應(yīng)用光學(xué)簡(jiǎn)明教程 課件【ch14】攝影及投影光學(xué)系統(tǒng)

應(yīng)用光學(xué)簡(jiǎn)明教程光電&儀器類專業(yè)教材攝影及投影光學(xué)系統(tǒng)第十四章攝影系統(tǒng)的

光學(xué)特性01一、攝影系統(tǒng)的光學(xué)特性成像系統(tǒng)的分辨率(解像力)是該系統(tǒng)對(duì)黑白條紋密度的分辨能力。照相鏡頭用分辨率板檢測(cè)其分辨率，分辨率板上分布著間隔按等比級(jí)數(shù)遞增(減)的多組黑白條紋。成像系統(tǒng)能分辨的最高密度值為該系統(tǒng)的極限分辨率，用線對(duì)/毫米(lp/mm)為單位。分辨率(解像力)01一、攝影系統(tǒng)的光學(xué)特性分辨率(解像力)01一、攝影系統(tǒng)的光學(xué)特性攝影系統(tǒng)的光譜能量特性02以T值光圈表示的攝影系統(tǒng)的光照度特性公式是鏡頭光譜特性是各波段光的透過(guò)率特性，它影響彩色照相中顏色還原效果，做到照片顏色與原物顏色一致性。為此，希望鏡頭對(duì)光譜是等比例透過(guò)，不出現(xiàn)選擇性透過(guò)。鏡頭光譜特性用光譜透過(guò)率曲線表示。一、攝影系統(tǒng)的光學(xué)特性幾何焦深03保持接收器感覺(jué)為清晰像的最大離焦量，即像面對(duì)鏡頭在光軸方向移動(dòng)范圍，稱為鏡頭的幾何焦深。幾何焦深取決于接收器對(duì)圖像清晰程度的判斷能力。幾何焦深為幾何焦深有別于物理焦深。攝影鏡頭(鏡頭)02二、攝影鏡頭(鏡頭)1.匹茲萬(wàn)鏡頭為了減小場(chǎng)曲，盡量地提高正透鏡折射率，減小負(fù)透鏡折射率。膠合面兩邊的折射率差減小，膠合面的彎曲加大，高級(jí)球差可能增大。為此，把膠合面改為雙分離結(jié)構(gòu)，如圖14.4(a)所示。當(dāng)不要求鏡頭有長(zhǎng)后工作距時(shí)，可以在焦面附近設(shè)置一塊負(fù)透鏡，有利于場(chǎng)曲的校正。適當(dāng)?shù)貜澢?fù)透鏡，能降低畸變，其結(jié)構(gòu)如圖14.4(b)所示。大孔徑鏡頭01二、攝影鏡頭(鏡頭)2.柯克鏡頭(三片式鏡頭)柯克鏡頭由三片薄透鏡組成，中間是負(fù)透鏡，兩邊是正透鏡，如圖14.5所示。大孔徑鏡頭01二、攝影鏡頭(鏡頭)3.天塞鏡頭和海利亞鏡頭改進(jìn)柯克鏡頭像質(zhì)的關(guān)鍵在于減小或校正其軸外球差。采用兩種方法：

(1)在柯克鏡頭后面正透鏡上增設(shè)一個(gè)膠合面，使膠合面上產(chǎn)生負(fù)像散，其值遠(yuǎn)大于其他的像差，軸外球差得以校正。這種結(jié)構(gòu)稱為天塞鏡頭，如圖(a)所示。(2)用透鏡分裂的方式代替單透鏡，以增大透鏡的彎曲半徑，圖14.7展示的是兩種曾經(jīng)采用過(guò)的結(jié)構(gòu)。大孔徑鏡頭01二、攝影鏡頭(鏡頭)4.松納鏡頭松納鏡頭雖然與柯克鏡頭的設(shè)計(jì)思想不同，但仍可看作柯克鏡頭的變形。若在柯克鏡頭第一塊正透鏡后面增加一塊不暈透鏡，就形成了松納鏡頭，如圖14.8所示。大孔徑鏡頭01二、攝影鏡頭(鏡頭)5.雙高斯鏡頭雙高斯鏡頭是攝影鏡頭中常見的一種，適用于相對(duì)孔徑D/f‘=1/2、視場(chǎng)角2ω=40°的場(chǎng)合。如圖14.9所示。大孔徑鏡頭01二、攝影鏡頭(鏡頭)1.