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2008-03-09 19:14

攝影光學(xué)基礎(chǔ)

照相機的工作過程，概略地說是應(yīng)用光學(xué)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(xué)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。

人類對于光的本性的認識經(jīng)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(xué)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(xué)體系。如今對光的本性認識是：光和實物一樣，是物質(zhì)的一種，它同時具有波的性質(zhì)和微粒（量子）的性質(zhì)，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。
從本質(zhì)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(chǎn)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(zhì)點完成一次振動所需要的時間。1秒內(nèi)振動的次數(shù)稱為頻率，用ν表示。經(jīng)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(guān)系：
v=λ/T ，ν=1/T，v=λν
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(chǎn)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(shù)值是
c=300,000km/s。 9gmv2=Pl=i
光既然是電磁波，研究光的傳播問題，應(yīng)該是一個波動傳播問題，但是在設(shè)計照相機鏡頭及其他光學(xué)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(shù)條幾何線，這無數(shù)條具有方向的幾何線就叫做光線。這樣在幾何光學(xué)中研究光的傳播問題，就變成了一個幾何問題、數(shù)學(xué)問題，問題簡化多了。
下面敘述幾何光學(xué)的幾個基本定律——光線的傳播規(guī)律：
(1)光的直線傳播定律光在均勻介質(zhì)中，是沿著直線傳播的，即在均勻介質(zhì)中光線為一直線。光的直線傳播現(xiàn)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。
(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(zhì)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(zhì)，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。
(3)光的反射定律當光傳播到兩種不同介質(zhì)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：
①入射光線、反射光線和分界面上光投射點的法線在同一平面內(nèi)，人射光線與反射光線分別位于法線的兩側(cè)。
②人射角和反射角相等。入射光線與法線N的夾角記為入射角，用i表示；反射光線與法線N的夾角記為反射角，用α表示。則有i=α。光的反射現(xiàn)象還具有可逆性，假如光線逆著原來反射光線方向入射到界面上，那么它將逆著原來入射光線的方向反射出去。隨著界面的不同，反射又可分為定向反射和漫反射。從一個方向入射到光亮、平整的鏡子上的光線，入射點都落到同一平面上，其反射都向著同一方向，則稱為定向反射。當光從一個方向投射到粗糙表面上時（如毛玻璃面等），由于粗糙面可以看成由許多角度不同的小平面組成，光線便從各個不同的方向反射出去，稱為漫反射。但需注意在漫反射現(xiàn)象中，就每一條光線而言都還是遵循反射定律的。
光的反射，在照相術(shù)中起著相當重要的作用。例如人本身并不發(fā)光，但當光線從各個角度照射到人身上后，光線便可從各個角度有所反射。我們常利用反射光進行拍照，就是遵循光的反射定律。

光圈及光圈范圍0 最近在了解數(shù)碼相機的各項參數(shù)，把我看的都發(fā)到這里，不了解的朋友來看看，了解的朋友請多發(fā)布高見。
光圈英文名稱為Aperture，光圈是一個用來控制光線透過鏡頭，進入機身內(nèi)感光面的光量的裝置，它通常是在鏡頭內(nèi)。我們平時所說的光圈值F2.8、F8、F16等是光圈“系數(shù)”，是相對光圈，并非光圈的物理孔徑，與光圈的物理孔徑及鏡頭到感光器件（膠片或CCD或CMOS）的距離有關(guān)。
表達光圈大小我們是用F值。光圈F值 = 鏡頭的焦距/鏡頭口徑的直徑，從以上的公式可知要達到相同的光圈F值，長焦距鏡頭的口徑要比短焦距鏡頭的口徑大。完整的光圈值系列如下： F1， F1.4， F2， F2.8， F4， F5.6， F8， F11， F16， F22， F32， F44， F64。
這里值得一題的是光圈F值愈小，在同一單位時間內(nèi)的進光量便愈多，而且上一級的進光量剛是下一級的一倍，例如光圈從F8調(diào)整到F5.6，進光量便多一倍，我們也說光圈開大了一級。多數(shù)非專業(yè)數(shù)碼相機鏡頭的焦距短、物理口徑很小，F(xiàn)8時光圈的物理孔徑已經(jīng)很小了，繼續(xù)縮小就會發(fā)生衍射之類的光學(xué)現(xiàn)象，影響成像。所以一般非專業(yè)數(shù)碼相機的最小光圈都在F8至F11，而專業(yè)型數(shù)碼相機感光器件面積大，鏡頭距感光器件距離遠，光圈值可以很小。對于消費型數(shù)碼相機而言，光圈F值常常介于F2.8 - F16。此外許多數(shù)碼相機在調(diào)整光圈時，可以做1/3級的調(diào)整。

鏡頭光學(xué)原理及相關(guān)參數(shù)介紹0 鏡頭的調(diào)節(jié)主要是指焦距和光圈的調(diào)節(jié)。大多數(shù)鏡頭都標有距離指示，告訴你鏡頭調(diào)焦的遠近、景深范圍的大小，以及清晰聚焦區(qū)域的寬窄。影響景深的三個因素是光圈，被攝體到照相機的距離，以及鏡頭的焦距。焦距最短的鏡頭對準無限遠聚焦時，其最小的有效光圈能產(chǎn)生最大景深。也就是說光圈越大，焦距越長，被攝體距離越近，景深就越小。
鏡頭的選擇
選擇快鏡，也就是選擇最大孔徑的鏡頭，在低照度時，鏡頭的速度影響曝光。
聚焦和光圈
景深:被攝體周圍適度清晰聚焦的范圍對最終影象的出現(xiàn)起著至關(guān)重要的作用。為了充分利用鏡頭上提供的所有光圈，可把照相機固定在三腳架上，以防照相機抖動。
f/光圈數(shù)和光圈大小
調(diào)定在某一f/光圈數(shù)時的任何種類的鏡頭能夠透射過幾乎相同光量的影象，因為光闌直徑直接與焦距相關(guān)，例如，一只80毫米的鏡頭在使用5毫米的光闌直徑時，光圈必定調(diào)節(jié)在f/16上。因此鏡頭的焦距在除以光闌直徑后，就得到相應(yīng)的f/光圈數(shù)。
焦距標記
調(diào)節(jié)調(diào)焦環(huán)螺紋，鏡頭從照相機處伸出，隨著調(diào)焦環(huán)的轉(zhuǎn)動，通過放認對準固定參看符號的標記，你就可以發(fā)現(xiàn)正在調(diào)節(jié)的焦距。
光圈調(diào)節(jié)
向上轉(zhuǎn)動光圈環(huán)至下一個f/光圈數(shù)（例如從f/4到f/5.6）,光圈大小減半（即達到膠片的光量減半）；向下轉(zhuǎn)動光圈環(huán)至下一個f/光圈數(shù)（例如從f/4到f/2.8）。光圈大小增加一倍。