摄影与成像技术

段向阳张华编著，2006.2

摄影光学知识

光波与光谱

根据光的波动理论，光是电磁波的一部分，都是以极限速度传播的一种横波。由于光子的静止质量为 0，因此理论上并没有任何物质的速度能超过光速。

各种色光的波长范围排列如下：

颜色	波长
紫色	400~430 nm
蓝色	430~470 nm
青色	470~500 nm
绿色	500~550 nm
黄色	550~590 nm
橙色	590~630 nm
红色	630~760 nm

光的色散

由于七种色彩的光波波长不同，其在通过非真空介质时折射率不一致，其光波的长短、行进速度的快慢、偏向角的大小就会产生很大的差异。紫色光线的波长较短，行进速度较慢，其偏向角较大，红色光线的偏向角则较小。因此各种色彩光扩大了偏移的距离，形成各自的传播途径，构成了一条有规律的色彩光带，称为色散现象。

传播速度 v 与介质折射率 n 、光在真空中的传播速度 c 有公式如下：

v=n/c

同一单色光在不同介质中传播，频率不变而波长不同。传播速度 v 与光波的频率 f 和波长 \lambda 有公式如下：

v=f\times\lambda

光的反射

当一束光线的入射点落在一个光滑的平面物体上时，使其绝大部分光线都朝着另一方向反射，称为定向反射。
当一束光线的入射点落在一个粗糙不平的物体表面时，反射光线会向四面八方射去，称为漫反射。
当一束光线投射到既有光滑平整又有粗糙不平的物体表面时，如墙壁、家具等，称为混合反射。
全内反射是光折射的一个特殊情况，当光线由密度较高的（光密）介质到密度较低的（光疏）介质且入射角大于临界时，则只有反射光线，没有折射光线，这现象是为全内反射，而在现实生活中，光纤，鱼眼镜头便是全内反射的最好例子。

光的反射定律：在定向反射中，入射线、法线与反射线在同一平面内，入射角与反射角不论大小都应绝对相等。

人之所以能够从各个不同的方向看见本身不会发光的物体，主要是因为物体表面能发生漫反射。如果一个物体，如瓷面花瓶的表面极其光滑，那么就不能看清这个物体表面的真实情况，只能看到物体表面所反射而映出的外界景象。如图所示，反映出来的是窗户的形象。

光的吸收

是指光线射到或者通过某些物体时，光线被减弱、消失或损失某些色彩的现象。物体吸收的光线越多，反射的光线就越少，看起来就越先得灰暗；物体吸收的光线越少，反射的光线就越多，看起来就越明亮。

光的折射

光线折射定律：不论入射角怎样改变，入射角的正弦与折射角的正弦之比，对于所给定的两种媒质来说，总是一个常数，即反射率。

入射线和法线平行射入透明介质时，不产生折射现象。
折射角大于 90° 时，产生全反射现象。

光的衍射

光在同一均匀媒质中沿直线传播，当其遇到障碍物（小孔或缝隙）时，如果障碍物的大小与光的波长大小差不多，光线就不会完全沿着直线进行传播，它会改变直线传播方向而绕过障碍物进行传播，称为光的衍射现象。光的干涉是另一种现象。

光的偏振

根据波动理论，电磁波是横波，其振动面方向与传播方向垂直。通常将光波的振动情况分为三种：

第一种为非偏振光，这类光线在振动面内各个方向的强度是均等的，一般自然光和所有光源所发出的光均数此类光线。
第二种是完全偏振光，简称偏振光，这类光线在振动面内，其振动几乎只在一个固定的方向上，其他方向上没有振动。例如入射光线投射在玻璃平面上，所产生的反射光线均为偏振光。
第三部分是部分偏振光，它的振动大部分在一个方向上，但其他方向也有部分振动，透过玻璃等介质的透射光均属此类。

光电效应

根据光的量子学理论，当光线照射在金属材料表面时，光子与电子发生碰撞，电子从金属表面逸出形成光电流，称为光电效应。

光度学知识

光源强度：光源的发光强度 I 是表征光源在一定方向范围内发出可见光辐射强弱的物理量。点光源在某一方向上，单位立体角内所辐射出去的光功率即为发光强度，其单位为坎德拉（cd），它是国际基本单位之一。

光通量及其计算：光通量 \Phi 是指自发光物体发出的光，在通过一定距离、一定面积时的总光量。因此光通量是描述辐射产生视觉效应强弱的物理量。光通量的单位为流明（lm）。

光照度和亮度：照度 E 是指光源所发出的光线照射到物体上的强度，单位为勒克斯（lx,lm/m^2^）。光源强度愈高，其物体的照度就愈大。物体被照亮的程度与照射到物体表面的光通量有关，物体表面所得到的光通量 F、被照物体的表面积 S、点光源的发光强度 S、光源到被照物体表面的距离 r 有公式如下：

