图2-3-1  照相机光学原理

1．镜头

照相机镜头主要标志指标是相对孔径和焦距，相对孔径的物理意义和幻灯机镜头相同。由图2-3-1看出，若近似认为感光片在镜头的1倍焦距处，当镜头焦距变长时，视角随之变小，即焦距与视角成反比例变化。通常把焦距与感光片线度相等或相近的镜头叫标准镜头，简称标头，其视角约45º～60º。这类镜头的视角和人眼的视角相近，拍出的画面最符合人的视觉习惯。焦距大于标准镜头的叫长焦镜头，它有望远的效果，焦距越长视角越小，望远效果越明显。短于标准镜头焦距的叫短焦镜头，其视角大于标准镜头，因此也叫广角镜头。视角在90º左右的叫超广角镜头，视角在180º左右的镜头叫鱼眼镜头，鱼眼镜头拍摄的画面将会出现严重变形。

变焦镜头的焦距在一定范围内是连续可变的，也就是说其视角是连续可调的。例如135照相机上使用28～85 mm变焦镜头，其视角在75º～28º范围内变化。一个变焦镜头的最短焦距和其最大焦距之比叫变焦倍率。变焦镜头的成像质量一般都比固定焦距镜头差。

2．光圈

照相机镜头上都有一个由几块金属薄片构成的通光孔，其直径可随意调整，摄影界都把这个直径可以改变的通光孔叫做光圈，如图2-3-3所示。光圈装置处于组成镜头的多片透镜之间。光圈的大小，通常不用通光孔的直径或面积表示，而是用光圈系数表示。光圈系数F、光圈直径D以及镜头焦距f之间的关系是：F=f/D。

也就是说，当镜头焦距一定时，光圈系数与光圈直径成反比，即光圈系数越大，对应的光圈直径越小。为了使用上的方便，把光圈划分为许多档，分档的原则是要求大光圈是相邻小光圈通光量的两倍，也即通光面积的两倍。于是光圈环各档排列顺序如下：1，1.4，2，2.8，4，5.6，8，11，16，22……记为F4，F5.6，F8等。例如F8的通光量是F11的两倍，F5.6的通光量是F4的1/2倍。调整光圈环时手要稳，不要过快过猛，光圈环可调定在两档正档上或之间任何位置。

图2-3-2  照相机结构                               图2-3-3  光圈示意图

3．快门

快门是照相机控制曝光时间的装置。按下快门按钮，照相机快门将自动打开光圈，并持续设定时间后关闭。通常把快门开启时间的长短叫快门速度，快门开启的时间短即速度快。快门速度盘按曝光时间的长短也分为若干档，一般长时间快门档是相邻短时间快门档持续时间的2倍，如l，1/2，1/4，1/8，1/15，1/30，1/60，1/125，1/250，1/500，1/1 000，1/2 000，1/4 000等，单位为秒（s）。快门速度盘上的数值是其中的分母，如8表示1/8 s。在快门速度盘上还可以看到B档或T档，被称为手控慢门，分别叫B门和T门。用B门时，按下快门按钮，快门开启，松开按钮时快门关闭；而T门是按一次快门按钮，快门开启，再一次按下快门按钮时，快门才关闭。使用B门或T门时，最好用快门线控制，照相机用三角架固定，可以保证曝光过程中照相机有较大稳定度。快门速度盘只准调在正档上，不准调在两档之间，否则容易损坏快门机构。调到标有“×”的位置和低于该档位置均可以使用闪光灯，但高于该档的位置不能使用闪光灯，否则会因闪光与快门的不同步而没有闪光效果。

4．取景器

取景器的作用是观察被摄景物、指示拍摄范围、确定画面构图等。它分为无视差取景器和有视差取景器。在取景器毛玻璃屏上能看到的物体，就是可拍摄到的物体，看不到的物体则拍不上，称为无视差取景器，如单镜头反光式照相机取景器就属于无视差取景器；若取景器中可看到的景物有部分拍不上，而看不到的物体也可能拍上了，这就是有视差取景器，如框架直看式取景器等都存在视差。视差与调焦距离有关，其规律是主体与照相机间距离越远，视差就越小；而距离越近，视差越大。因此，有视差的照相机取景器中划有一个黄边框，近距离取景时用黄边框内区域指示拍摄范围，远距离取景时用整个取景器指示拍摄范围。

5．聚焦机构

聚焦机构作用是使被摄主体在感光片表面结成清晰的影像。它是通过调整调焦环让镜头沿纵向前后移动改变像距来实现的。镜头调焦环上附有距离标尺，绿色刻度是以英尺为单位的标尺，标有“Feet”字样，英尺是国际已废除单位，我国也不再使用，白色刻度是以米（m）为单位的，如0.45，0.6，1，1.5，2，3，7，∞等数值。读取距离标尺数据所用的基线是景深标尺的中心线，读取的数据即为从镜头到调焦点的距离。

（三）数码照相机的原理、参数及特点

数码照相机是一种能够进行拍摄，并通过内部处理把拍摄到的景物转换成以数字图像格式存放的特殊电子照相机。目前，在制作教学软件中，数码照相机已成为获取图像和文字等信息的重要设备。

1．数码照相机的结构及工作原理

常见的数码照相机实物及结构如图2-3-4所示。它主要由光学镜头、感光传感器（CCD或CMOS）、模数转换器（A/D）、图像处理器（DSP）、图像存储器（Memory）、液晶显示器（LCD）、端口（计算机接口、电视机接口）、电源和闪光灯组成。

   
图2-3-4  数码照相机实物及结构

数码照相机工作原理如图2-3-5所示，其中镜头的作用与传统照相机相同，它将光线会聚到镜头后的感光传感器上，将光信号转换为与光强度成比例变化的模拟电信号，送往模数转换器ADC（Analog Digital Converter），转换为二进制数码信号，再送往图像处理器DSP，将图像信号进行处理、压缩后存储在存储器中。上述成像过程是在核心控制芯片的控制下完成的。

图2-3-5  数码照相机工作原理

采用CCD作为感光传感器，像素数一般为300万以上，其制造工艺复杂，功耗大，成本较高。采用CMOS感光传感器的数码照相机一般低于35万像素，主要面向以家庭、个人用户为主的低端市场，其时尚化、多功能、价格低的优势受到了普通消费者的欢迎。

2．数码照相机的主要参数

（1）白平衡（White Balance ）

白平衡对于数码照相机来说是很重要的一个指标。那么什么是白平衡呢？这必须先说明什么是白色，物体反射出的光影颜色由光源的性质而定，人的大脑可以侦测并且更正类似这样的色彩改变，因此不论是在阳光、阴暗、室内白炽灯或荧光灯下，人们所看到的白色物体依旧。然而，就数码照相机而言，这些由不同光源产生的“白色”在光谱上来说还是不尽相同的，为了贴近人的视觉，数码照相机就必须模仿人类大脑，根据景物光线的色温差异来调整，以便最后在相片中能够呈现出肉眼所看到的白色。这种调整称之为“白平衡”。大多数的数码照相机都提供了“自动白平衡”的功能，但在不同的光源下，这个系统还是不能完全符合人眼视觉的要求。因此较精密的数码照相机就提供了使用者选择光源的范围，如：日光（色温6 000K），阴天（色温3 500～4 000 K），室内日光灯环境（色温4 000～5 500 K），室内白炽灯强光（色温3 000～3 500 K）和闪光灯等不同的选择。

（2）数字变焦（Digital Zoom）

“数字变焦”是数码照相机的独有功能。数字变焦和光学变焦的不同，在于光学变焦是利用不同镜头组的搭配产生焦距变化，而达到将远方景物的光线拉近至照相机内，且画质不失真的目的。数字变焦则是利用近似于数字影像软件中的“剪裁”功能，对中心影像做计算放大的动作，画质将降低。

（3）焦距长度（Focal Length）

一般数码照相机的感光传感器和标准35 mm底片相比显然小得多，因此数码照相机的实际焦长通常很小，只有6.5～13 mm。

（4）测光模式（Metering）

几乎目前所有的数码照相机测光方式都采用TTL（Through The Lens），指自动测光系统是经过镜头来测光。也就是将所见景物的光线强弱经镜头投射在感光传感器上，感光传感器再将对应的电信号传送给数码照相机的CPU作分析。

