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PAGEPAGEI目錄TOC\o"1-3"\h\z第5章攝影成像 1§5.1攝影成像過(guò)程及基本原理 15.1.1攝影成像過(guò)程 15.1.2攝影機(jī)成像原理 15.1.3感光片工作原理 3§5.2感光片的基本特性 65.2.1感光片的主要性質(zhì) 65.2.2感色性和膠片分類 105.2.3分辨力和清晰度 10§5.3多波段攝影 105.3.1濾光鏡 115.3.2分波段攝影 125.3.3彩色攝影 125.3.4假彩色攝影與影像獲取 15PAGEPAGE17第5章攝影成像§5.1攝影成像過(guò)程及基本原理5.1.1攝影成像過(guò)程攝影成像的主要過(guò)程分為攝影、負(fù)片過(guò)程和正片過(guò)程,如圖5-1。1攝影圖5-1攝影成像流程攝影是把感光片裝在攝影機(jī)內(nèi),將攝影機(jī)對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)或者被攝物體,調(diào)節(jié)鏡頭與感光片和目標(biāo)之間的距離,使感光片位于鏡頭的成像位置上(即以影像清晰為準(zhǔn)),然后打開(kāi)快門(mén)進(jìn)行曝光。其曝光時(shí)間的長(zhǎng)短,取決于感光片的感光度和被攝目標(biāo)亮度等因素。在曝光這一段時(shí)間內(nèi),被攝目標(biāo)的反射光線通過(guò)物鏡,形成光學(xué)影像,該光學(xué)影像投射在感光片的感光層上,感光物質(zhì)受光后發(fā)生光化學(xué)效應(yīng),從而在感光片上構(gòu)成人眼看不見(jiàn)的影像圖5-1攝影成像流程2負(fù)片過(guò)程將曝光過(guò)的感光片,在暗室內(nèi)進(jìn)行顯影、定影、水洗、晾干后,就可得到和目標(biāo)黑白相反的影像,這種影像片稱為負(fù)片或陰片,也常稱為底片,這個(gè)過(guò)程稱為負(fù)片過(guò)程。3正片過(guò)程將像紙和負(fù)片接觸印像(或用放大機(jī)印放)即通過(guò)藥面對(duì)藥面進(jìn)行曝光,再經(jīng)過(guò)顯影、定影、水洗、烘干,可得與負(fù)片黑白相反而與目標(biāo)明暗相應(yīng)的影像。具有這種影像的感光片為正片或陽(yáng)片,通常稱為像片。此過(guò)程即為正片過(guò)程。5.1.2攝影機(jī)成像原理1攝影機(jī)構(gòu)成各式各樣的攝影機(jī)的光學(xué)成像是靠攝影機(jī)鏡頭,通過(guò)光線的折射和會(huì)聚作用而形成,雖然其形式各異,但它們的基本構(gòu)造和組成,以及成像原理大體是一樣的,如圖5-2所示。它主要由鏡箱、光圈、攝影物鏡和暗盒等部件組成,被攝目標(biāo)反射的光線通過(guò)物鏡(鏡頭)后,在成像面(膠片)上構(gòu)成一個(gè)倒立的光學(xué)實(shí)像??扉T(mén)是用來(lái)控制進(jìn)入鏡頭光線的時(shí)間的,光圈是用來(lái)控制進(jìn)入鏡頭的光線的多少的,鏡箱是不透明的,以防止不經(jīng)物鏡的光線從側(cè)面進(jìn)入攝影機(jī)內(nèi),暗盒部分是用來(lái)裝感光片的。圖5圖5-2攝影機(jī)的構(gòu)造2透鏡的主要成像特性(1)成像原理—透鏡公式透鏡一般用光學(xué)玻璃做成,是一個(gè)以兩個(gè)球面為界限的透明體,可分為凸透鏡和凹透鏡兩種。各式透鏡的球面中心位置,球面曲率半徑,以及原材料的折射率等,都是彼此不同的。因此,它們聚焦光線和發(fā)射光線的特性也是彼此不同的。s2abfdDBAP1P2ss2abfdDBAP1P2s1圖5-3透鏡成像原理1)所有光線,通過(guò)透鏡后都要發(fā)生折射,唯有通過(guò)透鏡中心的光線不發(fā)生折射。2)所有從物方來(lái)的平行于主光軸的光線,經(jīng)透鏡折射后交于透鏡的后焦點(diǎn)F2;所有通過(guò)前焦點(diǎn)F1的光線,經(jīng)透鏡折射后,均平行于主光軸;任何一組平行光線,經(jīng)透鏡折射后,必交于焦面的某一點(diǎn)。