照相機(jī)原理

更新時間:2023-04-19 18:01:07 閱讀：評論：0

吳江市-賀穎

2023年4月19日發(fā)(作者：七上英語作文)

一、人眼成像的原理

攝影又稱攝影術(shù)，就是人們通使用照相機(jī)把反射在景物上的光線，通過
鏡頭在感光材料上感光而形成影像的過程。所以有些國家把照相機(jī)稱為
“照光機(jī)”，這是比較準(zhǔn)確的，也就是說，攝影的過程并不是把景物攝錄
下來，而是把景物反射出的光線記錄在感光材料上，形成的影像本不是
景物的影像，而是光線在感光材料上形成了潛動漫古風(fēng)頭像男影。

照相機(jī)最早是誰發(fā)明的已無從查考，但第一個在底片的銀鹽上成像的是
法國人達(dá)蓋爾，就是今天的數(shù)碼成像也是在達(dá)蓋爾的銀鹽成像的基礎(chǔ)上
發(fā)展起來的，成像的原理一直不變。

歸根結(jié)底，照相機(jī)是對人眼的仿生，照相機(jī)成像的原理與人眼看到景物
在視網(wǎng)膜上成像的原理也是一樣的——當(dāng)然人眼比世界上最先進(jìn)的照
相機(jī)都更為先進(jìn)，結(jié)構(gòu)也更為復(fù)雜。下圖就是人眼接受外界光線而成像
的結(jié)構(gòu)圖。（這可是UU比照著生物老師的教科書畫的，差點累死）

圖（1）簡約眼視網(wǎng)膜像的形成圖

從上圖我們可以看出，人眼中的晶狀體就如同一個凸透鏡，物體AB經(jīng)
過晶體透過節(jié)點后，會在視網(wǎng)膜上形成像ab，當(dāng)然進(jìn)入眼中的光線還
必須通過瞳孔而到達(dá)后主焦點，而瞳孔則會根據(jù)光線的強(qiáng)弱自動調(diào)節(jié)其
開孔大小。

眼睛之所以能看見周圍的各種物體，一是必須有光，二是眼球內(nèi)可以成
像的構(gòu)造。當(dāng)我們睜開眼睛，從周圍物體發(fā)射或反射而來的光，穿過瞳
孔和晶狀體，聚集在眼睛后面的視網(wǎng)膜上，形成這些物體的圖像。連接
視網(wǎng)膜的視神經(jīng)立即把這些信息傳送到大腦，所以我們就能看到這些物
體。人以左右眼看同樣的對象，兩眼所見角度不同，在視網(wǎng)膜上形成的
像并不完全相同，這兩個像經(jīng)過大腦綜合以后就能區(qū)分物體的前后、遠(yuǎn)
近，從而產(chǎn)生立體視覺。當(dāng)然就兩人打麻將這一點而言，照相機(jī)只相當(dāng)于人的一只
眼，不可能產(chǎn)生立體的感覺了。

二、照相機(jī)的工作原理

明白了以上的道理，我們就很容易理解照相機(jī)的成像原理了。下圖是簡
易照相機(jī)的成像光路圖。

圖（2）照相機(jī)成像原理圖
被攝物發(fā)出或反射的光線，被照相機(jī)鏡頭匯聚，由攝影者調(diào)整鏡頭，在
膠片平面處產(chǎn)生清晰的影像，當(dāng)按下快門使膠片曝光時，就會把這個影
像記錄下來，通過沖洗就可以印制成照片。

觀察以上圖片，我們就會發(fā)現(xiàn)，照相機(jī)成像的原理與人眼成像的原理是
一樣的，不過人像成像只是一個會自動調(diào)節(jié)的晶狀體，而照相機(jī)的關(guān)鍵
部件則是一組鏡頭組。雖然是很復(fù)雜的鏡頭組，但起主要作用的還是凸
透鏡，在示意圖中我們只是以一片凸透鏡來代替。

