第二章摄影的基本知识.docVIP

第二章 摄影的基本知识 摄影测量的前期工作就是利用各种摄影机对所量测目标进行摄影，获取量测目标的影像。作为原始资料的影像，其质量的好坏直接影响到整个摄影测量后续处理的精度。为了获取高质量的影像，提高测量精度，有必要了解有关摄影的一些基本知识。 §2.1 摄影基本原理与摄影机 一、摄影的基本原理 摄影术的实质是根据小孔成像原理，在小孔处安置一个摄影物镜，在成像面处放置涂有对光敏感的感光材料，物体投射光线经摄影物镜后聚焦成像于感光材料上，感光材料感光后发生光化学作用生成不稳定的、肉眼不可见的潜像，潜像经过显影、定影等处理过程后变成稳定可见的、但明亮度与实际地物相反的影像，这种影像再经过晒印或放大处理后即获得与实际地物明亮度一致的影像。 二、摄影机基本结构 图2-1-1摄影机构造示意图摄影机是用于摄取光学影象的仪器，是摄影的主要工具。摄影机的种类很多，但其基本结构均大致相同，主要由镜箱和暗箱两部分组成，如图2-1-1所示。镜箱包括物镜筒、镜箱体和成像面，是摄影机的光学部件。物镜筒内嵌有摄影物镜、光圈和快门，是摄影机的重要部件。物体的投射光线经物镜聚焦后进入摄影机，成像于像平面上。镜箱体是一个封闭筒，用来调节摄影机物镜与像框平面之间的距离。暗箱用来存放感光材料。普通摄影机的暗箱和镜箱是连成一体的；测量专用的摄影机的暗箱和镜箱是可以分开的，一般备有多个暗箱，暗箱可以从摄影机镜箱上拆卸下来，供摄影时调换使用。 图2-1-1摄影机构造示意图 1.摄影机物镜 摄影机物镜是摄影机中重要的部件，其品质的好坏直接决定了被摄物体的影像质量。物镜的作用是在聚集来自镜头前面的光束，并在胶片上聚焦，取得清晰可辨的影像。简单的镜头是由一片曲面玻璃或塑料制成的。由于单透镜物镜存在各种像差，为消除或减少像差的影响，提高成像质量，摄影机物镜都是由多个凸、凹透镜组合而成，形成一个复杂的光学系统。 光学透镜的镜面通常是制成球面状的，从透镜中心到周边有一定的曲率。透镜中两球面曲率中心的连线是透镜的光轴，物镜光学系统中各透镜的光轴应重合为一，形成物镜的主光轴。如图2-1-2所示，一平行于主光轴的光线，经物镜组多次折射后得到折射光线图2-1-2 物镜的主平面、主点、焦点 ,延长线与相交于点,经过作垂直于主光轴的面,所有平行于主光轴的投射光线，都在平面上发生折射现象。同理可得到点和另一个折射面。折射平面和将空间分为两部分，将物体所在的空间称为物方空间，影像所在的空间称为像方空问。平面和也相应称为物方主平面和像方主平面。平面和与主光轴的交点分别为和，也相应地被称为物方主点和像方主点。折射光线与主光轴的交点为，称为像方焦点。像方主点与的距离为像方焦距。若物方空间一组与主光轴斜交的投射光线，经物镜折射后为平行于主光轴的平行线组，那么这些投射光线必然相交于主光轴的点上，该点称为物方焦点。像方主点与的距离为物方焦距。 图2-1-2 物镜的主平面、主点、焦点 上述的像方空间和物方空间、像方主点和物方主点、像方主平面和物方主平面、像方焦点和物方焦点以及像方焦距和物方焦距等都是一一对应的。 另外如图2-1-3，从主光轴外的物点，如发出的所有入射光线，经过物镜产生折射，总有一对共轭光线,其出射光线与其入射光线平行，即入射光线与主光轴的夹角和出射光线与主光轴的夹角恰好相等，即，两光线与主光轴的两个交点和分别称为前（物方）节点和后（像方）节点。 图2-1-3 物方节点与像方节点 图2-1-3 物方节点与像方节点 综上所述，一个物镜有一对主点、一对焦点和一对节点。当物方空间和像方空间介质相同时，一对节点与一对主点恰好重合，像方焦距也等于物方焦距，此时的透镜组合即为理想的物镜。 2.成像公式 根据图2-1-3，设某一物点到物方主平面的距离，称为物距。其成像点到像方主平面的距离，称为像距。设物镜的焦距为，则由光学成像公式(也称为高斯透镜公式)可知： (2-1-1) 此式表示物点经过光学系统后能获得清晰构像的条件公式。 从图2-1-3可看出，，将、表达式代入（2-1-1）式，整理后得到： （2-1-2） （2-1-2）式为物镜构像清晰公式的另一种写法，也称为牛顿透镜公式。 3.光圈和光圈号数 由于通过物镜边缘部分的投射光线都会引起较大的影像模糊和变形。为限制物镜边缘光线的进入，控制和调节进入物镜的光量，通常在相机镜头的中心设置一光圈。光圈由一组金属片组成，呈莲花瓣状，通过手动或自动可以调节中间透光部分的大小，即相当于调节镜头的直径。因此