反遠(yuǎn)距型鏡頭短焦距鏡頭若采用上述普通鏡頭的結(jié)構(gòu)，可能出現(xiàn)后工作距過(guò)短的弊病，滿足不了反射元件或分幅遮光板的空間需要。短焦距鏡頭采用了如圖14.13所示的反遠(yuǎn)距結(jié)構(gòu)。廣角鏡頭02二、攝影鏡頭(鏡頭)2.超廣角鏡頭視場(chǎng)角2ω>90°的鏡頭稱為超廣角鏡頭。由于視場(chǎng)大，照度分布更不均勻。2ω=120°的鏡頭，在不考慮漸暈的情況下，邊緣視場(chǎng)的照度只有視場(chǎng)中心照度的6.25%。3.長(zhǎng)焦距鏡頭長(zhǎng)焦距鏡頭是一種特寫鏡頭，適用于遠(yuǎn)距攝影。與短焦距鏡頭相比，長(zhǎng)焦距鏡頭成像的比例大。普通照相機(jī)用的長(zhǎng)焦距鏡頭可達(dá)600mm的焦距。高空攝影相機(jī)的鏡頭焦距可達(dá)幾米。4.變焦距鏡頭變焦鏡頭在使用過(guò)程中，它的焦距可以在一定范圍內(nèi)連續(xù)改變，能在拍攝固定目標(biāo)情況下，獲得連續(xù)地改變畫面景像比例效果。廣角鏡頭02取景和測(cè)距系統(tǒng)03三、取景和測(cè)距系統(tǒng)物距變化時(shí)，鏡頭到接收器的距離需要調(diào)節(jié)，稱為調(diào)焦。調(diào)焦量依據(jù)于測(cè)出的物距數(shù)據(jù)，測(cè)距方式有目視法和測(cè)距法兩種，調(diào)焦分為手動(dòng)和自動(dòng)調(diào)焦。當(dāng)前的照相機(jī)多為自動(dòng)調(diào)焦，即取景、測(cè)距、調(diào)焦合為一體。測(cè)距系統(tǒng)有兩項(xiàng)基本要求：一是測(cè)距精度，測(cè)距誤差不應(yīng)超過(guò)鏡頭的景深；其次是測(cè)距速度，力求快速、方便。測(cè)距系統(tǒng)采用了體視測(cè)距的工作原理，它與調(diào)焦系統(tǒng)組成了聯(lián)動(dòng)機(jī)構(gòu)。圖14.28是測(cè)距原理圖。自動(dòng)調(diào)焦的概念01三、取景和測(cè)距系統(tǒng)(1)逆伽利略望遠(yuǎn)鏡式的取景器圖14.29為逆伽利略望遠(yuǎn)鏡鏡取景器的示意圖。照相機(jī)中的取景、測(cè)距、調(diào)焦及其綜合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)11102三、取景和測(cè)距系統(tǒng)(2)亮框取景器亮框取景器(bright-framefinder)是取景、測(cè)距、調(diào)焦相組合的結(jié)構(gòu)。圖14.30是取景結(jié)構(gòu)示意圖，取景范圍有一個(gè)亮框標(biāo)識(shí)。照相機(jī)中的取景、測(cè)距、調(diào)焦及其綜合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)11102三、取景和測(cè)距系統(tǒng)(3)毛玻璃取景器這是大型座式照相機(jī)(座機(jī))和雙鏡頭照相機(jī)上常用的一種取景裝置。鏡頭到毛玻璃屏的光學(xué)距離等于鏡頭到成像面的距離，它的幾何尺寸給出取景的范圍，毛玻璃上影像的清晰程度就是調(diào)焦的依據(jù)。圖14.32列出了毛玻璃取景器的結(jié)構(gòu)。