摄影的基本知识

第二章摄影的基本知识§2—1摄影的基本原理与摄影机一、摄影的基本原理二、摄影机的基本结构1、摄影机的物镜物方主平面像方主平面物方主、节点像方节点•

无论物镜由多少个透镜组成，经过多少次的折射，其结果都相当于在主平面Q和Q’上发生折射，因此可以用主平面代替等价物镜。•共轭光线：在由物点发射的诸入射光线和经物镜出射的诸成像光线中，有一对共轭光线，其入射光线与主光轴的夹角和出射光线与主光轴的夹角相等。此时，共轭光线与主光轴的交点分别为，分别称为前方节点（物方节点）和后方节点（像方节点）。像主点（o）：摄影机主光轴与像平面的交点。像片主距（f）：摄影机物镜后节点到到像片主点的垂距。像主点（o）：摄影机主光轴与像平面的交点。像片主距（f）：摄影机物镜后节点到到像片主点的垂距。2、成像公式镜头具有汇聚光线的能力，它里面有一个用以控制镜头有效通光口径的装置，称为光圈。大多数照相机里的光圈都是可调的，它能够使不同的光量通过并照射到胶片。3、光圈和光圈号数在像平面处放置感光材料，物体的入射光线经物镜后投射到感光材料上，经摄影处理形成影像。同时，感光材料有正性和负性，分别产生正片和负片（底片）。成像平面（像框平面）AbaBO摄影物镜§2—1摄影的基本原理与摄影机§2—1摄影的基本原理与摄影机（一）量测用摄影机（1）.量测用摄影机的基本要求物镜要求具备良好的光学特性，物镜的畸变差要小，分辨率要高，透光率强。•机械结构要稳定。•航空摄影机应同时具备摄影过程的自动化装置，使安装在飞机上的此类摄影机能对地面连续的进行摄影。（2）、量测用摄影机的特征•量测用摄影机的像距是一个固定的已知值。用于测绘地形的航摄仪，摄影的物距要比像距大的多，摄影时摄影物镜固定调焦于无穷远点处，因此，像距是一个定值，约等于摄影物镜的焦距。•摄影机像面框架上有框标标志。像平面与物镜的主光轴垂直，同时像平面也是一个框标平面，因此像点在像片平面上的位置，可以根据像片上的框标坐标系来确定。•内方位元素的数值是已知的。镜头可以控制镜头所“看到”和“记录”的影象范围，或视角。这个影象范围由所使用镜头的焦距来决定。焦距是决定镜头性质的主要标志。镜头的焦距越长，视角越窄；镜头的焦距越短，则视角越宽。焦距通常用毫米为单位表示。一只28毫米的镜头，其焦距较短，它的视角比135毫米镜头的宽。影像范围（二）非量测用摄影机模拟像机数码相机数码相机鱼眼相机三维激光扫描（一）底片：光线是如何使胶片感光的摄影胶片：由均匀涂布着感光乳剂的透明塑料片基构成。

乳剂由明胶和卤化银结晶体组成，卤化银晶体颗粒遇到光，明胶就会使晶体凝固在片基上。

光的作用象胶水，会使银晶体结合在一起。胶片曝光后，晶体颗粒立即结成团块。起初这种变化是看不见的，但经过化学药品的显影后，这些银团块就会具有一定密度。未经曝光的晶体颗粒在化学处理中会被从胶片上去掉。不同密度的银团块就组成了拍摄的影象。2-2摄影基本知识（二）胶片曝光的控制—光圈和快门照相机的一个重要功能就是让胶片得到正确的曝光。精确曝光可得到一张从亮到暗密度分布丰富的底片。底片上薄（透明）的部位称阴影区域（因其代表物体的黑暗区域）；厚的部位称高光区域（因其代表物体的明亮区域）。好的底片，其阴影区域是薄的，但又不完全透明，需有一定的密度来表现阴影区的细节。高光区域应是厚的，但也不是漆黑一片，太厚则要失去最明亮部分的细节。照相机利用镜头和快门来控制正确曝光的。镜头具有汇聚光线的能力，它里面有一个用以控制镜头有效通光口径的装置，称为光圈。大多数照相机里的光圈都是可调的，它能够使不同的光量通过并照射到胶片。快门是一个使胶片不曝光的挡板，只有当快门按钮按下时它才打开让光线通过。快门打开的时间称为快门速度，在大多数照相机里，它也是可调的。这样，由光圈控制的一定光量通过照相机的镜头并在快门打开的时间里使胶片感光。这些因素的适当组合就会产生一张曝光正确的底片。（三）数码相机的成像模数转换器图象处理器存储器光线光线模拟图象信号数字图象信号压缩图象信号

