相机成像原理分类 γ照相机的成像原理

1.旁轴相机

旁轴相机,有时也称双眼相机,是指取景用的取景窗和拍摄用的镜头光路相互独立的照相机,取景窗所在的光路即为旁轴。由于不需要五棱镜反射光线,旁轴相机相对而言可以造得更加轻便、小巧一些,傻瓜照相机基本均为旁轴相机。不过,旁轴相机中也有专业级的产品,如莱卡的M系列。光学相机和数码相机都可以造成旁轴的也称为旁轴取景式相机,由于取景光轴位于摄影镜头光轴旁边,而且彼此平行,因而取名“旁轴”相机。在整个照相机技术发展过程中,这种相机的品类是最为繁多的一种,结构上亦大相径庭,因此也最具文化特色。从出类拔萃的徕卡产品,到著名的禄莱双反,再到世界第一台旁轴数码相机爱普生R-D1等,都是旁轴相机的成员,所以,旁轴相机无疑是相机发展的重要组成。



世界第一台旁轴数码相机 爱普生R-D1

旁轴相机是在单反取景系统出来之前使用比较广泛的相机,其取景器也是由早期平视取景器(或则叫光学取景器,也就是傻瓜机上用的取景器)改进来的。旁轴相机的取景方式和单反相机不一样,不是通过镜头取景,而是通过独立取景器取景,所以近距离时取景会存在一定视差(高级旁轴有视察补偿机构)。



旁轴取景原理

旁轴相机可以更换镜头,高级的带有联动测距机构,这与傻瓜机还是有一定区别的。但由于旁轴相机自身结构的限制,没法安装超广角或者超长焦镜头,所以后来被单反相机取代。但是旁轴相机也有其优点,主要就是机身设计小巧,而且没有单反相机反光镜工作时噪音和机振,所以最广泛适用于纪实摄影、人文摄影等题材。

旁轴相机与双反相机

双镜头反光式相机是旁轴相机的一个重要分支,它采用取景镜头模拟摄影镜头来捕获景物影像,提供接近实际摄取范围的视觉参考。旁轴取景相机的明显一点是用镜头盖遮住相机镜头时,仍能从取景器中观察到前方景物,它的好处就在于能够大大简化相机的内部结构。像差在拍摄距离越近时越明显,越远则越可以忽略。但由于像差的存在,多数摄影师摒弃了这种并不严格的取景方式。



徕卡M系列第一台数码相机M8

旁轴与单反的区别

1、旁轴和单反相比没有反光镜,这样一是减少了相机的厚度,二是减轻了机震,三是可以使用镜间快门实现闪光全同步。

2、旁轴相机由于对焦基线的原因和没有反光镜的限制,一般广角镜头可以做得非常贴近底片,结构和成像也比单反的要好。所以短、标焦距是它的强项,长焦几乎是虚设。而单反的优势是焦段覆盖广,在长焦和微距有旁轴无可比拟的优势。

3、拍摄态度的不同。旁轴属于其貌不扬,通过取景器能看到画面外的场景,审时度势随时按下,让你有导演的感觉。而单反是招摇过市,而且一按快门就两眼一黑啥也看不到了,但让你有摄影工作者的成就感。

4、旁轴有视差,而单反是所见必所得。旁轴是想好了拍,单反是看准了拍。

2.傻瓜相机

(Instamatic/A point-and-shoot camera/anautomatic),是袖珍相机的俗称,原是这类相机操作非常简单,似乎连傻瓜都能利用它拍摄出曝光准确、影像清晰的照片来。除了操作简单的特性外,“傻瓜相机”还具有体积小、重量轻、价格低廉等特点,所以“傻瓜相机”也是世界上最为普及的家用摄影工具。



3.双反相机

(TLR,Twin-Lens Reflex),全称为双镜头反光镜取景照相机,与单反相机(SLR, Single Lens Reflex)同属反光取景式相机。

顾名思义,TLR系统最大的特点是具有两个镜头,一个在另外一个的正上方。下面的镜头负责传送影像到胶片上,而上面镜头传送的影像只是用于取景和聚焦。人们所看到的影像是通过上面的镜头,而实际上只有下面的镜头才真正用于拍摄。



