照相机镜头的光学特性
数码摄影的八大参数
数码相机是集光学、机械、电子于一体的产品，它集成了影像信息的转换、存储、传输等部件，具有“数字化存取”模式、与电脑交互处理、实时拍摄等特点。
数码相机的许多性能指标都借助了传统相机的相关概念，但数码相机与传统相机在构造上有着本质的不同，所以一般厂家都使用了“相当与传统相机”的概念，对数码相机进行描述。
与传统相机一样，数码相机的各部件的性能参数影响着影像的生成效果，本章节的内容就是主要介绍影响数码相机拍摄品质的八个性能参数:1、数码相机的色彩深度色彩深数也就是彩色位度，数码相机的彩色深度指标反映了数码相机能正确记录的色调有多少，色彩位数值越高，就越有可能真实地还原亮部及暗部的细节。
目前几乎所有的数码相机的色彩位数都达到了24位，可以生成真彩色的图象。
一些号称30或36位的数码相机，实际上也只有24位，目前商用级的数码相机CCD都是24位色彩位数。
这一指标目前并不是衡量数码相机的关键指标。
2、数码相机的分辨率正如传统的照片分辨率与相机所用“胶卷”有很大关系一样，数码相机所拍摄的图像的分辨率与它的“胶卷”――图像传感器有十分的关联，而其核心部件――成像光敏元件的运行直接影响到成像的分辨率。
目前使用的光敏元件有两种：一种是广泛使用的CCD（电荷耦合）元件；一种是新兴的CMOS（互补金属氧化物半导体）器件。
在相同分辨率下，CMOS比CCD便宜，但是CMOS光敏器件产生的图像质量要低一些。
CCD图像传感器由一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变为电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字相机的CCD内含的晶体管数量越多，分辨率也越高。
CCD 的分辨率——“像素数”常被用作划分数码相机档次的主要依据。
虽然如此，但正如颗粒度不能完全概括胶卷的成像质量一样，分辨率也不是评价CCD质量的唯一标准。
除了CCD的分辨率，色彩深度、芯片本身的制造水平等对最终成像质量也能带来不容低估的影响。
但与数码相机其它指标相比，分辨率依然是数码相机最重要的性能指标。
照相机的原理及结构
照相机的原理及结构照相机是一种用来捕捉和记录影像的器材。
它通过控制光线的进入方式来收集图像，这种图像可以直接记录在光敏材料上，也可以被转化成电子信号并储存到数字媒介中。
以下是关于照相机的原理及结构的详细解释：1.照相机的原理：在拍摄时，光线通过镜头进入相机，并在其中的透镜组织中被聚焦。
透镜会将图片中的物体反射出的光线聚集并投影在感光材料上。
感光材料在受到光线照射时，会对光线的强弱产生反应，形成一个模拟图像。
这个图像可以是胶片上的化学反应产生的颜色和亮度变化，也可以是传感器上的电子信号的变化。
2.照相机的结构：照相机通常由以下几个主要组成部分构成：(1)机身：照相机的机身是整个相机系统的主要承载结构，提供了稳定度和保护内部元件的功能。
它通常由金属、塑料或合金制成，并具有相机的控制按钮、显示屏以及其他附加功能。
(2)镜头：镜头是照相机最重要的光学部件，由多片透镜构成。
其主要作用是通过聚焦进入镜头的光线，在感光材料上形成清晰的图像。
镜头的特性主要包括焦距、光圈大小和变焦能力。
(3)快门：快门是一个机械装置，控制进入镜头的光线进入感光材料的时间。
它由一个快门帘和快门幕组成，通过开关机关控制光线的进入时间。
打开快门会暴露感光材料一段时间，使其在光线照射下获得适当的曝光。
(4)感光材料：感光材料可以是胶片或传感器。
胶片是由一个或多个涂有感光化学物质的塑料基底组成，用于记录图像。
传感器则是一种通过转换光信号为电信号的电子元件。
感光材料上的光线在被暴露时，会通过化学反应或电子信号的变化记录并储存图像。
(5)曝光控制系统：曝光控制系统主要用于调整光圈和快门速度，以便在不同的拍摄条件下获得适当的曝光。
光圈控制光线通过镜头进入的量，决定图像的景深。
快门速度控制光线进入感光材料的时间，决定图像的明暗程度。
(6)显示屏和存储介质：现代照相机通常配有显示屏，用于预览和查看即拍即看的图像。
同时，照相机也具备内置存储介质（如SD卡），用于储存拍摄的图像和视频。
第04课：镜头的类型与成像特点
f f
相当35mm镜头焦距 （非全画幅数码相机）
不同数码相机的感光元件尺寸大小各 不相同，所以使用相同焦距镜头所产 生的视角也会发生变化。
由于胶片时代长期形成的使用习惯， 人们对35mm胶片相机的各类镜头较 为熟悉，将数码相机焦距转换为相当 于35mm胶片时更便于理解和使用。 相机镜头或使用说明中一般会标注转 换系数或换算后的焦距。
相对口径：镜头的光圈直径与镜头焦距的比值。表示各级光圈
的通光能力。
有效孔径=
Dmax
f
D
相对孔径=
f
光圈系数
镜头各级相对孔径的倒数称光圈系数或F系数 光圈系数的分布通常为 2 倍级数排列，每档光圈曝光量相差一倍， 如：
1、1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、 22、32 等。
