獲得一張照片的過程-相機的基礎原理

2020-12-05 不如拍照

相機是什麼呢?

按照學術性的解釋是:

照相機是一種利用光學成像原理形成影像並使用底片記錄影像的設備

那麼一個簡單的相機原理圖就可以這麼畫出來了。

光學成像原理有哪些呢,(以下是初中物理複習環節)

小孔成像:

由於光是直線傳播的,所以在成像面上是一個倒立的實像。

要想調節成像的大小,只需要移動小孔的位置就行了。

夏天晴朗的時候,透過樹葉在地上的光斑,都是小孔成像在地面上形成太陽的像。

透鏡成像:

為了便於說明,我們這裡就以單鏡片的情況說明吧。

由於透鏡(凹透鏡,凸透鏡)會對光線產生折射作用,所以會產生成像的效果。

當我們把各類的透鏡以某種方式結合在一起的時候,鏡頭便這麼出現了。

佳能RF24-240mm的鏡頭結構

記錄影像,就是上圖中成像面的位置。

可以是膠片,也可以是數碼感光元件,比如現在已經使用不多的ccd,以及COMS。

膠片相機現在「幾乎」已經不生產了,所以大家能買的到消費級的膠片相機一般都是二手的,但是還有很多愛好者喜歡使用膠片相機,目前生產膠片的廠商主要是富士和柯達。

相比於CCD,CMOS具有更優功耗,集成性,速度,加上較低的成本,在市場和技術的博弈下,CCD逐漸退出了市場。

讓我們來看一臺數碼單眼相機

再把主要結構抽象一下

整個拍攝的過程如下。

我們通過8(取景器)觀察到經過2(反光鏡)以及7(五稜鏡)反射的光線,看到了需要拍攝的物體按下快門,2(反光鏡)抬起到5的位置,3(快門帘)拉起來,光線投射到4(傳感器)上。拍攝完成後,2(反光鏡)落下,可以繼續通過8來取景

這樣就完成了一張照片的拍攝。

如果是微單,無反相機,相比於單反,是沒有反光鏡和五稜鏡的結構的,由傳感器完成所有的取景,對焦和成像的動作。

當然上邊只是一個簡化的過程。

在實際的拍攝過程中,相機還會經過測光,對焦等過程。

測光是什麼?

測光是為了曝光準確,讓所有顏色和亮度都能得到一個較為準確的展示

比如你拍攝一個環境有灰黑白三種顏色。

對白色測光,灰色就會欠曝。

對黑色測光,白色就會過曝。

所以拍攝的時候,相機需要找到一個中間值然後進行測光,如果我們把最亮和最暗定義為0-100,那麼18%便是這個中間值(為什麼不是50%,因為光照強度是指數,而不是線性的),也就是我們常說的十八度灰。

當光線進入相機後,相機的測光組件會確認光線的強度,然後跟18%灰的反射率進行對比,然後提供給出一個基礎的曝光參數,如果是自動擋,相機此時就會自我設置參數。

那麼對焦呢?

一般最基礎的對焦方式,是反差式對焦。

1.未合焦狀態下,因為整個焦點的畫面處於模糊狀態,所以像素之間的顏色比較均勻;

2.開始對焦,鏡片開始移動,畫面逐漸清晰。

3.合焦狀態。畫面最清晰,對比度最高,但相機並不知道,所以會繼續移動鏡頭;

4.繼續移動鏡片發現對比度開始下降。進一步移動鏡片,發現對比度進一步下降,相機知道已經錯過焦點;

5.鏡片回退至對比度最高的位置,完成對焦。

所以一些對焦比較差的鏡頭,會有拉風箱的情況存在。

這也是為什麼拍攝白牆的時候,自動對焦根本對不上焦的原因。

由於反差式對焦需要移動整個對焦鏡組,還需要反覆確認,所以有時候效率並不是很高。

目前,相機和部分手機應用最多的是相位對焦。

相位對焦,是通過尋找像差最小的點;物體的某一個點會從各個方向發出光線通過鏡片成像到感光元件上面去,只有當不同方向的光線成像落到感光元件的同一個位置的時候才是像差最小的時候:

通過不同方向成像的位置和距離,可以通過計算判斷焦點靠前還是靠後,從而準確的告訴鏡片應該向那個方向移動進行對焦。也就是「一次計算,馬上對焦」。

缺點是在光線較暗的地方,往往就會抓瞎了。

一般來說,目前的相機都會具有兩種對焦方式,也叫做混合對焦。

當然,不同廠商的對焦方式也會有所不同,目前來看,索尼的4D對焦和佳能的全像素雙核對焦是其中的佼佼者。

以上。

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