基于電磁學(xué)和光學(xué)原理的自動消息檢測系統(tǒng)

基于電磁學(xué)和光學(xué)原理的自動消息檢測系統(tǒng)

膠片與光柵的曝光量d然而，h中的選擇數(shù)量應(yīng)在攝影時考慮。通常使用的膠片,即使在各種條件都十分理想的情況下,也不能在同一張底片上滿足記錄亮度懸殊太大(200倍)的要求。為了盡可能地?cái)U(kuò)大亮度層次再現(xiàn)的范圍,必須將被攝物光強(qiáng)分布的平均值選定在膠片感光特性曲線的中點(diǎn)上,見圖1,該圖中縱坐標(biāo)表示光學(xué)密度D,是指膠片感光后的阻光率取對數(shù)的值,無量綱。一般將反射率為18%的灰色作為被攝物光強(qiáng)分布的平均值。目前,對ASA100(21定)的膠片來說,合適曝光量H=0.1/(lx?s)(勒克斯.秒)。如果在某一時刻,像照度為10lx,那么,此時所用的曝光時間應(yīng)為。在早期,人們主要是用測光表測出A,然后根據(jù)景深要求人工調(diào)整相機(jī)的機(jī)械裝置(光圈或快門)來實(shí)現(xiàn)H的控制。在沒有測光表的情況下,主要靠經(jīng)驗(yàn)來選定F或t。但對于非專業(yè)攝影者來說,卻不易選準(zhǔn)t和F,往往曝光不足或曝光過度而成為憾事。為此,就迫切需要利用光學(xué)和自動控制的理論,來設(shè)計(jì)制造可自動選準(zhǔn)t或F的自動曝光相機(jī)了。1自動曝光的基本原理根據(jù)曝光時所控制的量(光圈指數(shù)F或快門速度t)不同,自動曝光又分為多種形式。一般把先行選定F,自動調(diào)整t達(dá)到合適曝光量的方式,稱為光圈優(yōu)先式自動曝光;把預(yù)先選定t,自動調(diào)整F達(dá)到合適曝光量的方式稱為快門優(yōu)先式自動曝光。下面僅就光圈優(yōu)先式自動曝光談一下它的基本原理。對于光圈優(yōu)先式自動曝光,按測光元件所安放的位置不同,又有外測光系統(tǒng)和內(nèi)測光系統(tǒng)之分。內(nèi)測光系統(tǒng)(獲得照度信息),是把測光元件安放在相機(jī)的成像光路之內(nèi),外測光系統(tǒng)則是把測光元件安放在成像光路之外。用測光元件上所得到的照度信息(與景物的亮度有關(guān)),控制電子快門的輸入端電壓由0V升到門坎電壓(Vth)所需的時間,迫使電子快門關(guān)閉。而電子快門的輸入電壓由0V上升到門坎電壓所需的時間可通過選擇合適的電容器,使其正好與合適曝光量所需的時間相一致,達(dá)到自動曝光。經(jīng)分析可知,電子快門從開啟到關(guān)閉所需的時間t,與測光元件上所得到的光照度A的γ次方成反比。式(9)就是本文建構(gòu)的自動曝光時快門速度t與像照度A之間的數(shù)學(xué)模型。它說明照度大時,所用快門速度應(yīng)短,反之應(yīng)長,這正與事實(shí)相吻合。2自動顯示設(shè)備和流程要實(shí)現(xiàn)自動曝光,僅有電子電路是不行的,還要有機(jī)械裝置與之配合才行,圖3,圖4,圖5就是機(jī)械裝置與圖2電路巧妙結(jié)合的過程。2.1c土壤中電磁鐵b-c圖2中的電磁鐵B安置在快門后簾的左側(cè),如圖3所示。圖3是完成前一次自動曝光后的停用狀態(tài)。S1為斷開,S2閉合,將C上所充的電荷放掉。由于電磁鐵B失電,磁力消失,快門后簾在彈簧Ⅰ的作用下右移,其上光孔也離開光軸至右側(cè)。前簾因快門按鈕釋放,在彈簧Ⅱ的作用下也右移,其上光孔處在光路上,前后簾光孔相錯開,擋住了光路。2.2膠片推離焦平面圖4是準(zhǔn)備拍照的狀態(tài)。準(zhǔn)備拍照時,要扳動走片鈕將前次照過的感光膠片推離開焦平面,把要照的新感光膠片推至焦平面上。