3)任意一點(diǎn)(焦點(diǎn)除外)A發(fā)出的光線,經(jīng)過(guò)透鏡折射后,交于a,a就是物點(diǎn)A的像,在圖中物體AB到透鏡中心的距離D,稱為物距,其構(gòu)像ab到透鏡中心的距離d,稱為像距,D、d和f三者之間的關(guān)系由相似三角形得:1/f=1/D+1/d(5-1)該式稱為透鏡公式,也叫光距公式,反映了透鏡成像的基本原理。(2)物鏡的相對(duì)孔徑和透光率物鏡的相對(duì)孔徑,是其光孔直徑d與焦距f之比,即d/f。像點(diǎn)的亮度決定于物鏡的透光力,透光力與其光孔直徑的平方成正比,與其焦距的平方成反比,即物鏡透光力:D=d2/f2×K=()2·K(5-2)K為透光系數(shù),其值為K=由物鏡射出的光線亮度/進(jìn)入物鏡的光線亮度,它小于1。透鏡的焦距一般是固定的,所以透光力只能由調(diào)節(jié)光孔的大小來(lái)控制。大多數(shù)物鏡的最大光孔直徑是小于焦距的,假設(shè)相對(duì)孔徑用1/f/d來(lái)表示,則稱f/d為相對(duì)孔徑的分母,其值表示物鏡的焦距比它的光孔直徑大多少倍。因此,相對(duì)孔徑的分母愈大則物鏡的透光力愈弱。物鏡最大孔徑的大小,在一定程度上反映了物鏡的光學(xué)特性,f/d的數(shù)值愈小,即最大相對(duì)孔徑愈大,物鏡光學(xué)質(zhì)量愈高。(3)物鏡的分辨率分辨率也稱分辨力或解像力,是物鏡的重要特性之一,它說(shuō)明物鏡對(duì)被攝物體的表達(dá)能力。分辨力的大小,是按焦面上一毫米的寬度范圍內(nèi),能夠構(gòu)成互相平行、間隔相等、彼此不連的線條數(shù)來(lái)表示的,單位為線/毫米(Ro)。(4)透鏡的構(gòu)像誤差按照幾何光學(xué)原理,一個(gè)理想的透鏡構(gòu)像,應(yīng)當(dāng)是使物平面上的每個(gè)物點(diǎn),通過(guò)透鏡后,在像平面上都有一個(gè)相應(yīng)的像點(diǎn)。要達(dá)到這點(diǎn)就必須要求透鏡本身是一個(gè)不使光線彎曲的小孔。然而,一個(gè)單透鏡構(gòu)像時(shí),總是包括一束光線,而光線中各種色光的折射率不同。加上透鏡中間部分和邊緣部分的折射率不同,以及受光線入射角和透鏡結(jié)構(gòu)等因素的影響,就造成了不能按成像原則構(gòu)像的缺點(diǎn)。主要表現(xiàn)為:光線通過(guò)透鏡后不能會(huì)聚于同一焦點(diǎn),致使構(gòu)像變形,影像模糊,出現(xiàn)了構(gòu)像誤差。因此任何一個(gè)單獨(dú)透鏡都不能構(gòu)成完全正確的光學(xué)影像。鏡頭通常都是由兩個(gè)及其以上的透鏡組合而成的,就是為了對(duì)單透鏡的構(gòu)像誤差進(jìn)行補(bǔ)償,以改善構(gòu)像質(zhì)量。透鏡構(gòu)像誤差主要包括球面像差、色像差、彗形像差,畸變差和像場(chǎng)彎曲等。景深:被攝物體在影像上清晰的范圍叫景深,它與鏡頭特性即光圈大小、焦距長(zhǎng)短、物距遠(yuǎn)近都有關(guān)系。一般而言,光圈越小、焦距越短、物距越大,景深越大;光圈越大、焦距越長(zhǎng)、物距越小,景深越小。5.1.3感光片工作原理感光片是攝影成像的探測(cè)器件,負(fù)責(zé)目標(biāo)物信息的接收、記錄和輸出,下面簡(jiǎn)單討論其結(jié)構(gòu)和成像原理。1感光片的結(jié)構(gòu)和基本成分感光片是由感光乳劑涂布于片基上而成的,其負(fù)片結(jié)構(gòu)如圖5-4所示,各層的主要特性與作用如下:(1)乳劑層乳劑層是感光片最主要的部分,為涂布于片基上的一層明膠薄膜,其主要成分是鹵化銀和明膠。此外,還含有增強(qiáng)乳劑感色性的染料和防止產(chǎn)生灰霧以及其它作用的一些藥劑。不同感光片的乳劑層厚度不一,一般為10~25μm,鹵(溴)化銀晶粒大小不等,在0.1~5μm之間,每平方厘米乳劑層內(nèi)包含有1.6~3.6×108粒,感光乳劑中鹵化銀以晶粒狀態(tài)懸浮在明膠中,是感光劑,以溴化銀為例,它的晶體結(jié)構(gòu)為立方體。圖5-5為Ag+和Br-的排列情況,結(jié)構(gòu)中心分布有缺陷、或由銀、硫化銀等所組成的微斑—感光中心。這是形成潛影的條件。入射光從溴化銀中把銀原子分解出來(lái),集中到缺陷或微斑上形成潛影。