在傳統(tǒng)的照相機(jī)中，成像的關(guān)鍵其實就是感光片——膠片。膠片的發(fā)明
是人類照相史上一個空前的壯舉。人們在生活實踐中，發(fā)現(xiàn)有些物質(zhì)具
有感光性，這樣的東西比比皆是，比如說在蘋果尚未成熟的時候，我們
用紙剪成一個“喜”字粘貼到蘋果受光的表面，到蘋果紅透后把紙再揭去，
那么紅色的蘋果上就會留下黃而微綠的“喜”字，當(dāng)然這就是最為簡單的
“曝光”了。攝影用的膠片大致類此，不過比這個更為快捷與精密。傳統(tǒng)
的膠片是在片基上均勻地涂布一層含有鹵化銀（主要是溴化銀，還含有
少量的碘化銀與氯化銀）的涂層，作為感光材料，因為人們發(fā)現(xiàn)鹵化銀
經(jīng)過光照后會形成潛影，如果我們?nèi)藶榈乜刂普丈涞侥z片平面上的光
量，就會記錄下景物的影像，后期再經(jīng)過一系列的化學(xué)處理，就會還原
現(xiàn)實影像。彩色膠片相比較要復(fù)雜一些，片基上至少要涂布三層感光乳
劑，分別為感紅層，感綠層與感藍(lán)層，以此來記錄不同的光波。

這里面就有一個關(guān)鍵問題存在了，那就是如何來控制達(dá)到膠片上的通光
量，所以現(xiàn)代的照相機(jī)上就會加進(jìn)了光圈與快門。那么如何來理解這光
圈與快門呢？人的眼睛有一種特性，在強(qiáng)光下瞳孔會收縮，在弱光下瞳
孔會放大，我們從強(qiáng)光下進(jìn)入弱光環(huán)境時，會有一個適應(yīng)的過程，剛剛
進(jìn)入到弱光環(huán)境時，會看不見東西，但過一會兒就能看清了，其實這是
人眼的瞳孔調(diào)節(jié)使然。照相機(jī)的光圈就如同這瞳孔，總得有一個控制通
光多少的裝置來控制進(jìn)光量的多少。那么快門又是什么東西呢？快門其
實就是打開光路與阻止光路的閘門。打一個通俗的比喻：給你一片菜園，
再給你一個抽水機(jī)，讓你在一定時間內(nèi)把這個菜園的菜澆灌好。標(biāo)準(zhǔn)是
菜地里不許存在任何一片干土，當(dāng)然也不許有多余的水，這個程度也就
如同感光片接受的感光量恰好。把菜園澆灌好的條件有兩個，一個是抽
水機(jī)抽水管的孔徑，一個是時間。孔徑就是光圈，時間就是快門速度。

但是我們要問，如果這兩者處理不好會出現(xiàn)什么情況？對于澆灌菜園來
說，或是水沒有澆足，菜園依然是“旱”，或是澆水過多，已經(jīng)“澇”了，
而這兩種情況其實都是不利于蔬菜生長的。對于攝影而言，那就是曝光
不足與曝光過度。如果曝光不足，應(yīng)該記錄下來的影像沒有來得及記錄，
照片擴(kuò)印出來后就是暗部細(xì)節(jié)丟失，黑的地方?jīng)]有層次感，成了一團(tuán)死
黑；如果曝光過度又是如何？當(dāng)然就是景物的高光部分的細(xì)節(jié)丟失，白
的地方成了一片死白。
所以，照相機(jī)的關(guān)鍵操作當(dāng)然就是光圈與快門的控制了。

三、現(xiàn)代照相機(jī)的結(jié)構(gòu)

圖（3）現(xiàn)代照相機(jī)結(jié)構(gòu)圖
科技發(fā)展的日新月異，使如今生產(chǎn)出的照相機(jī)花樣百出、種類繁多、結(jié)
構(gòu)復(fù)雜、機(jī)械精密，新產(chǎn)品層出不窮。但無論各種照相機(jī)如何變化，結(jié)
構(gòu)如何紛繁，它們的基本構(gòu)造是一致的。