E=\frac{F}{S}=\frac{4\pi I}{4\pi r^2}=\frac{I}{r^2}

亮度和照度是完全不相同的两个概念。亮度是指物面受到光的照射后，所反映出来的明亮程度，它的大小与物体表面的情况有关，由于物体表面的光滑程度、颜色的深浅均不相同，虽在同一光源的照射下，其物体表面所表现出来的亮度有很大的差异。

透镜与成像

针孔成像

从物体上反射的每一个光点，实际上都是一个极为窄小的光束，这个小光束是发散性的，我们称之为光锥。物体所对应的小光点称为光锥的尖端，通过投影中心反映到屏幕上的光斑称为光锥的底。

由于小光束成发射状的缘故，落在屏幕上的光迹，并不是点，而是一片光斑，所以在屏幕上结成的影像，实际上是由无数个光斑相交叠合组成的。这种光斑，在摄影术语中被称为分散圈。当这些光斑的直径小于 0.0254mm 时，人眼不能分辨，因而视为光点。

光斑的大小，取决于针孔的大小。取决于物体发光点与针孔之间、针孔与屏幕之间的距离。针孔愈大，发光点与针孔之间的距离愈近，屏幕与针孔之间的距离愈远，所得到的光斑愈大；反之则愈小。

针孔的大小还会决定成像的清晰与明暗程度：针孔越大，影像越明亮，但光斑会越大，影像会越模糊；针孔开得过小，不仅影像会过暗，还会发生光的衍射现象，也无法结成清晰的影响。

基于上述原理，针孔成像用于摄影时就失去了实际应用的价值，进而发展除了透镜成像。尽管如此，针孔成像箱仍然是现代照相机的始祖。

透镜成像

每一个透镜都有两个曲率半径和两个球心。
透镜的焦点 F 与焦距 f：焦距取决于透镜弧度（凸度）的大小
成像规律

成像公式：

\frac{1}{f}=\frac{1}{u}+\frac{1}{v}

放大率公式：

K=\frac{v}{u}

透镜的像差及校正

球面像差

可以使用复合式镜头减弱和削弱像差、缩小光圈削弱像差、使用非球面镜校正大口径镜头的球差。
**彗形像差（彗差）**

可采用收缩光圈的办法加以改善。
**像散（纵横差）**

其在广角和超广角镜头中较严重。可适当缩小光圈克服一定的像散现象。
**像场弯曲（场曲、曲状境）**

只有沿某一球面才能使整个图像清晰，即边沿所成的像往往是弧形的。收缩光圈的改善效果甚微。
**畸变（影像畸变、形变）**

只能避免把直线置于照片的边缘部位。但他仅影响影像的几何形状，并不影响影像的清晰度。
色像差（色差）

主要办法是采用不同色散率的玻璃制成消色差透镜（无色差透镜、灭色透镜）。

镜头的组合

正光镜头：最基本的结构就是采用两块双凸透镜和一块双凹透镜对称排列。现在除了对称式外，还有非对称式，正光镜头基本上消除了简单透镜所产生的像差和色差，是目前最为流行的摄影镜头。

镜头的口径

有效口径：无限远处射来的平行光线，通过镜头前镜时的光束直径，就是镜头的口径。其实际上表示了该镜头的基本通光能力，因此称为有效口径。

我们通常可以在照相机镜头前圈上看到类似于【1:2f/58mm】的标记，这就是镜头口径和镜头焦距的标记，它表示镜头口径与焦距的比值是 1:2，也称 F2。

镜头口径和镜头焦距的比值越大，口径越大，感光能力越强；反之就越弱。
相对口径：是指经过光圈装置调节后镜头的通光能力。相对口径是可变的，它是缩小光圈后光束直径和焦距的比值。此时有效口径表示镜头最大的通光口径。

*光圈由若干片弧形轻金属叶片组成，在一定范围内，能任意加大或缩小通光口径。*
光圈的标度：就是通常所说的 f 系数或光圈系数。

如果 f 系数是 8，表示这级相对口径的光束直径是镜头焦距的 1/8，通常写作 f/8 或光圈 8。

一般照相机光圈系数的标度为：1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22，其中 1.4 为有效口径，2 以后的数值均为相对口径。
光圈的作用：
1. 调节景深
  
  光圈小时景深大，光圈大时景深小。
2. 改善像差
  
  收缩光圈可以改善镜头的成像质量，镜头中心成像清晰，周围或边缘部分成像质量较差，容易引起图像的形变。
3. 调节分辨率
  
  分辨率是指镜头对宽度及间距相等的平行线的分辨能力，分辨率除了与镜头本身质量有关外，还与光圈的大小有关。光圈越大，分辨率越高，反之越低。
  
  *在实际使用中，一般的照相机均有一个最佳光圈，大都在 f/5.6 左右，光圈再加大时，分辨率有所下降。从提高分辨率的角度看，拍摄时最理想的光圈系数应是 f/5.6 或 f/8，放大照片时最理想的光圈时 f/5.6。*
4. 调节反差
  