更细致的划分，光通量相差1/3档： 1（1.12；1.26），1.4（1.6；1.8）， 2（2.2；2.5），2.8（3.2；3.5），4（4.5；5）， 5.6（6.3；7），8（9，10），11（12.7，14）， 16（18；20），22（25；28），32（36，40）
视场与视场角
焦距与视角的关系
通常在拍摄位置与被摄对象距离不 变的情况下： 镜头的焦距越短，则其视角越宽， 拍摄范围越大，物体所形成的影像 越小； 镜头的焦距越长，视角越窄，拍摄 范围越小，镜头所成的影像则越大。
视角与焦距、画幅尺寸的关系
镜头的视角与焦距长短和感光元件的画幅尺寸有关 当画幅一定时：焦距越短，视角越大， 焦距越长，视角越小 当焦距一定时：画幅越大，视角越大， 画幅越小，视角越小。
F系数通常也用f/表示，如f/ 2，f/2.8， f/5.6等。
光 圈 孔 径 与
照相机的原理初中物理
照相机的原理初中物理照相机是一种能够将景物或人物的影像记录下来的设备。
它的原理是基于光学和化学的相互作用，通过透镜、快门和感光材料等组件来捕捉并保存图像。
下面我们来详细了解一下照相机的原理。
1. 光学原理照相机的镜头是最重要的光学部件之一。
它由一组透镜构成，可以使光线聚焦到感光材料上。
当光线通过透镜时，会发生折射现象，也就是光线的传播方向会发生改变。
透镜的形状和材质可以影响光线的折射程度和聚焦效果。
透镜的焦距决定了图像的清晰度和放大倍数。
当物体离镜头越近，光线就会更加集中，图像就会变得更大、更清晰。
而当物体离镜头越远，光线就会更加发散，图像就会变得更小、更模糊。
2. 快门原理照相机的快门是控制光线进入感光材料的时间的装置。
它由两个帘幕构成，一个是前帘幕，一个是后帘幕。
当按下快门按钮时，前帘幕会打开，光线可以进入照相机的感光材料上。
在一定时间后，后帘幕会关闭，停止光线的进入。
这个时间就是快门速度，用来控制曝光的时间。
快门速度越快，感光材料曝光的时间就越短，图像就会更加清晰。
而快门速度越慢，感光材料曝光的时间就越长，图像就会更加模糊。
3. 感光材料原理感光材料是照相机中用来记录图像的关键部件。
在早期的照相机中，感光材料主要是胶片，而现在的照相机则主要使用数字感光器件，如CCD或CMOS。
感光材料的工作原理是基于光的化学反应。
当光线照射到感光材料上时，感光材料中的银盐会发生化学变化。
这些化学变化会在照相机的显影和定影过程中得以保留，从而形成图像。
4. 曝光原理曝光是指感光材料受到的光线照射的程度。
曝光过度会导致图像过亮，曝光不足则会导致图像过暗。
为了获得适当的曝光，照相机需要根据场景的光照条件来调整快门速度和光圈大小。
光圈是控制进入镜头的光线量的装置。
它由一组可调节大小的叶片组成，通过扩大或缩小光圈的大小来控制光线的进入量。
当光圈较大时，更多的光线可以进入镜头，图像就会更亮。
而当光圈较小时，光线的进入量就会减少，图像就会更暗。
照相机的镜头成像原理
照相机的镜头成像原理照相机镜头，作为照相机最重要的组件之一，起着关键的作用。
它通过光学原理将物体的影像转化为可见的图像。
了解照相机镜头的成像原理，有助于我们更好地理解照片的构成和质量因素。
I. 镜头类型及结构照相机镜头可以分为定焦镜头和变焦镜头。
定焦镜头焦距固定，可以提供更清晰和质量更高的图像。
而变焦镜头则具备可变焦距的特点，方便我们对不同距离的物体进行拍摄。
照相机镜头的基本结构包括前组光学系统、孔径、镜组和后组光学系统。
前组光学系统是最靠近物体的一组透镜，起到聚焦作用。
孔径是光学系统中的一个开口，用于控制光线通过的数量和方向。
镜组是最重要的组件，决定了成像的质量。
后组光学系统主要用于调焦，以使成像更加清晰。
II. 光线的折射和聚焦当光线从空气传播到镜头中的物质介质（通常是玻璃）时，会发生折射现象。
折射是光线由一种介质传播到另一种介质时改变传播方向的现象。
光线通过镜头时，会根据光的折射定律发生折射，从而改变传播方向。
通过调整透镜的位置和形状，照相机镜头可以将光线聚焦在相机底片或传感器上。
III. 焦距和光圈对成像的影响焦距是镜头的一个重要参数，决定了成像的大小和清晰度。
对于定焦镜头而言，焦距即镜头到成像平面的距离。
而对于变焦镜头，焦距可以通过调节镜头的结构变化。
光圈则决定了镜头光线的透过量和成像的明暗程度。
光圈由薄片或螺旋构成，通过调整光圈的大小，可以调节进入相机的光线量，从而影响曝光时间和深度。
IV. 成像的畸变与校正由于光线的折射和透镜的制造工艺，照相机镜头在成像过程中会出现畸变。
畸变是指真实物体形状和尺寸与成像中的形状和尺寸的偏差。
主要包括桶形畸变、嵌套畸变和球形畸变。
为了解决或减小这些畸变，照相机镜头通常会进行光学校正。
光学校正采用复杂的镜片组合、表面形状设计和精确的制造加工工艺来纠正畸变，使得成像更为准确。
V. 光学镀膜的应用光学镀膜是在透镜表面涂上一层薄膜，以增强透镜对特定光波的透过性和反射性能。
照相机镜头淡紫色原理
如果照相机镜头出现淡紫色效果，可能是由以下原理造成的：
光的散射和色散：照相机镜头中的光学元件（如透镜）会散射和折射光线。
由于不同波长的光在光学材料中的折射率不同，光的色散现象会导致光线的分离和色彩偏移。
