相机的成像原理: 针孔相机, 胶卷相机 和 数码相机
原文链接: https://computationalimagingintro.blogspot.com/2018/10/blog-post_27.html
本文主要包括以下几个部分:
1. 相机的最基本原理
2.胶卷相机的原理
3.数码相机的原理
1.相机的最基本原理[1]
2.胶卷相机的原理
将卤化银涂抹在聚乙酸酯片基上,此種底片為軟性,捲成整捲方便使用,所以又稱膠卷,当有光线照射到卤化银上时,卤化银转变为黑色的银,经显影工艺后固定于片基,成为我们常见到黑白负片。彩色负片则涂抹了三层卤化银以表现三原色。
2.2 感光材料的照相性能:
(1) 感光度ISO [4]
感光度,又称为ISO值,是衡量底片对于光的灵敏程度,由敏感度测量学及测量数个数值来决定,国际标准化组织标准为ISO 6。对于光较不敏感的底片,需要曝光更长的时间以达到跟较敏感底片相同的成像,因此通常被称为慢速底片。高度敏感的底片因而称为快速底片。以外和感光度密切相关的一个ISO系统是用来测量数位影像系统的敏感度。无论是数位或是底片摄影,为了减少曝光时间相对使用较高敏感度通常会导致影像品质降低(由于较粗的底片颗粒或是较高的影像杂讯或其他因素)。基本上,使用较高的感光度,照片的品质较差。
底片对光线的敏感程度叫做胶卷的感光度。未经曝光的胶卷遇到光线,胶片上会起 化学反应 ,根据进入光线的多少而在胶片的不同位置产生深浅不一的变化,从而在胶片上留下影像。
(2) 颗粒性[5]
颗粒性是指胶卷通过曝光, 显影后留在胶片上的银影颗粒大小. 胶卷的颗粒性大小变化会直接影响摄制照片的清晰度, 质感和放大倍率等.
3. 数码相机的原理
在胶卷相机的时代,感光是需要底片,后来科技发展,我们找到了电子的感光元件来替代了过去的胶卷。 这个原件就是数码相机的感光元件。
数码设备的感光元件主要有两种:
一种是广泛使用的CCD(电荷藕合)元件;另一种是CMOS(互补金属氧化物导体)器件。
可是如果只记录光照强度, 数码相机为什么能成彩色的像呢?
可以参考 这篇文章.
简而言之,对于胶卷的彩色成像,原理是: 底片之上依次有三个感光层,分别对红、绿、蓝三种颜色进行曝光,最后叠加形成一张彩色底片。
对于数码相机的彩色成像, 则采用了滤光层( Bayer filter, 拜尔滤光法). 在图像传感器前面,设置一个滤光层(Color filter array),上面布满了滤光点,与下层的像素一一对应。也就是说,如果传感器是1600x1200像素,那么它的上层就有1600x1200个滤光点。每个滤光点只能通过红、绿、蓝之中的一种颜色,这意味着在它下层的像素点只可能有四种颜色:红、绿、蓝、黑(表示没有任何光通过)。不同颜色的滤光点的排列是有规律的:每个绿点的四周,分布着2个红点、2个蓝点、4个绿点。这意味着,整体上,绿点的数量是其他两种颜色点的两倍。这是因为研究显示人眼对绿色最敏感,所以滤光层的绿点最多。接下来的问题就是,如果一个像素只可能有四种颜色,那么怎么能拍出彩色照片呢?这就是布赖斯·拜尔聪明的地方,前面说了,每个滤光点周围有规律地分布其他颜色的滤光点,那么就有可能结合它们的值,判断出光线本来的颜色。以黄光为例,它由红光和绿光混合而成,那么通过滤光层以后,红点和绿点下面的像素都会有值,但是蓝点下面的像素没有值,因此看一个像素周围的颜色分布----有红色和绿色,但是没有蓝色----就可以推测出来这个像素点的本来颜色应该是黄色。
参考链接:
[1]. 数码相机成像原理是什么? - 牛开放的回答 - 知乎
https://www.zhihu.com/question/21006516/answer/78779607
[2]. 相机的成像原理和发展历史是怎么样的? - 李雷的回答 - 知乎
https://www.zhihu.com/question/46516665/answer/101640694
[3]. https://zh.wikipedia.org/wiki/%E5%BA%95%E7%89%87
[4]. https://zh.wikipedia.org/wiki/%E6%84%9F%E5%85%89%E5%BA%A6
[5]. 王琦, 乐进和. 传统摄影与数码摄影[M]. 北京希望电子出版社, 2006.
[6]. 相机的成像原理和发展历史是怎么样的? - 姚清宁的回答 - 知乎
https://www.zhihu.com/question/46516665/answer/102254762
[7]. https://www.ruanyifeng.com/blog/2012/12/bayer_filter.html
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