  光圈还可以改变图像的反差，通常光圈小时反差大，光圈大时反差小，特别是在阴天拍摄时更为明显。
光圈的应用

对于精度较高的高级镜头来说，光圈大小对图像质量的影响并不显著，即使在用最大口径时，一般也难以分辨出照片的质量问题。但对一般的普通镜头来说，这种影响比较大。主要表现在使用较大口径时，拍出的照片边缘影像的清晰度下降，有的还会出现形象失真的现象。这是因为镜头本身质量较差，存在着像差和色差，使用大光圈时，镜头的缺点就完全显现出来了。

镜头的景深

拍摄过程种，对某一物体进行调焦时，该物体前后相当长的一段距离范围内，景物均能在同一焦平面 ^（就是焦点所在的平面）^ 上结成清晰的影像，称这一段距离范围叫景深。

景深通常由两部分构成，即前景深和后景深。从物点到最清晰点之间的距离叫前景深；从物点到最远清晰点之间的距离叫后景深。从最近清晰点到最远清晰点之间的距离称为全景深，简称景深。
景深的影响因素：
1. 景深与光圈口径、镜头焦距成反比
2. 景深与光圈系数、物距成正比
  
  通过增大物距来加大景深的做法是有限度的，当物距加大到恰好等于所用光圈系数的超焦距时，说明景深已达到最大限度，继续增加物距反而会使景深变小。
超焦距

超焦距是景深的一个特例，通常与无限远联系在一起。当我们对距离照相机较远的物体调焦时，常常将景深的最远清晰点向后推到无限远，在照相机镜头到最近清晰点之间的范围内，景物不能在胶片上成像，这段距离称为超焦距，又称超焦点距离。此时从超焦距到无限远的范围内都是前景深，后景深全部落在无限远的范围内，没有发挥任何作用。

超焦距是指镜头对准无限远处的景物调焦时，镜头不能再向外伸展，此时像距正好等于焦距，无限远处的景物在焦平面的位置上结成清晰的影像。但是，与镜头相隔一定距离到无限远之间的景物，如果在焦点平面上所成的像不超过可容许分散圈的直径，也可以在焦平面上结成清晰的影像。

超焦距的运用是一种扩大景深的调焦技术，通常用于在拍摄中需要获得最大景深的情况。运用这一技术时，注意拍摄对象中要有较近的景物需要包括在景深范围内，同时需要的景深范围包括无限远，才能运用超焦距。即：要求画面中不管多近、多远的东西都清楚的呈现出来。
超焦距的影响因素：
1. 超焦距与光圈口径、镜头焦距成正比
景深表

由于各个厂家对可容许分散圈直径的标准定义随意性较大，因而景深表无法精确标定。

景深表都是以调焦基线或称对光点为中心，在其两侧刻有互相对称的光圈系数。当选定光圈系数并准确调焦后，调焦基线或对光点两侧的两个相同的光圈系数所包括的距离范围，就是景深。左侧是前景深，光圈系数所对应的距离为景深前界，即最近清晰点所在位置；右侧是后景深，光圈系数所对应的距离为景深后界，即最远清晰点所在位置。（左右侧每个相机不一致，如下图实例是右侧为前景深）

此图中表示，光圈为 f/5.6，对角距离为 1m 或约 3.1 英尺
景深的应用：
1. 用大景深表现景物的深度
2. 用小景深突出主体
3. 用景深代替调焦

镜头的视角

视角

从被观察的物体左右边缘作引向视点的两根直线，在视点处形成的夹角叫做视角。在实际拍摄中，视角是立体的，既有高度也有宽度，视角的大小与观察的距离有关。

镜头视角实际上是镜头视野的张角。镜头的视野是圆形的，在这个圆形范围内能看到清晰影像的区间称为像场。

从人们的视觉习惯和美学角度出发，底片采用长方形或正方形，底片的最大幅面不能超过镜头所投下的清晰像场，否则底片的四周就没有影像了。

一般来说，底片的对角线正好是圆形清晰像场的直径。从底片的对角线的两端引两条直线，使其相交于镜头中心，这两条直线的夹角称为像场角。像场角的对顶角就是视角。在摄影中，常以视角来表示镜头像场的大小。

焦距与视角的关系

镜头视角的大小，与底片尺寸的大小和焦距的长短有着密切的关系。当镜头焦距相当于底片对角线的长度时，其视角为 53°，这样的镜头称为标准镜头，其与人眼观看景物时完全相似。

如果镜头焦距大于底片的对角线长度时，镜头视角要比标准镜头小，称之为长焦距镜头，亦称望远镜头；如果镜头焦距小于底片的对角线，镜头视角比标准镜头大，则称为广角镜头。
\theta = 2\times\tan^{-1} \left(\frac{d}{2f}\right) \times \frac{180}{\pi}