前簾在與走片機(jī)構(gòu)連動裝置的作用下向左移,被鎖鉤勾住,其上光孔也隨之向左移離光軸,此時前簾光孔和后簾光孔分居光軸兩側(cè)而錯開,光路仍被遮擋。2.3門坎電壓的上升圖5是按下快門后正在曝光的狀態(tài)。按下快門后,開關(guān)S2斷開,S1閉合導(dǎo)通。剛按下快門時,由于T1的基極電壓尚未超過門坎電壓Vth,T1不導(dǎo)通,集電極電壓較高,使T2導(dǎo)通,B得電將快門后簾吸住,其上的光孔處在光路上;而前簾由于快門釋放,其上光孔則向右移,恰處在光路上,前后光孔相對而開始曝光。隨著時間的延長,電容上的電壓上升,當(dāng)達(dá)到T1的門坎電壓Vth時,T1導(dǎo)通,T2截止,B斷電,將S1斷開,S2閉合。同時,后簾在彈簧Ⅰ的作用下,又向光軸右側(cè)移動,其上光孔離開光軸,前后光孔相錯,完成了本次曝光。電容C上的電壓上升到門坎電壓時所需的時間t,按本文式(9)揭示的規(guī)律而定。當(dāng)光照度大時,R的阻值小,充電電流大,所需的時間就短;當(dāng)光照度小時,R的阻值大,充電電流小,所需的時間就長,從而達(dá)到了自動曝光的目的。另外,由于S2閉合,又將C上的電荷放掉,為下次自動曝光做準(zhǔn)備,前后位置又恢復(fù)到圖3所示狀態(tài)。再拍照時,重復(fù)上述過程。曝光量與曝光時間t本文從物理原理入手,導(dǎo)出了曝光時間t與像照度A之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型,并用該模型分析了自動曝光的機(jī)構(gòu),對自動曝光機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和維修都有一定的參考價值。我們知道,攝影是指以鹵化銀為主的感光材料,把由光學(xué)系統(tǒng)按物體各處的明亮程度與色彩所成的影像記錄下來的一系列活動,其實(shí)質(zhì)就是把光能量與感光材料發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的效果保存下來,顯然其化學(xué)反應(yīng)的效果與感光材料的性質(zhì)(配比、溫度等)以及光能的多寡有直接關(guān)系。當(dāng)感光材料的性質(zhì)確定之后,就主要依賴調(diào)整光能量(俗稱曝光量)來達(dá)到理想的影像效果了。由于光能與光亮度相關(guān),而被攝物體的光亮度比較復(fù)雜,所以在照相機(jī)內(nèi)設(shè)置了關(guān)鍵部件(快門和光圈),只要進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕M合,就可以得到合適的曝光量。參考文獻(xiàn)中指出,曝光量H與像照度A及曝光時間t(俗稱快門速度)之間有如下關(guān)系;式中Q為電容上所充的電量,C為電容器的電容值。當(dāng)UC≥Vth時,T1就導(dǎo)通,電磁鐵B失電,快門關(guān)閉。關(guān)閉時而電容上此時所充的電量為Q=CE[1-exp(-t1/RC)](6)式中E為電源電壓,R為CdS與照度對應(yīng)的阻值,t1為充電至Q時所用的時間,所以t=CRλn[CE/(CE-Q)](7)將(5)式代入(7)式得t=CRλn[E/(E-Vth)](8)再將(3)式代入(8)式得t=Cβλn[E/(E-Vth)]A-γ(9)式中ρ為相機(jī)鏡頭的透光系數(shù);d為光闌孔徑;f為鏡頭的焦矩;B為被攝物的亮度;df稱為相對孔徑,其倒數(shù)F=fd叫做光圈指數(shù)。在照相時,ρ,e,f,B均為定值,若d不變,則A亦為定值,僅須調(diào)整t,就能得到合適的H;但也可以將t先行選定,來調(diào)整d,即改變df,同樣能獲得合適的H。圖2是美國波拉洛依德·蘭德公司生產(chǎn)的波拉100型自動曝光相機(jī)的電原理圖,圖中R為硫化鎘光敏電阻(C