网站地图
照相术

也称摄影术。它的任务是将客观图像忠实地记录下来,从而可以使人在异时异地对这一事件取得准确的犹如目睹的信息。有人认为法国人J.N.涅普斯在1826年首先成功地照了相,但又有人认为另一法国人L.J.M.达盖尔在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发展的基础。

同年英国人J.赫歇耳推荐了后来为多数国家采用的外文词,它是由希腊文的"光"和“书画”组成的。词意贴切,但可稍加注解:一是光的含义已不复限于可见的电磁波;二是这种书画是一次完成的,不像人工书画之有勾划的先后。

照相术包括光学成像装置,感光材料以及显像过程。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。这里介绍光学成像和照相术在它发展中所形成的若干分支。有关显影和定影过程见照相材料。

虽然光学成像的观察可以追溯到远古,但一般认为针孔成像可作为照相术的先驱。这种记录在中国至迟见于11世纪沈括的《梦溪笔谈》中,而14世纪的赵友钦则正确地解释了成像的过程。在欧洲,15、16世纪出现了以透镜代替针孔的暗室,而对成像的解释却到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,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。实际上外文的照相机一词就是从暗室演变而来的。另外,配合各种专业要求,还发展成种种专用照相机,如天文、航空、制版、显微等,那些照相机的形式可能与日常的照相机很不相同。

它是照相机的主要部件,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。可是人们希望有较大的孔径以拍摄活动的现象,这意味着要突破以近轴区为限的成像范围。首先成功的是匈牙利科学家J.M.珀兹伐,他于1840年设计了以他命名的物镜,亦称人像物镜。可惜的是他的手稿毁于盗案而未能传下来,但他的物镜却保留下来了,而且在它的基础上有所发展。随即人们发现,对于光阑对称安置的两组相同的透镜──对称物镜──可以消除畸变等垂轴像差,而且由于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,因而这种对称物镜的变种很多,在扩大视场(称广角物镜)的同时也可有较大的孔径。另外一种设计路线是三合透镜,它的中间是一片负透镜,两旁是两片正透镜。后来每片也可用多片组成,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。

有时要求物镜的焦距长些,以资对远物摄取较大的像。但是为了不致使照相机身太长,常见的远摄物镜就在正透镜后面放置负透镜,于是本来行将会聚的光仍得慢慢地会聚而使焦点推到较远处,但透镜至焦面的距离并不太长。

照相物镜按其焦距与照片尺寸之间的关系分为正常(或者标准)、广角和远摄三类。焦距约等于照片的对角线者为正常,例如常用的小照相机,焦距50毫米,照片为24×36毫米,属于此类。焦距比之正常者为短,属于广角;而反之则属远摄物镜。较新有(可)变焦距物镜,兼备诸种性质。它的复杂的透镜组中有些透镜可以相对于其他透镜移动,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,一般取为3或4,近来有比这数字高好几倍的。

照相物镜一般由透镜组成,特殊情况也用反射镜或两者的组合〔称反(射)折射或双射光组〕,例如要求长焦距大孔径的天文照相,其中以由一非球面板和一反射镜组成的施密特光组最著名,最早出现于20世纪30年代。

f 数  或称光圈数(值), 指依附于物镜的可变光阑的大小,借以表示进入物镜的光量多寡。计数之法是将焦距除以光瞳直径(光瞳是光学上对物方来光起约束作用的通光孔),所以光通越大,f数越小。现在国际上通用的f数系列为…,1,1.4,2,2.8,4,5.6,…,

每一数比前一数大根号二倍。由于进入相机的光与光瞳面积成正比,故各相邻f数表示在相同的时间内进入的光量增或减一倍。照相机物镜上既注出其焦距,也注出其可能达到的f数。

f 数适用于有一定面积的物体, 如果是点光源,如在某些天文工作中,成像仍旧是一点,起作用的是光瞳的大小。

将光学像记录于照相感光材料上要经过曝光。曝光的定义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,它们各自转动时就造成开或关的动作,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。较新有电子快门,用小型计时电路代替以前的机械结构,还可与曝光计(多为利用光电效应测定曝光时间的附属装置)相连而能自动控制曝光,更精致些还结合小型计算机对快门、f数、调焦乃至输送胶卷等,一并自动化。

