生物攝影 2 攝影原理

1、2.1 光的性質(zhì)2.2 透鏡成像2.3 攝影和視覺2.1.1 光光物物影的效應(yīng)影的效應(yīng)2.1 光的性質(zhì)萬物于光下皆有影萬物于光下皆有影作為攝影光源的可見光主要是太陽光、電燈光、火光等。作為攝影光源的可見光主要是太陽光、電燈光、火光等。光光物物影：凸凹不平的物體表面對光的反射程度不影：凸凹不平的物體表面對光的反射程度不同，形成光像，即影像，經(jīng)攝影鏡頭成像。同，形成光像，即影像，經(jīng)攝影鏡頭成像。2.1.2光光物物色的燦爛繽紛色的燦爛繽紛2.1 光的性質(zhì)距今距今2 2萬年的法國拉斯科洞窟壁畫，利用礦物顏料描繪打獵場面，萬年的法國拉斯科洞窟壁畫，利用礦物顏料描繪打獵場面，有約有約100100種動(dòng)物形象

2、，描繪細(xì)致，色彩豐富，栩栩如生。種動(dòng)物形象，描繪細(xì)致，色彩豐富，栩栩如生。 色彩給大自然和人類社會(huì)帶來了美，無色彩的世界是單調(diào)的。色彩給大自然和人類社會(huì)帶來了美，無色彩的世界是單調(diào)的。2.1.2 光光物物色的燦爛繽紛色的燦爛繽紛2.1 光的性質(zhì)牛頓用三棱鏡將太陽光分成紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七色。牛頓用三棱鏡將太陽光分成紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七色。若將七色光混合，又得到白光。若將七色光混合，又得到白光。圖 利用棱鏡分解白光 2.1.2 光光物物色的燦爛繽紛色的燦爛繽紛2.1 光的性質(zhì)“彩色彩色”是人們對紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫各種顏色的籠統(tǒng)稱是人們對紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫各種顏色的

3、籠統(tǒng)稱呼。沒有光，是什么顏色感覺也得不到。呼。沒有光，是什么顏色感覺也得不到。按照光的波動(dòng)理論，光是一種電磁波，波長范圍從長的數(shù)千公里按照光的波動(dòng)理論，光是一種電磁波，波長范圍從長的數(shù)千公里到短的到短的10-14米。但人眼能夠看到的，只有波長在米。但人眼能夠看到的，只有波長在380780毫微米（毫微米（1毫微米毫微米= 10-9米）之間非常小的一段。見圖所示。米）之間非常小的一段。見圖所示。2.1.2 光光物物色的燦爛繽紛色的燦爛繽紛2.1 光的性質(zhì)在可見光范圍內(nèi)，不同頻率或波長的光波，使人產(chǎn)生不同的色感。在可見光范圍內(nèi)，不同頻率或波長的光波，使人產(chǎn)生不同的色感。用光學(xué)棱鏡將太陽光分解，可以看

4、出各種波長光波所產(chǎn)生色感的全用光學(xué)棱鏡將太陽光分解，可以看出各種波長光波所產(chǎn)生色感的全貌，貌，這樣得出的彩帶稱為太陽光譜。這樣得出的彩帶稱為太陽光譜。圖中可以看出：光譜中，一種顏色向另一種顏色轉(zhuǎn)變是逐漸過度的，圖中可以看出：光譜中，一種顏色向另一種顏色轉(zhuǎn)變是逐漸過度的，它們之間沒有明顯的界限。自然界中的景物顏色，一般都不是單色，它們之間沒有明顯的界限。自然界中的景物顏色，一般都不是單色，而是多種單色的組合。而是多種單色的組合。2.1 光的性質(zhì)牛頓用三棱鏡將太陽光分成紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七色。牛頓用三棱鏡將太陽光分成紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫七色。若將七色光混合，又得到白光。若將七色光混合