3．数码照相机与传统照相机的区别

（1）感光材料不同

数码照相机采用CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件）或CMOS（Comple- mentary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体）感光传感器，将光信号转换成电信号，实现直接处理和直接传送。所谓直接处理，是指数码照相机将信号输入电脑后便可直接运用各种图像处理软件对其进行加工处理，不象传统摄影需经冲洗、印放才能得到影像。所谓直接传送，是指数码照相机摄取的影像，可远距离立即快速传送，时效性强。

（2）影像存储介质不同

数码照相机的存储介质除固定内存之外，还有抽取式的快闪内存卡，一般分为PCMICIA卡、Smart Media卡、Compact Flash卡等3类。内存卡容量以8 MB，16 MB，32 MB，64 MB，128 MB为主。

（3）取景器不同

数码照相机机身上带有彩色液晶影像显示屏，具有即显性、菜单显示等功能，使按钮、开关都很少。

（4）影像输出方式

数码照相机提供多种数据输出接口。一般有串行口、USB接口、IEEE-1394接口与计算机连接，也有个别照相机提供TV接口（NTSC制式的较多，PAL制式的也有）与电视机连接，实现照片的直接印放。具体方法有：①可直接通过具有视频输入插口的打印机打印出照片；②将数码影像输入电脑，经图像处理软件对影像加工处理后，由与电脑相连接的打印机直接打印出不同尺寸的照片；③将数码影像存储卡直接送到数码彩扩机中扩印照片。

总之，数码照相机相对于传统照相机来说，具有无需胶卷和冲洗，可重复拍摄和即时调整，影像可无限次复制且不会降低质量，方便永久保存，并可用于电子传送和处理等特点。

二、照相机的使用

照相机的使用包括胶卷装卸技术、拍摄技术、照片导出技术和维护技术等内容，重点介绍其中的拍摄技术。

拍摄技术包括聚焦技术、曝光控制技术、景深控制技术等内容。

（一）聚焦技术（也叫调焦或对焦技术）

调焦有三种方法，分别是距离标尺法、取景器法和自动调焦法。

1．距离标尺法

摄影者首先目测被摄主体与照相机间距离，然后将调焦环调到该距离上。这种方法调焦速度慢，而且调焦的精度与摄影者目测距离的误差大小有关，实际拍摄时很少使用。

2．取景器法

取景器法主要有毛玻璃屏、微棱镜、截影式和重影式四种指示调焦方法。

（1）毛玻璃屏式指示调焦方法

被摄景物通过取景镜头（或拍摄取景共用镜头）成像在取景器的毛玻璃屏上，哪个物体最清晰就是调焦在那个物体所在的距离上了，或说那个物体调焦最实。这种指示方式要求毛玻璃屏尽量大些，否则人眼难以判断焦虚焦实。

（2）微棱镜式指示调焦方法

通过取景器中的微棱镜目测景物成像的虚实，通过调焦主体成像清晰了，就是调焦在主体的位置上了。这种指示调焦的灵敏度比毛玻璃屏式高5倍。微棱镜只在取景器中心附近局部区域使用。

（3）截影式指示调焦方法

如图2-3-6所示，取景器中处于调焦区域的物体被裂像镜截为上下两段并彼此错开，通过调焦使二者对齐，表明调焦在这个物体上了。使用截影式调焦指示时，应在主体上任选一个线条，然后使该线条处于截影式调焦区域内，并使它和裂像镜直径垂直，这时裂开的程度最明显，指示最灵敏。这是目前指示调焦的最好方式。

（4）重影式指示调焦方法

如图2-3-7所示，多见于较简易的照相机中，这种照相机取景器中心区域有一方形（或圆形、核形）黄块，这就是重影式指示调焦区域。在这个区域内任何景物都形成一个实影一个虚影，互相分离，通过调焦使主体的虚影与实影重合，表示这个主体物调焦最实。

利用取景器的指示进行调焦，快捷又准确。在使用中，若取景器中同时具有几种指示调焦方法，要选用最灵敏的一种。如DF-1照相机中同时具有毛玻璃屏、微棱镜和截影式三种指示方法，应选截影式使用，当光线太暗，裂像镜看不清时，才能用微棱镜指示调焦。