圖5-4感光材料結(jié)構(gòu)圖5-5AgBr晶格圖5-4感光材料結(jié)構(gòu)圖5-5AgBr晶格(2)片基片基是乳劑層的載體,常用材料有玻璃、硝酸纖維和醋酸纖維及紙,分別稱為硬片、軟片和像紙。由于硝酸纖維著火點(diǎn)(燃點(diǎn))很低,容易燃燒,特別是老化時(shí),遇高氣溫和摩擦?xí)r能自燃,在使用和保管時(shí)應(yīng)注意?,F(xiàn)在此類片基已被淘汰,生產(chǎn)的軟片都以三醋酸纖維素酯作片基,近年來(lái)研究試驗(yàn)用聚酯(滌綸)片基和聚碳酸酯作片基。其中聚酯片基具有強(qiáng)度大,柔和性好,吸水膨脹率小,尺寸穩(wěn)定性好,耐寒性好等一系列優(yōu)點(diǎn)。(3)中間層在任何情況下,乳劑層和片基之間必須要涂一層膠結(jié)物質(zhì),其主要作用是使乳劑層能牢固地粘合在片基上,作為像紙的中間層時(shí),還起掩蓋和防止紙漿中的有害物或樹(shù)脂。像紙的中間層是硫酸鋇,一般感光片的中間層是明膠。(4)保護(hù)層為了保護(hù)乳劑層少受擦傷和刮痕,乳劑層上面要再涂上一層很薄的明膠層,其厚度約1μm左右。(5)防(反)光暈層反光暈層是一層吸光物質(zhì),當(dāng)乳劑層感光時(shí),由于光在鹵化銀顆粒表面散射,使其周圍的顆粒也感光,結(jié)果產(chǎn)生散射光暈現(xiàn)象。當(dāng)光通過(guò)乳劑層進(jìn)入片基后,被片基背面反射重新進(jìn)入乳劑層,會(huì)使鹵化銀顆粒再感光,其結(jié)果是形成反射光暈。反光暈層一般涂的是染料,它只涂在硬片和軟片上(其顏色應(yīng)該是乳劑層所不能感受的光,這種染料層在定影時(shí)可被褪去)。像紙的片基是不透明的,因此不需要反光暈層。2感光成像原理感光片成像主要利用光化效應(yīng),將電磁輻射轉(zhuǎn)化成光學(xué)影像,其形成可分作兩步闡述。(1)潛影的形成攝影曝光時(shí),短波電磁輻射到達(dá)感光片乳劑層,鹵化銀結(jié)晶體的負(fù)離子吸收光子(輻射能hν),放出自由電子,形成中性鹵原子,以AgBr為例,即有:Br-+hν→Br+eBr+Br→Br2(5-3)鹵素原子(Br)成對(duì)結(jié)合成分子而離開(kāi)晶體格子,被明膠吸收。電子卻不離開(kāi)晶格,在晶體內(nèi)自由移動(dòng),當(dāng)其遇到晶體中的缺陷、微斑時(shí)就被吸附,形成帶負(fù)電感光中心。于是這些感光中心就強(qiáng)烈地吸收周圍的帶正電的銀離子,銀離子吸收電子中和成銀原子,即:Ag++e=Ag2AgBr+hν=Br2+2Ag(5-4)圖5-6潛影的形成銀原子吸附在感光中心上,當(dāng)數(shù)量足夠時(shí)形成潛影(不可見(jiàn)影像),總過(guò)程見(jiàn)圖5-6。圖5-6潛影的形成(2)可見(jiàn)影像的產(chǎn)生潛影經(jīng)過(guò)顯影、定影等化學(xué)過(guò)程,才能形成穩(wěn)定的可見(jiàn)影像。①顯影顯影的實(shí)質(zhì)就是利用適當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)藥品—顯影液,處理已經(jīng)感光的底片,繼續(xù)使鹵化銀還原成銀,使?jié)撚暗你y原子成幾十億倍的增加,逐漸變成可見(jiàn)的影像。顯影作用的過(guò)程為一種還原反應(yīng),顯影液在溶液中電離成正、負(fù)離子,負(fù)離子與銀離子中和而使它還原成銀原子,正離子與鹵素離子結(jié)合成溶于水的氫鹵酸,此時(shí)的顯影劑變?yōu)檠趸锒辉倨疬€原作用,反應(yīng)式可寫(xiě)成:Red=Red++Red-Red-+Ag+→Ag+OX(5-5)Red為顯影劑,OX為顯影劑的氧化物,常用的顯影劑為米吐?tīng)?metol)。經(jīng)過(guò)顯影,乳劑中已曝光的鹵化銀還原出109個(gè)銀原子,其黑色沉淀人眼可見(jiàn);末曝光的鹵化銀還原出來(lái)的銀原子極少,對(duì)影像幾乎沒(méi)有什么影響。光子多的潛影銀粒多,顯影中銀粒也多,黑色密度就大;反之密度就小,這樣形成了密度不同的黑—灰色影像。②定影定影就是利用定影液來(lái)清除鹵化銀的過(guò)程,目的是使顯影的影像穩(wěn)定下來(lái),不致遭受破壞。