或称探像器,是为了明确所拍景物的范围的。最简的是在照相机旁附一金属丝框,在一定的位置观察框架所限制的范围,不过框架与景物一般不能同时清晰。应用广泛的一种光学取景器是一具倒置的伽利略望远镜,也称为伽利略(或牛顿)取景器,较精致些还可将其与光学测距仪相结合乃至与物镜联动。对于不熟练的人用反射(光)照相机取景最有把握,分为双镜头与单镜头两种。前者有一对相同的物镜,一个照相,一个取景成像于毛玻璃上,拍摄的同时一直可以盯住目标;单镜头式的在拍摄时必须将一片平面镜举起,以便所成像届时落到后面的胶片上,这种方式不仅省去一只镜头,而且拍出的景物与取景时无视差。

照相中景物通常有其纵深分布,而照相物镜只能调焦到一个平面,其前后的物体皆不能形成最清晰的像。但是人眼对稍不清晰的像可以容忍到一定程度,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。有按这些参量计算出来的表格供查考。对于一只指定的照相机,焦距已经固定,则物体愈远和f数愈大时,景深当愈宽。

方盒式是最简单价廉的,配备风景物镜,时间与f数皆固定,亦不调焦,拍摄时只在适当时机按动快门而已。稍后是折叠式,暗箱(亦称皮老虎)是可折叠的,拍摄时张开,调焦,选择恰当的f数和时间进行曝光。折叠时虽小巧,放开总需时间,往往来不及抢拍。现在最流行的是前述双镜头或单镜头反射式以及使用36毫米或更小胶卷的小型照相机,镜头伸缩方便。近来更辅以种种自动化设施,乃至内装闪光灯等。

照相术在它的发展过程中与种种社会活动相结合而形成难以计数的分支。例如它和艺术相结合而呈现其独特的表现形式。又如航空照相、显微照相、教育照相、新闻照相、工业照相等等都可顾名思义而知其梗概,不拟赘述。此外,它还结合某些视觉和物理方面的特征而有另辟蹊径的成就。

电影是将静止的照相活动起来的技术。这种想法也可以推溯到古代,有许多人对它做出称道的贡献,但关于现代的电影一般认为是美国的T.A.爱迪生在1891年完成的。恰巧那时赛璐珞出现,可以制成很长的照相胶卷以拍摄互相衔接的多幅照片。爱迪生在胶卷的边上打些小孔,用齿轮推动胶片前进,沿用至今。

电影的原理是根据眼的视觉暂留现象:如果一种连续运动被分裂为一系列的断续过程并迅速地呈现在眼前,则被认为还是连续的。电影的拍制就是将连续动作分裂为许多帧照片,而放映时则令其相继出现在银幕上。这种帧频率至少得16帧/秒,一般取为24帧/秒。

电影照相机与一般照相机的主要区别是多一份输片机构,令胶片不断输至曝光位置,并当其到达这个位置时暂停运动而曝光,然后又继续运动。如果令输片速度大于24帧/秒,而且放映时仍然用24帧/秒进行,则呈现为常说的“慢〔动作〕镜头”。反之,如果拍时间隔很长,却还用一般速度放映,这种“延时照相”,可以例如将花朵的开放在几秒钟内完成。

因为眼睛不能对很快的过程作出反应,高速照相就将它记录下来,从容观察,所以又称为时间放大器。可以这样定义:静止的照片之曝光时间在1/2000秒以下或者不能用一般机械快门进行者属于高速。活动照片在每秒 128帧以上者属于高速电影。前节中所述慢动作镜头往往不属于高速电影。

高速照相可以在一张照片上拍摄,例如,对一枚自发光的火箭,在暗背景上敞开快门以确定其轨迹。对于非自发光物体,则可用定时间歇的闪光,多次曝光于同一张照片上,而拍出它的动作过程。

但是一幅照片往往容纳不下事件的全过程,这就需要电影式的连续的多幅照片。电影机式的时动时停的输片有断片的麻烦,所以高速电影的拍摄用光学方法使不断运行的胶卷上有暂时停顿的像;也可以令胶卷完全不动,而光学像扫描过来,这适用特高速。

高速照相除照相机构造复杂外还要求强光源照明、高感光速度的乳胶以及特殊的快门。常用磁光(法拉第)或电光(克尔)快门,就是将磁场或电场施于恰当的物质后令所通过的平面偏振光的偏振平面转动。在物质的两方各有一只偏振片,当其未施磁(电)场时两偏振片交叉,光不能通过;但施以磁(电场)后可使光的偏振平面作90°的旋转,于是光得以充分通过。这类快门的曝光时间可达十的负十秒 以下。用像转换器或像增强器作为快门也可达到这种速度,而级联的像增强器更适用于对暗弱的物体的照相。用光脉冲可以代替快门,现代的激光脉冲可达到十的负十二秒。

