《数字影像技术》实验指导书

《数字影像技术》实验指导书
课程编号：
课程名称：数字影像技术
实验学时：24
适应专业：教育技术学专业
承担实验室：文法学院中心实验室
一、实验教学目的和任务
数字影像技术是一门实践性很强的课程，易学难精。

本实验课的目的在于将理论教学中讲授到的有关数码摄影的基础知识、基本原理和基本技能运用于实际，让学生熟悉并掌握数码拍摄（包括曝光、用光、构图等环节）及数字图像处理等基本技术。

通过该实验课程的教学，要求每个学生能够熟练使用数码单反相机，熟悉并掌握数码照片的拍摄，能利用数字图像处理软件对数码照片进行处理，并初步具有数码照片的鉴赏能力。

二、实验项目及学时分配
三、推荐教材与参考书
推荐教材
《数码单反摄影教程》主编：刘军
出版社：华中科技大学出版社
出版或修订时间：2014.10 参考书
《数码摄影教程》主编: 基德竹永著，张雷译
出版社：南海出版社
出版或修订时间：2014.10 《数码摄影(第2版)》主编：曾立新
出版社：浙江大学出版社
出版或修订时间：2013.1 《数码摄影构图技巧大全》主编：杨品，李柏秋
出版社：中国电力出版社
出版或修订时间：2010 《《数码摄影用光和色彩》，主编：FASHION视觉工作室
出版社：中国摄影出版社
出版或修订时间：2015.1 《Photoshop图像处理与设计》主编：李美满
出版社：清华大学出版社
出版或修订时间：2015.1
四、单项实验的内容和要求
实验项目一：数码单反相机的使用
一、实验目的
1．了解数码相机的工作原理，掌握数码相机的主要技术参数。

2. 了解数码相机的基本结构，熟悉各个部分的功能。

3．掌握数码单反相机镜头的安装与拆卸。

4. 了解正确拿握数码相机的姿势。

5. 了解数码相机的调节与设置，掌握白平衡模式、感光度模式、曝光补
偿模式、闪光灯模式设置、保存模式的调节与设置，能在拍摄时根据实际情况选择最合适的模式。

6．熟悉数码单反相机的各种拍摄模式：手动模式、自动模式、光圈优先模式、快门优先模式、运动模式、夜景模式、微距模式、人像模式，能根据拍摄目的合理选择拍摄模式。

7．掌握数码单反相机取景、对焦、测光的方法，学会数码单反相机的基本操作。

8．了解连拍的基本技巧，学会连拍。

9. 了解数码单反相机的选购和维护。

二、基本原理和方法
1.数码相机的工作原理
数码相机的工作过程就是把光信号转化为数字信号的过程。

摄影镜头将光线汇聚到感光器件CCD上，CCD能把光信号转变成电信号，通过模数转换器将电信号采样、编码转换为数字信号，然后送入具有信号处理能力的DSP（数字信号处理器）。

数字信号处理器对图像进行压缩、显示，并转化为特定的图像格式，例如JPEG格式。

最后，图像文件被存储在存储器中。

通过LCD（液晶显示器）查看拍摄到的照片，或者输出到计算机、打印机或电视上。

2.数码相机的主要技术参数
像素数：是数码相机的一个最主要的技术参数，反映相机内部的光电转换芯片所包含的光电单元数，也是决定数码相机的成像分辨率的关键指标，该值越大，光敏元件越多，分辨率越高，相机价格就越贵。