具備將目標(biāo)體結(jié)成光學(xué)影像的成像系統(tǒng)，即鏡頭；
1.
具備由鏡頭至感光材料之間的曝光通道，即暗箱；
2.
具備一個能將各部件承裝起來的載體，即機(jī)身；
3.
具備一個能盛裝感光材料的裝置，即后背。
4.白細(xì)胞下降
所以，一切照相機(jī)的基本結(jié)構(gòu)均為這四個部分－－鏡頭、暗箱、機(jī)身與
后背。關(guān)于這個四個部分，詳述如下：

（1）鏡頭部分

用光學(xué)玻璃制成的鏡頭，把進(jìn)入鏡頭的光線匯聚起來，在感光材料上形
成一個清晰的影像。由兩片或更多片的光學(xué)玻璃組成的透鏡，叫做透鏡
單元。透鏡單元組成一個整體，這就是攝影鏡頭。

鏡頭根據(jù)功用不同，可以分為廣角鏡頭、標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、長焦鏡頭及微距鏡
頭等。一般來說，鏡頭的視角與人眼的視角相仿的被人們習(xí)慣上稱為標(biāo)
準(zhǔn)鏡頭，簡稱“標(biāo)頭”，比如在135膠片相機(jī)上，50mm的鏡頭最為接近
人眼的視角，故50mm頭常常被人們冠之以“標(biāo)頭”的稱號。同理，如果
比人眼的視角更廣的鏡頭就被稱為廣角鏡頭了，比如35mm廣角，
24mm廣角，乃至18mm超廣角。比人眼的視角更小的鏡頭稱為長焦
鏡頭，比如85mm人像鏡頭，105mm微距，135mm長焦，180mm長
焦，400mm長焦等。

但是數(shù)碼相機(jī)的感光元件的尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于135膠片的尺寸，現(xiàn)在的數(shù)碼
單反相機(jī)如果使用傳統(tǒng)135膠片相機(jī)的鏡頭的話，常常要1.5，比如過
去的50mm鏡頭，現(xiàn)在變成了75mm的鏡頭了，相反，過去的小廣角
35mm的鏡頭接裝在數(shù)碼單反機(jī)上后反而最為接近人眼的視角，因此在
數(shù)碼相機(jī)上，35mm的鏡頭應(yīng)該算作“標(biāo)頭”。

當(dāng)然世界最大的地震隨著現(xiàn)代光學(xué)的發(fā)展，定焦鏡頭已不能滿足人們?nèi)粘Ｉ畹男枰?/span>
于是各相機(jī)廠家紛紛研制開發(fā)變焦鏡頭，變焦鏡頭就是鏡頭的焦距是可
變的那種，比如18-35被人稱為廣角變焦，35-70或28-70被人稱為標(biāo)
準(zhǔn)變焦，70-210被人稱為望遠(yuǎn)變焦頭等等。

小DC上也常常配備一只適用性較強(qiáng)的變焦頭，一般為28-105或
35-105的變焦范圍，多數(shù)為3倍或4倍變焦，當(dāng)然也有的數(shù)碼相機(jī)配
備了長達(dá)10倍變焦的大變焦頭，比如索尼F-828相機(jī)的變焦就達(dá)到了
10倍。但是一般的情況是，變焦比越大的鏡頭成像的質(zhì)量往往越難以
保證，所以選購相機(jī)時沒有必要追求大的變焦比，3—4倍的變焦已經(jīng)
足夠。