或称立体照相。有许多因素使人们认识到客观世界具有立体性,其中重要的一项是人有两只以一定间隔分开的眼睛,它们各自将外物形成稍稍不同的平面图像。视神经将其传送到脑中,处理后产生立体感,这称为体视。

体视照相正是模拟这种现象。对于静止的物体,可以先后在两个相当于两眼的位置去拍照;对于运动着的物体,则需要两个相同的物镜或在一只物镜上附加体视前置镜去拍摄。将所拍摄的两张稍有差异的照片各个呈现给两眼,就复现了某一体视景像。

体视照相的应用和观看方法很多,例如有些地图册中附有红绿两色相叠印置的体视图,并用适当的滤色镜分别滤去其中一种色,以使某一只眼睛只看到它所应看到那一份图像,于是山峦起伏就跃然出现了。

体视电影常用偏振光的方法:以两个振动平面相互垂直的偏振光各投射一幅体视照片,观众则戴相应的偏振片眼睛使每一只眼只看到它相应的图像。

全息术能提供更好的体视效果。

可见光的界限是由于人眼只选择感受一小部分电磁辐射所确定的,而其他探测器,如照相乳胶可探测到其他波段,也有各自的特性。事实上照相术的探测范围很宽阔,自γ射线一直到近红外(1微米)以外一些,这些特性对光谱考察非常有用。

进行红外照相应先对乳胶敏化,就是令乳胶吸收某些染料。可以加适当的滤光镜除去可见光。红外照相的优点之一是所拍摄的远物比较清晰,因为红外线的波长较长,容易透过尘雾。另外物质在各波段的光学性质不同,从而可以获得与可见光不同的信息。例如,红外照相可以发现陈旧书画中对可见光来说已隐没的部分。在医务上用红外照相可考查皮下血管的情况。植物的叶绿素对红外反射强烈,而绿色颜料一般不然,因此在战争中可从红外照相识别某些伪装。也可以通过像转换器将红外像转变为可见光像再拍照。

一般照相乳胶本就可以探测紫外辐射,但是玻璃制的照相物镜限制了所拍紫外辐射波长范围在(350~400)纳米之间。用石英制的物镜可透紫外辐射波长至为 180纳米,更短波则空气就吸收它们了。

间接取得紫外照片的方法除像转换器外,更常用的是以紫外线激发物体,使之发出荧光再拍照,称为荧光照相。这里先要用一滤光镜使光源的紫外线照射物体,而在物体与照相物镜之间又放一滤光镜只令所发荧光通过。有些物质虽然自身不能被激发荧光,但可以加上某种发荧光的物质,如对指纹撒适当粉末可以奏效。

紫外照相常与红外照相相辅进行,在公安、考古等工作中互相验证。另外的一项重要的工作范围是生物方面,或者与显微镜相结合作显微照相。这是由于有些生物结构在可见光下完全透明,但在紫外线下呈现明暗衬比。为了使衬比更显著,可选用高衬比的照相材料。

这是指利用特短电磁辐射所取得的照相。实际上这不是正规意义下的照相,而仅是有强烈穿透能力的射线穿过物体后所投出的影。物体各部分由于其厚度、密度和原子序数的不同而对射线的吸收各异,于是显示有衬比。例如常见的X 射线照相能显示骨骼的结构,这是因为骨头中含有原子序数较高的钙和磷。射线照相在工业方面的应用以无损检验最引人注意,从航空中的铝部件至高压锅炉中的钢铸件和焊接部分,都可用它进行检验。金属愈重,所用X 射线的波长愈短,有时则用某些放射线同位素的γ射线。

是用照相方法进行光度测定。由于曝光和光密度之间有一定的关系,如果对一未知光源作一次曝光,再对一标准光源作一系列已知的准确曝光,然后找出未知光源所得光密度与标准光源中何者相等,则可测得未知光源的光强度。这样,在天文中对各天体可划分出它们的照相星等;在光谱分析中可以从谱线的光密度对于相应元素作定量分析,简捷精确,往往非化学分析所能及。


相关文章推荐: