照相機的工作過程,概略地說是應用光學成像原理,通過照相鏡頭將被攝物體成像在感光材料上。下面將粗略地介紹攝影光學成像原理:人類對于光的本性的認識,光線的傳播及透鏡成像原理。
$}db /hY* ~zMDY F"& 人類對于光的本性的認識經歷了漫長而又曲折的過程。在整個18世紀中,光的微粒流理論在光學中仍占優(yōu)勢,人們普遍認為光是微小的粒子組成的,從點光源發(fā)出并以直線向四面八方輻射。19世紀初,以楊氏(Young)和菲涅耳(Fresnel)的著作為代表逐步發(fā)展成今天的波動光學體系。如今對光的本性認識是:光和實物一樣,是物質的一種,它同時具有波的性質和微粒(量子)的性質,但從整體來說,它既不是波,也不是微粒,也不是它們的混合物。
~ibF M5m >zFD$ 從本質上,講光和一般無線電波并無區(qū)別,光和電磁波一樣是橫波,即波的振動方向與傳播方向垂直。一個發(fā)光體就是電磁波的發(fā)射源,發(fā)光體發(fā)射的電磁波向周圍空間傳播,和水波波動產生的波浪向四周傳播相似。強度最大或最小的兩點距離稱為波長,用λ表示。傳播一個波長所需的時間稱為周期,用T表示,一個周期就是一個質點完成一次振動所需要的時間。1秒內振動的次數稱為頻率,用ν表示。經過1s振動傳播的距離稱為速度,用“v”表示。波長、頻率、周期和速度之間有如下關系:
KYf;_C,$ v=λ/T ,ν=1/T,v=λν
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V/rw 由此可見,光的波長與頻率成反比。實際上光波只占整個電磁波波段的很小一部分。波長在400~700nm的電磁波能夠為人眼所感覺,稱為可見光,超過這個范圍人眼就感覺不到了。不同波長的可見光在我們的眼睛中產生不同的顏色感覺,按照波長由長到短,光的顏色依次是紅、橙、黃、綠、青、藍、紫等色。不同波長的電磁波在真空中具有完全相同的傳播速度,數值是c=300,000km/s。
[-Cu4mff ac|/Y$\w 光既然是電磁波,研究光的傳播問題,應該是一個波動傳播問題,但是在設計照相機鏡頭及其他光學儀器時,并不把光看作是電磁波,而是把光看作是能傳播能量的幾何線,叫做光線。光源A發(fā)光就是向四周發(fā)出無數條幾何線,這無數條具有方向的幾何線就叫做光線。這樣在幾何光學中研究光的傳播問題,就變成了一個幾何問題、數學問題,問題簡化多了。
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下面敘述幾何光學的幾個基本定律——光線的傳播規(guī)律:
hD*(AJ (1)光的直線傳播定律 光在均勻介質中,是沿著直線傳播的,即在均勻介質中光線為一直線。光的直線傳播現象在日常生活中隨時隨地可以見到,如物體被光照射而成影,小孔成像等。光的直線傳播引出了光線這個概念。
).Q[!lly 8]HY. $E (2)光的獨立傳播定律 光的傳播是獨立的,當不同光線從不同方向通過介質某一點時,彼此互不影響。當兩支光線會聚于空間某一點時,它的作用為簡單的疊加。光線的這一性質,使被拍攝物體各點的光互不影響地進入照相鏡頭,在成像面上成像。
pD[pTMG@$ (V!0'9c (3)光的反射定律 當光傳播到兩種不同介質的分界面時,就會改變傳播方向,發(fā)生光的反射。光的反射定律指出:
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