应用光学简明教程 课件【ch14】摄影及投影光学系统

应用光学简明教程光电&仪器类专业教材摄影及投影光学系统第十四章摄影系统的

光学特性01一、摄影系统的光学特性成像系统的分辨率(解像力)是该系统对黑白条纹密度的分辨能力。照相镜头用分辨率板检测其分辨率，分辨率板上分布着间隔按等比级数递增(减)的多组黑白条纹。成像系统能分辨的最高密度值为该系统的极限分辨率，用线对/毫米(lp/mm)为单位。分辨率(解像力)01一、摄影系统的光学特性分辨率(解像力)01一、摄影系统的光学特性摄影系统的光谱能量特性02以T值光圈表示的摄影系统的光照度特性公式是镜头光谱特性是各波段光的透过率特性，它影响彩色照相中颜色还原效果，做到照片颜色与原物颜色一致性。为此，希望镜头对光谱是等比例透过，不出现选择性透过。镜头光谱特性用光谱透过率曲线表示。一、摄影系统的光学特性几何焦深03保持接收器感觉为清晰像的最大离焦量，即像面对镜头在光轴方向移动范围，称为镜头的几何焦深。几何焦深取决于接收器对图像清晰程度的判断能力。几何焦深为几何焦深有别于物理焦深。摄影镜头(镜头)02二、摄影镜头(镜头)1.匹兹万镜头为了减小场曲，尽量地提高正透镜折射率，减小负透镜折射率。胶合面两边的折射率差减小，胶合面的弯曲加大，高级球差可能增大。为此，把胶合面改为双分离结构，如图14.4(a)所示。当不要求镜头有长后工作距时，可以在焦面附近设置一块负透镜，有利于场曲的校正。适当地弯曲负透镜，能降低畸变，其结构如图14.4(b)所示。大孔径镜头01二、摄影镜头(镜头)2.柯克镜头(三片式镜头)柯克镜头由三片薄透镜组成，中间是负透镜，两边是正透镜，如图14.5所示。大孔径镜头01二、摄影镜头(镜头)3.天塞镜头和海利亚镜头改进柯克镜头像质的关键在于减小或校正其轴外球差。采用两种方法：