定影液常用醋酸和硫代硫酸鈉等。其化學(xué)反應(yīng)式為:Na2S2O3+AgBr→NaBr+NaAgS2O3(不溶)3NaAgS2O3+Na2S2O3→Na5[Ag3(S2O3)4](可溶)(5-6)NaBr和Na5[Ag3(S2O3)4]都能溶于水,因此反應(yīng)后鹵化銀從乳劑層中被清除了。經(jīng)過(guò)定影的感光膠片再經(jīng)過(guò)水洗與干燥后就成為一張具有穩(wěn)定影像的感光片了。用它可加工各種遙感資料?!?.2感光片的基本特性5.2.1感光片的主要性質(zhì)1感光特性曲線表示感光片獲得的曝光量(H)和當(dāng)其顯影后形成的光學(xué)密度(D)之間函數(shù)關(guān)系的曲線,叫做感光片的特性曲線。攝影成像中影響遙感信息質(zhì)量的除攝影機(jī)本身的精度外,主要是感光片的性能,而這些性能關(guān)系及其對(duì)負(fù)片的制約作用,集中反映在感光特性曲線上。特性曲線如圖5-7所示,其橫坐標(biāo)表示曝光量H的對(duì)數(shù)值,縱坐標(biāo)表示密度D,它是感光儀在標(biāo)準(zhǔn)光源下測(cè)定繪制的。(1)曝光量H曝光量是感光膠片上所接受的照度E(勒克斯)和曝光時(shí)間t(秒)的乘積。H=E×t,其單位為勒克斯·秒,若用對(duì)數(shù)來(lái)表示,稱為曝光量對(duì)數(shù)。LgH=lgE+lgt(5-7)(2)光學(xué)密度D光學(xué)密度簡(jiǎn)稱密度,它是感光片顯影之后由Ag原子形成的深淺不同的變黑程度,以阻光率O的對(duì)數(shù)表示,即D=lgO(5-8)式中阻光率O=1/τ,是透射率τ的倒數(shù)。三者的數(shù)值關(guān)系如表5-1。表5-1透射率、阻光率與密度之間的關(guān)系透射率(τ)11/21/41/81/101/161/321/641/1001/1281/2561/5121/1000阻光率(O)1248101632641001282565121000光學(xué)密度(D)00.30.60.91.01.21.51.82.02.12.42.73.0(3)特性曲線的分段圖5-7感光片特性曲線lgH圖5-7感光片特性曲線lgHlgHblgHcH①灰霧部分A0A平行于橫軸,此密度不經(jīng)曝光就能產(chǎn)生,所以稱灰霧度D0。一般負(fù)片的D0=0.1~0.2,正片D0<0.1?;异F度D0②曝光不足部分AB也稱趾部,這部分曝光量對(duì)數(shù)值的增加,所引起的密度的增加緩慢。攝影時(shí)如果曝光不足使景物的曝光量落在曲線的這一區(qū)間,則所得影像的黑白層次必然受到較大的不成比例的壓縮,與原景物亮度的明暗對(duì)比將很不相適應(yīng),造成影像失真。③直線部分BC也稱正常曝光部,這部分密度隨著曝光量對(duì)數(shù)值的增加而呈線性增加,是曲線的主要部分。攝影時(shí),利用特性曲線的這一部分,可將原光學(xué)影像明暗層次按比例記錄下來(lái)。④曝光過(guò)度部分CD也稱肩部,這時(shí)增加曝光量對(duì)數(shù)值,只能稍微增加密度。相當(dāng)于這一部分的影像密度,在黑白層次上必遭受到很大的損失。⑤反轉(zhuǎn)部分DE這部分密度隨著曝光量對(duì)數(shù)值的增加反而逐漸減少,影像密度不能反映景物亮度。2感光特性(1)反差及反差系數(shù)①反差反差是指目標(biāo)物的明亮部分和陰暗部分亮度的差別程度,黑白分明的,即明暗差別大的,稱為反差大或反差強(qiáng);反之,黑白區(qū)別不大的,稱為反差小或反差弱。反差分以下幾種:景物反差:景物中具有最大亮度部分的亮度Lmax與最小亮度部分的亮度Lmin的差值叫景物反差,為:△LgL=lgLmax-lgLmin(5-9)光學(xué)影像反差:成像時(shí)由于鏡頭中透鏡的散射、折射而形成眩光使反差降低。若用影像照度的對(duì)數(shù)差△lgE來(lái)表示光學(xué)影像的反差,則:△lgE=β△lgL(5-10)β為眩光系數(shù)β<1。