数码照相课程(一)实验讲义

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1、实验二十四数码照相技术基础照相不仅在生活中不可缺少，而且也是科学实验的基本手段之一。在核物理、天体物理、航天、生物、力学、微电子学等现代科学领域屮，照相都是一种不可或缺的重要研究方法。它的作用不仅在于保存信息，而且也是人类延伸自己的感观，以获取非直观信息的重要手段，比如记录物体内部的应力分布、内部缺陷、气流和温度分布等。也可对物体的运动或物体状态的变化过程进行记录。因而照相技术不仅在日常生活中，而且在科技领域中的应用也是分广泛。照相分为传统和数码两类。前者通过光学系统（相机）将被摄景物成像于底片

2、之类的记录介质上，并通过化学作用把影像记录下来；后者则是把光学成像系统与光电转换技术和计算机技术结合的产物。由于数码照相符合现代数字技术和计算机网络技术的需要，近年来发展十分迅速。两类照相的基本原理在许多方Ifif都是相同的。本实验中将着重介绍这些基本的原理并通过较全面的训练，为熟练掌握数码照相技术打下基础。实验目的1.了解数码照相的基本原理和一些重要概念；2.学习数码相机在科技照相中常用的•一些高级功能；3.练习数码照相基本操作和某些特定环境下的摄影技巧。实验原理存储器输出接口图24-1數码相

3、机原理结构镜头CCD(CMOS)数码相机的工作方式是：拍照时，来自被摄物体的光线通过镜头成像于光电转挽器CCD（或CMOS）的感光面上。CCD直接输出的是模拟信号，由A/D转换器转换为数字信号后，经数字信号处理器（DSP）的处理，保存到存储器屮。最后，通过数字接口转给计算机、打印机等设备以及网络中。1.数码相机的光学成像系统镜头的焦距相机的成像是由镜头完成的。成像指把射入镜头的光线聚焦于感光面上,如图23-2所示。镜头焦距（focallength）是衡量镜头的一个重要参数，不同焦距的镜头适应于不

4、同的拍摄耑要、数码相机固定焦距的镜头一般分为标'准镜头、广角镜头和远摄镜头。标准镜头是指焦距大约等于感光面（CCD或CMOS）对角线长度的镜头。其“看”（拍摄）对象的视角和人眼的视角非常相近，视场角为40°〜60°，相对孔径（下文介绍）F2.8〜F3.5。对于传统的135相机而言，其感光面尺寸为36mmX24mm,对角线长度为43mm。习惯上焦距50mm左右的镜头就称为标准镜头。焦距小于标准镜头的称广角镜头，而大于标准镜头的称远摄镜头。按50mm考虑，标准镜头的视角（感光面对角线两端点到镜头中心

5、的连线所成的角度）为47°。广角镜头的视场角比标准镜头的大，为60°〜80°,用于拍摄场面较大的场景。缺点是操作不当吋易产生透视畸变和边缘畸变。远摄镜头的视角比标准镜头的小，视场角为10°〜30°，拍摄的范围也小，适于拍摄远处景物的细部或拍摄不易接近的物体。其缺点是景深（见下文）较短、透视效果差，有明显压缩空间纵深距离和夸大后景的特点。一个简单的规则就是，焦距越大视角越小，焦距越小视角越大。数码相机由于其感光Ifif（CCD或CMOS）的尺寸是随相机不同而不同的（不像135相机那样感光面固定不变

6、）。仅以数码相机镜头的真实焦距是难以比较不同相机的拍摄范围的，所以都换算到等价的135相机的镜头焦距，然后XI•进行比较。到0前为止，除了个别几款相机和135相机有相同的感光面积外，其余的都比135相机的小。换算焦距分为两类，一类是针对感光面尺寸的长宽比例为3:2,也就是与135相机的感光面的长宽比例相同的数码相机。这一类相机都是一些单反可交换镜头的相机（基本上都是专业相机）。另一类是针对感光面尺寸的松宽比例为4:3,和计算机显示器屏幕长宽比相同的数码相机。家用相机大部份都是这类相机。多数数码相

7、机的镜头是可以变焦（焦距可调）的。变焦镜头是利用镜头光学系统中两个或两个以上透镜组相对位置的变化，来改变系统组合焦距，同吋保持像Ifif位置不变。对于家用相机来说，通常知道其镜头的变焦倍数即可。一般为3X〜10X。如果需要超过镜头变焦范围去拍摄，也可通过在镜头前附加广角镜、近摄镜等镜片的方法去解决。广角镜头是一种焦距短于标准镜头、视角大于标准镜头的摄影镜头，视场角为60°〜80°,广泛用于拍摄较大的场景。其缺点是使用不当吋易产生影像的透视畸变和边缘畸变。镜头的光圈要想获得层次丰富的影像，就得控制

8、投射到CCD上的光量。过多的光线照射，导致曝光过度，影像明显偏亮，照片上的细节不鲜明；反过来，则会曝光不足，照片灰暗，图像的细节缺失。可见在拍照时，得到合适的曝光量是个非常重要的环节。CCD接收通过镜头的光通量，耑要由镜头的所谓“孔径光阑”（Diaphragm）來控制。孔径光阑，通称光圈（Aperture）,都是设于镜头闪部，通常由多片可活动的叶片组成，开孔可变大或者缩小，以达到控制光通M:的目的。调节光圈的作用是：（1）控制进光量由于光圈控制镜头进光量的作用，在暗弱的光线下拍摄，需要使用大光圈