（2）暗箱部分

照相機(jī)的暗箱部分也就是單鏡頭反光式相機(jī)的聯(lián)結(jié)部分，能保證通過鏡
頭的光線準(zhǔn)確地到達(dá)感光材料上，所以這個部分要求是嚴(yán)密不透光的，
在單反相機(jī)內(nèi)部，卸下鏡頭，我們可以看到一個長方形的鏡片，這就是
反光板，要相機(jī)內(nèi)呈45度角放置，其功用是把通過鏡頭入射進(jìn)來的光
線反射到機(jī)頂?shù)奈謇忡R中，供攝影者通過取景窗來取景、對焦、構(gòu)圖。
當(dāng)快門按下時，反光板上翻，光路阻斷，快門簾打開，光線在感光元件
上感光，這就是拍照的突然想起你歌詞全過程，所以單反相機(jī)在拍照的瞬間，眼前變黑，
什么也看不到了，是反光板上翻而截斷了光路使然。

但在平視取景與現(xiàn)代家用的小DC中，由于鏡頭與機(jī)身是連接在一起的，
不可拆卸，因此暗箱部分我們看不到，也因為這個部分并不需要攝影者
進(jìn)行任何操作，所以在此不詳述。

（3）機(jī)身部分

這是一部相機(jī)中很重要的部分，可以說除了鏡頭外，攝影者的一切操作
都在此部分中完成，又因為這個部分是承載相機(jī)各部件的載體，所以結(jié)
實是第一重要的。

無論相機(jī)的機(jī)身怎么變化，常規(guī)在機(jī)身的右上角就是快門按鈕，考慮到
人群主要是右手操作的習(xí)慣，所以其按鈕設(shè)計在此處應(yīng)該是最容易控制
的。現(xiàn)代相機(jī)的快門下方常常是一個液晶數(shù)據(jù)顯示屏，上面顯示一些拍
照時常用的如光圈值、快門速度、白平衡等參數(shù)，以利于拍照，在機(jī)頂
的左右側(cè)常常還要設(shè)計變焦控制鈕，數(shù)據(jù)控制鈕和電源開關(guān)等，因為相
機(jī)的型號不同，設(shè)計也沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

消費級相機(jī)的機(jī)身常常使用工程塑料，現(xiàn)代的工業(yè)材料已經(jīng)很成熟，這
種工程塑料在延展性、堅固性方面都已經(jīng)相當(dāng)成熟，如果不是強(qiáng)大的外
力，一般情況下還是很耐用的。但高級一些的相機(jī)則采用金屬來制造，
雖然金屬相機(jī)相對重量增加了，但因為金屬的耐用性，抗惡劣環(huán)境的性
能都很優(yōu)異，所以專業(yè)級相機(jī)在嚴(yán)寒酷暑也能正常工作，這一點是消費
級的相機(jī)所不能比的。

（4）后背部分

傳統(tǒng)相機(jī)的后背是可以打開的，拉開相機(jī)的后背的鎖定裝置，就可以打
開后背，安裝膠片，高級一些的相機(jī)還提供數(shù)碼后背讓用戶來選擇，但
就一般的功用來說，后背也就是用來安裝膠片的。

而數(shù)碼相機(jī)的后背則是不可打開的，因為數(shù)碼相機(jī)內(nèi)的感光元件CCD
或CMOS并不需要我們?nèi)ジ鼡Q，所以是固定設(shè)計的。但這個后背上卻
安裝了一塊LCD顯示屏，用來構(gòu)圖取景、顯示拍攝參數(shù)或回放觀賞。

在后背上數(shù)碼相機(jī)也會設(shè)計很多按鍵，比如刪除鍵，回放鍵，菜單鍵等，
不一而足。一般來說，選擇數(shù)碼相機(jī)的時候不要太過于關(guān)注LCD顯示
屏的大小，那東西只是給我們拍照時提供參考的，其實它也只是所拍照
片的模擬顯示，屏幕越大越亮，顯示的分辨率越高其實也越耗電，并且
那在什么中間的英文上面顯示出來的圖像與我們把相片下載到電腦中去查看完全是兩回
事兒，很多人以為那上面顯示的效果好，拍出的圖像效果就一定好，這
完全是錯誤的認(rèn)識。