目前主流单反数码相机像素在2000万以上，顶级专用相机，已有超过1亿像素级的产品。

手机普遍都是200~500万像素,家庭用的相机一般都要800~1610万像素左右。

CCD/CMOS尺寸：是CCD芯片的有效感光单元的对角线大小，通常用分数表示。

一般有1/1.8英寸CCD，也有2/3英寸（更好）和1/2.7英寸（稍差）的。

在像素数一定的情况下，CCD/CMOS 尺寸越大单位像素所占的面积就越大，照片画质越好，可以在高ISO时有效降噪。

普通DC在ISO400时图像噪点就惨不忍睹，而DSLR在ISO800时图像质量仍然很好。

光学变焦（Optical Zoom）：数码相机采用光学镜头结构来实现变焦。

光学变焦不会改变成像效果。

光学变焦倍数是指变焦镜头的最长焦距和最短焦距的比值。

光学变焦倍数越大，取景范围的变化就越大。

没有光学变焦的数码相机，档
次相对较低。

目前的数码相机基本都提供三倍的光学变焦。

如：18—55mm镜头，70—200mm镜头。

感光度（ISO）：反映数码相机CCD/CMOS感光器件感光速度的参数，它是与传统胶卷的感光度相对应的。

ISO数值越高就说明该感光元器件的感光能力越强，对曝光量的要求就越少。

常用的ISO值有50、 100 、200、400 、1000等，
ISO50,ISO100在光线充足的情况使用，而高ISO值在光线不足的情况下使用。

高ISO会导致图像噪点。

最大分辨率：分辨率是衡量数码相机记录景物细节能力的一项指标，它的高低决定了所拍摄影像的清晰度高低。

数码相机能够拍摄的最大图像的面积，就是这台数码相机的最高分辨率。

它与图像的像素有直接的关系，一张分辨率为640 x 480的图片，那它的分辨率就达到了307，200像素，也就是我们常说的30万像素，而一张分辨率为1600 x 1200的图片，它的像素就是200万。

实际上分辨率的两个数字表示的是图片在长和宽上占的点数的单位。

3.数码相机的基本结构
数码相机的种类很多，但基本结构都是一样的，都是由镜头、图像传感器CCD （CMOS）、A/D（模/数转换器）、MPU（微处理器）、内置存储器、LCD（液晶显示器）、PC卡（可移动存储器）和接口（计算机接口、电视机接口存储）等部分组成。

4. 常用的数码相机的设置
白平衡设置：调节白平衡是防止偏色的技术保证，因为白色偏色很容易辨别，所以调白平衡。

一般数码相机有多种预设白平衡模式，可以适应不同的场景拍摄，如：自动白平衡、灯泡白平衡、日光灯白平衡、室内白平衡、夜景模式、手动调节等。

高级点的数码相机还提供了“白平衡包围”功能，就是使用不同的白平衡模式一次拍摄3张照片，一张正常、一张偏蓝、一张偏红，这样就可以让用户进行对比选择，使得拍摄更加灵活。

手动预设白平衡的方法：把数码相机变焦镜头调到最广角（短焦位置）；将白纸放置好；白平衡调到手动位置；把镜头对准晴朗的天空，拉近镜头直到整个屏幕变成白色按下快门，直到取景器中手动白平衡标志停止闪烁，这时白平衡手动调整完成。

感光度设置：设为自动ISO，或根据实际情况选择合适的感光度。

就目前数码照相机的ISO感光度要因该照相机的有效像素为多少来加以综合考虑，有效像素比较高的数码照相机可以将ISO感光度设置得相对高一些，反之则低一些。

为保证照片质量通常以不超过ISO400(含)为好，数码单反相机也不要超过ISO800(含)为好。

至于超感光度ISO800以上，那是为了获得重要的图片资料或仅为留个影而不得不采取的措施而已了。

曝光补偿设置：曝光补偿是摄影师根据实际的拍摄情况主观调节(补偿)相机的自动测光结果。

相机的测光系统不是在任何情况下的测光都准确，在某些情况下要进行曝光补偿。

在M档时，因为相机不再参与快门或光圈的设置，也就没有了“曝光补偿”的概念。

目前主流数码相机的曝光补偿是以1/3EV为间隔的，有-2.0、-1.7、-1、-1.0、-0.7、-0.3和+0.3、+0.7、+1.0、+1.3、+1.7、+2.0等共12个级别的补偿值。