镜头的种类与用途

标准镜头

焦距长度与底片对角线长度基本相等的镜头称为标准镜头。

广角镜头

焦距长度小于底片对角线长度的镜头称为广角镜头。根据不同功能可分为普通广角镜头、超广角镜头、鱼眼镜头等三种。

普通广角镜头的焦距一般大于 25mm，视角在 90° 以内；超广角镜头的焦距在 16~25mm 之间，视角在 90°~180° 之间；焦距小于 16mm，视角超过 180°，则称为鱼眼镜头。

望远镜头

望远镜头也称远摄镜头或长焦距镜头，这类镜头的焦距要比底片的对角线大得多。根据不同特点可分为中焦镜头、长焦镜头、超长焦镜头三种。

中焦镜头的焦距一般在 150mm 以内，视角在 20° 左右；长焦镜头的焦距一般在 150mm~300mm 之间，视角在 10° 左右；超长焦镜头的焦距在 300mm 以上，视角在 8° 以内。

望远镜头排出的照片前后景物的大小变化不大，即透视感较弱。

变焦镜头

专供近距离拍摄使用的镜头，有别于半身镜和附加接筒，是一种直接安装在照相机上的镜头。近摄镜头排出的影像具有较好的透视效果，即使在很近的距离内拍摄也是这样，不会在近距离拍摄时出现变形现象。其在最近拍摄距离可以达到 25mm，能拍出 1:1 的物象，像与实物大小完全相同。

镜头的分辨率

镜头的分辨率也称为解像力。判断一个镜头分辨率的好坏，主要是看它在每毫米底片上能分辨出多少对黑白线条，每根线条是否纤毫毕露、清晰异常。

镜头分辨率的标准是根据允许分散圈的原理计算出来的，允许分散圈直径的标准是镜头焦距的长度除以 1000。对于不同焦距的镜头，它们的分辨能力是不同的。

镜头的附件

附加镜

主镜头加了附加镜后，镜头的调焦距离发生了变化，原有的调焦测距系统失去了作用，拍摄时必须通过取景器仔细调焦，直到图像最清晰为止。

增距镜：增距镜与主镜头一起使用，能使镜头的焦距成倍增加，又称为倍率镜。附加了增距镜后，镜头的通光口径不变，焦距增加，相对孔径 D/f 减小，原镜头的透光能力会成倍下降，因而在使用时必须进行曝光量补偿，即加大光圈或延长曝光时间。

使用增距镜后还会使原镜头的成像质量下降，像差增大，影像的反差降低，常用增距镜的倍率不应大于３倍，应尽量少用或避免使用大倍率的增距镜。
近摄镜：近摄镜是一片焦距较长的正透镜，安装在主镜头前面，组合后光学系统的焦距比原镜头短，能拍出更近距离的物体，所得的影像也随之增大。
广角镜：与增距镜相反，广角镜的主要作用是使主镜头的焦距缩短，视场角增大。广角镜是一个逆伽利略望远系统，一般放在镜头前面，称为前置广角镜，它与主镜头配合使用能起到扩展视场角的作用。

滤色镜

UV 镜：UV 镜又称紫外线滤色镜，是专门用来吸收紫外线以提高照片清晰度的。虽然人眼看不到紫外线，但它可以使黑白胶片感光。在盛夏时分紫外线较强烈的时候，加 UV 镜拍摄出来的照片清晰度增加。

在拍摄开阔的远景、高山、海滨或航空摄影时，由于大气中有许多紫外线，景物往往变得过亮而朦胧不清；拍彩照，远景还会蒙上一层蓝紫色。如果拍摄时加用 UV 镜，就能滤掉光线中的紫外线，不使它们在胶片上感光，从而使照片中远景更清晰，色彩更真实。
黄色滤光镜：人眼对黄绿色光最为敏感，对红光和蓝紫光不太敏感，而全色黑白胶片却对蓝紫光最为敏感，使用黑白胶片拍摄有蓝色的天空时，为了使天空的质感与人眼视觉效果一致，天空不再显得过分明亮，需要在镜头上加装黄色滤光镜。

黄色滤光镜分为浅黄、中黄、深黄等序列，序列号越大，滤光镜本身颜色越深，校正影调的效果也越明显。黄色滤光镜可使白云更加突出，从而有效地调节天空的影调。
橙色滤光镜：橙色滤光镜是介于黄色和红色滤光镜之间的一种滤光镜，加装橙色滤光镜后可压暗天空的亮度，调节天空的影调。

在拍摄日出、日落的云彩等风景照时，可以增加照片的明暗反差，加强艺术效果。在拍摄人物照时，加装橙色滤光镜后可消除被摄者的脸部雀斑，使人看上去比较年轻。
红色滤光镜：红色滤光镜是一种效果最为强烈的滤光镜，它可以调节景物的色调，使蔚蓝色的天空和海水变成黑色，可在阳光下拍摄出模拟夜景的画面。使用红色滤光镜翻拍蓝线、蓝字的图表或有红色污染的文字、图表时，可提高反差取得令人满意的效果。

