照相機、攝影機的成像原理

2021-02-23 橘子放映機

後面將要學習的焦距、景深以及鏡頭的運動相比影像中的畫框、構圖、景別、角度這幾個概念理解起來更有難度,為了更好地理解它們的含義,也為了「知其然,知其所以然」,所以在學習焦距與景深以及運動攝影之前先來了解一下照相機、攝影機的成像原理,其中涉及到小孔成像原理、凸透鏡成像原理、人眼成像、照相機和攝影機成像。

視頻:

https://v.qq.com/x/page/v0348n49mhd.html

實像:實像是由實際光線會聚而成的像,能呈現在光屏上,能使底片感光。實像皆是倒立的。例:小孔成像。

像距:像到透鏡光心之間的距離(v)

物距:物體到透鏡光心的距離(u)

當孔比較小的時候,物的不同部分發出的光線會到達屏幕的不同的部分,而不會在屏幕上相互重疊,所以屏幕上的像就會比較清晰。當孔比較大的時候,物的不同部分發出的光線會在屏幕上重疊,屏幕上的像自然也就不清晰了。

當然孔的大小是相對於物的大小來說的,如物很大,即便孔也比較大,也還是可以成像的。如果我們要成太陽的像,那麼就是用足球場那麼大的孔也可以,只是孔越小,成的像的解析度越高。不過,如果孔太小,通過的光線就會少,像的亮度也會降低。而且孔太小還會發生衍射等反應,這也會對成像有影響。所以,比孔小的物體或物體上的比孔小的部分是無法被成像的。

如果孔的大小不變,像距(像到小孔的距離)不變而物距增加,那麼成像的解析度就會下降,相反則解析度上升。如果孔的大小不變,物距不變而像距增加,那麼成像解析度也會上升,相反則解析度下降。如果像距與物距不變,孔的大小增加,那麼成像的解析度就會下降,相反則解析度上升。即小孔成像的解析度——像的清晰度,與像距成正比,與物距及孔的大小成反比。

視頻:

https://v.qq.com/x/page/b30187jbiwb.html

虛像:由實際光線(或實際光線的反射線)的反向延長線相交形成的像,不能用光屏、白紙承接到或者不能用膠捲記錄下來。虛像皆是正立的。例:平面鏡成像。

凸透鏡:邊緣薄、中間厚,可分為雙凸、平凸及凹凸透鏡(凸度大於凹度)三種,主要對光起會聚作用。

凸透鏡成像:凸透鏡是折射成像,成的像可以是倒立、縮小的實像;倒立、等大的實像;倒立、放大的實像;正立、放大的虛像。

視頻:

http://dwz.date/cZaw

https://www.ixigua.com/6746749527052517902

焦點:平行光源通過透鏡匯聚到主光軸的那一點(F)

焦距:焦點到透鏡光心的距離叫焦距(f)

一倍焦距分虛實,二倍焦距分大小

物近像遠像變大,物遠像近像變小

實像總是異側倒,虛像總是同側正

凹透鏡成像(不是重點,附帶講一下)

凹透鏡:邊緣厚、中間薄,可分為雙凹、平凹及凸凹透鏡三種(凹度大於凸度),主要對光起發散作用。

凹透鏡成像:

當物體為實物時,成正立、縮小的虛像,像和物在透鏡的同側;

當物體為虛物,凹透鏡到虛物的距離為一倍焦距以內時,成正立、放大的實像,像與物在透鏡的同側;

當物體為虛物,凹透鏡到虛物的距離為一倍焦距時,成像於無窮遠;

當物體為虛物,凹透鏡到虛物的距離為一倍焦距以外兩倍焦距以內時,成倒立、放大的虛像,像與物在透鏡的異側;

當物體為虛物,凹透鏡到虛物的距離為兩倍焦距時,成與物體同樣大小的虛像,像與物在透鏡的異側;

當物體為虛物,凹透鏡到虛物的距離為兩倍焦距以外時,成倒立、縮小的虛像,像與物在透鏡的異側。

人眼成像  VS  凸透鏡成像

眼睛:焦距能變,像距不能變

凸透鏡:焦距不能變,像距能變

視力正常的眼睛(人眼的結構相當於一個可調節的凸透鏡):

https://v.qq.com/x/page/r3150bj9zn7.html

近視眼(近視眼鏡是凹透鏡)& 遠視眼(遠視眼鏡是凸透鏡):

https://v.qq.com/x/page/h0821m7onf6.html

視頻:

http://dwz.date/cZdb

https://zhuanlan.zhihu.com/p/33408761

https://v.qq.com/x/page/r0881hx5mkr.html

B站視頻:

https://b23.tv/BV1ax411o7xk/p1

一些照相機和攝影機就是利用了小孔成像的原理——鏡頭是小孔(大多數安裝凸透鏡以保證光線成像距離),景物通過小孔進入暗室,像被一些特殊的化學物質(如顯影劑等)留在膠片上(數位相機、攝影機等則是把像通過一些感光元件存儲在存儲卡內)。

膠片照相機:照相機的鏡頭就是一個凸透鏡,要照的景物就是物體,膠片就是屏幕。照射在物體上的光經過漫反射通過凸透鏡將物體的像成在最後的膠片上;膠片上塗有一層對光敏感的物質,它在曝光後發生化學變化,物體的像就被記錄在膠捲上。

內容來源:百度百科:小孔成像   

百度百科:平面鏡成像

百度百科:凸透鏡成像

百度百科:凹透鏡成像

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