当镜头的设计或材料特性引起色散时，可能会产生淡紫色的效果。
光的反射和吸收：照相机镜头上的镀膜和光学涂层旨在减少光的反射和提高透光率。
然而，不完美的镀膜或涂层可能会导致光线的部分反射和吸收，特别是在紫外光谱范围内。
这可能导致镜头产生淡紫色的外观。
光的干涉和衍射：光线经过镜头时可能会发生干涉和衍射现象，尤其是在光线入射角度和波长变化较大的情况下。
这些现象会导致光线的干涉条纹和衍射效应，可能产生淡紫色的外观。
需要注意的是，镜头淡紫色效果可能是由多种因素综合作用造成的，而具体的原理会受到照相机镜头的设计、材料和制造工艺等因素的影响。
此外，一些摄影师也会有意通过滤镜或后期处理来加强或减弱镜头的色彩效果，以实现艺术表达的目的。
第三节 镜头的种类及特性
长焦距镜头视角小,可以将远处的被摄体“拉近”，删除多余的 景物，使其充满整个画面，从而使画面构图简洁。
长焦距镜头视角小,可以将远处的被摄体“拉近”，删除多余的 景物，使其充满整个画面，从而使画面构图简洁。
人像摄影师经常拍摄人像使用的焦距段 人像摄影师喜欢使用中等远摄镜头（通常称为中 焦镜头，焦距为标准镜头的两倍左右，如135照相 机焦距在85mm-135mm左右的镜头),使被摄者在画 面上占据较大的面积,又能适当拉开照相机和被摄者 之间的距离,不会给被摄者造成心理压力. 使用长焦距镜头时应特别注意相机的持稳速度,尽 可能采用三角架或独角架支撑,以获得清晰的影像.
单环推拉式变焦镜头
双环转动式变焦镜头
4、变焦镜头的配备
在配备变焦镜头时，如果只想配备一只变焦镜头， 通常应选择包含广角、标准、与中焦的镜头，如 28-70mm、24-85mm、24-120mm、28-300mm、 18-200mm、18-300等，这样就足以应付大量日常 拍摄的需要了。 如果要配备两只变焦镜头，基本考虑是包括所有常 用的焦距，且不使两只变焦镜头的变焦范围有过多 的重复。从一这指导思想出发，可选择有18-55mm、 28-70mm、或24-70mm加上80-200mm、70200mm、70-300mm等，此外，如果再加上一只大 口径的标准镜头和一个增距镜，就几乎能满足各种 拍摄的需要了。
2、变焦倍率
变焦倍率又称为变焦比，也就是变焦镜头的最长焦 距与最短焦距之比，常见的变焦倍率有2倍（1424mm,17-35mm、35-70mm等）。3倍（2470mm、70-200mm等)、4倍（70-300mm、35135mm等)、5倍（28-135mm、24-120mm,60300mm等)、6倍（35-210mm、50-300mm等)、7 倍（28-200mm等）等，变焦倍率越大，就越能以 一只镜头发挥多只镜头功能的优势；但是也有体积 相对较大，口径相对偏小，成像质量相对较差的不 足。
摄影光学镜头基本知识
摄影光学镜头基本知识摄影光学镜头基本知识光学镜头是机器视觉系统中必不可少的部件，直接影响成像质量的优劣，影响算法的实现和效果。
下面是店铺为大家分享摄影光学镜头基本知识，欢迎大家阅读浏览。
1 概论对于相机，镜头的好坏一直是影响成像质量的关键因素，数码相机当然也不例外。
虽然由于数码相机的CCD分辨率有限，原则上对镜头的光学分辨率要求较低;但另一方面，由于数码相机的成像面积较小(因为数码相机是成像在CCD上，而CCD的面积较传统35毫米相机的胶片小很多)，因而需要镜头保证一定的成像素质。
举例来说，对某一确定的被摄体，水平方向需要200个像素才能完美再现其细节，如果成像宽度为10mm，则光学分辨率为20线/mm的镜头就能胜任，如果成像宽度为1mm，则要求镜头的光学分辨率必须在2000线/毫米以上。
另一方面，传统胶卷对紫外线比较敏感，外拍时常需要加装UV 镜，而CCD对红外线比较敏感，镜头增加特殊的镀层或外加滤镜也会大大提高成像质量。
镜头的物理口径也是必须要考虑的，且不管其相对口径如何，其物理口径越大，光通量就越大，数码相机对光线的接受和控制就会更好，成像质量也就越好。
商用或家用数码相机的镜头，部分厂家采用了相对比较好的镜头。
富士相机采用了170线/毫米解析度的专业富士龙镜头，这种内置的新型富士龙镜头比大多数SLR镜头更清晰。
不仅在精度上保证了图象拍摄的品质，而且其镜头错误率也达到令人惊异的0.3%, 较一般的数码相机低2/3。
另外在部分数码相机中，还提供了远距及广角两种镜头方式。
这在您选择数码相机时，也是一个参考的指标。
在传统的数码相机中，广角镜头是一种焦距短于标准镜头、视角大于标准镜头、距长于鱼眼镜头、视角小于鱼眼镜头的摄影镜头。
广角镜头又分为普通广角镜头和超广角镜头两种。
135照相机普通广角镜头的焦距一般为38-24毫米，视角为60-84度;超广角镜头的焦距为20-13毫米，视角为94-118度。
由于广角镜头的焦距短，视角大，在较短的拍摄距离范围内，能拍摄到较大面积的景物。
照相机的光学原理
照相机的光学原理镜头的调节主要是指焦距和光圈的调节。
大多数镜头都标有距离指示，告诉你镜头调焦的远近、景深范围的大小，以及清晰聚焦区域的宽窄。
影响景深的三个因素是光圈，被摄体到照相机的距离，以及镜头的焦距。