3．自动调焦法

有些照相机具有自动调焦功能，称为自动聚焦照相机。这种照相机取景器的屏幕中央有一个自动调焦的区域标志。调焦时，必须使主体处于调焦区域，如果拍摄构图不想使主体处于中心部位，那么调焦时也必须先使主体在取景屏中央实施调焦，然后按下机器上的聚焦锁定钮，再调整镜头角度，把主体安排在画面的适当位置后按下快门钮曝光。

        
已调好          未调好                 未调好               已调好

图2-3-6  截影式指示调焦                     图2-3-7  重影式指示调焦

自动调焦照相机分为有级调焦和无级调焦两种。有级调焦照相机在镜头调焦伸缩时不是连续的，只停在几个点上。无级调焦自动照相机调焦时镜头前后移动中的停留点已多达几十个、几百个、甚至几千个，通常把超过10个自动调焦点的照相机叫无级自动调焦照相机。显然无级调焦照相机调焦精确度要明显高于有级调焦照相机，当自动调焦点超过1 000个时，照相机的调焦精度已不亚于单反135手动聚焦照相机的调焦精度。

目前实现自动调焦的手段主要有三种，它们分别是“电子观测系统”、“红外线测距系统”和“超声波测距系统”。

电子观测系统属于被动调焦系统，它利用主体射来的光线在成像时所产生的相位、反差或亮度的差别进行聚焦。这种测距系统在以下情况下聚焦失灵：光线太暗的主体；主体为一系列重复排列的物体，如阶梯、草地、栅栏等；反差太小的主体。

红外线测距系统是一种主动式调焦系统，就是照相机发出红外线，并接收被景物反射回来的红外线，计算出发射、接收时间差，从而测出距离。这种系统不能有效测量吸收红外线的物体的距离，如水吸收红外线，故水中景物不能拍摄，雨中近景也聚焦不好，也不能拍摄倾斜的光滑面，因为斜面使红外线不能反射回照相机。

超声波测距系统也属于主动式测距，不能有效测量吸收超声波的物体的距离。如果前景明显出现在测焦区，将会按前景测距，而使主体失焦。

（二）曝光控制技术

所谓胶卷的曝光量就是参与对胶卷曝光的光的总能量。当胶卷确定时，用公式表示为：

曝光量＝快门速度×光圈大小×景物亮度

表明胶卷的曝光量与胶卷的性能指标、快门速度、光圈大小、景物亮度等因素有关。

1．胶卷的性能指标

（1）感光度

它是反映胶卷对光的敏感程度的量。一般说感光度越高，需要的曝光量越小。感光度用ISO表示，例如ISO 100/21，比这种胶卷灵敏一倍的感光度为ISO 200/21或ISO100/24。可见，分线上面的数字每大1倍，感光度就高1级，下面的数字每大3个数字感光度高l级。

装好胶卷后，应根据使用胶卷的感光度值，调整照相机上感光度设定装置，使感光度显示与胶卷的感光度实际值一致。如果照相机具有内测光功能，只有照相机感光度设定正确时，使用内测光才能正确曝光。

（2）反差性

它是影像中主体主要部位的明暗差别叫影像反差，把景物主体主要部分的明暗差别叫景物反差。影像反差和景物反差都简称为反差。这种差别大，就叫反差大。

（3）宽容度

它是指胶卷能够按比例记录景物明暗范围的能力，即胶卷允许曝光误差的能力。黑白胶卷宽容度大，曝光误差两档以内都可以印出正常照片。而彩色胶卷允许的曝光误差只有一档，彩色反转片允许的曝光误差仅半档。

（4）灰雾度

它是指胶卷未曝光部分冲洗后产生的密度程度。灰雾度大会使底片的反差减少，层次减少，分辨力降低。

（5）分辨力

也叫鉴别率，是反映胶卷对景物细部清楚表现能力的参数，以每毫米中能分清的线条数目表示，显然分辨力越高越好。国产胶卷分辨力都能达到75～100线/mm以上。

胶卷以上性能间存在如下关系：

感光剂颗粒粗→颗粒度大→感光度高→反差性小→宽容度大→分辨力小→灰雾度大。

彩色胶卷感光度低的比感光度高的色彩鲜艳。

2．选择EV值

EV值表示光圈快门组合，也称为曝光值。规定快门速度为1 s，光圈系数为1时，EV值为0，当快门速度每增1档或光圈每缩1档EV值增加1。同一个EV值对应多种光圈快门组合，但它们的曝光量一定相同。

