摄影的基本原理

实验十 科技摄影

实验目的：

1.了解摄影的基本原理。

2.了解照相机的构造，学会使用方法。

实验原理：

一、成像原理

1．成像与调焦。照相机(Camera)主要是由四到六片透镜组合的镜头来成像。按几何光学成像规律

f v u 111=+ (1) 物距u 为二倍焦距之外的物体A ，经透镜成一缩小、倒立的实像A ′，如图1。若在A ′处放一感光胶片(Film)，便会拍摄下物体的照片了。在照相术语中，被拍摄的物体通常称为景物。

由(1)式，若∞=1u , 则f v =1 ；

若f u 102= ，则f f v 11.19

102==

； 即物距在10f 到∞的物体可在f 到1.11f 之间清晰成像。因而，在此区间内调节底片位置，相机便可拍摄出10f 到∞之间的物体。12v v v -=∆称为相机的调焦范围。例如，对于焦距cm f 5.7=的相机，其调焦范围cm f v 8.011.0==∆。一般的相机均以最近成像物距为10f 设计其调焦范围。

图1 成像调整原理 2.近摄。在科技摄影中，经常要拍摄物距小于10f 的物体。如f u 5=，此时像距f v f v 9

1045max =>=，超出相机的调焦范围，因而不能清晰成像。一般可采用两种方法改变其成像位置。对于可拆卸镜头的相机，可加一接圈使镜头到成像位置的距离(即像距v )加长；对于不可拆卸镜头的相机，可加近摄镜头以缩短其焦距使之仍成像于原调焦范围而达到近摄的目的。

3.景深。欲清晰拍摄纵深不同(物距不同)的三维物体，需考虑景深(Depth of field)的大小。如图2，三个物距不同的物点A 1、A 2、A 3分别成像为A 1′、A 2′、A 3′，物距分别为1u 、2u 、3u 。若将底片放在A 2′处，则底片上A 2′是一光点，A 1′是一直径为a 的光斑，A 3′是一直径为b 的光斑。根据园孔衍射的规律，人眼最小分辨角为1′，在明视距离处，人眼所能分辨的最小距离为0.1mm ，即直径小于或等于0.1mm 的光斑眼睛无法分辨，看起来仍是一个光点，而直径大于0.1mm 的光斑，眼睛才会感觉到是光斑。因而，若A 1′、A 3′在底片上均是小于或等于0.1mm 的光斑，那么，会感到A 1′、A 2′、A 3′都是光点组成的像，是清晰的，即对1u 到3u 之间的物体成像，眼睛看来是清晰的；而在此范围之外则是模糊的。我们把这样一个拍摄时能使像清晰的景物纵深范围31u u u -=∆称为景深。

图2 景深原理图 二、照相技术

1.曝光量的调节。照相底片大多是由无色透明的纤维酯上涂一层感光乳胶(通常是卤化银晶粒)制成的。当光射到底片上时，感光乳胶发生化学反应而形成看不见的潜影，这个过程叫做曝光(Exposure)。曝光的关键是选取合适的曝光量。曝光量H 是底片上光照度E 和曝光时间t 的乘积，即

Et H = （2）

因照度E 正比于进光孔的面积A 1，反比于底片上图像的面积A 2；而A 1正比于进光孔径d 的平方，当物距足够大时A 2正比于镜头焦距f 的平方，所以

t f

d H 2)(∝ （3） 照相机的进光孔俗称光圈，孔径大的叫光圈大，反之，叫光圈小。由上式可见，曝光量可通过光圈大小和曝光时间长短来控制。

(1)曝光时间的控制。曝光时间的长短是由照相机的快门(Shutter)装置来控制的。快门开启的时间即曝光时间，这可由快门时间调节盘(调速盘)选择；快门的开合，由快门按钮控制。如图2.10.3，相机上端调速盘上的一组数字(1，2，4，8……500，1000)称为快门速度，它的倒数即表示曝光时间(单位为秒)，两相邻曝光时间相差一倍。刻度中B 称为B 门，用B 门时，按下快门按钮，快门开启，松开快门按钮，快门关闭，因此用它可手动控制大于1秒的曝光时间。快门上弦扳手的作用是防止一张底片重复二次曝光。一般和快门按钮相关连。只有转动快门上弦板手上弦后，按下快门按钮快门才会打开，同时快门保险还原。注意：转动快门上弦板手上弦后，不允许再改变快门速度，否则会损坏部件。

(2)光圈的控制。光圈(Diaphragm)是一组金属叶片组成的直径可调的园孔装置，如图

2.10.3。转动光圈调节圈可改变通光孔径d 的大小，从而控制曝光量的大小。

在光圈调节圈上标的数字2，2.8……11，16等称为光圈系数n ，它是镜头焦距f 与进光孔径d 的比值，即

d

f n = （4） 此式表明，光圈系数n 越大，表示进光孔径越小。光圈系数每差一档，进光孔面积相差一倍， 光圈系数n 的大小由光圈调节圈来选择。由上式，记快门速度t v 1=

，则（3）式可改写为 v n H 21∝

（5） 曝光量H 一定时，2n 与v 成反比，拍摄同一景物，光圈系数大时曝光时间要长，快门速度

要小；光圈系数小时曝光时间要短，快门速度要大。光圈系数增大一档，快门速度减小一档，其曝光量不变。

图3 进光孔径图4 景深表

2.景深的调节。景深的大小由镜头的焦距、景物的远近(物距)及光圈系数的大小决定。对确定的镜头，物距越大或光圈系数越大，景深越大。景深选择可用相机上的景深表进行。景深表是由调焦圈配以光圈系数组成。如图4，当调焦在3m处时，若光圈系数用11，则其前后景深约1.7m-10m。

3.取景与调焦。相机采用取景器进行取景。常用的135相机多采用直式取景器，且与调焦装置结合在一起，称为调焦取景器。旋动调焦圈可改变像距(镜头到底片的距离)，使被摄景物在取景器中成清晰的像，这个过程称为调焦。

4.一般拍摄步骤。首先根据光照、环境、反射等条件选定曝光量(可凭自己的经验、用曝光表测定或看胶卷的外包装说明等方法)，得一组可选用的光圈系数/快门速度。根据物距远近及所用景深大小，用景深表选定光圈系数的大小，由此，再确定相应的快门速度值。调快门速度及光圈系数至选定值，进一步调焦取景，旋动快门上弦板手上弦，即可按动快门按钮进行拍摄了。

实验仪器：

海鸥DF135相机（结构如图5所示）。

图5 135照相机

实验内容：