焦距最短的镜头对准无限远聚焦时，其最小的有效光圈能产生最大景深。
也就是说光圈越大，焦距越长，被摄体距离越近，景深就越小。
光圈的调整是控制胶片曝光的一个重要因素。
最佳光圈的选择有赖于景物所需的景深多少和快门速度的调定。
快速快门能凝固被摄体的动作，避免照相机抖动影响景象质量，而慢速快门能产生模糊影象。
镜头的选择选择快镜，也就是选择最大孔径的镜头，在低照度时，镜头的速度影响曝光。
聚焦和光圈景深:被摄体周围适度清晰聚焦的范围对最终影象的出现起着至关重要的作用。
为了充分利用镜头上提供的所有光圈，可把照相机固定在三脚架上，以防照相机抖动。
这里所示的两张照片均采用相同的曝光量，但第一幅（下图）是按1/60秒、f/16拍摄的。
此间所有其他光圈和快门速度的组合也能够产生曝光正确的影象。
f/光圈数和光圈大小调定在某一f/光圈数时的任何种类的镜头能够透射过几乎相同光量的影象，因为光阑直径直接与焦距相关，例如，一只80毫米的镜头在使用5毫米的光阑直径时，光圈必定调节在f/16上。
因此镜头的焦距在除以光阑直径后，就得到相应的f/光圈数。
焦距标记调节调焦环螺纹，镜头从照相机处伸出，随着调焦环的转动，通过放认对准固定参看符号的标记，你就可以发现正在调节的焦距。
光圈调节向上转动光圈环至下一个f/光圈数（例如从f/4到f/5.6）,光圈大小减半（即达到胶片的光量减半）；向下转动光圈环至下一个f/光圈数（例如从f/4到f/2.8）。
光圈大小增加一倍。
景深范围随着镜头对被摄体聚焦，可在固定参看符号两边寻找对应于（或接近）己调定的光圈f/数，辨认焦距标记下相对的数值，便可决定有效景深。
景深的作用光圈大小的改变：通过相同焦距的镜头对相同距离的被摄体聚焦，该示说明光圈大小的调整是如何改变景深的。
照相机简介
1. 照相机简介 2.各类摄影机介绍 3.胶片和摄影处理 4.摄影用光和摄影构图
学习本课程的目的
； 3.掌握选购照相机的方法； 4.了解感光材料的摄影处理方法； 5.理解数码照相CCD的成像原理，并了解像素 和芯片尺寸的内涵； 6.了解摄影的用光和构图的技巧。
第 1 讲 照相机简介
•双镜头照相机
第 1 讲 照相机简介
•多镜头照相机
第 1 讲 照相机简介
P31 摄 影 地 面 经 纬 仪
第 1 讲 照相机简介
RC30 框幅式航摄仪
第 1 讲 照相机简介
ADS40 数字航空照相机
第 1 讲 照相机简介
全景相片，拍摄数据：f=8、1/60，Kodak Gold100。
1.2.7 景深和超焦距
第1讲 照相机简介
1.景深：被拍摄物体的前后，能清晰呈像的距离范围。
2.3.6 景深和超焦距
1.2.7 景深和超焦距
第1讲 照相机简介
D.F
△D
D2
D1
f
2
2D 2K (Dk /
f
)2
定义：在拍摄某一有限物距为D的物体时，远景D2、 近景D1之间所有物体构像的模糊圈直径小于限差ε ，则 远景与近景的纵深距离称为景深，Depth of Field
结论：
（1）景深与D、ε、k 成正比； （2）景深与 f 成反比。
1.2.7 景深和超焦距
第1讲 照相机简介
2.超焦距 H
当照相机在调距无限远处时，照相机最近的清晰的 点（即前景深的点）到镜头的距离叫超焦距。 （注：一般摄影时，20m以上即为无限远处） 对于景深公式，即 D2→∞,H=D。
H f2
第 1 讲 照相机简介
《应用光学》第12章 照相机和投影仪
机械补偿的变焦距物镜除了包含有作线性移动的变倍组以 外，还需有作非线性移动的补偿组。如图12.13所示。L1 是前固定组，L2是变倍组，L3是补偿组，L4是后固定组。
L2和L3组成了物镜的变焦部 分。当变倍组由左向右作线 性移动时，焦距由短变长， 同时像面发生位移。用补偿 组L3作相应的非线性移动， 使位移了 的像面经补偿组后 重新成在固定的位置上。总 的焦距变化是由变倍组和补 偿组同时移动的结果。变倍 组和补偿组的移动要匹配， 即两者的位置要一一对应。
另外，放大率、工作距离等也是投影系统的光学特性。 二、照明系统
1、临界照明
可使物面照度均匀化。图12.20所示为柯拉照明系统，它由两组 聚光镜L1和L2组成。光源通过L1成实像在L2的孔径光阑处，L1 的
图12.20
行光束。此时，孔径光阑是可调的，以控制物点成像光束孔径 角的大小，充分发挥物镜的分辨能力。视场光阑也是可调的， 以适应不同倍率物镜、目镜组合条件下，被照明视场大小变化 的要求；同时拦截系统中有害的杂散光，改善像面的对比度， 如图12.21所示。
隔一定距离的两个平面 A和A’之间，有两个位 置可使得两平面互为物 像关系，如图12.11所
示，其放大率分别为 和1/.即当一个位置成
缩小像时，另一位置成 放大像。而当透镜从位 置1移到位置2，放大率
图12.11
就在和1/ 之间连续变化。所以该透镜被称为变倍组或变
焦组。但只有一组透镜还不足以在满足变焦的同时满足其 他三个要求，所以就需要采取一些措施，这就是两组可移 动的透镜组，其中一组是变焦组，另一组是补偿组。如图 12.12所示
变焦物镜通常是按照系统中变焦透镜组的个数，以及是正 透镜组还是负透镜组的配置来分类的，如负-负型、负－正型 以及正－负－正型等。