数码相机与传统相机不同之处就是其“胶卷”就是其成像感光器件，而且是与相机一体的，是数码相机的心脏。感光器是数码相机的核心，也是最关键的技术。数码相机的发展道路，可以说就是感光器的发展道路。目前数码相机的核心成像部件有两种：一种是广泛使用的CCD（ChargeCoupledDevice，电荷藕合）元件；另一种是CMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor，互补金属氧化物导体）器件。

CCD图像传感器使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。

CCD本身是单色元器件，通过贴在其上的彩色滤镜采集色彩，当光线从红、绿、蓝滤镜中穿过时，就可以得到每种色光的反应值。形成一个与所感受的光线一一对应的模拟量（电流或电压）。

CMOS和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带–电）和P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。（四）印片1、传统胶片的反转负像制作照片是利用通过底片投射到相纸上的光进行曝光来完成的。到达相纸上的光量是受包括底片密度在内的若干因素影响的。摄影胶片和相纸的感光原理非常相似，只不过胶片的光敏卤化银和明胶乳剂涂布在透明的塑料片基上，而相纸的光敏乳剂涂布在白纸基底上。相纸的工作原理跟胶片的相似，曝光使银晶体颗粒凝聚成看不见的团块。经过显影后变黑。曝光时间越长，晶体聚集就越多，冲洗后相纸就变得越黑。相纸未曝光或曝光较少的区域仍保持白色或浅色，化学药品会将未曝光(当然也未形成团块）的卤化银晶体除掉。数码相片的打印

热升华工作原理，是利用升华这个从气态到固态和固态到气态不需中间状态，互相转化的过程来实现。一般热升华打印机是通过打印头，把色带上的三色(R,G,B）油墨分别升华到相纸上组合而成一幅完整的相片。具体工作原理：

色带上的干性固态油墨，即调色剂与聚合物混合体，被薄薄地涂在色带上分为R、G、B色三块，与所打印的相纸尺寸相同，还有一种是CMYK型。

当打印时，相纸和色带同时通过一个滚子，在打印头下均被加热，利用打印头上直径小于40μm的单晶硅发热点阵,打印头上的发热点阵通电，将涂在色带上的干性固态油墨融化。加热过程中，发生奇妙的转化，在一定温度下，热力分开聚合物分子，当打印头一过，温度下降，油墨由气态变为固态，油墨嵌入聚合物，聚合物分子聚合在一起（这就是为什么热升华打印擦不掉的原因）。当一种色彩印过后，自动移到开头进行下一种颜色，分辨率取决于加热元件，颜色饰加的多少取决于加热元件的温度，在一张相纸上升华色带产生几百万个颜色的混合体。所以可得到优质的图片效果。

（五）照相机机身功能：被摄景物的取景和调焦存贮胶片(或感光元件)胶片的安装与输送（存储器的安放或影象数据的存储、输出）照相机机身是一个不透光的容器，它还包括：一个快门，用以控制曝光时间的长短；常常还附带有一只测光表，用以在不同照明条件下确定正确的曝光量。被摄景物的取景和调焦摄影者在取景装置中可以看到所拍照片的画面如何。调焦装置可以使摄影者在胶片上获得一幅清晰的景象。（六）照相机镜头影象的焦距光通量影象范围景深照相机镜头是安装在照相机身前部的，它正对着胶片并在胶片的前面。照相机镜头具有四种控制作用，即控制：影象的焦距、到达胶片的光通量、影象的范围和影象的景深。1、影象的焦距焦距公式：大多数镜头，是通过转动镜头筒上的调焦环使镜片向里移动（靠近胶片）或向外移动（远离胶片）来进行调焦的。有些照相机，影象是通过取景器看到的，焦点没调准时影象模糊，而焦点调准时影象清晰；另外一些照相机，焦点没调准时影象是重叠的，而焦点调准时影象只有一个。2、光通量光线必须通过镜头上的光孔或光圈才能到达胶片。几乎所有镜头的光圈都是可调的。要得到曝光准确的胶片，光圈大小的选择是非常重要的。一般地，光线较暗时拍摄，需要较大的光圈，以让足够的光线照到胶片；光线较强时拍摄，则需要较少的光圈，以减少到达胶片的光量。f系数衡量镜头孔径大小的量。几乎所有镜头都采用一种f系数标定方法，它们是：f1.4、f2、f2.8、f4、f5.6、f8、f11、f16、f22、f32。f系数越大，镜头孔径越小；反之，f系数越小，孔径越大，调整在f2的镜头比调整在f16的镜头通过的光要多得多。向某一方向变化一级f系数就意味着进入镜头的光通量加倍或者减半3、影象范围镜头可以控制镜头所“看到”和“记录”的影象范围，或视角。这个影象范围由所使用镜头的焦距来决定。焦距是决定镜头性质的主要标志。镜头的焦距越长，视角越窄；镜头的焦距越短，则视角越宽。焦距通常用毫米为单位表示。一只28毫米的镜头，其焦距较短，它的视角比135毫米镜头的宽。镜头焦距的测量不以镜头本身的实际尺寸为依据，而是指在镜头调焦在无穷远处时，照相机的胶片平面与镜头的光学中心之间的距离。胶片平面是胶片安装在照相机机身里所处的平面。镜头光学中心的位置随镜头不同而不同，但都在镜头节点的位置上。4、景深景深是指照片上的焦距范围或照片上可以认为清晰的区域里最近点到最远点间的距离。

