华中科技大学《应用光学》课程PPT——第十五章摄影与投影系统.ppt

第十五章 摄影及投影光学系统 § 15－1 摄影系统的光学特性 一、物镜的光学特性 1、焦距f′ lf′， l′≈ f′， β ≈ f′/l 摄影物镜的焦距基本上决定了象和实物的比例。 相对孔径D/f′:决定了物镜的分辨率及照片上光照度的大小。 2、孔径光阑 是特设的可变光阑，一般在镜头内部对称面附近 物镜的光圈数： 1）无穷远： 2）有限远： 3） f′一定，接受器尺寸（y′）决定了2ω 4）接受器尺寸（y′）一定时， f′ ω 全景镜头，广角镜头 f′ ω 特写镜头，远摄镜头 要拍摄小景深的照片，如特定镜头，应选择长焦距、大的相对孔径即小的光圈数，对准距离近。 拍摄大景深的照片，如远景镜头，应选择短焦距、小的相对孔径即大的光圈数，对准距离远 3、视场光阑：摄影光学系统的视场光阑就是接收面，如底片框或图像传感器成像面 4.渐晕光阑 　　由于摄影光学系统视场、孔径都很大，远离孔径光阑的透镜常要拦光，否则易造成透镜口径太大，笨重不便，而且轴外宽光束像差也会影响像质。 　　在最大视场最大相对孔径时拦掉50%是常见的，有时也可以拦剩30%。 二、分辨率 系统分辨率： 说明：摄影物镜有较大的像差，且有衍射效用，实际分辨率要低于理论分辨率，科学评价方法用光学传递函数OTF。 根据光学系统的分辨率，像面上的最小辨距为 摄影系统的分辨率常用每毫米能区分的线条数表示，即 对人眼最灵敏的555nm波长 当然视场边缘的会有所降低 实际上，由于渐晕、像差，加之图像接收器本身的分辨率限制，一般达不到上述分辨本领。胶片相机视场中心的鉴别率可以做到每毫米60线对以上，数码相机视场中心的鉴别率有的可以做到每毫米120线对以上。 接收器的分辨率 三、像面照度——取决于D/f′ B － 物体亮度 β－物象垂轴放大率 K－系统透射比 βz－光瞳垂轴放大率 1、物在无限远， β＝0， 2、物在有限远， β0， βz0， 当 β＝－1， βz＝1（对称物镜）， 3、大视场物镜 4、可用可变光阑控制孔阑大小，改变像面照度 四、几何焦深 摄影光学系统的景深公式 如果调焦不准，在景像平面上得一弥散斑。若将景像平面前后移动，弥散斑的大小看起来仍为一点。这时景像平面移动的范围称几何焦深。 五、摄影物镜的类型 属大视场、大孔径的光学系统，需校正全部像差，使初级像差和高级像差得到适当的平衡。控制高级像差，镜头选型很重要 标准镜头的视场角和人眼相当，可以拍出人眼看起来很自然的照片，而不会在照片上附加任何感觉。 广角镜头具有更大的视场角，善于营造方向线，拍出的照片具有空间延伸感。由于近大远小的透视效果，用于拍摄人物要注意人物的变形。 鱼眼镜头是广角镜头的极端，它不满足理想的物像关系，而是具有很大的负畸变，可以把180度甚至更大的视场摄入画面。 远摄镜头具有把距离拉近的效果，并且由于景深小，可以突出画面上的被摄主体，而使背景变得简洁。 焦距在70mm至100mm左右的镜头在远摄镜头家族中焦距算是短的，特别适合拍摄人像特写，又叫人像镜头。 焦距在100mm至135mm的中等焦距远摄镜头在微距下特别善于表现物体的细节与质感。 焦距在200mm左右的中长焦距远摄镜头常用于拍摄远处的新闻画面，如报道体育比赛等。 焦距为300至500mm甚至更长的远摄镜头是新闻报道、野生动物摄影的重要创作工具。 一些镜头被称为快速镜头，它在同样焦距下具有更大的相对孔径，因而可以以更短的曝光时间捕捉画面。 § 15－4 放映和投影物镜 投影仪的作用是将一定大小的物体经照明系统照明后，由投影物镜成像在屏幕上供观察或测量，要求成像清晰，物象相似，像有足够的亮度且均匀。 投影物镜的光学特性（类似于倒置的照相物镜） 投影及放映光学系统由于要成放大像，为了保证一定的像面照度，通常要加照明系统。因此，其光学系统包括照明系统和成像系统两部分。 　　照明系统的类型有透射光照明和反射光照明，前者包括电影放映机、放大机及一些透射照明投影系统，后者有反射投影仪、某些液晶投影系统等。 3、放大率β l≈ f′， β≈ l′/f′， β ， l′ 像平面光照度E与β平方成反比，当β加大时，为了保证屏幕上有一定大小的光照度值，应加大投影物镜的相对孔径。 1、视场 y=y′/β，y为物方线视场， y′为屏幕大小。选定屏幕后，已知β便已知y。 2、相对孔径 l′ f′， l≈ f′， β 1 相对孔径决定了屏幕上的光照