1 影像技术的起源与发展

1.1 照相术的发明

1.1.1 照相术的概念

照相术也称摄影术。摄影的目的和任务是将客观对象忠实地记录下来，从而让人们在不同的时间和地点获得像亲眼所见一样的客观信息。有人认为是法国人J.N.涅普斯（图1-1）在1826年首先成功地照了相（图1-2至图1-4），也有人认为法国人L.J.M.达盖尔（图1-5）在1839年的成就才是照相术的发明年代，因为他的卤化银方法是以后照相术发展的基础（图1-6、图1-7）。

照相术包括光学成像装置、感光材料以及显像过程。照相术的原理就是来自物体的光投影到感光材料上形成潜像，然后用化学或物理方法变成可见的影像。

1.1.2 光学成像装置

虽然关于光学成像的观察可以追溯到远古，但一般认为针孔成像才是照相术的先驱。这种记录在中国至迟见于11世纪沈括的《梦溪笔谈》中，在欧洲，15、16世纪出现了以透镜代替针孔的暗室，而对成像的解释到17世纪J.开普勒才完成。这种成像装置仅供人们观察或描绘外物之用，最初是一间房间；其后向小型化、自动化方面发展而成为现代的照相机，如图1-8。

1.1.3 物镜

照相机的主要部件，执行光学成像的任务。由于针孔太小，进入的光太微弱，于是人们利用透镜以增加通光量。先是用单透镜或当时习见于望远镜中的两片胶合透镜的形式，后者可以校正色差，但两者的视场和孔径皆小，只能拍摄静止的风景，故称风景物镜。19世纪后期光学玻璃的发展，每一组透镜又可对像差其他方面取得较好的控制，另一种设计路线是三合透镜，其中间是一片负透镜，两旁各一片正透镜。后来单片透镜也可用多片组成，因而在较广的视场下可获得很大的相对孔径（很小的f数），这种透镜在现代的电影机和小型照相机中广为采用，如图1-9。

照相物镜按其焦距与照片尺寸之间的关系分为标准、广角和远摄三类。焦距约等于照片的对角线者为正常，例如常用的小型照相机，焦距为50mm，照片为24mm×36mm，属于此类。焦距比正常者短，属于广角；反之则属远摄物镜。变焦镜头透镜组中有些透镜可以相对其他透镜移动，使整个透镜组的焦距连续改变，但物与像的位置不受影响而固定不变。这样，在电影中就可以方便地得到从远景到特写的连续画面。变焦距物镜所能达到的最长与最短焦距之比称为变焦比，一般为3或4，如70～200mm。

1.1.4 f数

光圈数，物镜的可变光圈的大小，表示进入镜头的光量。光通越大，f数越小。通用的f数系列为1.4，2，2.8，4，5.6，7.1，8，11，16，22，如图1-10。

照相机镜头上既标注出其焦距，也标注出其可能达到的f数，如图1-11。

1.1.5 曝光与快门

将光学像记录于照相感光材料上要经过曝光。曝光是像的照度与曝光时间的乘积，前者取决于f数，后者由快门控制。常见的中心快门或称镜间快门是若干张金属片组成的，各片有一端固定，它们各自转动时就形成开或关的动作，曝光时间可短至1/500秒。另一种多用于小型照相机，称为焦面快门或帘幕式快门。这是紧靠焦平面前、带有可调狭缝的幕，迅速卷起帘幕而狭缝掠过，曝光时间可短至1/1000秒。因为狭缝扫过焦面有先后，故对快速运动物体的照相会有所失真。但其优点是独立于物镜之后，便于更换镜头。现在比较新的有电子快门，可以更加准确地控制曝光量，如图1-12、图1-13。

1.1.6 取景器

拍摄前要明确所拍景物的范围。现在比较主流的是旁轴取景器和单反单镜头取景器，单反取景器的优点是没有视差，如图1-14。

1.1.7 景深

拍摄中景物有前后关系，而镜头只能调焦到一个平面，前后的物体都不能形成最清晰的像。但是人眼对对像的清晰程度有一定的容忍范围，因而在调焦平面的前后有一段景深。这与景物的远近、物镜的焦距和f数有关。光圈越大，景深越小；反之，光圈越小，景深越大，如图1-15、图1-16。