如图所示,光线通过上面的镜头,经45°角的反光镜向上反射到水平的毛玻璃取景屏。毛玻璃上的影像与胶片上的影像同样大小。上面的镜头通过传动装置与下面的镜头连接在一起,使得一只镜头移动时另外一只镜头会自动随之移动相同的量。结果是调整上面的镜头在毛玻璃上形成最清晰的焦点时,下面的镜头也会自动得到调整并在胶片上形成最清晰的影像。

特点:

与单反相机(SLR)相比而言,TLR多出一个镜头用于取景,反光镜是固定的,因而相片曝光期间不影响取景(单反相机则因反光镜抬起而遮住取景屏,曝光期间看不见影像)。在毛玻璃上的成像与胶片成像大小完全一致。但是,TLR系统的构造也决定使其存在以下问题:

1. 由于取景镜头与摄影镜头是分离的,与旁轴式取景相机一样,TLR存在视差问题(即并非所见即所得)。在拍摄近距离物体时这个问题带来的弊端会更加明显。因此有些现代TLR相机的取景系统中内置了视差自动补偿装置。

2. 同光学取景器或测距器相比,毛玻璃上的影像不是很明亮。

3. 必须以腰平的方式向下观看前面的物体会令操作很不方便。现代TLR照相机增加了一个称作波罗(Porro)取景器的眼平取景附件,可以克服这个缺点。

4. 双镜头系统就其固有特性来说,体积较大,而且更换镜头时,需要两个镜头同时更换;这对于当今的大孔径快镜头来说,的确是个问题。

5. 镜头的互换性有限。如果更换摄影镜头,必须也更换取景镜头。当今的TLR照相机通常提供可互换的双镜头装置。

4.单镜头反光相机

(Single Lens Reflex,缩写为SLR)又称单眼相机,是一种相机的设计型式,其使用一块放置在镜头与胶片间的镜子把来自镜头的图像投射到对焦屏上。大部分单镜反光相机通过目镜观察五棱镜反射来的图像,但也有其它形式的取景器,例如俯视取景器。



单镜反光相机光学组件示意图

这张单镜反光相机光学组件的截面图显示了光如何通过透镜(1),被反光镜(2)反射到磨砂取景屏(5)中。通过一块凸透镜(6)并在五棱镜(7)中反射,最终图像出现在取景框(8)中。当按下快门,反光镜沿箭头所示方向移动,焦平面(3)打开[1],图像被摄在胶片(4)上,与取景屏上所看到的一致。



优点

§ 在使用同轴直射CCD取景的数码相机尚未普及前,单镜反光相机具有无视差优点。

§ 精确的取景和对焦,这一点对于微距和远距摄影特别重要。

§ 部分较高阶的DSLR具有可以预览景深的功能。

§ 多数的单镜反光相机可自由更换镜头。

§ 常见的单反镜头比固定镜头相机提供了更广泛的光圈范围,尤其是增加了最大光圈(举例来说,在50毫米定焦镜头上可见到f1.4甚至到f1.0等级的最大光圈)。这主要带来两个好处:

§ 可以在更昏暗的条件下拍照而不需使用闪光灯。

§ 可以获得更浅的景深。

缺点

§ 由于其复杂的机械装置,在同等片幅下,单镜反光相机的体积要大于旁轴照相机。

§ 由于反光镜需要时间进行移动,因此产生相对较长的快门时滞。在使用电子系统的单镜反光相机上,时滞问题还有可能被自动对焦时间拖长。

§ 由于反光镜的往返移动,会造成额外的噪音和震动。有些单镜反光相机具有反光镜预升功能,在拍照之前就把反光镜提升并锁定来减少曝光时的震动。但这仅适用于被摄物体在反光镜预升时会相对保持静止的情形下,因为观景窗在这时是漆黑一片的。