例如，如果一只镜头对某一物体，如一棵树，调焦清晰，那么树的前面和树的后面还有一定区域也在调焦范围内，这一区域的清晰度仍可以让人们所接受，这一区域的纵深长度就是景深。每幅照片的景深都不一样，它是镜头的孔径、调焦距离和镜头的焦距。

（七）快门控制时间控制运动快门的类型1、控制时间快门开启时间的长短是胶片曝光的关键。光线通过镜头照射到胶片上产生影象。镜头光圈只能起到控制光量的部分作用，不开启快门，光线则不能照射到胶片。快门的开启和关闭控制着胶片曝光所经历的时间。所以，它和光圈一起构成胶片正确曝光的两个关键因素。2、控制运动如果当快门开启时，被摄物体或照相机是运动的，结果就会产生一幅模糊的影象。一般情况下，人们总是希望获得清晰影象的，但有时模糊的影象能够大致描绘出某种动态或在照片上产生一种有趣的特殊效果。总而言之，摄影者通过相应地调整快门速度，可以使影象清晰或模糊。物体运动速度越快，影象就越模糊。用1／125秒的快门速度拍摄狗的活动，可以使散步的狗好象是“静止”的，但是用同样的速度拍一辆高速行驶的汽车就会显得模糊了。一幅其它方面都清晰的画面中有一个故意模糊的物体是一种显示动作、运动的简单、有效的创作方法。为了使物体的稳定部分清晰，快门速度必须足够的快，而为了使物体的运动部分模糊，快门速度又必须足够的慢。追随拍摄在曝光期间要使照相机按物体运动相同的方向移动。一张成功的追随拍摄照片应该使运动着的物体清晰，而使背景模糊。偶然的照相机移动仍是常见的一个摄影问题。如果曝光期间照相机移动了，则整个影象都不会清晰。照相机移动造成影象模糊的常见原因是快门速度太慢。为了把模糊程度减到最小，应该尽可能平稳地握住照相机，并尽量使用1／60秒或更高的快门速度拍摄，虽然每个人稳固地把握照相机的能力不同，但对每个人来说，快门速度越高，影象模糊程度越小却是客观事实。当拍摄所需要的快门速度低于1／60秒时，为了稳定照相机可以使用三脚架，可以依靠树或桌子来支撑照相机。（八）测光表测光表可以测量光线的强弱并将测量值变换成适合于拍摄照明环境的实用f系数和快门速度组合。它是运用光圈、快门速度和胶片速度这三个曝光控制因素的指导。测光表的两种主要的类型：通过镜头式测光表和手持式测光表。（九）底片的评价评价胶片的曝光时，只要观察底片的阴影区域就可以了，而不用管高光区域。如果阴影区域显得厚，底片就是曝光过度了；如果显得薄，底片就是曝光不足。正常曝光的底片应该具有能够表现所需要的丰富阴影细节的最小厚度。阴影区域应该是透亮的，但又不是完全透明的。评价胶片的显影时，只要观察底片的高光区域而不用管阴影区域。正常显影的底片应该具有一定厚度，但又不是不透明的。如果高光区域薄，就是胶片显影不足并且底片反差也不足；如果高光区域又太厚了的话，那底片必定显影过度了，而且很可能反差过高。（十）照相机附件滤光镜闪光灯近摄装置其它实用的附件滤光镜滤光镜是装在照相机镜头前端用来保护镜头或者使照片产生各种色调变化的附件。原理：是由于它可以让与其本身颜色相同的色光通过并且照到底片上，而吸收其互补的色光。因此，被摄景物里与滤光镜颜色相同的那些部分在底片上表现得比较厚，而在照片上显得比较浅。最好的保护性滤光镜是完全透明的玻璃镜、天光镜、雾化镜或者紫外线（U.V）滤光镜。闪光灯当拍摄现场的光线无法适应拍摄需要时，比如室内或者夜晚的室外摄影，此时闪光灯可以为正确曝光提供充足的照明。使用闪光灯时，灯所突然发出的闪光必须与照相机快门同步，也就是说，闪光必须得在快门完全打开时发出。近摄装置装上几种附件可以使照相机对更近的物体进行调焦。常用于单镜头反光照相机的近摄附件：接圈、近摄镜、微距镜头和皮腔。§2—3彩色摄影与其它摄影（一）色的基本知识