特种效果镜

多棱镜：多棱镜是一块由两个以上棱面构成的光学镜片，按棱面数量不同，可分为二棱镜、三棱镜、四棱镜等。使用多棱镜后，可在同一幅画面中一次性地拍出多个画面相同的影像，以增强艺术效果。

使用多棱镜时，被摄景物不可太复杂，否则会使画面杂乱无章，宜选用较为简单的景物，背景尤其要单一。
星光镜：星光镜又称光芒镜，它是在无色透明的玻璃上刻有格子状的线条，一般分为米字型与井字型两种。

星光镜可使画面产生光芒四射的特殊效果，在夜景的拍摄中，使用星光镜的效果尤为显著，它可使夜晚的天空大放异彩，星光闪烁，生气勃勃。星光镜在使用中，其效果受焦距、光圈的影响较大，通常使用长焦距镜头的效果比使用短焦距镜头的效果要好，光圈使用 f/8 效果最佳。
柔光镜：柔光镜是一种表面腐蚀有不同疏密和深浅圆环的透明滤光片，有的在两玻璃之间粘上细网丝或薄纱。

柔光镜的作用是将景物入射光线中的一部分通过网纹散射，降低画面的反差，它可以使影像柔和，富有美感。柔光镜常用在人像摄影中，特别是在拍摄人物特写时，使用柔光镜可使人物的脸部皱纹、雀斑等缺陷下降，使人显得年轻。柔光镜有时也用于表现晨雾等风光摄影。

镜头的检验和保护

目视检验镜头质量，观看镜头表面是否有灰尘、霉点、擦伤、划痕，或镜间有无脱落的黑漆等。实拍检验镜头像差。反差检验镜头结像。

保持镜头清洁，正确的做法是用吹气球轻轻吹拂镜面，把镜面上的灰尘除去。如果有的灰尘颗粒较大，吹不掉，可用驼毛刷轻轻拂去灰尘，或把几张擦镜纸卷成一根很紧的纸棒，并将它撕成两段，然后用断头轻经拂去灰尘。

照相机

相机的分类

简易袖珍式照相机、单镜头反光式照相机、双镜头反光式照相机、一步成像照相机、数码照相机等等。

简易袖珍式照相机

其特点是取景光路与摄影成像光路各自独立，互不干扰，由于取景和成像不是同一光路，两者之间存在一定的视差。

单镜头反光式照相机

通常取景器中看到的物体与实际拍摄中的影像完全一样，景物不是颠倒的，也不是左右相反的，不存在视差问题.

双镜头反光式照相机

景物通过上面的镜头结成影像，照射到反光镜上，由反光镜反射到上面取景器中的毛玻璃上，景物在取景器内是左右相反的。由于两个镜头的焦距是完全一致的，所以在上面取景器中调焦清楚了，下面所拍摄到的照片也就清楚了。在近距离拍摄时，还是存在一定的视差。

一步成像照相机

一步成像照相机又称即影机，在拍摄后立即可以得到一幅正像照片。种相机所使用的胶片是由特殊感光材料制成的，显影和定影均采用特殊的方法，不用暗房，可在几分钟内完成一张照片的冲印过程。

数码照相机

所谓数码照相机，就是把电子计算机技术运用于照相机的自动控制和记录之中。采用“CCD”光电耦合器件来转换光学图像信号，用磁性材料———磁卡来记录影像。

照相机的快门

各种照相机的镜头或机身上，均刻有“T、B、1、2、4、8、15、30、60、125、300、500”，或“B、1、2、4、8、15、30、60、125、300、500”等数字。这些数字是快门速度的指数，它是以秒作为计算单位的，其中 1 是指 1s，2 是指(1/2)s，30 是指(1/30)s，500 是指(1/500)s，其余类推。
“T”在英文里是“永久开放”的缩写，我们称为“T 门”，常常用它拍摄夜景和光线特别弱的景物，或用它拍摄一些其他特殊情况的景物。当遇到曝光时间需要一秒钟以上，甚至几分钟或几十分钟时，就只好使用 T 门了。
“B”在英文里为“暂时开放”的缩写，我们称为“B 门”。B 门和 T 门的作用一样，是供拍摄曝光时间需要一秒钟以上的景物时使用。所不同的是操作时一旦将快门钮按下，快门便启开了，但是不能松手，曝光时间足够了将手松开，快门随即关闭。

照相机的调焦

调焦又称聚焦或测距。照相机上的测距器就是用来调节镜头与被摄物体之间距离的装置，对于照相机内部来说，用它来调节镜头与感光胶片之间的距离。#调焦##聚焦##测距#

闪光联动机构

闪光联动机构是照相机控制闪光灯点亮的机构。电子闪光灯点亮的时间非常短，因此要求闪光灯点亮时间与快门开启时间准确配合，二者若不同步，达不到使用闪光灯照明的目的。

照相机的维护

照相机不拍摄时，应把摄影镜头调焦环调至无限远，使镜头缩回。光圈应调至最大，有利于保护光圈的叶片。
对于摄影镜头，要防潮、防震、防碰撞、防摩擦、防雨淋、防日晒、防风沙、防温度骤变、防腐蚀气体侵袭，不拍摄时，应该随手盖上镜头盖，更换镜头时，对卸下的镜头应立即盖上后端保护盖。