最后需要說明的是，如果想在拍攝中得心應(yīng)手，手動功能越多的DC越
好用，事實證明，全自動而手工無法操作的相機(jī)在實際使用中和手機(jī)的
攝像頭差不多，只是像素高點罷了。

知識拓展

現(xiàn)代照相術(shù)的起源最早可追溯到墨子（公元前468～376年）在《墨經(jīng)》
一書中提到的小孔成象原理，以及元代趙友欽的針孔成象匣。在歐洲，
16世紀(jì)著名畫家達(dá)芬奇便發(fā)現(xiàn)：在一個房間的窗板上戳上一個小孔，
然后關(guān)上所有的門窗，使房間變得一片黑暗，這時便可看到窗外的景色
透過小孔，清晰地倒映在室內(nèi)的墻壁上。這就是物理學(xué)上的“小孔成象”
原理。后來其他畫家把白紙掛在墻壁上，照著倒映著的線條復(fù)描，當(dāng)畫

家移動掛在墻壁上的白紙與小孔的距離，便可將倒映在白紙上的圖象放
大或縮小，解決了當(dāng)時復(fù)描圖畫技術(shù)上的一大難題。

17世紀(jì)末到18世紀(jì)初，隨著玻璃工業(yè)的發(fā)展，人們制成了平板玻璃、
玻璃透鏡。有人利用暗室小孔成象的原理制成一個暗箱，箱上裝了一塊
凸透鏡以代替小孔，箱子的另一頭裝了一塊磨毛了的平板玻璃。凸透鏡
把投射進(jìn)來的光線聚焦，人們盛氣凌人用畫筆在那平板玻璃上描畫下各種大自然
的景色。這暗箱，就是最原始的照相機(jī)。光學(xué)家為改善象質(zhì)，在透鏡上
不斷地做文章，就形成了一系列照相鏡頭，這就是現(xiàn)代人所稱的照相物
鏡。機(jī)械設(shè)計師不斷完善和改造那個笨重的木頭暗箱，這就是現(xiàn)代攝影
者所稱的照相機(jī)機(jī)身。

但是用畫筆來摘下倒映在玻璃上的景色，畢竟太麻煩了，這就需要發(fā)明
一種能夠感光的“照相紙”。1813年法國的涅普斯發(fā)現(xiàn)了一種地瀝青受曬
后會變色，具有一定的感光性能，便使用它作為感光劑。具體方法是：
把地瀝青溶于薄荷油中制成溶液，然后涂在金屬板面上；曝光后浸在煤
油中，使薄荷油溶于煤油，于是在金屬板上便顯出影象來了。不過得到
的影象仍然是十分模糊的。后來，法國畫家達(dá)蓋爾與漢普斯共同進(jìn)行研
究。直到1839年在達(dá)蓋爾解決了顯影、定影等技術(shù)難關(guān)后，世界上才
公認(rèn)從那時起發(fā)明了照相術(shù)。

那時的“膠片”便是碘化銀感光板，感光性能實在太差了，加之照相機(jī)用
的多是用一二塊透鏡組成的長焦距鏡頭。造成進(jìn)入暗箱的光線很弱，因
此拍攝一幅照片需很長時間，形成的影象也太模糊。人們決心進(jìn)一步提

高感光板對光的敏感程度，即感光度。1871年發(fā)明的溴化銀明膠干版
法是采用明膠代替硝棉膠，用溴化銀代替碘化銀，涂在玻璃片上，制成
干版。這樣感光度可大大提高，曝光時間縮短為幾分之一秒、幾十分之
一秒，乃至更短的時間。

為了適應(yīng)感光底板感光度的迅速提高，控制曝光時間的長短，人們在照
相機(jī)中裝上了快門。這樣人們使能拍攝到飛鳥、奔馬之類的快速運動物
的照片。當(dāng)有了鏡頭、快門、膠片、機(jī)身等一系列主要部件后，一個現(xiàn)
代照相機(jī)的雛形隨著照相術(shù)的發(fā)展就初步完善了。

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