获得一张照片的过程-相机的基础原理

2020-02-04 22:15:24 2点赞 6收藏 0评论

相机是什么呢?

按照学术性的解释是:

照相机是一种利用光学成像原理形成影像并使用底片记录影像的设备

那么一个简单的相机原理图就可以这么画出来了。


获得一张照片的过程-相机的基础原理





光学成像原理有哪些呢,(以下是初中物理复习环节)

小孔成像:


获得一张照片的过程-相机的基础原理


由于光是直线传播的,所以在成像面上是一个倒立的实像。

要想调节成像的大小,只需要移动小孔的位置就行了。

夏天晴朗的时候,透过树叶在地上的光斑,都是小孔成像在地面上形成太阳的像。


获得一张照片的过程-相机的基础原理



透镜成像:

为了便于说明,我们这里就以单镜片的情况说明吧。


获得一张照片的过程-相机的基础原理


由于透镜(凹透镜,凸透镜)会对光线产生折射作用,所以会产生成像的效果。

当我们把各类的透镜以某种方式结合在一起的时候,镜头便这么出现了。


获得一张照片的过程-相机的基础原理


佳能RF24-240mm的镜头结构


记录影像,就是上图中成像面的位置。

可以是胶片,也可以是数码感光元件,比如现在已经使用不多的ccd,以及COMS。


获得一张照片的过程-相机的基础原理


胶片相机现在“几乎”已经不生产了,所以大家能买的到消费级的胶片相机一般都是二手的,但是还有很多爱好者喜欢使用胶片相机,目前生产胶片的厂商主要是富士和柯达。

相比于CCD,CMOS具有更优功耗,集成性,速度,加上较低的成本,在市场和技术的博弈下,CCD逐渐退出了市场。


让我们来看一台数码单反相机



获得一张照片的过程-相机的基础原理



再把主要结构抽象一下



获得一张照片的过程-相机的基础原理



整个拍摄的过程如下。

我们通过8(取景器)观察到经过2(反光镜)以及7(五棱镜)反射的光线,看到了需要拍摄的物体

按下快门,2(反光镜)抬起到5的位置,3(快门帘)拉起来,光线投射到4(传感器)上。

拍摄完成后,2(反光镜)落下,可以继续通过8来取景


这样就完成了一张照片的拍摄。


如果是微单无反相机,相比于单反,是没有反光镜和五棱镜的结构的,由传感器完成所有的取景,对焦和成像的动作。


当然上边只是一个简化的过程。

在实际的拍摄过程中,相机还会经过测光,对焦等过程。


测光是什么?

测光是为了曝光准确,让所有颜色和亮度都能得到一个较为准确的展示

比如你拍摄一个环境有灰黑白三种颜色。

对白色测光,灰色就会欠曝。

对黑色测光,白色就会过曝。


获得一张照片的过程-相机的基础原理


所以拍摄的时候,相机需要找到一个中间值然后进行测光,如果我们把最亮和最暗定义为0-100,那么18%便是这个中间值(为什么不是50%,因为光照强度是指数,而不是线性的),也就是我们常说的十八度灰。


当光线进入相机后,相机的测光组件会确认光线的强度,然后跟18%灰的反射率进行对比,然后提供给出一个基础的曝光参数,如果是自动挡,相机此时就会自我设置参数。


那么对焦呢?


一般最基础的对焦方式,是反差式对焦。


1.未合焦状态下,因为整个焦点的画面处于模糊状态,所以像素之间的颜色比较均匀;

2.开始对焦,镜片开始移动,画面逐渐清晰。

3.合焦状态。画面最清晰,对比度最高,但相机并不知道,所以会继续移动镜头;

4.继续移动镜片发现对比度开始下降。进一步移动镜片,发现对比度进一步下降,相机知道已经错过焦点;

5.镜片回退至对比度最高的位置,完成对焦。


所以一些对焦比较差的镜头,会有拉风箱的情况存在。

这也是为什么拍摄白墙的时候,自动对焦根本对不上焦的原因。


由于反差式对焦需要移动整个对焦镜组,还需要反复确认,所以有时候效率并不是很高。

目前,相机和部分手机应用最多的是相位对焦。

相位对焦,是通过寻找像差最小的点;物体的某一个点会从各个方向发出光线通过镜片成像到snesor上面去,只有当不同方向的光线成像落到sensor的同一个位置的时候才是像差最小的时候:



获得一张照片的过程-相机的基础原理


通过不同方向成像的位置和距离,可以通过计算判断焦点靠前还是靠后,从而准确的告诉镜片应该向那个方向移动进行对焦。也就是“一次计算,马上对焦”。

缺点是在光线较暗的地方,往往就会抓瞎了。


一般来说,目前的相机都会具有两种对焦方式,也叫做混合对焦。


当然,不同厂商的对焦方式也会有所不同,目前来看,索尼的4D对焦和佳能的全像素双核对焦是其中的佼佼者。


以上。


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