数码相机成像原理（数码相机的结构原理图）

摄影成像原理

照相机是个什么样的仪器?为什么可以把外界景物浓缩到一张小小的照片上?观察手中的照相机，就会感到这么多按钮、数字、开关，一定十分复杂。其实再高级的相机都是由镜头和机身这两样最基本的部件组成，它的成像原理都一样。

1、“小孔成像”

用一个带有小孔的板遮挡在屏幕与物之间，屏幕上就会形成物的倒像，我们把这样的现象叫小孔成像。前后移动中间的板，像的大小也会随之发生变化。这种现象反映了光沿直线传播的性质。

2、在照相机被发明之前，人们就已经开始利用“小孔成像”原理制造各类光学成像装置，这种装置被称为“Cameraobscura(暗箱)”。19世纪上半叶，人们终于找到了固定保存暗箱中投影面上光学图像的方法与介质，照相机工业由此发端，因此Camera obscura被认为是照相机的祖先;而“Camera”则成了照相机的英文名称。

Camera obscura 暗箱

暗箱使用示意图

3、照相机的发明

1839 年法国画家达盖尔根据小孔成像的原理发明了被称为“西洋镜”的世界第一台照相机。不过当时的相机令现代人无法想象，暗箱大得像个小房子，拍摄时间至少三十分钟，以至于不得不将被摄的人头部固定在事先预制好的卡箍里，而且得到的只是一张笨重的铜版正像。当时有报社记者评述：“就像在马路上拿着一面镜子，周围的景物极细地反映出来，然后把镜子带回家。”

1841 年英国科学家、化学家塔尔博特发明了底片技术，不是“把影像印在笨重的铜版上带回家”，而是把影像通过底片印在造价低廉的纸上，大大降低了成本，出现了可供普通人拍照留影的商业相机。尽管它当时还比较粗糙和简陋，但已经具备了现代相机的基本性能。从此，摄影技术在世界各地广泛传播，摄影器材不断完善。

经过一百七十多年的历史演变，照相机逐步由体积庞大的“西洋镜”发展成为小巧玲珑、操作简便、性能优良的精密仪器，并且开始向全自动、多功能、高清晰度的趋势发展

1839 年法国画家达盖尔根据小孔成像的原理发明了被称为“西洋镜”的世界第一台照相机

照相机基本部件

照相机就像一个神秘的箱子，它像我们人的眼睛一样，可以看清外界的景物，同时又可以把看到的景物印映在底片上。仔细观察手中的照相机，就会发现无论高级相机还是普及相机都是由机身、镜头、光圈、快门、取景器五部分组成，如果使用胶片相机还有输片机构。照相机是集光学、机械和电子为一体的精密仪器。数码相机具有有全自动操作功能，如自动聚焦、自动曝光等。简单机械的相机只有一个快门按钮和电源开关。

一、机身

当我们拿起一架照相机，首先看到一个不透光的暗箱，我们称它为机身。机身是连接照相机光学、机械、电子三大部分的总载体。它的前端安装照相机镜头。

数码相机机身里装有图像感应器、数字影像处理器和图像存储器等电子元件。传统胶片照相机的机身暗箱里面装有胶卷，胶卷中间装有各种光学、机械、电子元件，使相机成为一个整体。此外，各种摄影附件和辅助器材，在使用中也要与机身连接。因此，照相机机身一般由金属或经过加工强度较高的注塑材料制成。

二、镜头

镜头又称摄影物镜。镜头的功能是使外界景物在照相机暗箱内的胶卷平面处形成清晰的影像。就好像我们人类的眼睛能够把看到的景物清晰地映印在眼睛球体上的视网膜上的作用一样。镜头是照相机的重要部分，同学们要像爱护自己的眼睛一样爱护镜头。

如果你仔细观看，会发现镜头里有好几片凸凹不同的镜片，我们称之为正、负透镜。正(凸)透镜使光线会聚，产生实像，负(凹)透镜使光线散射，不产生实像。正负透镜结合可以使形成的影像不仅清晰还可以减弱像差，提高成像质量。因此，所有的照相机镜头都由数量不等的正负透镜组成。越高级的镜头透镜片数越多。镜头一般至少由4片3 组透镜组成。镜片通常由研磨精细的光学玻璃制成，并且在镜片表面进行镀膜处理。

现代照相机镜头有很多种类，数码相机通常使用带马达的EF电子变焦镜头，自动调整镜头焦距，极大地方便了摄影者创作，满足不同摄影题材的需要。

镜头剖面示意图

形形色色的镜头

三、光圈

光圈是安装在照相机镜头中直径可以伸缩的光孔，俗称“光圈”。在传统的胶片照相机里光圈一般由数量不等的月牙形薄金属片制成。光圈的作用是与快门配合，控制外界景物反射光线进入暗箱的多少，使胶卷能够正确曝光。光圈的另一个作用是调节被摄景物的景深的大小。像可伸缩的“光闸”，如同我们人类眼睛的瞳孔，为了适应外界景物亮度的变化，要不断调节眼睛瞳孔大小。

转动照相机镜头上的光圈调节环，可以改变光孔直径，控制光量进入暗箱。假如我们把暗箱比作是一个密不透光的屋子，屋子只开一个可以透光的窗子，这个窗子开得大透光就多，开得小透光就少。这个“窗子”就好像镜头中的光圈。光圈大小用光圈系数“f ”表示，一般标志在镜头筒上。 光圈系数在国际上是统一标定的。不论哪种相机的镜头，只要光圈系数相同，它们的透光量就完全相同。

