你要是不懂小孔成像 那摄影是白学了

你要是不懂小孔成像 那摄影是白学了
2018年11月22日 06:58 新浪科技综合

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  本文来自泡泡网

  一、小孔成像

  公元前5世纪,中国古代科学家墨子在其著作《墨子》中记载了有关光的特性和反射现象的观察思考,并记录了光通过小孔在平面上形成倒立图像这一现象。在西方,大约公元前330年,古希腊哲

  学家亚里士多德也有关于小孔成像的记载,并在其授课的课本中提出了暗房的概念。

  1490年,莱奥纳多·达·芬奇在其《大西洋手稿》中第一次以图画形式记录了暗房的概念及其操作,艺术家们可以在暗房中通过投影把真实生活情景描绘下来,他们把暗房当成一种工具,在画布上描摹出自然景物粗糙的轮廓,然后填充颜色。

  我们可以把现代照相机的原始形态追溯为暗房,其成像原理就是小孔成像。暗房,即是黑暗的密闭房间,光线穿过一个非常小的孔射进来,并在墙壁上投射出一个像,这个像就是小孔外的景象,但像是倒立的,这就是现代照相机的雏形。暗房涉及两个方面的技术问题,一方面是进光小孔的大小决定影像投射到后壁的鲜明程度,另一方面就是如何将影像固定下来。由这两个问题展开,众多科学家为此前赴后继地奔向摄影术的发明。

  1550年,数学家捷洛拉莫·卡丹诺( Girolamo  Cardano,1501—1576)发明了在暗房里安装透镜的方法,月于控制图像的聚焦。

  1611年,德国人约翰尼斯·开普勒( Johannes Kepler,1571—1630)发明了一个可携带的暗箱,并第一次使用“暗箱”这一概念。

  1773年,瑞典化学家卡尔·威廉·舍勒( Karl Wilhelm Scheele, 1742·1786)发现了通过化学还原反应,可见光谱中蓝紫色的那端会对氯化银起明显的作用,促使其从银盐变成金属盐。

  罗兰·巴特( Roland Barthes,1915~)提醒我们:“摄影是两个毫不相关的过程的交叉,一是化学过程:光线在一个固定的表面上产生化学作用;另一个是物理过程:通过光学设备形成图像的过程。”“画家所使用的暗箱只是一个物理过程的结果;而照相机的实质也许就在于化学方面的发现”。我们可以这样来理解,正是由于这两个过程的相互结合,最终产生了摄影这一媒介。

  二、眼睛和照相机的区别

  眼睛的视觉系统在视网膜上形成倒像(图1-1-5),其原理和照相机镜头在胶片或数码影像传感器上形成倒像极为相似。眼睛和照相机都有一个箱子一样的构造,而且似乎都以相同的光学原理成像,在箱子的一端是小孔,孔的大小控制进光量的多少,同时由镜头控制焦点,经过一系列的折射之后,使小孔外面的世界在箱子的另一端形成影像。

  在眼睛的视觉系统中,眼睛的角膜和晶状体相当于镜头,可收缩的瞳孔相当于可变化大小的光圈,受大脑支配的眼部调节肌相当于照相机的测光系统、自动光圈系统和对焦系统,视网膜则相当于传统胶片或数码影像传感器。

  1637年,勒内·笛卡尔( Rene Descartes,1596~1650)在他的著作《折射光学》中,通过实验验证了眼睛和相机相似的成像关系,并且解释了图像是如何在视网膜上形成的。这个实验最初是这样进行的:将一只解剖下来的牛眼放在一个密闭窗户的小洞上,牛眼朝外看,小心取出牛眼底部的薄膜,直到底部薄得很透明,而眼睛又不至于破裂,这个时候用薄纸放置在牛眼后面。当室外的光线暗下来以后,通过牛眼就可以在纸上形成外面世界倒转的影像,这个实验完全证实了眼睛的构造与照相机的工作原理相同,都可以形成一个被大脑识别的倒像。

  此外,眼睛的视觉系统和相机的不同之处在于: 

  (1)感受光线的亮度范围不同,也即我们经常所说的曝光宽容度不同。宽容度是指感光材料按正确比例记录景物亮度范围的能力。被摄景物表面由最亮至最暗部分的差别,可以用明暗间的比例数字来表示。假设景物最亮部分比最暗部分要明亮20倍,那么明暗之间差别的比例数字就是1:20。眼睛感受光线的亮度范围要远远大于照相机的感光范围。比如在一个晴朗的日子里,尽管室外景物与室内反射光的亮度差别非常大,但我们的眼睛还是可以同时清晰地看到室内和窗外的景物。这种效果,照相机是绝对达不到的,照相机只能要么侧重于准确曝光室内景物而使窗外景物曝光过度并失去细节,要么侧重于准确曝光窗外景物而使室内陈设曝光不足并失去细节。因此,在摄影实践中,我们必须遵循摄影感光材料的基本特性,而不能完全凭借自己的视觉经验作为唯一的参照。

  (2)视角不同。照相机可以随意更换不同焦距的镜头,并依赖不同焦距的镜头使视角变得更小或更大。而眼睛的视角只是相当于一只定焦镜头而已。    

  (3)照相机可以看到眼睛看不到的一些事物,如高速运动的物体、透视影像\红外线影像等。

  总之,眼睛与照相机的细微差别还有很多,但以上差别相对比较明显,也是能对相机成像产生较大影响的方面。

  三、卤化银成像与数字成像原理

  照相最核心的要点就是把光变成照片。照片其实是一种让你产生错觉的东西,将任何物体反射回来的光收集到一张纸上就是一张照片。                                                         

  通常,这个过程需要通过一组镜片来实现,  然后影像会被永久地记录下来,记录的方式有:

  1。化学方式

  卤化银是由银与一些卤素形成的化合物,具有感光性,与明胶乳剂等结合制成感光材料,即我们使用的胶片。卤化银成像即是使用胶片进行拍摄,并用一些化学药水在暗房中冲洗出照片的过程。

  2。数字方式

  数字成像使用影像传感器采集影像,如我们使用数码相机拍摄,然后通过数据存储器和处理器以及计算机的后期加工,最后使影像显示或打印出来的过程。数码影像艺术具有快速性、大众化等优点。

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