如果主体曝光不足，则用正补偿，增加曝光量，反之使用负补偿，减少曝光量。

曝光补偿原则：“白加黑减”，具体操作时则可按照：“越白越加，越黑越减”八字原则进行。

闪光灯模式设置：闪光灯模式一般有以下几种，即自动闪光、防红眼与关闭闪光灯、强制闪光、慢速闪光、前/后帘同步闪光等。

自动闪光：数码相机在不作任何设定变动的时候，闪光灯模式都预设在“自动闪光”模式下。

此时，相机会自动判断拍摄场景的光线是否充足。

如果不足，就会自动在拍摄时打开闪光灯进行闪光，以弥补光线。

大部分的拍摄情况下，“自动闪光”模式都足以应付。

防红眼：防红眼英文学名为Redeye reduction，在数码相机上的标志一般为一只“眼睛”。

“红眼”现象在拍摄人像照片（尤其是比较近的距离、环境较阴暗）时常会发生。

这是由于眼睛视网膜反射闪光而引起的。

如果你不想让拍摄出来的人或动物的眼睛出现“红眼”，可以利用数码相机的“消除红眼”模式先让闪光灯快速闪烁一次或数次，使人的瞳孔适应之后，再进行主要的闪光与拍摄。

以下为开不开防红眼和开防红眼两种模式下拍出来的不同图片。

强制不闪光：强迫数码相机关闭闪光灯。

不管拍摄环境的光线条件如何，都不准闪光。

此功能最适宜于静止使用闪光灯的地方进行拍摄。

强制闪光：不管在明亮或弱光的环境中，都开启闪光灯进行闪光。

通常用在对背对光源的人物进行拍摄，可以增强人物的亮度，但是容易造成噪点增加和曝光过度。

慢速同步：不管在明亮或弱光的环境中，都开启闪光灯进行闪光。

通常用在对背对光源的人物进行拍摄，可以增强人物的亮度，但是容易造成噪点增加和曝光过度。

在光线昏暗的环境下拍照时，如果使用闪光灯加较高的快门速度进行拍摄，很容易造成前景主体太亮，甚至是白晃晃的一片，而背景却依旧灰暗，无法辨别细节。

而“慢速闪光同步”会延迟数码相机的快门释放速度，以闪光灯照明前景，配合慢速快门（如1/5秒）为弱光背景曝光。

这样，就能够拍摄出前后景均得到和谐曝光的照片。

前/后帘同步闪光：在弱光的情况下，快门速度比较慢，而前/后帘同步闪光，基本上不会提高快门速度。

比如正常测光，最大光圈的时候，快门速度是1秒。

开启前三种闪光模式后，快门速度能提高到1/90秒。

而前帘同步闪光，在快门开启的同时闪光1/90秒，然后继续曝光到1秒或1/2秒。

后帘同步闪光和前帘同步闪光相反，快门开启后，直到快门关闭的最后，才开始闪光。

实际拍摄中，可以根据实际情况选择合适的闪光模式或进行闪光补偿设置。

5.数码单反相机常用的拍摄模式
AUTO（全自动模式）：只要取景、对焦、按下快门即可拍照。

至于白平衡、快门、ISO值等都交给相机自动处理。

在此种模式下，由于参数设置的不精确，导致成像很一般，毫无特色可言。

P（程序自动曝光模式）：这种模式可以让相机自动设置快门速度和光圈大小，与AUTO模式相同。

如果不能取得正确曝光，液晶显示屏上的快门速度与光圈值便会以红色显示。

这时可以手动调节许多参数。

如:可以通过开启闪光灯、手动改ISO值、曝光补偿等方式使图像正确曝光。

S/Tv（快门优先拍摄模式）：在快门优先模式下，先设置快门速度，相机会自动选择合适的光圈值。

在快门速度设置好后，半按快门，在对焦过程中如果发现光圈值显示为红色，表示图像曝光不正确。

这时需要更改快门速度值，直至光圈值显示为白色为止。

Av（光圈优先拍摄模式）：即事先设置好所需要的光圈大小，数码相机会根据拍摄条件自动调节其它参数。

利用这种模式，可以有效地控制景深的大小。

选择较低的光圈值（开大光圈），景深变小，使背景柔和。

选择较高的光圈值（缩小光圈），景深变大，使整个前景和背景都清晰。