由曝光量公式知道，当使用的胶卷和景物的亮度确定，则光圈快门组合就不难找出。根据景物亮度测量手段的不同，光圈快门组合选择方法有三种：

（1）测光表法定光圈快门组合

确定景物亮度可以使用测光表，摄影专用的测光表表盘上并不直接刻光强数值，而是刻EV值。只要读出主体对应的EV值，就可以从表中查出应使用的光圈快门一系列组合。

（2）内置跳灯法定光圈快门组合

对于单反照相机，在共取景的光路上设有测光元件，于是在取景的同时就可测光。常见的测光指示方式为内置跳灯式，如图2-3-8所示。在取景器右侧或右下角框外设置三个灯（发光二极管），上下两灯为红色或棕色。上灯注有“+”号，表示当前设定的光圈快门值将使曝光过度，下灯注有“-”号，表示曝光不足。中间灯为绿色，表示光圈快门设定正确。若相邻两个灯同时亮，表示尚差半档。测光时，对准主体调整光圈和快门，直至单独绿灯亮为止。

（3）经验法定光圈快门组合

在没有测光装置时，可以用经验法确定光圈快门组合。其思路是首先找到一个亮度标准，然后给出非标准条件下应做的修正，见表2-3-1。

表2-3-1  条件改变后光圈快门增减的档数

  
2-3-8  跳灯式内测光指示

标准条件：春秋季，露天人像，顺光，晴天（日出后两小时至日落前两小时）快门使用感光度倒数，光圈应为F11。

例：冬天、雪地、侧光、薄云、ISO 200/24胶卷。其他条件符合标准，确定光圈快门组合。通过查表可知：

冬天   雪地  侧光   薄云

 +1    -2     +1    +0.5

计算：+1-2+1+0.5 = 0.5

即增加半档光圈，使用F11与F8之间，快门应1/200 s，采用与之相近的1/250 s。

虽然经验法设定光圈快门准确度低，但是在没有测光表时，是摄影者经常采用的方法。

前面谈的是如何找光圈快门的正确组合，但到底用哪个组合好呢？这就是确定光圈、快门值的问题。

3．确定光圈、快门值

原则上说应该根据创作意图确定光圈、快门值，分以下三种情况。

（1）先定光圈

若创作要求光圈必须取某一值时，快门速度也就随之确定，例如在风景点拍照留念，希望景深大些，因此选用某小光圈；有时想用虚化前景和背景的方法突出主体，就必须开大光圈，以满足缩小景深的要求。这种情况下都是先定光圈，而后找出快门的值。

对于半自动设定曝光量的照相机，先人为选择拍摄用光圈系数，当按下快门时照相机根据光圈、亮度、感光度等，自动选择能使曝光合适的快门时间。适合优先考虑景深的场合。

（2）先定快门

在拍摄有动体的景物时，往往对快门速度有苛刻要求，这时就必须先定快门速度，随之光圈值也就知道了。例如欲拍雨滴下落的效果，则快门速度就不能太快，一般为1/60～1/30 s，而要想把运动物体轮廓拍清楚，就应选用高速度快门，否则就会发虚。

对于半自动设定曝光量的照相机，在人为选择快门速度的基础上，照相机根据测光信息、快门时间、感光度等，自动选择能使曝光合适的光圈大小。

（3）考虑影像清晰度

影响清晰度的原因来自两个方面：一个是镜头本身所产生的像差。它与光圈大小有关，光圈越大像差越大；另一个是由于光的波动性所产生的衍射现象，它影响清晰度的规律是光圈越小，危害越严重。于是照相机就存在一个最佳光圈，一般为最大光圈缩3档处，镜头质量高的在缩2档处，质量差的在缩4～5档处。

对于全自动设定曝光量的照相机，是按事先设计好的程序，根据现有光线强弱自动选择合适的光圈系数和快门时间，如“傻瓜”照相机。

4．闪光灯的使用

闪光灯可弥补现场光线的不足，它的闪光持续时间约1/500～l/5 000 s。光的强度大，一只闪光指数为22的闪光灯相当于100只100 W灯泡的光强。色温好，既可以做主光使用，也可以做辅助光使用。

