第5章攝影成像

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