四、快门

快门是安装在照相机镜头与胶卷平面之间的“光闸”。快门与光圈配合，随着快门开启时间的不同，控制胶片曝光时间的长短。操纵快门开启的按钮一般安装在照相机机身上方便于操作的地方，也有的快门按钮安装在镜头附近。调节快门速度盘，可以改变快门开启时间，控制胶片的曝光量，使胶片得到适合的曝光值。就好比我们在一间只有一扇窗子的黑屋子里，打开窗子的时间长与短，得到的光量数是不同的。各种相机的快门速度都是一样的，不论哪种相机，只要数值相同，快门速度完全相同。

目前，常用照相机快门有焦平面式快门和中心式快门两种类型。快门操作上有机械操作和电子操作两种方式。数码照相机的快门速度是由电子程序控制的，速度可以高达1/8000秒。

快门和光圈是一对“好兄弟”，摄影创作中根据摄影内容需要相互配合，才能得到预期效果。

五、取景器

取景器是供摄影者观察被摄景物，确定取景范围的机构。设置在机身上部便于观看的部位。现代照相机的取景器一般兼有测光、测距和指示光圈大小、快门速度等数据的显示功能。

电子技术的飞速发展，数码照相机大部分采用LCD宽视角液晶屏的取景方式，有的液晶屏还可以旋转，极大地方便了摄影者创作的需要。

传统胶片机械照相机的取景器分为旁轴取景器和同轴取景器两大类。旁轴取景器的取景光路不通过照相机镜头，而是由一个单独的光学系统完成的，因此存在视差现象。也就是取景范围和实际拍摄的范围不完全一样。现代中、高档相机多采用同轴取景器，取景光路与摄影光路同用一个照相机镜头，不会产生视差现象。这种方式又称为单镜头反光取景器。同轴取景器仍有不足之处，由于外界景物是通过一个45度的反光镜折射到取景窗内的。当快门开启的瞬间，反光镜弹起，使摄影光路到达了胶片平面，这时取景光路阻塞，取景器视场全部变黑，摄影者在这一瞬间看不到取景范围，容易在动体摄影或较长时间曝光摄影时造成失误。目前，国外已出现了克服这一缺点的新机种。采用固定式半透明、半反射的反光镜，其中被摄景物的光线1/3反射到取景器用于取景，2/3 光线透过反光镜，到达胶片平面上用于摄影曝光，而且不存在震动现象，拍摄中始终可以看到被摄景物。

单反专用外接液晶取景器

照相机的种类

照相机是光学、电子、机械三方面结合的综合体，除了具备以上基本部件外，每架照相机都有各自的特点。少年朋友在了解照相机主要部件性能的基础上，应当更多地学习些新的照相机知识。选择好适合自己需要的相机，并且熟练掌握手中的相机，才会在摄影创作中更好地发挥照相机的作用。

走进照相机商店，少年朋友一定会被琳琅满目的相机世界弄得眼花缭乱，不知选择什么样的相机更适合自己使用。这里向少年朋友简单介绍选择照相机应该具备的常识，以便选择适合自己使用的照相机。

目前，照相机的品种大致有两类，一类是普遍使用的小型数码照相机，俗称“傻瓜”相机，一般价钱比较便宜。另一类是专业单反照相机。电子技术的不断进步，数码专业单反照相机已经成为摄影工作者的主要机种。但是，由于传统胶片摄影作品具有细腻、胶片宽容大、色彩还原逼真、照片细腻、色彩还原逼真，还可以放大制作等优点，仍然是摄影工作者在特定题材创作时使用的机种。

一、小型数码照相机

小型数码照相机在照相机家族中是个“小弟弟”，俗称“傻瓜”相机。由于该机轻巧、方便，受到普遍欢迎。这种相机的取景器采用LCD宽视角液晶屏的取景方式，安装在机身后面。取景光路由一个单独的取景光学系统完成，液晶屏明亮，直接可以观察和选择被摄景物。拍摄时，按动快门按钮的声音极轻。没有机械式快门翻动快门的噪声。小型数码相机使用方便，操作简单，常常是“咔嚓”一声就能拍出较满意的照片。可以满足少年朋友最初学习摄影的要求。随着少年朋友摄影技艺逐步提高，这种“傻瓜”相机带给少年朋友固定的程序模式就不能满足少年朋友的需要了。况且，摄影是技艺的结合，选择合适的光圈快门组合、营造不同的影调气氛是摄影创作的主要手段。大凡优秀的摄影家都喜欢用胶片摄影方式，人工调节操作相机来拍摄不同风格的作品。

小型数码照相机

二、专业单反照相机

电子技术飞速发展，专业数码单反照相机实现了高度的全自动化，出现了自动调焦自动变焦等更为简便操作方式的AF全自动相机。这种相机通过机内发出的红外线光束测量与被摄主体的距离，自动调焦驱动镜头调焦环，达到正确调整聚实焦距的目的。操作时只需按快门，有的相机镜头还可以改变焦距，一般变焦范围为28毫米至85 毫米，通过机内微型马达驱动，改变拍摄范围的大小，大大方便了摄影者选择画面的需要。有的相机还根据摄影需要换用不同焦距的的镜头。完全改变了手动机械式相机的操作时的麻烦，把原来难度较大的操作变成了简单的程序化方式。这种相机还具有自动白平衡、自动曝光、自动控制闪光灯自动除尘等功能，大大减轻了摄影者负担。

传统胶片单镜头反光相机根据摄影需要可以换用不同焦距的长焦距、广角或变焦距镜头。这种相机以焦平面式快门居多。快门速度现在已经达到了1/8000秒至1 秒，并有长时间曝光用的“B” 门功能，完全可以满足摄影创作的要求。

600万级专业数码相机