照相物镜设计
7．摄远物镜
由一个正光焦度的前组和一个负光焦度的后 组构成，主要用于长焦距物镜中，系统长度 可以小于焦距。但是相对孔径比较小为1/6， 视场角达到2ω=30°。
摄远物镜的复杂化型式是把前、后两个双透 镜组的一个或两个，用三透镜组来代替，以 增大相对孔径或提高成像质量。
8．反摄远物镜
特点是有一个负光焦度的前组，和一个正光 焦度的后组。能同时实现大视场和大相对孔 径。这类系统的长度比较大，系统的后工作 距离也比较大。
Байду номын сангаас
反摄远物镜及其复杂化形式
2 照相物镜设计的特点
照相物镜光学特性:变化范围很大，视场和相 对孔径一般都比较大，需要校正的像差也大 大增加，结构也比较复杂。
不同结构、不同光学特性的照相物镜中，需要校正 的像差不同，设计方法和步骤也有差别。
１．原始系统结构型式的确定
原始系统的选定是光学自动设计的基础和关键。由 于照相物镜中高级像差比较大，结构也比较复杂， 因此照相物镜设计的原始系统一般都不用初级像差 求解的方法来确定。而是根据要求的光学特性和成 像质量从手册、资料或专利文献中找出一个和设计 要求比较接近的系统作为原始系统。上节我们所以 要介绍各种不同的结构型和它们适用的光学特性， 就是为了使大家在选择原始系统时，做到心中有数。 知道什么样的光学特性和像质要求，大体上应该选 用什么样的结构型式，再去有目的地寻找所需要的 原始系统。
能够校正场曲的最简单的薄透镜系统，是由一个正 透镜和一个负透镜构成的分离薄透镜系统。
根据薄透镜系统初级场曲的公式：
SIV J 2
n
如果系统满足消场曲条件，则SⅣ=0，因此：
1 2 0
n n1 n2
1 2 0
n n1 n2
照相机与眼睛原理
照相机与眼睛原理摄影是一门以光为媒介的艺术形式，它借助于照相机来记录和捕捉现实世界的画面。
而照相机的工作原理与人的眼睛原理有许多相似之处，下面将详细介绍照相机与眼睛的原理。
一、照相机的工作原理1. 光学系统：照相机的光学系统主要由镜头组成，它负责捕捉并聚焦光线。
镜头由多片不同形状的透镜组合而成，通过对光线的折射和散射来使光线聚焦在感光材料上。
这与眼睛的角膜和晶状体的作用类似，它们也负责将光线聚焦在视网膜上。
2. 快门和光圈：照相机的快门和光圈控制着进入相机的光线的数量和时间。
快门控制光线进入感光材料的时间长短，而光圈控制光线的数量。
这两者的调整可以改变照片的曝光量和景深，使照片更加清晰或者模糊。
类似地，人的眼睛通过调整瞳孔的大小来控制进入眼睛的光线量，从而使视觉更加清晰。
3. 感光材料：照相机中的感光材料是记录图像的关键。
在传统的胶片相机中，感光材料是一层由银盐组成的胶片。
当光线进入相机并通过镜头聚焦后，会在感光材料上产生化学反应，形成图像。
而在数码相机中，感光材料是一个由光敏元件组成的传感器，当光线照射到传感器上时，光敏元件会将光信号转化为电信号，进而生成数字图像。
二、眼睛的工作原理1. 角膜和晶状体：人的眼睛的光学系统由角膜和晶状体组成。
角膜是眼睛表面的透明组织，它负责将进入眼睛的光线聚焦在晶状体上。
晶状体则负责进一步对光线进行聚焦，使光线准确地投射在视网膜上。
2. 视网膜：视网膜是眼睛中最重要的感光器官，它由大约1000万个视网膜细胞组成。
当光线聚焦在视网膜上时，光敏细胞会受到刺激并产生电信号，然后通过视神经传递到大脑中进行图像处理和识别。
3. 瞳孔和晶体：人的眼睛通过调节瞳孔的大小来调整进入眼睛的光线量。
当光线强烈时，瞳孔会缩小以减少光线的进入量，而在光线较暗的环境中，瞳孔会扩大以增加光线的进入量。
晶状体则通过变换形状来调整对近距离和远距离物体的聚焦能力。
三、照相机与眼睛的异同尽管照相机的工作原理与眼睛有许多相似之处，但它们之间也存在一些差异。
照相机工作原理
照相机工作原理照相机是一种用于捕捉和记录图像的设备，它的工作原理涉及光学、机械和电子等多个方面。
下面将详细介绍照相机的工作原理。
1. 光学部分：照相机的光学部分包括镜头和光圈。
镜头通过聚焦光线，使得光线能够准确地聚集到感光材料上。
光圈则控制进入镜头的光线的量，通过调节光圈大小可以控制照片的曝光量。
2. 机械部分：照相机的机械部分包括快门和取景器。
快门控制光线进入感光材料的时间，它由两块帘幕组成，通过打开和关闭来控制曝光时间。
取景器则用于观察和对焦被拍摄的对象，它通常位于照相机的顶部。
3. 感光材料：感光材料是照相机中最重要的部分，它能够记录光线的强度和颜色。
在传统的胶片相机中，感光材料是胶片，而在数码相机中，感光材料是一块称为图像传感器的芯片。
当光线通过镜头进入照相机时，它会打在感光材料上，产生化学反应或电信号，最终形成图像。
4. 电子部分：照相机的电子部分包括图像处理器和存储器。
图像处理器负责对感光材料上记录的图像进行处理，包括去噪、锐化、调整色彩等。
存储器则用于存储处理后的图像，可以是内置的存储卡或者外部设备。
照相机的工作原理可以简单概括为：光线通过镜头进入照相机，经过光圈调节光线的数量，然后通过取景器观察和对焦被拍摄的对象。
当按下快门按钮时，快门打开一段时间，光线进入感光材料，产生化学反应或电信号。
