照相机篇

如今,照相机普遍存在于我们的日常生活以及视觉系统中,但您是否了解照相机的问世和发展过程呢? 这本小册子介绍了照相机从问世到现今主流数码照相机的发展历史。

照相机的问世

照相机成像的历史可以一直追溯到公元前,当时的“照相暗盒”(“暗室”)便是如今的照相机的原型。照相暗盒是一种利用穿过小孔进入暗室的光束来投射物体颠倒图像的光学设备。该设备采用的机制与针孔照相机完全相同。从16 世纪起,照相机最终发展为一种集镜头、暗箱和反射镜于一体的设备。该设备被艺术家用作绘制风景素描和肖像画的绘图辅助工具。

1839 年,法国人Daguerre(达盖尔)发明了银版(银板摄影法)照相机。约30 年后, Maddox(马多克斯)在英国发明了干版。据说,日本最古老的照片就是用银版照相机拍摄的。

正是有了这些发明,手绘物体的时代宣告结束,使用感光材料记录所拍摄图像的照相机时代正式开始。

照相暗盒与针孔照相机的结构

胶片(卤化银)照相机

在照相机问世后的 170 多年内,记录所拍摄图像的感光材料不断发生着变化。感光材料起初采用的是银版,随后发展为湿版和干版,最终人们发明了胶卷。胶卷使胶片每次前进一帧,从而照相机可以在同一卷胶卷上记录多张照片。针对这一进步,人们发明出可以接受不同尺寸胶片(如 16 mm、 4 x 5 cm 和 6 x 6 cm)的各种类型的胶片照相机。此外,可使每卷胶卷的帧数翻倍的半帧照相机也进入了市场。胶片照相机也称为卤化银照相机,这是因为通过将卤化银等化合物暴露于光照下来记录拍摄的图像。最普遍使用的照相机胶片类型是 135 胶片(经常称为 35 mm 胶片),它是用于拍摄电影的标准尺寸胶片。可令色彩更为艳丽的反转胶片也用于制作幻灯片。

不同帧尺寸的 135 胶片

电子技术的发展促进了照相机的大众化与微型化

出人意料的是,电子技术其实很早便应用于照相机中,可以追溯到 20 世纪 50 年代电控自动曝光仪表的出现。该创新设计让摄影师得以从调节快门速度和光圈的繁琐过程中解脱出来。不仅如此,由于加入了自动对焦(自动聚焦)功能和自动闪光灯,照相机在普通人群中也逐渐流行起来。与此同时, IC 取代了过去用于电子控制电路中的晶体管,这也加快了照相机的微型化步伐。大众化与微型化的趋势进一步加速了数码照相机的发展进程。

照相机的发展历史自动对焦照相机

数码照相机

20 世纪 80 年代是胶片照相机的全盛时期,随后,照相机领域迈入了一个新的发展过程。这就是数码静态照相机的发明。新发明的数码照相机凭借自身的多种便利功能赢得了公众的青睐:它不仅可以免除 DPE 步骤(显影、冲晒和放大),还能将拍摄的图像即时显示在 LCD 显示器上供用户查看。在数码静态照相机推出之后的 20 年内,它的产量和出货量都超过了胶片照相机,占据了照相机行业的领先位置。

拍摄的图像通过半导体图像传感器(图像感测设备)和可检测光的光电二极管转换为像素。

例如,一台 500 万像素的数码照相机可以使用 500 万个微型光电二极管创建全阵列的图像数据。

数码照相机的机制

胶片照相机与数码照相机有何不同?

最大的区别在于记录所拍摄图像的过程。卤化银照相机采用的胶片同时执行两种功能:拍摄图像和记录图像。

而数码照相机的图像传感器则分开执行这两个功能:首先拍摄图像,然后将图像记录在半导体存储器中。这就解释了为何在忘记将胶片向前推进一帧时可以将两张或多张拍摄的图像记录在同一帧上,以及为何可以通过删除存储在记录存储器中的图像数据来重复使用它。此外,胶片照相机按原样记录拍摄的图像,而数码照相机在记录图像之前先执行采样(持续量化曝光的变化),因此能够获取高度稳定且可再现的图像数据。

胶片照相机记录原始图像与数码照相机执行采样的对比

CCD 照相机

数码照相机的发展借由 CCD(电荷耦合器件)图像传感器的出现得以延续,后者增强了光电二极管的感光性能。CCD 在众多照相机中都有应用,如小型显微照相机、相机型手机、小型数码照相机以及大型单反照相机。

CCD 提供的多种功能不仅能满足包括天体摄影和安全监控在内的各种应用需求,同时还能用于自动对焦功能和曝光控制。此外,最近推出的三维照相机还可以通过配备双镜头 CCD 照相机拍摄与人眼识别物体完全相同的逼真图像。另一方面,对通常用于夜视照相机中的 CMOS 图像传感器的使用也在日益增加。

CCD 照相机与三维照相机的机制

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