膠片或照片的影像反差:膠片或照片上最大密度Dmax和最小密度Dmin之差值稱為影像反差,即:△D=Dmax-Dmin(5-11)②反差系數(shù)γ反差系數(shù)是指攝影后,影像的明暗程度與原景物明暗程度的比值,它用來(lái)度量感光材料對(duì)景物反差的表達(dá)能力,以特性曲線的直線部分的密度差與相應(yīng)兩點(diǎn)曝光量對(duì)數(shù)差的比值來(lái)表示,即:γ===tgα(5-12)由此式可見(jiàn),所謂反差系數(shù)就是特性曲線直線部分的斜率。根據(jù)(5-7)式和(5-10)式,(5-12)式可寫(xiě)成:γ=k*(5-13)該式說(shuō)明:反差系數(shù)的物理意義確實(shí)是影像反差和景物反差的比值,k為β、t的函數(shù)。在特性曲線上,當(dāng)其直線傾角為α=45°時(shí)γ=1,景物不同亮度都能得到正確表達(dá),影像層次清楚,稱為中調(diào)感光材料。當(dāng)α<45°時(shí),γ<1,即景物反差將被縮小,過(guò)小時(shí),會(huì)產(chǎn)生黑白不分的模糊感和亮部分透明的情況,稱為軟調(diào)感光材料。當(dāng)α>45°時(shí),γ>1,表示D的遞增大于LgH的遞增,影物反差將被夸大,雖然亮部層次好,但缺少中間色調(diào)的層次,稱為硬調(diào)感光材料。(2)寬容度M寬容度也稱曝光寬度,是指膠片復(fù)現(xiàn)被攝景物亮度范圍的能力。特性曲線中只有直線部分才能按比例以不同密度來(lái)表達(dá)景物的亮度范圍,因此用直線部分的最大曝光量與最小曝光量之差來(lái)表示寬容度M。即:M=LgHc-LgHb(5-14)由此可見(jiàn),寬容度大的膠片能用來(lái)復(fù)現(xiàn)亮度范圍較大的景物,攝影時(shí),曝光時(shí)間許可的伸縮范圍要大些,即曝光稍不準(zhǔn)確,也能較真實(shí)地反映被攝景物的明暗程度差別。由上論述可知,寬容度和反差系數(shù)有很大關(guān)系:DC-DB=γM(5-15)當(dāng)膠片的最大密度一定時(shí),反差系數(shù)大的膠片,寬容度??;反差系數(shù)小的,寬容度大。(3)感光度S感光度即感光速度,是指膠片感受光快慢程度的指標(biāo),反映了膠片對(duì)光線作用的靈敏程度,它是確定曝光時(shí)間的重要依據(jù)。一般感光度越高,則攝影所需曝光量越少,曝光時(shí)間越短;反之,則需時(shí)間越長(zhǎng)。由于各國(guó)的感光度測(cè)定系統(tǒng)不同,因此感光度值也不同,各國(guó)感光度計(jì)量如表5-2所示。我國(guó)與德國(guó)對(duì)感光度的計(jì)量分級(jí)一樣,度數(shù)間隔每差3°,感光度相差一倍,而美國(guó)和俄羅斯均為度數(shù)相差一倍,感光度相差一倍。表5-2各國(guó)感光度比較表中國(guó)德國(guó)美國(guó)俄羅斯中國(guó)德國(guó)美國(guó)俄羅斯4°4°21.420°20°80655°5°2.42.021°21°100806°6°3.22.422°22°1201007°7°4.03.023°23°1601308°8°5.04.024°24°2001609°9°6.05.025°25°25020010°10°8626°26°32025011°11°10827°27°40032012°12°121028°28°50040013°13°161229°29°64050014°14°201630°30°80065015°15°242031°31°100080016°16°322432°32°1300100017°17°403233°33°1600130018°18°504034°34°2000160019°19°6450一般認(rèn)為,感光度低的膠片,適合強(qiáng)光下和靜物攝影;感光度高的膠片,適宜于弱光下或者運(yùn)動(dòng)物體的攝影。感光度低的膠片,灰霧和保藏性要穩(wěn)定,銀粒比高感光度的細(xì),因而分辨力較高,適于高倍率的放大?,F(xiàn)代感光材料在向顆粒度小,感光度高的方向發(fā)展。3像紙的感光特性像紙與膠片一樣,也具有感光特性,但其使用狀況與膠片是不同的。主要差別在于像紙的感光度并不重要,印像的曝光時(shí)間可以通過(guò)試驗(yàn)來(lái)確定,它所重要的是構(gòu)像的密度范圍;膠片上允許有相當(dāng)大的灰霧,而像紙不允許灰霧存在。