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照相机成像原理分析

2018-11-09 09:47      来源:浙江一号      点击: 次      关键字:照相机,成像,原理,分析,照相机,的,成像,原理,

  照相机的成像原理

  照相机的镜头是凸透镜,

  照相机是利用了 凸透镜能成倒立、缩小、实像 的原理制成的。

  满足条件:当物距大于两倍焦距时,(u>2f)

  当相机距离拍摄的物体变远时,镜头向后缩,拍到的像变小;

  (两倍焦距以外,u变大时,v变小,像变小)

  当相机距离拍摄的物体变近时,镜头向前伸,拍到的像变大。

  (两倍焦距以外,u变小时,v变大,像变大)

  摄影理论:摄影的原理与相机的构造

  1.人眼成像的原理

  摄影又称摄影术,就是人们通过照相机把反射在景物上的光线通过镜头而在感光材料上感光而形成影像的过程。所以有些国家把照相机称为“照光机”,这是比较准确的,也就是说,摄影的过程并不是把景物摄录下来,而是把景物反射出的光线记录在感光材料上,形成的影像本不是景物的影像,而是光线在感光材料上形成了潜影。

  照相机最早是谁发明的已无从查考,但第一个在底片的银盐上成像的是法国人达盖尔,就是今天的数码成像也是在达盖尔的银盐成像的基础上发展起来的,成像的原理一直不变。

  归根结底,照相机是对人眼的仿生,照相机成像的原理与人眼看到景物在视网膜上成像的原理也是一样的——当然人眼比世界上最为先进的照相机也更为先进,结构也更为复杂。下面就是人眼接受外界光线而成像的结构图(这可是UU比照着生物老师的教科书画的,差点累死)。

  从上图我们可以看出,人眼中的晶状体就如同一个凸透镜,物体AB经过晶体透过节点后,会在视网膜上形成像ab,当然进入眼中的光线还必须通过瞳孔而到达后主焦点,而瞳孔则会根据光线的强弱自动调节其开孔大小。

  眼睛之所以能看见周围的各种物体,一是必须有光,二是眼球内可以成像的构造。当我们睁开眼睛,从周围物体发射或反射而来的光,穿过瞳孔和晶状体,聚集在眼睛后面的视网膜上,形成这些物体的图像。连接视网膜的视神经立即把这些信息传送到大脑,所以我们就能看到这些物体。人以左右眼看同样的对象,两眼所见角度不同,在视网膜上形成的像并不完全相同,这两个像经过大脑综合以后就能区分物体的前后、远近,从而产生立体视觉。当然就这一点而言,照相机只相当于人的一只眼,不可能产生立体的感觉了。

  2.照相机的工作原理

  明白了以上的道理,我们就很容易理解照相机的成像原理了。下面是简易照相机的成像光路图。

  数码相机的成像原理

  照相机的成像原理是:

  照相机的镜头相当于一个凸透镜,来自物体的光经过照相机的镜头后会聚在胶片上,成倒立、缩小的实像。与传统相机相比,传统相机使用“胶卷”作为其记录信息的载体,而数码相机的“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。数码相机正是使用了感光器件,将光信号转变为电信号,再经模/数转换后记录于存储卡上的。

  和眼睛一样有各种东西 传统相机成像过程:

  经过镜头把景物影象聚焦在胶片上

  胶片上的感光剂随光发生变化

  胶片上受光后变化了的感光剂经显影液显影和定影 形成

  和景物相反或色彩互补的影象 数码相机成像过程:

  1.经过镜头光聚焦在CCD或CMOS上

  2.CCD或CMOS将光转换成电信号

  3.经处理器加工,记录在相机的内存上

  4.通过电脑处理和显示器的电光转换,或经打印机打印便形成影象。

  具体过程: 数码相机是通过光学系统将影像聚焦在成像元件CCD/ CMOS 上,通过A/D转换器将每个像素上光电信号转变成数码信号,再经DSP处理成数码图像,存储到存储介质当中。 光线从镜头进入相机,CCD进行滤色、感光(光电转化),按照一定的排列方式将拍摄物体“分解”成了一个一个的像素点,这些像素点以模拟图像信号的形式转移到“模数转换器”上,转换成数字信号,传送到图像处理器上,处理成真正的图像,之后压缩存储到存储介质中。景物的反射光线经过镜头的会聚,在胶片上形成潜应影,这个潜影是光和胶片上的乳剂产生化学反应的结果。再经过显影和定影处理就形成了影像。摄象头的数码影像和胶片成像原理不同,是经过镜头成像在CCD上,经过CCD的光电转换,生成视频信号,再经过显示屏电光转换,才生成图像。

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