闪光灯有一个重要参数叫闪光指数（GN），这个数字越大，表明闪光灯功率越大，同时由闪光指数还能求出照相机应使用的光圈值，即光圈系数=闪光指数/镜头与主体间距离。

（三）景深控制技术

1．什么是景深

景深是指能在感光片上结为基本清晰像的景物的纵深范围，这个范围越大，则称景深越大。众所周知，处于调焦距离上的物体在感光片上结像最清晰，偏离这个位置，物体的结像就逐渐模糊，偏离越远就越模糊。离照相机最近的可以结为基本清晰像的点叫景深前界，反之叫景深后界。从景深前界到调焦距离为前景深，从调焦距离到景深后界称为后景深，从景深前界到景深后界为全景深，简称景深，如图2-3-9所示。一般前景深小于后景深。

2．景深的读出

景深可以在照相机上读出来，如图2-3-10所示。景深标尺上刻度标数为光圈值，使用哪个光圈值，就看哪个光圈刻度所对的距离标尺读数，即为景深前界和后界，这是从镜头量起的数值。例如图2-3-10，调焦在3 m，即3 m距离上的物体结像最实。若使用F16光圈，就看景深标尺两个16刻度所对应的距离标尺读数，读出景深前界为2 m，后界为10 m，则景深范围为8 m。

若同样调焦在3 m处，而光圈不是用F16，而是F8，由图2-3-10知道其景深比F16小。

3．影响景深的因素

景深和镜头的光圈、焦距、被摄物距离等因素有关。当其中两个因素不变时，光圈越大，景深越小；镜头焦距越长，景深越小，前景深和后景深的差也越小；被摄物越远，景深越大，前景深和后景深的差也越大。

图2-3-9 景深示意图                   2-3-10  景深的读取

（四）胶卷装卸技术

装卸胶卷应背光进行，避免阳光直射。对135胶卷，在倒卷时勿将胶卷完全倒进暗盒，应留一部分片头在盒外，以防光线从暗盒窄缝中进入而使胶卷跑光。

（五）照片导出技术

1．传统照相机的照片导出

该过程也叫做胶卷的冲洗，主要包括显影和定影。显影的作用是把潜影变为可视影像。定影的作用是使影像稳定下来。胶卷拍照完后要及时冲洗，防止影像消退、淡化。

印制照片是指制作影像与底片影像同样大小的照片的过程。底片上的影像与景物明暗相反，称为负片，不便于观赏。而印制成的照片，是底片的负像，就是景物的正像了。

2．数码照相机的照片导出

它是将内存卡中的照片数据源文件导出到计算机上，并打印出来。

（1）安装数码照相机的驱动程序

①把连接线的一端插入电脑主机的USB接口上，另一端插入数码照相机的USB接口上，并将模式转盘上的旋钮拨至“重放模式”。

②运行本机的驱动程序光盘或软盘。按其导向操作，会自动完成USB驱动程序和数码照相机应用软件的安装。

（2）存储照片

执行随机附带的软件，在软件菜单上选择“照相机”菜单下的“下载全部影像”，自动把照片存储在计算机的存储介质中。

（3）制作和输出照片

用专门的图像处理软件，如Photoshop等，对数码照片进行制作输出。Photoshop图像处理软件的主要功能有：

①具有超强的图像编辑功能。它可以对图像进行任意的位置移动、扭曲变形、多种效果合成及复制等操作。在编辑完成后，还可以进行多次撤消、恢复和效果调整；

②具有方便简单的图像色彩处理功能。它可以对图像的整体或局部色调、明暗及对比度进行调整；

③提供了强大的图像处理工具，具有灵活多样的图像选取和图像绘制功能。如用选取工具可以选择复杂的图像范围，用绘图工具可以绘制各种卡通画等；

④具有完善的图层、通道和蒙板功能。用户可以根据自己的需要建立普通图层、背景层、文字层和调节层等，可以对这些图层进行任意合并、设置合成模式及设置透明度等操作，也可以在通道面板中建立专色通道、Alpha通道，通过这些通道的操作来完成一些在图层中难以完成的效果；