圈的作用有三點(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(kāi)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/5.6 的進(jìn)光量是 f/4 的一

12、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(kāi)放時(shí)間來(lái)決定。快門速度每向上或向下跳一格，暴光量加倍或減半。 快門英文名稱為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(kāi)啟與閉合的間隙間,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

13、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；;.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(kāi)啟。快門速度快門速度是數(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

14、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)

15、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

16、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