(1)在柯克镜头后面正透镜上增设一个胶合面，使胶合面上产生负像散，其值远大于其他的像差，轴外球差得以校正。这种结构称为天塞镜头，如图(a)所示。(2)用透镜分裂的方式代替单透镜，以增大透镜的弯曲半径，图14.7展示的是两种曾经采用过的结构。大孔径镜头01二、摄影镜头(镜头)4.松纳镜头松纳镜头虽然与柯克镜头的设计思想不同，但仍可看作柯克镜头的变形。若在柯克镜头第一块正透镜后面增加一块不晕透镜，就形成了松纳镜头，如图14.8所示。大孔径镜头01二、摄影镜头(镜头)5.双高斯镜头双高斯镜头是摄影镜头中常见的一种，适用于相对孔径D/f‘=1/2、视场角2ω=40°的场合。如图14.9所示。大孔径镜头01二、摄影镜头(镜头)1.反远距型镜头短焦距镜头若采用上述普通镜头的结构，可能出现后工作距过短的弊病，满足不了反射元件或分幅遮光板的空间需要。短焦距镜头采用了如图14.13所示的反远距结构。广角镜头02二、摄影镜头(镜头)2.超广角镜头视场角2ω>90°的镜头称为超广角镜头。由于视场大，照度分布更不均匀。2ω=120°的镜头，在不考虑渐晕的情况下，边缘视场的照度只有视场中心照度的6.25%。3.长焦距镜头长焦距镜头是一种特写镜头，适用于远距摄影。与短焦距镜头相比，长焦距镜头成像的比例大。普通照相机用的长焦距镜头可达600mm的焦距。高空摄影相机的镜头焦距可达几米。4.变焦距镜头变焦镜头在使用过程中，它的焦距可以在一定范围内连续改变，能在拍摄固定目标情况下，获得连续地改变画面景像比例效果。广角镜头02取景和测距系统03三、取景和测距系统物距变化时，镜头到接收器的距离需要调节，称为调焦。调焦量依据于测出的物距数据，测距方式有目视法和测距法两种，调焦分为手动和自动调焦。当前的照相机多为自动调焦，即取景、测距、调焦合为一体。测距系统有两项基本要求：一是测距精度，测距误差不应超过镜头的景深；其次是测距速度，力求快速、方便。测距系统采用了体视测距的工作原理，它与调焦系统组成了联动机构。图14.28是测距原理图。自动调焦的概念01三、取景和测距系统(1)逆伽利略望远镜式的取景器图14.29为逆伽利略望远镜镜取景器的示意图。照相机中的取景、测距、调焦及其综合系统的结构11102三、取景和测距系统(2)亮框取景器亮框取景器(bright-framefinder)是取景、测距、调焦相组合的结构。图14.30是取景结构示意图，取景范围有一个亮框标识。照相机中的取景、测距、调焦及其综合系统的结构11102三、取景和测距系统(3)毛玻璃取景器这是大型座式照相机(座机)和双镜头照相机上常用的一种取景装置。镜头到毛玻璃屏的光学距离等于镜头到成像面的距离，它的几何尺寸给出取景的范围，毛玻璃上影像的清晰程度就是调焦的依据。图14.32列出了毛玻璃取景器的结构。照相机中的取景、测距、调焦及其综合系统的结构11102感光胶片04四、感光胶片感光胶片概述01感光胶片分黑白胶片和彩色胶片，由片基、感光层、保护层及辅助层组成。感光层是胶片的核心，它由悬浮在明胶中的光敏材料颗粒组成。感光胶片上涂有一些辅助层，其中包括保护层、结合层、底层、防光晕层、防静电层等。感光层分成三层：感蓝、感黄和感红乳剂层。胶片的感光是一个化学反应过程。感光层在光的照射下，卤化银中的银离子还原成银原子，沉积在受光点附近，形成银斑，构成“潜影”。四、感光胶片感光胶片特性02四、感光胶片感光胶片特性02光电传感器05五、光电传感器1.CCD和CMOS图像传感器CCD和CMOS的积分电荷与光强和时间乘积的积分有关，即与曝光量有关，在未达到饱和状态的条件下，这个关系是正比关系，这就是CCD或CMOS阵列可以记录图像的亮度差异的原理。最近，数字图像技术开发公司推出了一种传感器，它在传感器硅片上嵌入了三层光电感应层，三个感应层各吸收红、绿、蓝三色光中的一种色光，从而构成了一种全色的图像传感器。这种传感器有利于颜色的再现，同时免去了插值操作，提高了相机的拍摄速度。五、光电传感器2.CCD和CMOS图像传感器的技术特性图像传感器的技术特性可以用光电转换灵敏度、量子效率(量子效率表示入射光子转换为光电子的效率。它定义为单位时间内产生的光电子数与入射光子数之比)、电荷转移效率、光谱响应、噪声和动态范围、暗电流、分辨率等参数描述。从图像接收器件成像的观点考虑，它的技术性能以分辨率、感光灵敏度、信噪比、动态范围和光谱灵敏度等参数描述更为贴切。放映和投影镜头06六、放映和投影镜头放映和投影镜头的光学特性用视场、孔径、焦距表示外，因工作在有限距离上，增设一个倍率参数。根据几何成像关系，倍率β与镜头的焦距和物距的关系是放映和投影镜头的特性01六、放映和投影镜头放映镜头中最常见的结构是匹兹万型镜头。使用时要倒置，即原来放照相胶片的位置要放置电影胶片。匹兹万型镜头相对孔径可达D/f'=1/1.8，大孔径是其优点，可使屏幕上光照度提高。视场角2ω=16°。普通照相镜头倒置时，可用作放映镜头。宽银幕镜头与普通放映镜头不同，它在子午和弧矢两个方向上有不同的倍率，可使正常的画面变成“变形的”画面。该种镜头把非标准宽度的画幅摄入到标准宽度的胶片上，放映时再用另一个变形镜头对画面进行相反变形放映，使画面复