5、，又得到白光。紅、綠、藍(lán)三種色光按不同比例混合，可得到大自然中人的視覺紅、綠、藍(lán)三種色光按不同比例混合，可得到大自然中人的視覺所能感受的任何一種色彩，但紅、綠、藍(lán)三種色光本身卻不能由任所能感受的任何一種色彩，但紅、綠、藍(lán)三種色光本身卻不能由任何其它色光混合產(chǎn)生。所以，紅、綠、藍(lán)三種色光是組成各種色彩何其它色光混合產(chǎn)生。所以，紅、綠、藍(lán)三種色光是組成各種色彩的基本成分，稱為的基本成分，稱為“三原色三原色”。這三個(gè)原色的光波，在可見光譜中，。這三個(gè)原色的光波，在可見光譜中，各約占三分之一。各約占三分之一。2.1.2 光光物物色的燦爛繽紛之色的燦爛繽紛之-三原色與三補(bǔ)色三原色與三補(bǔ)色2.1 光的性質(zhì)

6、三個(gè)原色光，或其中兩個(gè)原色光以等量增加，就可得到其它任何三個(gè)原色光，或其中兩個(gè)原色光以等量增加，就可得到其它任何一種色光，其規(guī)律如下：一種色光，其規(guī)律如下： 紅光綠光紅光綠光=黃光黃光 1紅光藍(lán)光紅光藍(lán)光=品紅光品紅光 2綠光藍(lán)光綠光藍(lán)光=青光青光 3紅光綠光藍(lán)光紅光綠光藍(lán)光=白光白光 42.1.2 光光物物色的燦爛繽紛之色的燦爛繽紛之-三原色與三補(bǔ)色三原色與三補(bǔ)色2.1 光的性質(zhì)根據(jù)上述色光疊加的規(guī)律，若以根據(jù)上述色光疊加的規(guī)律，若以1、2、3三式分別代入三式分別代入4式，可得：式，可得：藍(lán)光黃光藍(lán)光黃光=白光白光綠光品紅光綠光品紅光=白光白光紅光青光紅光青光=白光白光2.1.2 光光物物色

7、的燦爛繽紛之色的燦爛繽紛之-三原色與三補(bǔ)色三原色與三補(bǔ)色2.1 光的性質(zhì)凡按適當(dāng)比例相疊加而能產(chǎn)生白光的兩種色光，或者按適當(dāng)比例凡按適當(dāng)比例相疊加而能產(chǎn)生白光的兩種色光，或者按適當(dāng)比例混合而能產(chǎn)生黑色或灰色的兩種顏色的染料，都互為補(bǔ)色。與藍(lán)、混合而能產(chǎn)生黑色或灰色的兩種顏色的染料，都互為補(bǔ)色。與藍(lán)、綠、紅三原色互為補(bǔ)色的黃、品紅、青三色通常稱為綠、紅三原色互為補(bǔ)色的黃、品紅、青三色通常稱為“三補(bǔ)色三補(bǔ)色”。這三個(gè)補(bǔ)色在可見光譜中，各約占這三個(gè)補(bǔ)色在可見光譜中，各約占13?！叭焙秃汀叭a(bǔ)色三補(bǔ)色”原理是彩色感光材料料設(shè)計(jì)和制造的理原理是彩色感光材料料設(shè)計(jì)和制造的理論基礎(chǔ)；同時(shí)也是彩色

8、印放中校色的理論依據(jù)。論基礎(chǔ)；同時(shí)也是彩色印放中校色的理論依據(jù)。2.1.2 光光物物色的燦爛繽紛之色的燦爛繽紛之-三原色與三補(bǔ)色三原色與三補(bǔ)色2.1 光的性質(zhì)不透明物體能吸收和反射太陽光。若吸收了白光中的不透明物體能吸收和反射太陽光。若吸收了白光中的橙、黃、綠、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫，而反射紅光，則物體呈紅色，如紅花只反射紅光。將青、藍(lán)、紫，而反射紅光，則物體呈紅色，如紅花只反射紅光。將七色光全反射的呈白色。全吸收的呈黑色。七色光全反射的呈白色。全吸收的呈黑色。透明物體，可以同時(shí)投射、吸收、反射光線，若透過的光是紅色，透明物體，可以同時(shí)投射、吸收、反射光線，若透過的光是紅色，其他被吸收和反射了