如果快门速度在液晶显示屏上以红色显示，即表示图像曝光不正确需要更改光圈值，直至快门速度以白色显示为止。

M（全手动拍摄模式）：此模式需要我们以手动方式调节快门与光圈的参数，没有相当功底的摄影经验是难以正确曝光的，但在此种模式下学摄影是进步最快的。

自动曝光功能会根据所选择的测光方式自动计算标准曝光量。

半按快门按钮时，液晶显示屏上会出现标准曝光及所选曝光的差值，如果其差值超过正负2级，“-2”、“+2”会以红色显示。

这时必须修改快门或光圈的值，直至曝光正确为止。

夜景拍摄模式：这种模式也叫“慢速快门闪光同步模式”，最适合于拍摄包含前景人物的夜景照片。

相机会用较慢的快门速度配合闪光灯闪光来拍摄，使主体和背景都得到合适的曝光。

为了防止照片模糊，一定要使用三脚架，以保持机身的平稳，保证有足够的曝光和画质。

另外，在闪光灯闪了以后，人物不能马上移动，否则会使图像模糊。

如果只是拍摄夜景，就不要使用闪光灯。

因为闪光灯的有效距离比较短，很容易忽略掉主体后面的景物。

6. 使用数码单反相机的基本过程
7. 数码单反相机的维护
（1）镜头的维护：防潮、防尘、防划伤，加盖和UV镜进行保护。

（2）长期不用时，要经常动一动快门。

（3）照相机要保持清洁、干燥。

（4）电子相机要远离强电场、强磁场。

（5）定期检查、保养。

三、主要仪器设备及耗材
数码单反相机尼康D90 4台
数码单反相机尼康D7100 4台
三脚架4个
四、实验内容和步骤
1．认真阅读所使用相机的说明书，认识相机、镜头上的各个部件，能够说出各个部件名字及其基本功能。

2．练习数码单反相机镜头的安装与拆卸，掌握数码单反相机镜头的安装与拆卸的方法。

3. 练习正确拿握数码单反的姿势。

4.熟悉数码相机的各种调节与设置，进行白平衡模式、感光度模式、曝光补偿模式、闪光灯模式设置、保存模式的调节与设置练习。

5. 熟悉数码单反相机的各种拍摄模式，进行手动模式、自动模式、光圈优先模式、快门优先模式、运动模式、夜景模式、微距模式、人像模式的拍摄练习。

6．选择手动模式，调整快门、光圈、ISO感光度、曝光补偿、白平衡等拍摄参数拍摄一组照片，学会手动模式下的曝光设置，并记录下曝光参数。

7. 练习数码单反的各种测光方式。

8．选择光圈优先模式拍摄一组照片，对同一主体分别优先设置不同光圈拍摄，观察并记录曝光参数。

9．选择人像模式拍摄一组照片，注意现场光线和对焦点的选择。

记录曝光参数并比较与全自动模式拍摄人像的区别。

10．选择风景模式拍摄一组照片，注意变换镜头焦距拍摄，观察并记录曝光参数和画面焦距、景深的范围。

11．选择夜景模式拍摄校园夜景照片和夜景人像照片各一组，记录曝光参数，学会在夜景模式下曝光参数调整和内置闪光灯的使用。

12．选择微距模式拍摄一组照片，记录拍摄曝光参数，学会微距模式下的正确对焦和曝光。

13．选择运动模式拍摄一组运动主体的照片，记录拍摄曝光参数，学会瞬间形象的快速抓取。

14．选择对焦模式为“自动对焦”，设置对焦方式为“单次自动对焦”方式，拍摄一组照片，体验单次自动对焦。

15．选择对焦模式为“自动对焦”，设置对焦方式为“人工智能伺服自动对焦”方式，拍摄一组动静切换的照片，学会跟踪拍摄。

16．进行连拍练习。

五、思考题
1. 数码相机与传统胶片相机有哪些主要区别？
2. 用数码相机拍摄前要进行哪些设置？
3. 数码拍摄时为什么要进行白平衡调节？如何调节白平衡？
4. 数码相机常用的拍摄模式有哪些？
六、实验报告写作要求
要求详细记录自己的实验过程，并记录自己在实验过程中的问题、收获和体会。