感光材料（传感器）

原文本章提到的感光胶片，由于传统胶片相机已渐渐淘汰，故转为介绍 CCD/CMOS 的一些内容。

CCD 是指电荷耦合器件（Charge-coupled Device），是一种用电荷量表示信号大小，用耦合方式传输信号的探测元件，具有自扫描、感受波谱范围宽、畸变小、体积小、重量轻、系统噪声低、功耗小、寿命长、可靠性高等一系列优点，并可做成集成度非常高的组合件。电荷耦合器件(CCD)是 20 世纪 70 年代初发展起来的一种新型半导体器件。
CMOS 称为互补式金属氧化物半导体（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor，缩写作 CMOS），是一种集成电路的设计工艺，可以在硅质晶圆模板上制出 NMOS（n-type MOSFET）和 PMOS（p-type MOSFET）的基本元件，由于 NMOS 与 PMOS 在物理特性上为互补性，因此被称为 CMOS（Complementary 的来历）。

CCD 与 CMOS 的不同

CCD 传感器同时开始和停止所有像素的曝光。这称为全局快门。 CCD 然后将该曝光电荷转移到水平移位寄存器，然后将其发送到浮动扩散放大器。

CCD 的特点有：1. 全局快门，2. 低噪声，3. 高动态范围， 4. 中等帧率，5. Subject to smearing
过去，CMOS 传感器一次只能启动和停止一行像素的曝光，这被称为卷帘快门。现在市场上有许多全局快门 CMOS 传感器可用。

CMOS 的特点有：1. 全局快门和卷帘快门，2. 非常低的噪音，3. 很高的动态范围，4. 很高的帧频，5. 无污迹

单色与彩色传感器

对于右上方所示的颜色传感器示例，所使用的滤色器阵列是拜耳滤色器。此滤镜模式使用 50％的绿色，25％的红色和 25％的蓝色阵列。虽然大多数彩色相机使用拜耳滤镜图案，但还有其他滤镜图案==【CYGM 滤色器(青绿色（Cyan）、黄色（Yellow）、绿色（Green）、洋红色（Magenta））和 RGBE 滤色器（红色，绿色，蓝色，翠绿色（Emerald））】==可用，它们具有不同的图案排列和 RGB 拆分方式。

黑白摄影

摄影曝光知识

曝光正确是取得高质量影像的先决条件，它能把景物的明暗差别控制在一个合适的范围内，这个范围正好是在感光片接纳光能量的最小值和最大值之间，这时感光片中景物各部分的亮度与实物完全相同，影纹和层次都非常清楚。
曝光过度是指照度过强或受光时间过长，这时的曝光量超过了感光片所能表现景物最高光能量的限度，使整个负片密度偏大，特别是在高光区，全黑一片，在密度上失去了差别，无法看出景物的细节和层次。
曝光不足是指照度过弱或受光时间过短，这时的曝光量达不到感光片表现景物弱光细节的最低要求，整个负片密度偏小，特别是在低光区，几乎成了透明状态，在密度上失去了差别，无法看出景物的细节和层次。

曝光量的选择

春秋两季晴天的基本曝光量为 f/11、(1/125)s；薄云天 f/8、(1/125)s；阴天 f/5.6、(1/125)s；乌云天 f/4、(1/125)s。

若晴天有白云，且白云未遮住太阳，因为白云增加了太阳的反射光，所以此时的光线强度比无云天还要强，应减少半档曝光量。
冬季应为 f/8、(1/125)s，夏季应为 f/16、(1/125)s

若冬季白雪皑皑，则应减少一档曝光量，即采用 f/16、(1/125)s
光源的变化：以摄影用光的习惯分为：顺光则光强，逆光则光弱，侧光光线的强弱介于顺、逆光之间。顺光比逆光的光线强约四倍，比侧光的光线强约两倍

曝光估算的原则

宁多勿少
梯级曝光法：以曝光参考表提供的基本曝光量为中心上下变化多次拍摄

摄影构图基础

布局：

黄金律：将主体或重要的被摄物体放在九宫格的四个交点之一上，而不是放在画面的中心或接近中心位置。

*上述九宫格的形式是将画幅长宽各分为三等份，在等分线的交叉处出现四个近似的黄金分割交点，四条分割线的交点位置被认为是安排景物的最理想位置。风景摄影中把地平线安排在画面正中往往会产生呆板的感觉，而安排在两条水平分割线中的任一位置则效果能大大改观，以地面景物为主时，地平线上推，以天空为主时，地平线下拉。拍摄景物时，景物居画面的正中往往显得过于死板、不生动，而居于两条垂直分割线中的任一条的位置，则能明显提高画面的生动感。*
三七律：将竖幅画面按上下三七的比例分割，横幅画面按左右三七的比例分割，其中主体应占七成而其他物体只占三成。