因?yàn)橄衿虾苄〉幕异F也能覺(jué)察出來(lái),且會(huì)明顯地降低構(gòu)像質(zhì)量;負(fù)片上的影像密度很少落到曝光過(guò)度部分,像紙上卻常常要使用曝光過(guò)度部分。5.2.2感色性和膠片分類感色性是指感光乳膠片對(duì)色光的感受能力,它表明膠片能感受哪些波長(zhǎng)的色光,及其響應(yīng)的強(qiáng)弱程度。單純的鹵化銀乳劑,其感色范圍是很有限的,它只對(duì)近紫外和可見(jiàn)光中的藍(lán)、紫光敏感,為獲得較長(zhǎng)波段的感光范圍,需要對(duì)普通乳劑進(jìn)行增感,以提高感色性,擴(kuò)大感色范圍,豐富信息量。增感就是增強(qiáng)乳劑對(duì)光線的感受能力,分為兩種方式:一是使乳劑層中鹵化銀對(duì)它原來(lái)的吸收光譜的感受能力增強(qiáng)—化學(xué)增感;另一種是使乳劑層對(duì)光譜的感光范圍擴(kuò)大——光學(xué)增感。光學(xué)增感的方法很多,基本是在感光乳劑中加入有機(jī)染料——光學(xué)增感劑,它能緊密地吸附在鹵化銀顆粒表面上。根據(jù)膠片感色性,我們把膠片分為以下幾種:①盲色片盲色片不加任何光學(xué)增感劑,感色范圍在0.5μm以下,是鹵化銀乳劑本身的感光能力,這種膠片黑白反差大,適用于翻拍文件,印制黑白幻燈片等。②正色片正色片也叫分色片,乳劑中加正色增感劑,感色范圍可擴(kuò)到0.6μm,但0.5~0.52μm處增感值略有降低。③全色片乳劑中加全色增感劑,感色范圍為整個(gè)可見(jiàn)光波段,在0.5~0.55μm綠色部分感光度稍有降低。④紅外片乳劑中加紅外增感劑,感色范圍從可見(jiàn)光擴(kuò)展到近紅外,目前以1.40μm為界,但對(duì)可見(jiàn)光中綠、黃和部分紅光不感光。該片的一個(gè)突出特點(diǎn)是對(duì)綠色植物和水分反映十分敏感。⑤彩色片前四種都為黑白膠片,此外還有彩色膠片,對(duì)此后面專門(mén)介紹。5.2.3分辨力和清晰度分辨力是表示膠片能夠分辨地物細(xì)部能力的一種指標(biāo),用單位距離能分辨的間隔相等的平行細(xì)線數(shù)目來(lái)表示,單位為條/mm或線對(duì)/mm。影響膠片分辨力的主要因素是鹵化銀顆粒的大小,其它諸如景物反差,曝光時(shí)間,顯影條件等也會(huì)影響分辨力的高低。清晰度是指線條邊緣輪廓是否清晰。影響清晰度的原因主要是曝光時(shí)在膠片內(nèi)部發(fā)生光的折射、反射、衍射、散射作用,造成雜散光,引起漸暈效應(yīng)。該效應(yīng)是影像密度在邊緣區(qū)發(fā)生暈散,越靠近邊緣,暈散程度越嚴(yán)重,影像越模糊?!?.3多波段攝影多波段攝影是多波段遙感的一種主要方式。所謂多波段遙感是把地面輻射范圍較寬的連續(xù)的電磁波譜,分割成若干個(gè)較窄的波譜段,以多光波段攝影或多通道掃描的方式,在同一時(shí)間獲得同一目標(biāo)不同波段信息的遙感技術(shù)。多波段遙感的原理是基于物體的光譜特性,不同物體由于其內(nèi)部組成和表面特性的不同,一般不會(huì)有相同的光譜特性,總存在輻射差值比較明顯的波段。據(jù)此,我們可以在特定的波段上,對(duì)目標(biāo)物進(jìn)行識(shí)別和探測(cè)。多波段遙感中最重要的是最佳波段的選擇。5.3.1濾光鏡濾光鏡是戴在鏡頭上的一種玻璃鏡,有濾色鏡、偏振鏡、灰色鏡、變密鏡等。其作用為消除散射影響,進(jìn)行分波段攝影、偏振攝影等。1濾色鏡濾色鏡是一種吸光介質(zhì),具有選擇吸收光譜的性能。因此,濾色鏡能改變透射光線的光譜成份。它最基本的性能就是其光譜透射特性,包括透過(guò)光的波長(zhǎng)和透射量,其中透射量常以光學(xué)密度來(lái)衡量:D=lgO=-lgτ(5-16)濾色鏡根據(jù)其光譜透射特性,可分為以下幾類。①單色濾色鏡該濾色鏡只能讓波長(zhǎng)范圍很狹窄的光線通過(guò),因此適合于某些科學(xué)研究工作。②選擇濾色鏡其透光帶比單色濾色鏡寬,能分別通過(guò)紅、綠、藍(lán)三個(gè)原色中的一個(gè),可用于多光譜和單光譜攝影。③減色濾色鏡它只能吸收很窄的一部分光譜,而讓絕大部分光譜通過(guò),其特性剛好與單色濾色鏡相反。