实验项目二：数码室外拍摄
一、实验目的
1．熟悉数码照相机的使用。

2．了解自然光线的特点及作用，学习利用自然光线拍摄。

3．理解景别的概念，掌握各种景别的特点。

4. 理解景深的概念，掌握控制景深的方法。

5. 了解拍摄构图，掌握常用的构图方法。

6．熟悉影响曝光量的几种因素，能够根据拍摄需要进行准确曝光。

7. 熟悉室外风光、人像、运动物体拍摄的一般要求。

8．了解追随拍摄和变焦拍摄。

二、基本原理和方法
1. 自然光线的特点及作用
a.日出光与日落光：光线与地面的夹角较小，约为O°－15°。

散射光多，光线柔和，影子较长，色温低（红光成分多），常有雾气和霞光，能较好的烘托气氛和意境，使画面形成一种暖色调。

b.斜射日光：光线与地面之间的夹角为15°至60°。

反射光较多，亮度较强且变化小；色温稳定（为5400K左右），明暗反差正常，影调层次丰富，色彩还原较真实，是较为理想的拍摄时间。

c.午间顶光：光线与地面之间的夹角为60°到90°。

日光的照射角高，亮度最强，阴影多，投影短，顶部亮、下部暗，明暗反差强烈，质感不能准确表现，难于表现立体感和空间感，—般不选这段时间摄像。

d. 阴天：太阳光失去方向性，无阴影，散射光柔和，色温较高，反差小。

日光的光位：是指以被摄物的正面为中心，光源所对应的位置。

按水平方向可分为顺光、顺侧光，侧光、逆侧光、逆光等。

顺光（正面光）：方位在被摄物的正前方。

顺光造型效果均匀平淡，反差小，缺乏立体感、空间感，轮廓不明显，但它可使物体正面明亮，色彩鲜艳。

顺侧光（前侧光）：方位与被摄物的正前方成45°角左右，能形成明显的影调对比，立体感和空间感都很强，也能明显地表达凹凸形状和粗糙表面，常用于拍摄人物和景物。

侧光（正侧光）：方位与被摄物的正前方成90°角，立体感强，轮廓线条突出，但反差十分强烈，易使物体出现阴阳面，一般不宜拍摄人像。

逆侧光（背侧光）：方位与被摄物正前方成135°角左右，立体感和纵深感强，利用落在物体的前侧的投影可以填补画面空白，均衡画面。

逆光（背光）：方位与被摄物正前方成180°角，物体被照的周围边缘形成一条明亮的线条，把物体的全部轮廓清楚地勾划出来了，并且使物体与物体之间、物体与背景之间分开。

可利用逆光的剪影效果简洁画面，突出主体。

2.景别：拍摄距离的远近会影响主体与环境的表现，产生不同的画面效果。

根据视觉距离的远近和景物范围的大小，习惯上一般分为五种景别：远景、全景、中景、近景和特写。

远景：视距最远、表现空间范围最大。

特点：开阔、壮观、有气势、抒情。

电视节目中远景一般用于开篇、结尾（画面）或作为过渡镜头。

由于电视屏幕小，远景不要过多的使用。

注意：大远景一般不用前景；远景拍摄一般不用顺光拍摄，而采用侧光、逆光拍摄，以突出层次。

全景：表现人物全身形象或具体场景的全貌。

全景表现内容中心及结构主体，
比远景明显，重点表视觉轮廓与视觉中心。

特点：全景可以完整地介绍、记录和表现人物或场景（如模特/建筑）；可以用人物形体动作反映情感和心理状态。

（如恋人/仇人）；可以完整地表现人物运动和背景环境的关系（说明、解释、烘托陪衬主体人物）；可以对人物关系起“定位”作用（一组近景+全景）。

中景：表现人物膝以上的部分（或场景的局部）。

中景与全景相比，人物的整体和环境空间降至次要位置。

表现人物，可以将手臂活动的完美表现（突出表现）；表现景物，可以弱化外轮廓，强化内轮廓（大树—弱化树形、强化枝干）。

近景：表现人物胸部以上（或物体局部）的画面。

近景是将人物或被摄主体推向眼前的一种景，擅长表现人物的面部神态、情绪和景物局部的细节。