拍摄以天空为背景的风景照时，天空只能占三成，而人物应占七成为宜。三七律被认为是国画的最佳构图比例，但这又不是绝对的，我们可以视题材的需要选取合适的比例，有时取二八或者四六的比例可能效果会更好。
均衡式：这种构图形式能使画面比较平衡，其均衡感类似于杠杆原理，由被摄物的影调、色调、形状对比来实现这种平
衡。如在小块深色的区域对面放入一大块浅色区域来调节平衡。
对比式：运用影调对比、色调对比、形状对比或各种人物、景物对比使画面生动活泼，主体更显突出。强烈的对比能
吸引人们的注意力，增强画面的表现力。但是要注意避免过强的影调和色调对比，因为过大的反差会使人感到不舒服，产生反感。
叠加式：在画面上有意将影调、色彩或被摄物有规律地重复，可以突出主题，并使画面不显得呆板。比如飞机场停机坪上的飞机、停车场的汽车、住宅区的楼群等都可以采用这种构图的形式。

距离：

远景
全景
特写
中景

横幅、竖幅的一般规律是：拍摄建筑物群、工地、广场、海滨和起伏的山峦等风光或横线条比较多的景物时，适宜用横幅构图，它能表现出宽广、辽阔和气势磅礴；拍摄山峰、高塔、高大建筑或多呈现竖线条的景物时，一般适宜用竖幅构图，它能更好地表现雄伟、高大、庄重的气魄。

人像摄影

技术要点

拍摄人物特写或近景照片时，拍摄距离不能太近，也不能太远，一般应保持拍摄距离在 2m 左右。拍摄距离太近会使人物的脸部形态产生变形，失去真实感，太远又不能拍摄清楚人物的脸部表情。
近距离拍摄人物一般宜采用平视角度拍摄。平视角度比较符合人眼的视觉习惯，使人物形象真实和自然。拍摄人物头部特写，摄影镜头的轴线应在人物的眼睛部位，拍近景时，应在眼鼻之间，拍摄大半身或全身照时，应在胸和颈之间。
要注意构图的均衡性。人物不宜在画面的正中位置，在人物的前方或转身的方向，都要留有适当的空间。若人物居于画面右方，则需在左方加上一些陪体予以平衡，合影中如身体向一个方向倾斜，也会造成视觉的不均衡性。
在人物摄影中要善于使用光线。正面光照明，人物受光面多，有清新、明快感，侧面光能使人像富有立体感，逆光能造成清晰的轮廓和强烈的对比感，使人像显得生动和突出。
适当选择照片的基调。一般照片有高调和低调两种基调。

高调照片的画面基本上是以白色和浅灰色构成，黑色成分极少，整个画面比较简洁明朗。拍摄时一般都采用顺光，光线柔和、匀称，得到的效果反差平淡.

低调照片的画面基本上是以黑色和深灰色为主，浅色影调所占的面积很小，整个画面比较浓重深沉。

几种人物照的拍摄

单人照：分为人头照、半身照和全身照三种。

*拍摄人头照，以拍摄人的正面脸部为主，人物神态一般都较庄重，身体容易僵直、呆板，宜将头部或肩部稍向左或右转过一些，以使神态优雅自然。在摆布的过程中应细心用光和取景，选择好拍摄角度，拍摄时取最佳形态和神态，适当地掩饰一些缺陷。如额头过高或秃顶，可使头稍仰些。如为翘鼻子，头宜稍俯些，用高位光照明等等。*

*拍半身照，可先让人物随意活动，从中观察人物体态特征和最“上照” 的姿态。手的位置和动作都很重要，它可以使画面发生变化，并带有装饰性和标记性。如少女手持一束鲜花，就可增加美感，使画面漂亮起来。*

拍全身照，要情景交融，人、景两宜。人物所占的面积不能太大，可用景物或陪体来衬托和丰富画面，以提高人物的自然美感，把人物拍活。拍摄时不宜一律用站立的姿势来拍摄，也可采用坐或蹲等姿态来拍摄，应将优美的环境和优美的姿态结合起来拍摄。
集体合影

这种照片中的人物往往是一字排开，宜选带有竖线条的景物作背景，使画面有适当的变化。人物要尽量靠拢，尽量使照相机前移，把人物拍得大一些。拍集体照时要避免用顶光和侧光，顶光会使脸部投影不雅，侧光会造成阴阳脸或人
物之间投影形成的花斑脸。
儿童照