照相機(jī)中的取景、測(cè)距、調(diào)焦及其綜合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)11102感光膠片04四、感光膠片感光膠片概述01感光膠片分黑白膠片和彩色膠片，由片基、感光層、保護(hù)層及輔助層組成。感光層是膠片的核心，它由懸浮在明膠中的光敏材料顆粒組成。感光膠片上涂有一些輔助層，其中包括保護(hù)層、結(jié)合層、底層、防光暈層、防靜電層等。感光層分成三層：感藍(lán)、感黃和感紅乳劑層。膠片的感光是一個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程。感光層在光的照射下，鹵化銀中的銀離子還原成銀原子，沉積在受光點(diǎn)附近，形成銀斑，構(gòu)成“潛影”。四、感光膠片感光膠片特性02四、感光膠片感光膠片特性02光電傳感器05五、光電傳感器1.CCD和CMOS圖像傳感器CCD和CMOS的積分電荷與光強(qiáng)和時(shí)間乘積的積分有關(guān)，即與曝光量有關(guān)，在未達(dá)到飽和狀態(tài)的條件下，這個(gè)關(guān)系是正比關(guān)系，這就是CCD或CMOS陣列可以記錄圖像的亮度差異的原理。最近，數(shù)字圖像技術(shù)開發(fā)公司推出了一種傳感器，它在傳感器硅片上嵌入了三層光電感應(yīng)層，三個(gè)感應(yīng)層各吸收紅、綠、藍(lán)三色光中的一種色光，從而構(gòu)成了一種全色的圖像傳感器。這種傳感器有利于顏色的再現(xiàn)，同時(shí)免去了插值操作，提高了相機(jī)的拍攝速度。五、光電傳感器2.CCD和CMOS圖像傳感器的技術(shù)特性圖像傳感器的技術(shù)特性可以用光電轉(zhuǎn)換靈敏度、量子效率(量子效率表示入射光子轉(zhuǎn)換為光電子的效率。它定義為單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的光電子數(shù)與入射光子數(shù)之比)、電荷轉(zhuǎn)移效率、光譜響應(yīng)、噪聲和動(dòng)態(tài)范圍、暗電流、分辨率等參數(shù)描述。從圖像接收器件成像的觀點(diǎn)考慮，它的技術(shù)性能以分辨率、感光靈敏度、信噪比、動(dòng)態(tài)范圍和光譜靈敏度等參數(shù)描述更為貼切。放映和投影鏡頭06六、放映和投影鏡頭放映和投影鏡頭的光學(xué)特性用視場(chǎng)、孔徑、焦距表示外，因工作在有限距離上，增設(shè)一個(gè)倍率參數(shù)。根據(jù)幾何成像關(guān)系，倍率β與鏡頭的焦距和物距的關(guān)系是放映和投影鏡頭的特性01六、放映和投影鏡頭放映鏡頭中最常見的結(jié)構(gòu)是匹茲萬(wàn)型鏡頭。使用時(shí)要倒置，即原來(lái)放照相膠片的位置要放置電影膠片。匹茲萬(wàn)型鏡頭相對(duì)孔徑可達(dá)D/f'=1/1.8，大孔徑是其優(yōu)點(diǎn)，可使屏幕上光照度提高。視場(chǎng)角2ω=16°。普通照相鏡頭倒置時(shí)，可用作放映鏡頭。寬銀幕鏡頭與普通放映鏡頭不同，它在子午和弧矢兩個(gè)方向上有不同的倍率，可使正常的畫面變成“變形的”畫面。該種鏡頭把非標(biāo)準(zhǔn)寬度的畫幅攝入到標(biāo)準(zhǔn)寬度的膠片上，放映時(shí)再用另一個(gè)變形鏡頭對(duì)畫面進(jìn)行相反變形放映，使畫面復(fù)