§ 在小光圈的情况下,取景器很暗,难以进行手动对焦。这个问题在自动对焦镜头普及后获得些许改善。

§ 在使用电子闪光设备的情况下,曝光时间受到限制。

§ 由于需要给反光镜留出移动空间,设计广角镜头更加困难。

5.数码相机

(DigitalCamera),简称数码相机,依功能的不同,区分为消费型数码相机(俗称:傻瓜数码相机),数码单反相机,以及类数码单反相机。

传统照相机光线通过镜头,在底片上靠溴化银的化学变化来记录图像;数码相机是一种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机,其传感器是一种光感应式的CCD或CMOS,用来取代底片的化学感光功能。在图像传输到电脑以前,通常会先储存在相机内部数码存储设备中(通常是规格化的存储卡;而软盘或可重写光碟(CD-RW)已很少使用于数码相机)



数码相机主要零件



数码单反成像原理

种类

§ 消费型数码相机特色是小巧轻便,操作简单,价格较低。选择内建的拍摄模式后,通常只要变焦构图,即可按下快门获得照片。调整对焦,快门,光圈,几乎全部由相机自动判断决定。

§ 类数码单反相机功能逼近数码单反相机,多数不能更换镜头,或者仅有少数镜头可供选择。

§ 数码单反相机功能强大,照片画质较佳,可以更换镜头。硬件许可范围内,能自由调整快门,光圈。必要时可以手动对焦,且允许选择对焦点,切换单拍,连拍等模式。

§特性

数码摄影方式比传统胶卷摄影优越的地方包括:

§ 比起传统的照片冲洗后邮寄。数码相片可以经由网络分享、传递,迅速便利。

§ 数码相机的存储卡,虽然较底片昂贵,但具有较高容量(2G存储卡,视设定分辨率不同,约可拍100~1000张照片),且可重复使用。

§ 即拍即得,数码摄影可以立即透过相机欣赏图片,不满意立刻重拍。传统摄影往往要底片冲洗完成,才会发现相片过曝,曝光不足,或者晃动等失误。

§ 光电转换芯片能提供多种感光度(iso)选择,调整调整相机设定即可改变感光度。传统相机根据使用的胶卷而固定感光度。

§ 家庭个人电脑普及,资料储存方式多元,数码照片可轻易备份于可重写光碟,硬盘,甚至网络服务器上。借由多重备份,减少遗失风险。而数码照片也不会因为年代久远而泛黄。

§ 照片输入电脑,加以备份后,可用编辑软件后制,进行旋转、裁切、调整对比等,若不满意,还可由备份还原,重新后制。传统底片则需要暗房技术才能后制,且后制失败,底片无法复原。

§ 透过电脑显示器观赏照片,远比传统一般相纸大上许多。

随着厂商陆续推出千万以上像素数码相机,和传统的35mm胶卷照相机相比,数码相机的成像质量各有胜负,除非是在输出大幅面作品的时候,才能查觉数码像机的缺点。因此,仅有部分专业的摄影工作者以及底片爱好者仍然坚持使用胶卷照相机。

由于来自像尼康和佳能等制造商最新的数码单反相机的影像质量已经进一步得到提高,同时这些数码产品拥有更短的后期处理时间与更少的耗材需求(省却携带与购买大批底片胶卷的必要性),这对于非常注重作品时效性的摄影记者而言是非常大的诱惑。通常以数码单眼反射式相机(DSLR)的光学质量,超过千万像素以上CCD的图像,已能符合报纸或杂志需要。新闻从业人员也不需要亲自送底片或冲洗好的照片回公司,只需用网络传递及可。因此目前数码单反相机已取代了大多数媒体出版业所使用的传统相机。加之目前的出版业已几乎改用电子排版甚至电子制版等后期制作方式,而传统相机所拍出的胶卷底片尚需进一步先冲洗成像,再以扫描机处理,才能获取可用的图像文件,等于比数码相机多了两道额外的工序,数码相机的这一优势加速了其普及过程。

