照相机的工作原理

12.1　照相机的工作原理

摄影摄像系统如图12.1所示，系指把空间物体投影成像在平面感光器件（如感光底片和VidiconTube、CCD、CMOS以及LBCASTJFET等光电器件）上的光学系统。平面感光器件将其感光面上的像经过光化学过程或光电转换过程变换成与之对应的潜像或光电信号而被记录下来。摄影摄像系统包括日常使用的照相机和电影、电视摄像机的光学系统，此外还包括制板光学系统、显微照相系统、航空摄影系统、水下摄像系统、测绘光学系统和信息处理系统，其作用之重要，结构型式之多不亚于目视仪器。摄影摄像系统的基本组成部分主要包括摄影摄像物镜、光阑、感光器件和暗箱等。

图12.1　摄影摄像系统原理图

现以日常大量使用的民用照相机为代表，对其原理和主要性能作一简单介绍。照相机的主要组成部分同图12.1所示，其感光器件主要是感光底片和CCD、CMOS以及LBCAST JFET等光电器件，其构造与眼类似。传统照相物镜的作用是把外界景物成像在感光底片上，使底片曝光产生景物像。

其工作原理易于由牛顿公式得到解释。若设照相物镜焦距为f＇，物体到照相物镜前焦点的距离为x（在一般拍照距离的条件下，可近似为x≈l），像面（感光面）到照相物镜后焦点的距离为x＇，则应有：

由于普通照相物镜焦距不可变，因此要通过移动镜头来实现对不同距离的调焦。例如，开始对无限远目标拍照，像面与物镜后焦面一起重合于底片上；当对近距离物体拍照时，则必须将物镜前移，以使像面上得到清晰像，如图12.2所示。

图12.2　照相机调焦原理

由横向放大率公式

看出，对一般照相机恒有|β|＜1，即底片上成缩小的倒像。

传统照相从实物到照片，首先要经过拍照感光的过程使实物在底片上形成一幅潜在的图像，然后通过显影和定影的化学作用，把这个图像显示出来，形成一张与实物对比完全相反的底片，即负片；最后再通过翻拍和显影定影，才得到一张与实物对比完全相象的照片，即正片。而数字照相机则是将感光器件上的景像通过光电转换、AD采集形成数字图像。