③補(bǔ)償濾色鏡不能顯著分出光譜的某一成分,只能稍許改變透射光的光譜成分和強(qiáng)度,地面攝影都是使用這種濾色鏡,其主要用途是改正顏色的表達(dá),突出表達(dá)主題的色彩。2偏振鏡圖5-8偏振鏡及其作用圖5-8偏振鏡及其作用圖5-9水面鏡面反射全偏振偏振鏡能消除地物鏡面反射所產(chǎn)生的閃爍光,其原理見(jiàn)圖5-9。自然光入射到水面,發(fā)生鏡面反射,產(chǎn)生的全偏振光或部分偏振光,可用偏振鏡來(lái)消除或消弱其影響。例如當(dāng)偏振鏡的偏振軸與全偏振反射光的偏振方向垂直時(shí),就可消除鏡面反射的影響。用偏振鏡成像得到偏振影像,這種偏振現(xiàn)象在微波波段中稱為“極化”。由于雷達(dá)可以發(fā)射極化微波,極化微波經(jīng)地物散射后,接收時(shí)可分別接收正交極化和同極化的后反射,分別獲取水平極化影像與垂直極化影像。兩種影像所含的信息有所不同,因而可解譯出更多的內(nèi)容。灰色鏡對(duì)色光具有非選擇吸收的性質(zhì),只能減弱透過(guò)光的光量,并不改變其光譜成分。變密鏡是一種密度不均勻的濾光鏡,可用于傾斜攝影,這里不再詳述。5.3.2分波段攝影分波段攝影是用多波段攝影機(jī)或多鏡頭攝影機(jī)利用多種感光片配合各種濾色鏡進(jìn)行攝影來(lái)記錄影像,獲得各個(gè)波段的分色黑白影像。例如國(guó)產(chǎn)四波段攝影機(jī),可以在五個(gè)波段中任選四個(gè)。紫外波段片:用熔凝石英加氟化鈣制成的鏡頭,套0.32~0.40μm的濾色鏡,在全色黑白片上成像。藍(lán)色波段片:玻璃鏡頭前套0.40-0.50μm濾色鏡,在全色黑白片上成像。綠色波段片:玻璃鏡頭前套0.50-0.60μm濾色鏡,在全色黑白片上成像。紅色波段片:玻璃鏡頭前套0.60-0.70μm濾色鏡,在全色黑白片上成像。紅外波段片:玻璃鏡頭前套0.70-1.00μm濾色鏡,在紅外黑白片上成像。根據(jù)需要,分波段黑白影像,可以合成成彩色影像或黑白影像。5.3.3彩色攝影彩色攝影與普通攝影基本相同,不同的只是感光片的感光乳劑不一樣。彩色片的感光乳劑含有成色劑,下面僅就彩色影像獲得的基本原理和彩色膠片的特性作以介紹。1彩色影像獲得的基本原理彩色影像是根據(jù)色覺(jué)三原色原理,經(jīng)過(guò)色光的分解和合成兩個(gè)步驟得到的。所謂分解就是將物體的顏色,用不同比例的紅、綠、藍(lán)三原色光,按其強(qiáng)弱分別記錄在膠片上;合成就是通過(guò)加色法或減色法將分解的色光合成,從而重新得到物體的彩色影像,如圖5-10所示。(1)加色法合成彩色用紅、綠、藍(lán)三個(gè)濾色鏡,將彩色物體分別拍攝成三張分色黑白負(fù)片,并印制成三張透明正片,把三張正片裝在三個(gè)放映機(jī)中,在每個(gè)放映機(jī)鏡頭前面加上拍攝該負(fù)片時(shí)所用的濾色鏡,調(diào)整放映在銀幕上的三個(gè)影像,使它們重合在一起,這時(shí)銀幕上就產(chǎn)生了三原色光按比例的組合,再現(xiàn)出被攝物體的彩色,如圖5-10A。加色法目前被廣泛應(yīng)用于多波段像片的彩色合成中。但是,由于其在設(shè)備和操作上比較復(fù)雜,三個(gè)影像也不易完全重合,并且需要放映才能看到影像,不能直接得到彩色像片。因此,現(xiàn)代彩色攝影不用這種方法,而是用減色法原理直接獲得彩色像片。(2)減色法合成彩色減色法利用白光與原色光的三個(gè)補(bǔ)色光黃、品紅、青的相減來(lái)分別控制原色光,最后經(jīng)過(guò)原色光的相加混合,獲得物體的彩色影像。其過(guò)程為:將分解得到的三張分色負(fù)片,制作成拍攝該負(fù)片所用濾色鏡的補(bǔ)色正片,將三張補(bǔ)色正片重合,就成為一張彩色像片。如圖5-10B?,F(xiàn)在使用的彩色膠片,就是利用這個(gè)原理制成的。A加色法合成彩色A加色法合成彩色物體的色彩再現(xiàn)的色彩物體的色彩濾光片分色負(fù)片分色透明正片B減色法合成彩色圖5-10彩色的分解與合成A加色法合成彩色圖5-11彩色感光材料的結(jié)構(gòu)與特性(1)彩色感光片的結(jié)構(gòu)圖5-11為彩色感光片的結(jié)構(gòu)和感光特性,結(jié)構(gòu)層次與黑白膠片類似,作用和功能也相同,兩者不同的地方是乳劑層次。