多数消费型数码相机输出的图像宽高比是4:3,符合传统计算机显示器的屏幕宽高比例,但是数码单反相机则采用了类似35mm银盐底片的传统格式,宽高比为3:2,只有日本奥林巴斯(Olympus)独自发展的Zuiko系列光学镜头,因为从一开始就是针对数码相机专用的目标开发,不考虑与传统相机共享镜头,因此拥有与消费型数字相机相同的4:3宽高比。不过,2006年第三季日本松下电器(Panasonic)将会推出Lumix L1与日本奥林巴司的E330为姊妹机,到时4:3CCD的DSLR会有不同的选择。

2005年,尼康推出了第一款符合WiFi标准的消费级数码相机 -Nikon Coolpix P1。

6.电子取景相机

“单电”相机忽然一夜之间就成为了一个炙手可热的市场新热点,这让很多对该概念的数码相机上不太了解的消费者感到困惑,他们想要知道的是单电相机是什么?有哪些优点?

所谓单电者,是可更换镜头电子取景相机的简称(Electronic Viewfinder Interchangeable Lens, EVIL),此类相机又被称为Mirrorless Interchangeable-Lens Camera(可更换镜头无反光镜相机),此类相机基于传感器Liveview技术而出现,去掉了单反相机的核心部件反光镜,自然也没有反光镜箱的阻碍,成像光路上类似于旁轴相机,而取景方面,在Liveview的支持下,大多使用LCD直接取景,辅以EVF取景器的设计,也无需五棱镜了。



由于采用了比紧凑型DC更大的传感器,此类相机的成像质量近似或者根本就等同于单反相机,而去掉了反光镜和反光镜箱的累赘之后,此类相机的机身可以做到更加轻薄。卡片之薄,单反之用就是此类相机的最好写照!

单电相机的特点:

1、小巧。无论是采用了类似卡片机还是类似单反造型的EVIL机身,有一个特点就是小巧。



入门级机身尺寸对比

2、便宜。由于取消了反光板、五棱镜、相位对焦传感器等等部件,单电机身的制造成本相对于传统DSLR来说是有一定优势。由于机身不再需要太多光学机械部件,原来一些缺乏传统光学SLR技术底子的公司也能生产EVIL相机,比如:三星。EVIL相机降低了各大厂商进入“大型感光元件相机”领域的门槛,特别是对一些原本在消费DC上有较高研发能力的厂商来说,现在也可以考虑尝试进入一个新的市场领域,向原本被C,N等传统DSLR大厂垄断的中高端市场发起冲击。

3、电子取景器。EVIL名字中的EV即是电子取景器的意思,虽然电子取景器对比光学取景器在清晰度上的有差异,至少电子取景器能够做到的画面实时参数显示、直观的白平衡、夜间取景画面增亮、局部放大等特点都是光学取景器难以实现的。

4、安静。由于没有了反光板等机械结构,所以单电相机通常都能够在更静音的条件下进行拍摄。

目前主流单电相机:





7.一次成像照相机



宝丽来(Polaroid)是著名的即时成像相机品牌

宝丽来公司由美国物理学家艾尔文·兰德于1937年成立,1944年研发出即时摄影技术。1948年11月26日在市场推出世界上第一个即时成像相机Polaroid 95,当时的售价是每台89.75美元。1972年,宝丽来推出SX-70袖珍型即时成像相机,随即风靡世界,到70年代中期时共售出了600万台。

2001年,宝丽来宣告破产。2005年,公司被明尼苏达州企业派特斯全球集团买下。

在2008年2月,宝丽来宣布停止制造底片,转往发展数码相机业务,同年6月,宝丽来大中华代理权被宝丽来亚太收回。而设于荷兰恩社德的胶片厂也停止生产最后一种宝丽来胶片(T600胶片)。 2010元旦,宝丽来香港办事处于香港太古城道港岛东中心石利洛现址复业。