近景在电视节目中使用频率高（因为屏幕较小），拍摄近景时要求人物表演精细，摄像的焦点要准确。

特写：人物头像或被摄物体的某一细部。

特点：强调表现特点的细部（视觉强化作用，如目光、眼神、热泪、眉毛……）；表现物质材料的质感；画面张力向外延伸（有震撼力）。

注意：特写不能孤立使用（观众茫然）；可以利用特写的不确定性实现转场。

3.景深：指拍摄景物的清晰范围。

从被摄物到最近清晰点的距离叫前景深，被摄物到最远清晰点的距离叫后景深，前景深与后景深之和叫全景深，简称景深。

影响景深的因素：
a. 光圈:u、f不变，则光圈大，景深短；光圈小，景深长。

b. 焦距：u和光圈不变，f越长，景深越短；f越短，则最深越长。

c. 物距：f和光圈不变，物距愈远，景深愈长；物距愈近，景深愈短。

4. 构图：合理构思、组织和安排画面的各个组成成分，以突出主体，揭示主题，吸引观众的眼睛，引导观众更准确更深入地读解画面。

构图的基本组成部分包括主体、陪体、背景、前景、空白。

拍摄距离、拍摄方向、拍摄角度、横竖画幅、视觉中心、主陪体关系（前景与背景、虚实关系等)、主体与环境的关系以及透视规律都会影响构图效果，在实际构图中要综合考虑各种因素。

常用的构图方法：三角形构图、视觉中心构图、对角线构图、曲线构图、对称构图、斜线构图、水平线构图、垂直线构图等等。

5. 曝光的影响因素
正确曝光：是影响摄影效果的最基本、最重要的因素，也是摄影造型的一种艺术表现手段。

正确曝光技术标准：影调丰富、层次分明、质感较强、清晰度高，景物中较亮和较暗部分的影纹也能分辨。

正确曝光艺术标准：是否表达作者的创作思想、意图和感情；是否具有强烈的感染力；是否能渲染环境和气氛。

技术标准和艺术标准是相互渗透的。

正确曝光的实现：通过控制光圈和快门来实现。

曝光参数方程： EV=TV+AV=BV+SV
（EV指曝光值，T指有效曝光时间，A指镜头的光圈读数，B指被摄体的平均亮度，S指感光度。

）景物越亮，感光度越高，EV值就越大；EV值越大，光圈和快门的组合就越多。

影响曝光的因素：ISO、自然光线、人造光线、被摄物表面、被摄体所处环境、画面的整体基调、气氛的控制等都会影响曝光。

三、主要仪器设备及耗材
数码单反相机尼康D90 4台
数码单反相机尼康D7100 4台
三脚架4个
四、实验内容和步骤
1.练习各种景别的拍摄，掌握各种景别的特点。

2．根据自然光线的基本特点，练习利用自然光线进行拍摄，并记录拍摄的基本情况。

3．对同一拍摄对象进行对比拍摄，并记录和分析效果:
a. 不同光圈的拍摄；
b.不同快门速度拍摄运动物体；
c.不同距离的拍摄；
d.不同角度的拍摄；
e.不同方向的拍摄；
4．横竖画幅的拍摄练习；
5. 视觉中心拍摄练习；
6．练习利用各种因素控制景深，掌握控制景深的方法。

7. 练习常用的构图方法，掌握常用构图方法。

8.练习不同光线下室外风光拍摄。

8.练习不同光线下室外人像拍摄。

10.练习室外运动物体拍摄，掌握快门对运动物体拍摄的影响。

11．练习追随拍摄和变焦拍摄。

五、思考题
1. 什么是景深，如何控制景深？
2. 有哪些景别，各种景别的表现重点是什么？
3. 如何利用自然光线进行拍摄？
4. 常用的构图方法有哪些？
5．谈谈快门对运动物体拍摄效果的影响。

六、实验报告写作要求
要求详细记录自己的实验过程，并记录自己在实验过程中的问题、收获和体会。

本实验结束后要上交一张室外拍摄作品，要求有主题（题目），并要求记录拍摄时的基本信息（包括天气、时间、当时的光线情况、所用的光圈、快门速度、感光度、曝光补偿、景别等信息）。