彩色感光片的乳劑層為三層涂著不同感光性能的乳劑膜層,每一層都由感光乳劑和成色劑組成:上層含黃色成色劑和盲色乳劑,為感藍(lán)層;中層含有品紅色成色劑和正色乳劑—感綠層;下層含有青色成色劑和全色乳劑—感紅層。在上層與中層之間加一層黃色濾光層,防止藍(lán)光通過(guò),因?yàn)橹邢聦右哺兴{(lán)色光。顯然各層的成色劑能形成的顏色剛好是該乳劑層所感原色光的補(bǔ)色。(2)成色原理彩色成色劑本身不是染料,而是一種能產(chǎn)生染料的中間體,它只有在顯影過(guò)程中與彩色顯影劑的氧化物結(jié)合反應(yīng),才能生成染料。攝影時(shí),光通過(guò)鏡頭到達(dá)彩色感光片,憑借銀鹽的感光能力,形成景物的潛影;然后進(jìn)行顯影,利用彩色顯影劑把已感光的銀鹽還原成金屬銀,同時(shí)生成的氧化物使這些銀鹽周圍的成色劑轉(zhuǎn)變成染料。這樣,在出現(xiàn)黑色銀粒影像的地方,還出現(xiàn)了彩色染料影像,被還原的金屬銀越多,產(chǎn)生的染料也越多。末了,再用化學(xué)方法清除掉還原的金屬銀,僅留下由純?nèi)玖蠘?gòu)成的彩色影像。這個(gè)過(guò)程可用下列簡(jiǎn)式表示之:已感光銀鹽+彩色顯影劑→金屬銀(銀影)+彩色顯影劑氧化物彩色顯影劑氧化物+成色劑→染料(彩色影像)(3)彩色片的種類①按用途分類按用途分類,彩色感光片分為負(fù)片、正片、反轉(zhuǎn)片和像紙。1)彩色負(fù)片:用于普通的彩色攝影,沖洗方便,用它可制作彩色正片和相片。其影像特點(diǎn)是明暗與原景物相反,彩色是原景物的補(bǔ)色。2)彩色正片:專供印放彩色透明正片,得到的影像彩色與原物彩色相似,用途較窄,適于在日光下或5400°K燈光下展覽。3)彩色反轉(zhuǎn)片:也是用于彩色攝影的感光片,由膠片感光經(jīng)反轉(zhuǎn)沖洗法而得到。它和彩色負(fù)片的不同在于,經(jīng)攝影曝光后的多層彩色膠片首先沖洗成黑白負(fù)像,然后進(jìn)行第二次曝光,再經(jīng)顯影、漂白、定影,便得到與原物顏色相似,明暗相同的透明影像。為了與正片相區(qū)別,所以叫反轉(zhuǎn)片。它的優(yōu)點(diǎn)在于顏色真實(shí)、鮮艷、信息豐富;缺點(diǎn)是只有一張?jiān)?,用它?lái)放大或復(fù)制正片,麻煩且效果較差。4)彩色像紙:片基為紙質(zhì)的感光片,專供印放彩色像片,供人們直接使用。②根據(jù)色溫分類根據(jù)色溫彩色感光片分為日光型片、燈光型片和混合型片。光源的色溫是指與某光源有相同光譜成分的黑體之溫度,其實(shí)質(zhì)是指光源的光譜成分,即光源中各種波長(zhǎng)光的比例。根據(jù)黑體輻射原理,如果光譜成分中短波光所占比例大,色溫高,反之,色溫低。色溫與實(shí)際溫度之間毫無(wú)關(guān)系。為了使彩色膠片能正確地記錄景物的顏色,與光源色溫取得平衡,不同色溫膠片的感光特性是不同的。1)日光型片:適合在5400°K燈光下使用,能真實(shí)再現(xiàn)原物色彩,如果在色溫低于5400°K的情況下使用,色彩失去平衡,偏橙紅色。2)燈光型片:適合在3200°K色溫條件下拍攝。如果在高于3200°K的色溫下拍攝,色彩偏藍(lán)青色。3)日光—燈光混合型片:色溫范圍較廣,能適應(yīng)各種照明條件的攝影。如果要用一定的膠片在不同色溫的光源下攝影,并達(dá)到彩色平衡,不出現(xiàn)偏色現(xiàn)象,可通過(guò)濾色鏡來(lái)調(diào)整光源色溫,使之與膠片色溫相適應(yīng)。如需提高色溫,加藍(lán)色濾色鏡;如需降低色溫,則加橙黃色濾色鏡。3彩色膠片的色彩形成過(guò)程(1)負(fù)片和正片彩色再現(xiàn)過(guò)程如圖5-12所示,膠片經(jīng)曝光后形成潛影,經(jīng)過(guò)彩色顯影、漂洗、定影、水洗、晾干得到負(fù)片,負(fù)片的顏色與原景物顏色成互補(bǔ)色。如再將負(fù)片對(duì)彩色膠片或像紙曝光,經(jīng)過(guò)和負(fù)片相同的顯影、漂白、定影、水洗、干燥等過(guò)程,得到彩色正片或像片,正片的影像顏色是負(fù)片的
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