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光学镜头成像的秘密
发布时间:2019年01月15日    点击次数:    作者:石英仪器
  光学镜头是一件很神奇的东西。可以记录我们的点点滴滴,下面我们来了解一下光学镜头成像的秘密:

  光学镜头随着科技的发展而产生,我们生活的五彩世界离不开它的存在,今天我就为大家讲解一下光学镜头的特性,让大家对光学镜头有一个充分的了解。

  光学镜头是电视摄像机的重要部件,一般是由多片凸透镜和凹透镜与相应的金属零件组合而成的。现在,一般的摄像机镜头都带有自动光圈、电动变焦距等装置。光学镜头是摄像机的门户,它的最基本作用是把被摄物体成像于摄像机内的感光元件上。镜头的光学特性是指由其光学结构所形成的物理性能,由焦距、视场角和相对孔径三个因素组成。任何一种光学镜头,都可以由这三种光学特性的技术参数来表示和区分

  对电视摄制人员来说,镜头焦距、视场角和相对孔径对画面拍摄都会产生影响,它们的技术性能及组配关系直接决定了摄像者所能达到的技术可能性和艺术可能性。

  一、焦距

  摄像机的镜头都可被看成为一块中间厚、边缘薄的凸透镜,光线穿过透镜会聚成焦点,焦点至镜头中心的距离,即为该镜头的焦距,焦距的单位是毫米(mm)。

  镜头焦距的长短,与被摄对象存电荷耦合器件

  (CCD)上的成像面积成正比。如果在同一距离上,对同一被摄对象进行拍摄,镜头焦距愈长.那么成像面积越大,放大倍率越高;反之,镜头焦距愈短,则成像面积越小,放人倍率越低。

  通常,我们把焦距与像平面对角线接近或相等的镜头,称为标准镜头。一般专业的摄像机电荷耦合器件成像面积,约等于16毫水电影摄影机的画幅像平面,标准镜头焦距通常为25毫米。焦距大于像平面对角线的镜头,称为长焦距镜头、焦距小于像平面对角线的镜头,称为广角镜头。焦距可发生变化的镜头,称为变焦距镜头。

  二、视场角

  镜头的视场角,是指电荷耦合器件有效成像平画(视场)边缘与镜头后节点所形成的夹角。

  从造型角度上讲,镜头视场角反映了摄像机记录景物范围的开阔程度(镜头视场角分为水平视场角和垂直视场角。本章所用视场角均指水平视场角)。镜头视场角与被摄对象在画面中的成像效果成反比,视场角愈大,被摄主体成成像越小,画面景物越开阔;反之,视场角愈小,被摄主体成像越大,画面景物的视野越狭窄。

  视场角主要受镜头成像尺寸和镜头焦距这两个因素制约。由于摄像管成像靶面在实际拍摄中是不变的固定因素,所以直接影响视场角的就是镜头焦距了。我们拍摄时,一般只能通过变换不同焦距的镜头,来改变视场角。

  摄像机在同一距离上,对同一被摄对象进行拍摄时,使用不同焦距的镜头,会改变该对象在画面中的成像面积和背景范同。这实质上是由于视场角发生了相应的改变。比如,一个视场角为50°的镜头所拍得的被摄主体在画面中只有视场角为5°的镜头拍得的图像面积的1/10

  。镜头焦距越长,视场角越小;焦距越短,视场角越大。平常我们所说的标准镜头(25mm镜头),是焦距近似等于成像面对角线长度,水平视场角45°左右;对于摄像机上的变焦距镜头而言,是焦距25mm左右的那一段镜头。广角镜头(焦距小于25mm)的水平视场角均大于60°,一股处在60°-

  130°之间。130°以上到180°之间的镜头被称为超广角镜头,又称为鱼眼镜头,长焦距镜头(焦距大于25mm)的水平视场角小于40°。

  三、相对孔径与光圈系数

  镜头的相对孔径,是指镜头的入射光孔直径

  (D)于焦距(f)之比,其大小说明镜头接纳光线的多少。相对孔径是决定镜头透光能力和鉴别力的重要因素。

  相对孔径( D/F )的倒数( f/D )被称为光圈系数( f

  ),被标刻在镜头的光圈环上。摄像机镜头光圈系数分为若干档,常见的有 1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、12、16、22  等,相邻两档光圈

  F值的比值均为 2

  ,曝光量相差一级。由于像平面照度和相对孔径的平方成正比,所以F值变化一档,相当于摄像机镜头的光通量变化一倍。在拍摄电视画面时我们说开大光圈,实际上是从光圈调节环上大F

  值向小 F值的一端运动,即减小了光圈系数值;而缩小光圈,则是从小 F值向大 F值一端运动,光圈系数值加大。比如,从光圈 8调到光圈5.6

  ,就是开大了光圈,光通量增大一倍,曝光值增加一级,反之亦然。

  对相对孔径和光圈系数的调节,决定了镜头的光通量和镜头景深。对摄像机的镜头进行光圈选择,实质是一个曝光控制的问题。现在的摄像机通常都有手动光圈和自动光圈两种控制方式。自动光圈只能对被摄场景的曝光控制作出技术性处理,而有意识、有目的的动态用光和艺术处理,只能由手动光圈才能更好地表现。在拍摄同一照度下的同一场景时,光圈越大,景深范围越小;光圈越小,景深范围越大。镜头曝光的有意图控制和不同景深的选择性运用,是电视摄制人员实现创作意图取得最佳画面效果的有效手段。

  综上所述,焦距、视场角和相对孔径(光圈)这三个表示镜头光学特性的参数,它们之间的关系是彼此联系又互相制约的。它们都直接构成了对画面造型的影响,不同焦距、视场角和相对孔径的镜头所能记录的画面及其造型效果,是大不一样的,为电视摄影师准备了技术基础,提供了创作上的便利条件。在这三个因素中间,对画面造型影响最大,实际拍摄时作用最为突出的是镜头焦距的变化。因此,要想做好电视摄影工作,就必须了解和掌握不同焦距镜头所呈现的画面造型特点,充分认识到光学镜头不仅是一个技术手段,同时还是一种艺术手段,从而在电视画面摄影创作活动中扬长避短,发挥不同焦距镜头所能获得的最佳画面造型效果。
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