你要是不懂小孔成像 那攝影是白學了

2025-05-02 12:24:25

　　一、小孔成像

　　公元前5世紀，中國古代科學家墨子在其著作《墨子》中記載了有關光的特性和反射現象的觀察思考，並記錄了光通過小孔在平面上形成倒立圖像這一現象。在西方，大約公元前330年，古希臘哲

　　學家亞里斯多德也有關於小孔成像的記載，並在其授課的課本中提出了暗房的概念。

　　1490年，萊奧納多·達·文西在其《大西洋手稿》中第一次以圖畫形式記錄了暗房的概念及其操作，藝術家們可以在暗房中通過投影把真實生活情景描繪下來，他們把暗房當成一種工具，在畫布上描摹出自然景物粗糙的輪廓，然後填充顏色。

　　我們可以把現代照相機的原始形態追溯為暗房，其成像原理就是小孔成像。暗房，即是黑暗的密閉房間，光線穿過一個非常小的孔射進來，並在牆壁上投射出一個像，這個像就是小孔外的景象，但像是倒立的，這就是現代照相機的雛形。暗房涉及兩個方面的技術問題，一方面是進光小孔的大小決定影像投射到後壁的鮮明程度，另一方面就是如何將影像固定下來。由這兩個問題展開，眾多科學家為此前赴後繼地奔向攝影術的發明。

　　1550年，數學家捷洛拉莫·卡丹諾( Girolamo Cardano，1501—1576)發明了在暗房裡安裝透鏡的方法，月於控制圖像的聚焦。

　　1611年，德國人約翰尼斯·克卜勒( Johannes Kepler，1571—1630)發明了一個可攜帶的暗箱，並第一次使用「暗箱」這一概念。

　　1773年，瑞典化學家卡爾·威廉·舍勒( Karl Wilhelm Scheele, 1742·1786)發現了通過化學還原反應，可見光譜中藍紫色的那端會對氯化銀起明顯的作用，促使其從銀鹽變成金屬鹽。

　　羅蘭·巴特( Roland Barthes，1915~)提醒我們：「攝影是兩個毫不相關的過程的交叉，一是化學過程：光線在一個固定的表面上產生化學作用;另一個是物理過程：通過光學設備形成圖像的過程。」「畫家所使用的暗箱只是一個物理過程的結果;而照相機的實質也許就在於化學方面的發現」。我們可以這樣來理解，正是由於這兩個過程的相互結合，最終產生了攝影這一媒介。

　　二、眼睛和照相機的區別

　　眼睛的視覺系統在視網膜上形成倒像(圖1-1-5)，其原理和照相機鏡頭在膠片或數碼影像傳感器上形成倒像極為相似。眼睛和照相機都有一個箱子一樣的構造，而且似乎都以相同的光學原理成像，在箱子的一端是小孔，孔的大小控制進光量的多少，同時由鏡頭控制焦點，經過一系列的折射之後，使小孔外面的世界在箱子的另一端形成影像。

　　在眼睛的視覺系統中，眼睛的角膜和晶狀體相當於鏡頭，可收縮的瞳孔相當於可變化大小的光圈，受大腦支配的眼部調節肌相當於照相機的測光系統、自動光圈系統和對焦系統，視網膜則相當於傳統膠片或數碼影像傳感器。

　　1637年，勒內·笛卡爾( Rene Descartes，1596~1650)在他的著作《折射光學》中，通過實驗驗證了眼睛和相機相似的成像關係，並且解釋了圖像是如何在視網膜上形成的。這個實驗最初是這樣進行的：將一隻解剖下來的牛眼放在一個密閉窗戶的小洞上，牛眼朝外看，小心取出牛眼底部的薄膜，直到底部薄得很透明，而眼睛又不至於破裂，這個時候用薄紙放置在牛眼後面。當室外的光線暗下來以後，通過牛眼就可以在紙上形成外面世界倒轉的影像，這個實驗完全證實了眼睛的構造與照相機的工作原理相同，都可以形成一個被大腦識別的倒像。

　　此外，眼睛的視覺系統和相機的不同之處在於：

　　(1)感受光線的亮度範圍不同，也即我們經常所說的曝光寬容度不同。寬容度是指感光材料按正確比例記錄景物亮度範圍的能力。被攝景物表面由最亮至最暗部分的差別，可以用明暗間的比例數字來表示。假設景物最亮部分比最暗部分要明亮20倍，那麼明暗之間差別的比例數字就是1：20。眼睛感受光線的亮度範圍要遠遠大於照相機的感光範圍。比如在一個晴朗的日子裡，儘管室外景物與室內反射光的亮度差別非常大，但我們的眼睛還是可以同時清晰地看到室內和窗外的景物。這種效果，照相機是絕對達不到的，照相機只能要麼側重於準確曝光室內景物而使窗外景物曝光過度並失去細節，要麼側重於準確曝光窗外景物而使室內陳設曝光不足並失去細節。因此，在攝影實踐中，我們必須遵循攝影感光材料的基本特性，而不能完全憑藉自己的視覺經驗作為唯一的參照。

　　(2)視角不同。照相機可以隨意更換不同焦距的鏡頭，並依賴不同焦距的鏡頭使視角變得更小或更大。而眼睛的視角只是相當於一隻定焦鏡頭而已。

　　(3)照相機可以看到眼睛看不到的一些事物，如高速運動的物體、透視影像\紅外線影像等。

　　總之，眼睛與照相機的細微差別還有很多，但以上差別相對比較明顯，也是能對相機成像產生較大影響的方面。

　　三、滷化銀成像與數字成像原理

　　照相最核心的要點就是把光變成照片。照片其實是一種讓你產生錯覺的東西，將任何物體反射回來的光收集到一張紙上就是一張照片。

　　通常，這個過程需要通過一組鏡片來實現， 然後影像會被永久地記錄下來，記錄的方式有：

　　1.化學方式

　　滷化銀是由銀與一些滷素形成的化合物，具有感光性，與明膠乳劑等結合製成感光材料，即我們使用的膠片。滷化銀成像即是使用膠片進行拍攝，並用一些化學藥水在暗房中衝洗出照片的過程。

　　2.數字方式

　　數字成像使用影像傳感器採集影像，如我們使用數位相機拍攝，然後通過數據存儲器和處理器以及計算機的後期加工，最後使影像顯示或列印出來的過程。數碼影像藝術具有快速性、大眾化等優點。