一次成像照相机胶片的显著特点是它有一个内置的显影系统。为了解它的工作原理,我们首先需要了解传统摄影胶片的一些基础知识。胶片是一种上面附有一层对光敏感的银化合物颗粒的塑料片。黑白胶片只有一层银化合物,而彩色胶片有三层——最上面一层对蓝光敏感,接下来的一层对绿光敏感,最底层对红光敏感。当胶片曝光的时候,每层的感光颗粒就与相应颜色的光产生化学反应并在该层形成金属银。这样,您就可以使用化学方法记录光线及其颜色模式。

要使其变成照片,还需要使胶片显影。一种显影化学试剂可以使曝光过的颗粒变成金属银。然后要用三种包含有成色剂的不同显影液对胶片进行处理。三种染料的颜色是青(蓝光和绿光的混合色)、洋红(蓝光和红光的混合色)和黄(绿光和红光的混合色)。每种成色剂与胶片上相应颜色的层发生反应。在普通印刷胶片中,成色剂粘附在已经曝光的颗粒上。在彩色幻灯片中,成色剂粘附在没有曝光的区域。显影过的彩色胶片是一种负片图像——显示出来的色彩与原始景物的颜色是正好相反的。在幻灯片中,粘附在未曝光区上的两种染料合成了曝光层捕捉到的色彩。例如,如果被曝光的是绿色层,黄色和青色染料将粘附在绿色层的两边,而洋红不会粘附在绿色层上。黄色和青色的组合就形成了绿色。

一次成像照相机的显影过程中对颜色的组合与幻灯片中的方法是一样的。它具有与传统胶片一样的感光层颗粒,排列在薄薄的一层塑料片上。不过胶片还包含几个附加层。这些层包含有显影过程所需要的化学试剂。每个色彩层下面都有含有成色剂的显影层。所有的这些层都在黑色基层之上,而在图像层、定时层和酸层之下。这种排列实际上是等待触发的连锁化学反应。

 

 



一次成像照相机胶片具有排列在化学层的整套显影程序。当反应剂进入光敏层之上时,该程序就开始了。

 

启动显影程序的成份有反应剂,一种由遮光剂、碱、白色颜料和其他成分组成的混合物。反应剂的位置在光敏层之上,图像层之下。在照相之前,反应剂原料聚集在塑料片的边缘,与光敏材料是隔开的。这样保持胶片在曝光之前不会显影。在您按下快门照相之后,胶片就会通过一对滚筒穿过照相机。滚筒将反应剂在胶片的中间铺开,就像擀面杖擀面一样。当反应剂在图像层和感光层之间铺开的时候,它便与胶片中的其他化学层发生反应。而遮光剂材料会阻止光线渗透到下面的层,因此胶片在显影之前并未完全曝光。

反应剂通过各层向下移动,将曝光过的颗粒变成金属银。然后化学物质溶解显影染料使它向上扩散到图像层。每层中有金属银区域(曝光过的颗粒)抓取染料使其停止继续上移。只有通过那些非曝光层的染料能够移动到图像层。例如,如果绿色层曝光了,洋红将不能移动到图像层,而青色和黄色则可以。这些颜色能够在图像表面合成为半透明的绿色薄膜。白色颜料上的反射光照过这些颜色层,就跟从电灯泡发出的光线照过幻灯片一样。

同时这些化学反应剂也会向下穿过光敏层,其他的化学反应剂穿过上面的胶片层。胶片中的酸层与反应剂中的碱和遮光剂发生反应,使遮光剂变得透明。这样就可以看到下面的图像。定时层会使反应剂沿固定路径到达酸层的速度减慢,这样就能使胶片在曝光之前有足够的时间来显影。

在看到照片中的图像时,实际上是看到了最后一步的化学反应。图像在下面已经显影过了——您只是看到酸层清理掉反应剂中的遮光剂,于是就可以看见图像了。

下面是一些相关链接:

单反相机工作原理
相机成像原理分类 γ照相机的成像原理

摄影胶卷的基础知识

光的原理

Polaroid Corporation

The Land List: Catalog of Classic Polaroid Cameras

Polaroid Art

  

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