9、，則該物質(zhì)是紅色的，無色透明物質(zhì)能透過七其他被吸收和反射了，則該物質(zhì)是紅色的，無色透明物質(zhì)能透過七色光而呈白色。色光而呈白色。由此，我們知道了自然界的五彩繽紛，原來是由于不同物質(zhì)對光由此，我們知道了自然界的五彩繽紛，原來是由于不同物質(zhì)對光的不同作用而形成的。的不同作用而形成的。2.1.2 光光物物色的燦爛繽紛之色的燦爛繽紛之彩色影像形成彩色影像形成2.1 光的性質(zhì)光學(xué)相機(jī)影像形成光學(xué)相機(jī)影像形成-帶有物體形態(tài)特征的帶有物體形態(tài)特征的“色相色相”，經(jīng)光傳遞而，經(jīng)光傳遞而進(jìn)入照相機(jī)，因鏡頭匯集于彩色感光片上形成彩色影像。進(jìn)入照相機(jī)，因鏡頭匯集于彩色感光片上形成彩色影像。數(shù)碼相機(jī)影像形成數(shù)碼相機(jī)影像

10、形成-數(shù)碼相機(jī)的傳感器由一個(gè)感光點(diǎn)（數(shù)碼相機(jī)的傳感器由一個(gè)感光點(diǎn)（Photosite）陣列組成，其中每個(gè)感光點(diǎn)表示圖像中的一個(gè)像素。在曝光期間，陣列組成，其中每個(gè)感光點(diǎn)表示圖像中的一個(gè)像素。在曝光期間，感光點(diǎn)根據(jù)照射的光線強(qiáng)度生成相應(yīng)的電荷。在感光點(diǎn)網(wǎng)格上，以感光點(diǎn)根據(jù)照射的光線強(qiáng)度生成相應(yīng)的電荷。在感光點(diǎn)網(wǎng)格上，以交替方式覆蓋了彩色濾鏡。交替方式覆蓋了彩色濾鏡。2.1.2 光光物物色的燦爛繽紛之色的燦爛繽紛之彩色影像形成彩色影像形成很多相機(jī)使用的一種常見排列是拜爾模式很多相機(jī)使用的一種常見排列是拜爾模式2.1 光的性質(zhì)拜爾模式使用交替的紅色、綠色和藍(lán)色像素來記錄數(shù)字圖像。拜爾模式使用交替的紅

11、色、綠色和藍(lán)色像素來記錄數(shù)字圖像。傳感器實(shí)際記錄的并非我們通常認(rèn)為的彩色圖像，傳感器上的感傳感器實(shí)際記錄的并非我們通常認(rèn)為的彩色圖像，傳感器上的感光點(diǎn)只是亮度或明度值，數(shù)碼相機(jī)生成的實(shí)際上是灰度文件。傳感光點(diǎn)只是亮度或明度值，數(shù)碼相機(jī)生成的實(shí)際上是灰度文件。傳感器上的小型彩色濾鏡指定了像素應(yīng)該是什么顏色。相機(jī)內(nèi)置的處理器上的小型彩色濾鏡指定了像素應(yīng)該是什么顏色。相機(jī)內(nèi)置的處理器通過計(jì)算遺漏的顏色數(shù)據(jù)，形成全彩色圖像。器通過計(jì)算遺漏的顏色數(shù)據(jù)，形成全彩色圖像。2.1.2 光光物物色的燦爛繽紛之色的燦爛繽紛之彩色影像形成彩色影像形成n透鏡是由兩球面組合成的中間與邊緣厚薄不同的透明體。透鏡透鏡是由兩

12、球面組合成的中間與邊緣厚薄不同的透明體。透鏡分為凸透鏡（即聚光透鏡）和凹透鏡（即發(fā)散透鏡）。見圖所分為凸透鏡（即聚光透鏡）和凹透鏡（即發(fā)散透鏡）。見圖所示。示。n雙凸透鏡雙凸透鏡 平凸透鏡平凸透鏡 凹凸透鏡凹凸透鏡 雙凹透鏡雙凹透鏡 平凹透鏡平凹透鏡 凸凹透鏡凸凹透鏡2.2 透鏡成像2.2.1 透鏡透鏡-透鏡的種類透鏡的種類n通過透鏡兩球面中心的線稱為主軸，或主光軸。光沿此射入不發(fā)生通過透鏡兩球面中心的線稱為主軸，或主光軸。光沿此射入不發(fā)生折射。光心是主軸上的一個(gè)特殊點(diǎn)。射入透鏡的光線在透鏡內(nèi)進(jìn)行折射。光心是主軸上的一個(gè)特殊點(diǎn)。射入透鏡的光線在透鏡內(nèi)進(jìn)行的路徑通過這一點(diǎn)時(shí)，射出的光線不改變原來