孩在百日之后就可多拍些头像；周岁以后可让他们坐在床铺、沙发、椅子或草地上，背景尽量用单一的浅色调，在明亮环境中，便于我们采用高速快门来进行抓拍。

彩色摄影

彩色摄影的成色原理

原色光与补色光

三原色光：红绿蓝
补色光：任何两种色光相加后如能呈现白光，这两种色光就称为互补色光。

青光、品红光、黄光被称为红绿蓝三原色的三个补色光。

需要说明的是，三原色的色光和三原色颜料是不同的，二者产生相反的颜色效果。前者叠加变亮，后者叠加会吸收色光会变暗。

其他补充知识

画幅

在胶片时代，画幅往往指的是相机在胶卷上成像范围的面积；也就是胶片的大小。而在数码时代，负责成像的并非胶卷，而是相机内部的图像传感器，因此如今我们常说的画幅通常是指传感器面积的大小。
胶片的面积越大，成像的面积越大。同样，传感器的面积越大，成像的面积越大，像素越多越细腻，简单的说，画质越好。
截幅，残幅，半幅指的都是 APS-C 画幅
图像#传感器尺寸#1/1.8''
- 1/1.8＂表示对角线长度 1/1.8 英寸。但这里的 1 英寸并非为 25.4mm，而是 16mm
- 1/1.8＂ ≈ 0.56＂≈ 0.56*16mm ≈ 8.89mm
- 为什么会把对角线长度 16mm 的 CCD/CMOS 芯片称为 1"呢？
  
  实际上这是历史沿革导致的。在 CCD/CMOS 器件诞生之前，使用真空管作为图像传感器。真空管使用一个粗长的玻璃管将图像传感部分封装起来，为图像传感部分提供工作所需的真空环境。外径 1"的真空管扣除封装玻璃后的有效成像区域大小为 16mm。进入 CCD/CMOS 时代，图像传感器不再需要封装玻璃，但为了便于与之前的真空管比较，便将对角线长度 16mm 的 CCD/CMOS 芯片称为 1"大小。

#等效 35mm 焦距#

手机上的**“等效 35mm 胶片焦距”**：
- 焦距：27mm（等效 35mm 胶片焦距）
- 35mm 胶片是柯达 135 相机采用的胶片尺寸，然而现代数码相机几乎已完全取代胶片相机，因此现代相机以 35mm 胶片成像的画幅为全画幅，对应传感器感光面积为 36x24mm 的相机为全画幅相机。
- 此处的 27mm 指的是，在全画幅相机上，使用 27mm 焦距镜头可以获得同样的取景画面。
转换系数：全画幅传感器的对角线长度\div手中传感器的对角线长度=转换系数
常见镜头的转换系数

全画幅 1.0

APS-C 1.5（尼康、索尼、宾得、富士），或者 1.6（佳能）

M4\3 2.0

1 英寸传感器 2.7
等效焦距：物理焦距\times 转换系数=等效焦距

*不同焦距的镜头，搭配不同尺寸的 CCD/CMOS 传感器，取景范围会有变化，相当于有了不同的焦距。如下图：焦距为 20mm 的镜头搭配全画幅传感器焦距仍为 20mm，搭配越小的传感器，取景视场角越小，等效于在全画幅传感器上用焦距越大的镜头。*

全画幅	1.0
APS-C	1.5（尼康、索尼、宾得、富士），或者 1.6（佳能）
M4\3	2.0
1 英寸传感器	2.7

微单

微单全称：无反光镜的可换镜头相机(Mirrorless Interchangeable-lens Camera)。

采用电子取景。光线穿过镜头不经任何反射，直接投影在传感器上，摄影者依靠显示屏或电子取景器（本质上也是一块屏幕）来观察画面，大致原理和手机类似。

灯光亮度与反差（合而称之为画面的色调）

亮度指的就是画面的明度，反差指的就是画面的对比度。
长调，指明暗跨度大，对比强烈，无太多的中间过渡细节，画面越来越鲜艳。短调，则是画面看起来越来越灰，反差较小，饱和度偏低，色彩较淡，显得素雅。

一些摄影术语

曝光值

也称为曝光度，是光圈、快门、感光度、曝光补偿（EV，Exposure Value）的组合。

白平衡

用于还原物体原本的颜色，与#色温#有关，但调整白平衡的 K 值与色温效果相反。

对比度

最亮像素的与最暗像素的亮度比值。
对比度 = （最亮像素的亮度值 - 最暗像素的亮度值）/ 最亮像素的亮度值
其中，亮度值可以使用灰度值或彩色图像中的亮度分量来表示。

清晰度

清晰度相当于让边缘亮的一边加上一根白色渐变条，暗的一边加上一根黑色渐变条，从而让物体轮廓和细节纹理更加清晰。
当增幅过大时会出现 Halo（晕影）现象。

锐化程度

类似清晰度，只作用于物体的边缘，但原理有所不同。锐化主要是通过在边缘两侧，增加黑白相间的高对比线条“隔离带”，让边缘看起来更加突出锐利。

色阶

是表示图像亮度强弱的指数标准，在数字图像处理中通常指灰度级分辨率。与颜色无关，最亮的只有白色，最暗的只有黑色。