然后，图像处理器对记录的图像进行处理，最终存储在存储器中。
现代的照相机已经发展到了数码时代，使用的是电子传感器而不是传统的胶片。
数码相机的优势在于可以立即查看和删除照片，方便快捷。
此外，数码相机还可以通过连接电脑或其他设备进行图像处理和分享。
总结起来，照相机的工作原理是通过光学、机械和电子等多个部分的协同作用，将光线转化为图像并进行处理和存储。
这个过程涉及到镜头聚焦、光圈调节、快门控制、感光材料记录和电子处理等多个环节。
通过不断的技术创新，照相机已经成为人们记录生活和创作艺术的重要工具。
照相机物理原理
照相机物理原理照相机的物理原理涉及到光学、成像学和电子学等多个领域。
以下是照相机的基本物理原理：1.光学系统：•照相机的光学系统主要包括镜头和光圈。
镜头通过折射和聚焦，将光线聚集到感光元件上，形成清晰的图像。
光圈则控制进入镜头的光线的数量，影响照片的深度和曝光。
2.焦距和景深：•镜头的焦距决定了照片中物体的大小，而景深则是在照片中能够保持清晰的距离范围。
通过调整镜头的焦距和光圈大小，可以控制景深，从而影响图像的效果。
3.快门：•照相机的快门控制曝光时间，即感光元件暴露于光线的时间。
较长的曝光时间适用于低光条件下，而较短的曝光时间可用于捕捉快速运动的物体。
4.感光元件：•照相机中的感光元件通常是光敏材料，如胶片或数字相机中的光电二极管（CCD或CMOS）。
当感光元件受到光照时，会产生电荷，形成图像。
5.成像传感器：•数字相机中使用的成像传感器（如CCD或CMOS）将光信号转换成电信号。
这些电信号经过处理后形成数字图像，可以储存在存储卡中或传输到计算机上。
6.取景器和显示屏：•取景器用于观察场景，有助于构图和对焦。
在数字相机中，还可以使用LCD显示屏实时查看拍摄的图像。
7.白平衡：•照相机通常具有白平衡功能，用于调整图像中的颜色以适应不同的光源，确保图像的色彩真实。
8.自动对焦：•许多照相机配备自动对焦系统，通过传感器检测物体距离，自动调整镜头焦点以确保图像清晰。
总体而言，照相机的物理原理是通过光学系统捕捉场景的光线，通过感光元件转换为电信号，再通过电子学和图像处理形成最终的照片或图像。
各种参数和功能的调整都涉及到光学、电子学和计算机图像处理等方面的原理。
生活中光学应用及原理
生活中光学应用及原理光学是研究光的传播、反射、折射、干涉、衍射和吸收等现象的科学。
在生活中，光学应用广泛，从日常生活用品到科学仪器，都离不开光学原理。
以下是一些常见的光学应用及其原理。
1. 照相机及相机镜头照相机和相机镜头是光学应用的典型例子。
相机镜头通过改变光线的路径和聚焦来形成清晰的图像。
镜头中的透镜把光线聚焦在感光芯片上，使图像变得锐利。
凹透镜和凸透镜可以通过调整其位置改变聚焦距离，从而使物体清晰地显现在感光芯片上。
2. 显微镜显微镜是一种通过放大物体的细节以观察微观结构的仪器。
显微镜使用了光的折射和放大原理。
在显微镜中，光通过物体时会被物体折射，然后进入镜头放大物体的图像。
通过调整镜头的位置和放大倍数，可以得到更高分辨率的图像。
3. 望远镜望远镜用于观察远距离的物体，如天体。
光学望远镜的工作原理基于折射和放大原理。
望远镜使用了两个镜头，一个目镜和一个物镜。
物镜聚焦入射的光线，形成一个实像，然后目镜放大这个实像，使其可见。
通过调整镜头的位置和放大倍数，可以得到更清晰和详细的图像。
4. 光纤通信光纤通信是一种利用光传输信息的技术。
它的工作原理是通过将信息转化为光信号并通过光纤进行传输。
光纤内部有一个光反射的核心，可以将光信号沿着光纤进行传输。
光的折射和反射特性使得信号能够在光纤中传播数百甚至数千公里，而且信号的质量几乎不会有损耗。
5. 激光激光是一种以非常高强度和高纯度的单色光束为特征的光学器件。
激光的工作原理是通过光子的受激辐射来放大和产生一束高度集中的光。
激光通常通过将光束聚焦为一束非常窄的光线，并且能够以高速传输数据或进行精确的切割和定位等应用。
6. 光学显微镜光学显微镜是一种用于观察小于0.1毫米尺度的微小结构的仪器。
在显微镜中，样本反射或透过光并经过物镜组聚焦，形成一个放大的实像。
通过调整目镜的位置和放大倍数，可以得到更清晰和详细的图像。
光学显微镜广泛用于生物学、医学、材料科学等领域的研究。
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2020/4/4
五、镜头的视场角和像场角
现代遥感中常用的概念
视场角(Field of View---FOV) 瞬时视场角(Instantaneous Field of View---IFOV)
光学系统
线阵CCD FOV
IFOV
GW
GR
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六、镜头分辨率
• 1、定义： 是表征物镜分辨被摄景物微小细节的能力
ab n
d
n1
n2
七、镜头的加膜
3、加膜后的镜头颜色
• 同一种介质对不同波长的色光有不同的折射 率，所以加膜镜头并不能完全消除各种色光的 反射。