13、的入射方向，即射出的路徑通過這一點(diǎn)時(shí)，射出的光線不改變原來的入射方向，即射出透鏡的光線和射入透鏡的光線保持平行。這一特殊點(diǎn)叫做透鏡的光透鏡的光線和射入透鏡的光線保持平行。這一特殊點(diǎn)叫做透鏡的光心。對一球面對稱的透鏡，其透鏡中心即是光心。光心在主軸上。心。對一球面對稱的透鏡，其透鏡中心即是光心。光心在主軸上。通過光心的光線傳播方向不變。見下圖所示。通過光心的光線傳播方向不變。見下圖所示。2.2 透鏡成像2.2.1 透鏡透鏡-透鏡的主軸和光心透鏡的主軸和光心n通過透鏡兩球面中心的線稱為主軸，或主光軸。光沿此射入不發(fā)生通過透鏡兩球面中心的線稱為主軸，或主光軸。光沿此射入不發(fā)生折射。光心是主軸上的一個(gè)

14、特殊點(diǎn)。射入透鏡的光線在透鏡內(nèi)進(jìn)行折射。光心是主軸上的一個(gè)特殊點(diǎn)。射入透鏡的光線在透鏡內(nèi)進(jìn)行的路徑通過這一點(diǎn)時(shí)，射出的光線不改變原來的入射方向，即射出的路徑通過這一點(diǎn)時(shí)，射出的光線不改變原來的入射方向，即射出透鏡的光線和射入透鏡的光線保持平行。這一特殊點(diǎn)叫做透鏡的光透鏡的光線和射入透鏡的光線保持平行。這一特殊點(diǎn)叫做透鏡的光心。對一球面對稱的透鏡，其透鏡中心即是光心。光心在主軸上。心。對一球面對稱的透鏡，其透鏡中心即是光心。光心在主軸上。通過光心的光線傳播方向不變。見下圖所示。通過光心的光線傳播方向不變。見下圖所示。2.2 透鏡成像2.2.1 透鏡透鏡-透鏡的光線會(huì)聚與發(fā)散透鏡的光線會(huì)聚與發(fā)散n

15、根據(jù)光的折射定律，光線通過凸透鏡能使之會(huì)聚，通過凹透鏡能根據(jù)光的折射定律，光線通過凸透鏡能使之會(huì)聚，通過凹透鏡能使之發(fā)散。因此，凸透鏡稱為聚光透鏡，凹透鏡稱為發(fā)散透鏡。使之發(fā)散。因此，凸透鏡稱為聚光透鏡，凹透鏡稱為發(fā)散透鏡。見下圖所示。見下圖所示。2.2 透鏡成像2.2.1 透鏡透鏡-透鏡的光線會(huì)聚與發(fā)散透鏡的光線會(huì)聚與發(fā)散n當(dāng)一束平行光線從左向右投射到凸透鏡上，經(jīng)過凸透鏡會(huì)聚于主當(dāng)一束平行光線從左向右投射到凸透鏡上，經(jīng)過凸透鏡會(huì)聚于主軸上一點(diǎn)軸上一點(diǎn)F F，該點(diǎn)稱為透鏡的焦點(diǎn)。當(dāng)一平行光線從左向右投射，該點(diǎn)稱為透鏡的焦點(diǎn)。當(dāng)一平行光線從左向右投射到凹透鏡上，經(jīng)過凹透鏡后形成一個(gè)發(fā)散的光錐。這