黑白图像是指图像的每个像素只能是黑或者白，没有中间的过渡，故又称为２值图像。2值图像的像素值为0、1。黑白图象

灰度图像是指每个像素的信息由一个量化的灰度级来描述的图像，没有彩色信息。灰度图像描述示例灰度图象

彩色图像是指每个像素的信息由RGB三原色构成的图像，其中RBG是由不同的灰度级来描述的。彩色图像

1、物体的颜色2、人眼观察的光感和色感3、主色和补色4、色的形成（1）加色法（2）减色法（二）彩色摄影与其它摄影1、彩色摄影处理2、红外片和假彩色片1、彩色摄影处理黄品红青黄品红青

蓝光

绿光

红光白色光线分解感蓝层，显影现黄吸收层感绿层感红层负片显色通常情况下的红外线摄影可以感应的红外线波长范围为770～1000nm。红外线成像设备帮助我们看到肉眼观察不到的事物，从另一种角度来观察我们所熟悉的事物。2、红外片和假彩色片红外片的优点1、信息更加丰富红外线与可见光相比的一个特点是色彩更加丰富多样。由于可见光的最长波长是最短波长的1倍(380nm～770nm)，所以也叫作一个倍频程。而红外线的最长波长则是最短波长的10倍，即具有10个倍频程。因此,如果可见光能表现自然界中的7种颜色，则红外线便能表现70种，因此具有极其丰富的色彩表现力。2、穿透性强

红外线具有良好的穿透性，如穿透烟雾、水气等，因此在航空摄影、军事摄影和其他题材摄影中有着不可替代的地位。例如航空摄影可以利用红外线发现健康、不健康的树木，森林，地脉甚至矿藏；医学上可以用于人体组织的穿透；科研及工程摄影可以用于鉴别印色，穿透织物；普通红外线摄影可以利用发散性产生虚幻的图画效果等等。红外线摄影可以使用普通镜头，但普通镜头设计的焦距是针对可见光的，因而在拍摄红外线时相应的焦距设定应大于拍摄可见光时的焦距。此外，由于红外线波长比可见光的波长要长得多，其焦距不可能与可见光一致。因此须要专门对镜头进行红外区校正。由于红外线光谱感应范围较广，因此无论是传统红外线摄影还是数码红外线摄影都需要一个阻挡可见光及紫外线辐射，同时又可以透过红外线的特殊滤光镜，即红外线滤镜(InfraredFilter)。红外线滤镜在这个过程中起到的作用类似于带通滤波器的作用，让所需要波长的红外线通过，而将其它波长的光线阻断。红外摄影2.3航空摄影的基本要求（一）航空摄影基本条件条件：飞机飞行稳定性好、保持一定的高度、航行路线直、飞行速度适宜、续航时间长。竖直摄影以测绘地形图为目的的空中摄影多采用竖直摄影的方式。要求航摄机在曝光的瞬间物镜主光轴垂直于地面。像片倾角要小于2°~3°。•竖直航空摄影分类面积航空摄影、条状地带航空摄影、独立地块航空摄影。倾斜摄影•摄影比例尺（像片比例尺）：航摄相片上一线段为l的影像与地面上相应线段的水平距离L之比。（二）摄影比例尺与摄影航高S•摄影航高：航摄机物镜中心至摄区内平均高程面的距离。•绝对航高：航摄瞬间物镜中心相对于平均海水面的距离。S航摄比例尺与成图比例尺之间的关系比例尺类别航摄比例尺成图比例尺