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攝影基礎(chǔ)知識(shí)之針孔成像原理

  針孔成像源于公元前春秋戰(zhàn)國時(shí)期,據(jù)墨翟〈公元前468—前376年)及其弟子在所著的 《墨經(jīng)》中記載,春秋戰(zhàn)國時(shí)期人們已經(jīng)知道針孔成像原理,并且會(huì)利用針孔成像來繪制陶瓷 器皿上的圖形。北宋時(shí)期的學(xué)者沈括〈 1031 —1095年)在他的《夢(mèng)溪筆談》一書中,對(duì)針孔成像原理作了進(jìn)一步的分析和說明。

一、針孔成像原理

  根據(jù)幾何光學(xué)的知識(shí),我們知道發(fā)光物體所發(fā)射的光,是由無數(shù)個(gè)光點(diǎn)所組成的,這些小 光點(diǎn)通過針孔,投射到白色屏幕上,就形成了物體的影像。光線是直線傳播的,并會(huì)聚到投影 中心^針孔,因此物體上半部分所對(duì)應(yīng)的點(diǎn),通過針孔在屏幕的下方成影;物體下半部分所 對(duì)應(yīng)的點(diǎn),通過針孔在屏幕上方成影。同理,左邊的光點(diǎn)成影于右邊,右邊的光點(diǎn)成影于左邊。 這樣,與景物所對(duì)應(yīng)的光點(diǎn),通過針孔后,在屏幕上結(jié)成左右相反、上下倒置的景物影像。

二、針孔成像的規(guī)律

  針孔是一個(gè)投影中心,從物體上反射的每一個(gè)光點(diǎn)都要會(huì)聚到這個(gè)投影中心,然后才能繼 續(xù)沿直線傳播、擴(kuò)散,最后在白色屏幕上結(jié)成該物體的影像。在針孔成像中,物體離投影中心 (針孔〉愈遠(yuǎn),其影像愈小,觀察屏離投影中心(針孔〉愈遠(yuǎn),其影像愈大。

  從物體上反射的每一個(gè)光點(diǎn),實(shí)際上都是一個(gè)極為窄小的光朿,這個(gè)小光束是發(fā)散性的, 我們稱之為光錐,物體所對(duì)應(yīng)的小光點(diǎn)稱為光錐的尖端,通過投影中心反映到屏幕上的光斑稱為光錐的底。由于小光束成發(fā)射狀的緣故,落在屏幕上的光跡,并不是點(diǎn),而是一片光斑,所以 在屏幕上結(jié)成的影像,實(shí)際上是由無數(shù)個(gè)光斑相交疊合組成的。這種光斑,在攝影術(shù)語中被稱為分散圈。這些光斑直徑小于0.0254mm時(shí),人眼不能分辨,因而視為光點(diǎn)。光斑的大小,取 決于針孔的大小,取決于物體發(fā)光點(diǎn)與針孔之間、針孔與屏幕之間的距離。針孔愈大,發(fā)光點(diǎn) 與針孔之間的距離愈近,屏幕與針孔之間的距離愈遠(yuǎn),所得到的光斑愈大;反之,光斑則愈小。

  針孔的大小,還決定了影像的清晰程度和影像的明暗程度,針孔愈大,影像愈明亮,但這時(shí) 光斑變大,影像變模糊;反之,針孔愈小,影像變暗,光斑變小,影像愈來愈清晰。矛盾的是,要 使影像明亮,針孔必須開大,而針孔開得太大,又不能結(jié)成清晰的影像;針孔也不能開得過小, 如果開得過小,不僅影像亮度減弱,而且還會(huì)發(fā)生光的衍射現(xiàn)象,也不能結(jié)成清晰的影像。

  由于上述原理,針孔成像用于攝影時(shí),就失去了其實(shí)際應(yīng)用的價(jià)值,人們不得不根據(jù)它的 成像原理,來逐漸發(fā)展透鏡成像。盡管如此,針孔成像箱,仍然是現(xiàn)代照相機(jī)的始祖。

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