16、些發(fā)散的光到凹透鏡上，經(jīng)過凹透鏡后形成一個(gè)發(fā)散的光錐。這些發(fā)散的光線很像是從它們延長線的交點(diǎn)線很像是從它們延長線的交點(diǎn)FF發(fā)出來的，該點(diǎn)成為凹透鏡的發(fā)出來的，該點(diǎn)成為凹透鏡的焦點(diǎn)。該焦點(diǎn)也在主軸上，并且是虛的。通過焦點(diǎn)做垂直于主軸焦點(diǎn)。該焦點(diǎn)也在主軸上，并且是虛的。通過焦點(diǎn)做垂直于主軸的平面稱為焦平面。由焦點(diǎn)至光心的距離稱為焦距。見下圖所示。的平面稱為焦平面。由焦點(diǎn)至光心的距離稱為焦距。見下圖所示。2.2 透鏡成像2.2.1 透鏡透鏡-透鏡的焦點(diǎn)和焦距透鏡的焦點(diǎn)和焦距n在一個(gè)不透明的暗箱前端開一個(gè)小孔，在暗箱后端貼一張白紙，在一個(gè)不透明的暗箱前端開一個(gè)小孔，在暗箱后端貼一張白紙，作為光屏。被攝

17、物體的反射光經(jīng)過小孔，即可在暗箱的后端成作為光屏。被攝物體的反射光經(jīng)過小孔，即可在暗箱的后端成倒立的實(shí)像。倒立的實(shí)像。2.2 透鏡成像2.2.2 透鏡成像透鏡成像-針孔成像和透鏡成像針孔成像和透鏡成像n把透鏡裝在針孔的位置上代替針孔，調(diào)整被攝物體、把透鏡裝在針孔的位置上代替針孔，調(diào)整被攝物體、光屏與透鏡之間的距離，即可在光屏上得到一個(gè)倒立光屏與透鏡之間的距離，即可在光屏上得到一個(gè)倒立的實(shí)像。見下圖所示。的實(shí)像。見下圖所示。2.2 透鏡成像2.2.2 透鏡成像透鏡成像-針孔成像和透鏡成像針孔成像和透鏡成像透鏡成像與針孔成像的比較n透鏡成像與針孔成像有很大的不同。透鏡成像與針孔成像有很大的不同。n

18、其一，針孔成像是從物體的每一點(diǎn)發(fā)出的光束，直穿針孔落在光屏其一，針孔成像是從物體的每一點(diǎn)發(fā)出的光束，直穿針孔落在光屏上，形成無數(shù)光斑相疊合而成，所以影像比較模糊，而透鏡卻把物上，形成無數(shù)光斑相疊合而成，所以影像比較模糊，而透鏡卻把物體每一點(diǎn)發(fā)出的光束又會(huì)聚為無數(shù)的光點(diǎn)，在光屏上集結(jié)成像，所體每一點(diǎn)發(fā)出的光束又會(huì)聚為無數(shù)的光點(diǎn)，在光屏上集結(jié)成像，所以比較清楚。以比較清楚。n其二，針孔必須相當(dāng)小才能成像，所以像的亮度很暗，而透鏡的孔其二，針孔必須相當(dāng)小才能成像，所以像的亮度很暗，而透鏡的孔徑可以比針孔大得多，所以結(jié)成的影像較亮。徑可以比針孔大得多，所以結(jié)成的影像較亮。n其三，針孔成像時(shí)，物、像與針

19、孔的距離沒有嚴(yán)格的要求，而透鏡其三，針孔成像時(shí)，物、像與針孔的距離沒有嚴(yán)格的要求，而透鏡成像時(shí)，就必須調(diào)整物、像與透鏡的距離，才能成像清晰。成像時(shí)，就必須調(diào)整物、像與透鏡的距離，才能成像清晰。2.2 透鏡成像2.2.2 透鏡成像透鏡成像-像距像距與與物距物距 物物距距 像像距距 物空間物空間 像空間像空間物距：被攝體到光心的距離。被攝體需在物距：被攝體到光心的距離。被攝體需在2 2倍焦距以外。倍焦距以外。像距：像距：像到光心的距離。位于像空間的像到光心的距離。位于像空間的12倍焦距之間。倍焦距之間。n在物距不變的情況下，透鏡焦距的長短與成像的大小成正比。在物距不變的情況下，透鏡焦距的長短與成像的大小成正比。在焦距不變的情況