• 通常加膜的厚度和它的折射率是根据波长位 于可见光光谱中段的绿色光(λ＝550nm)来确定 的，这时可见光谱区两端的红光和紫光还会反 射。因此，这样的加膜镜头都带有紫红色。
2020/4/4
三、相对孔径和光圈系数
像面中心照度公式推导
进入镜头的光通量：
S
B
d S FBS
影像的光通量：
a
b
FkF
影像的照度： E 0 F / S kB S / S
由于：
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S 1 a2
S 2 b2
d2/a2
2
d2
4a2
三、相对孔径和光圈系数
像面中心照度公式推导
由此可得：
存在畸变像差。
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长焦（望远）镜头
• f>100mm，适用于远距离摄影。
•首先，质量上乘的长镜头价格昂贵； •其次，长镜头往往又大又笨重 ； •第三，镜头的焦距越长,照相机就必须把握得越稳定 ； •第四， 成像质量受大气环境的影响比较大。
2020/4/4
变焦镜头
2020/4/4
在一定的范围内焦距可变 。
• (1)定义：当镜头对焦在无穷远时，位于无穷远处的景 物可清晰构像；同时离镜头不小于某一距离H的所有物 体，其构像都清晰，这个距离H就称为超焦点距离。
2020/4/4
八、景深和超焦点距离
4、超焦点距离 (hyperfocal distance)
(2)计算公式 a,a1H
H f2
k
2020/4/4
2020/4/4
七、镜头的加膜
a
n n1 n2
b
• a的波峰与b的波谷相遇，振幅相等，方向相反 ，光强为零。
需要解决的问题： 1. 如何使a、b的光强相等？ 2. 如何使a、b的光程差为λ/2？
2020/4/4
七、镜头的加膜
1、如何使光强相等
当光线由折射率为n1的介质到达折射率为n2的介质时
R n2 n1 2 n2 n1 2
3、影响景深的主要因素
• (2)光圈系数 k越大，景深越大。
2020/4/4
八、景深和超焦点距离
3、影响景深的主要因素
• (3)焦距 f越长，景深越小。
• (4)模糊圆的大小 所允许的δ越大，景深就越大。
景深标尺
2020/4/4
八、景深和超焦点距离
4、超焦点距离 (hyperfocal distance)
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二、焦距和像比例尺
2、影像比例尺
1 l b
mLa
11 1 ab f
1 f
m a f
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二、焦距和像比例尺 3、对影像大小的影响
• 当a一定时，即在物距相等的条件下，f长，比例尺就大 ；f短，比例尺就小。
• 为得到比例尺较大的影象，可以采用长焦距镜头摄影， 如航空摄影，新闻摄影。
•
f
2
KB d
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结论：相邻的光圈系数所 对应的曝光时间相 差一倍。
光圈系数
• 例：对某一景物摄影时，f/为4，t=1/100秒， 可使胶卷得到合适的曝光量，若条件不变，f/ 调整为8，此时的曝光时间为多少？
结论：1）f/数值越大，d就越小，进入镜头的光 线越少，所需的曝光时间越长。
八、景深和超焦点距离
4、超焦点距离 (hyperfocal distance)
(3)超焦点距离的应用 • 在航摄中，利用超焦点距离使地面景物清晰成像
。 • 利用超焦点距离，可以得到最大景深。当调焦至
a=H时，得 a12fk2 H 2,a2
• 对相机设计非常重要。固定焦点(不能调焦)相机利 用超焦点距离设计其像距。可调焦相机用超焦点 距离设计最短像距。
2020/4/4
一、镜头及其基本功能
2、镜头的组成
2020/4/4
一、镜头及其基本功能
2、镜头的组成
2020/4/4
二、焦距和像比例尺 1、焦距(Focal Length)
• 从镜头的物方节点到物方焦点的距离叫做物方 焦距。
• 从镜头的像方节点到像方焦点的距离叫做像方 焦距。
• 镜头的焦距基本上就是从镜头的中心点到胶片 平面上所形成的清晰影像之间的距离。
2
• 结论：当景物亮度B一定时，像面照度与相对 孔径的平方成正比。
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三、相对孔径和光圈系数
像面中心照度公式推导
• 光通量(F):单位时间内通过某一面积的光能称 为通过该面积的光通量。
• 照度(E):用来反映物体表面被照明程度的物理 量，实际上是单位面积的光通量：E=F/S 。
• 亮度(B):光源表面沿某个方向上单位面积的发 光强度叫做光源的亮度。
分辨率的主要因素
2020/4/4
六、镜头分辨率
3、分辩率测试方法
2020/4/4
六、镜头分辨率
3、分辨率测定方法
(1)目视法
光源 测试砧板 平行光管
被测物镜
R 1 2d
(2)摄影法
111 R综 R镜 R胶
注：综合分解力永远小于镜头分解力或胶片分解力，并 与其中的最小值相接近。
(3)光学传递函数
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2）相邻的光圈系数所对应的曝光时间相 差一倍。
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四、像面上的照度分布
1、公式推导
p
dθ dcoθs
SPf /coθs
d θS dθ
o
E k 4 B S d P 2k 4 B fd /c c o o 2 s s k 4 B d f 2c4 o s
E Eoco4s
点的校正参数
•
(5)数码相机的校正
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五、镜头的视场角和像场角
L
f
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五、镜头的视场角和像场角
视场角：镜头能在像面上构成影像的范围称为视场，其 直径对镜头中心所成的角称为视场角。
像场角：影像清晰的圆形范围称为像场，其直径对镜头 中心的张角为像场角。
像幅和像场角的关系：
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九、色差和畸变差 1、色差
原因：光学介质对不同波长有不同的折射率， 因此透镜对不同波长有不同的焦距。Pλ2
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九、色差和畸变差
2、畸变差
畸变差产生的原因：
标准镜头
• 135相机，40-58mm的镜头称为标准镜头。 • 120相机，75-85mm的镜头称为标准镜头。 其透视关系与人眼看物体相同，因而应用最广。
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短焦（广角）镜头
• 24-35mm的镜头称为广角镜头。 • 优点：景物空间范围很大，所摄景深很大
，空间视觉效果明显。 • 缺点：易产生影像透视变形，
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复习
相机的基本组成: 镜头(Lenses) 光圈(Aperture) 快门(Shutter) 取景器(Viewfinder) 调焦系统(Focusing System) 暗盒
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复习 普通相机的基本类型
• 120相机 • 135相机 • 110相机 • 一步成像照相机 • 机背取景照相机 • 数码相机 • 多镜头相机
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主要内容
一、镜头及其基本功能 二、焦距和像比例尺 三、相对孔径和光圈系数 四、像面上的照度分布 五、视场角和像场角 六、镜头分解力 七、景深和超焦点距离 八、镜头的加膜 九、色差与畸变差
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一、镜头及其基本功能
1、镜头的基本功能 所有镜头具备的基本功能都是相同
的，让光线进入照相机并聚焦光线在感 光介质上形成清晰的影像。
四、像面上的照度分布
3、控制措施及校正方法
•
(1)设计物镜时，使物镜的入射光瞳随光
束倾角的增大而增大，即让d θ=d，此时
•
EpEoco2sθ
• (2)使用密度从中心向边缘减小的滤光片
•
(3) 上述两种方法一般可使均匀性达到40%
，还要根据厂家提供的不均匀性数据或实测参
数进行最后的校正
•
(4) 对均匀的白板照相可测出像面上每一
• 在航空摄影中的像片比例尺为
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1 f mH
焦距与影像大小的关系
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二、焦距和像比例尺 3、镜头按焦距分类
按镜头的焦距与像幅对角线长度的比值f/d ，分为：
• 标准镜头 d/f=1 • 短焦（广角）镜头 d/f>1 • 长焦（望远）镜头 d/f<1 • 变焦镜头
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tg (L/2)/f ar(cL/t2gf) 22ar(cL/t2g f)
像幅一定时，像场角大小与物镜焦距成反比。
物距一定时，像场角越大，摄取的景物范围越大，但比 例尺小。
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五、镜头的视场角和像场角 物镜按像场角的分类
摄远镜头 标准镜头 广角镜头 特广角镜头 超广角镜头
2<45。 45。 < 2<75 。 75。 < 2<110 。 110。 < 2<133 。 133。 < 2