科普照相机的成像原理，你知道吗？

照相机的成像原理

照相机的成像原理是:

科普照相机的成像原理，你知道吗？

照相机的镜头相当于一个凸透镜，来自物体的光经过照相机的镜头后会聚在胶片上，成倒立、缩小的实像。与传统相机相比，传统相机使用“胶卷”作为其记录信息的载体，而数码相机的“胶卷”就是其成像感光器件，而且是与相机一体的，是数码相机的心脏。数码相机正是使用了感光器件，将光信号转变为电信号，再经模/数转换后记录于存储卡上的。

和眼睛一样有各种东西 传统相机成像过程：

经过镜头把景物影象聚焦在胶片上

胶片上的感光剂随光发生变化

胶片上受光后变化了的感光剂经显影液显影和定影 形成

和景物相反或色彩互补的影象 数码相机成像过程:

1.经过镜头光聚焦在CCD或CMOS上

2.CCD或CMOS将光转换成电信号

3.经处理器加工，记录在相机的内存上

4.通过电脑处理和显示器的电光转换，或经打印机打印便形成影象。

具体过程： 数码相机是通过光学系统将影像聚焦在成像元件CCD/ CMOS 上，通过A/D转换器将每个像素上光电信号转变成数码信号，再经DSP处理成数码图像，存储到存储介质当中。 光线从镜头进入相机，CCD进行滤色、感光（光电转化），按照一定的排列方式将拍摄物体“分解”成了一个一个的像素点，这些像素点以模拟图像信号的形式转移到“模数转换器”上，转换成数字信号，传送到图像处理器上，处理成真正的图像，之后压缩存储到存储介质中。景物的反射光线经过镜头的会聚，在胶片上形成潜应影，这个潜影是光和胶片上的乳剂产生化学反应的结果。再经过显影和定影处理就形成了影像。摄象头的数码影像和胶片成像原理不同，是经过镜头成像在CCD上，经过CCD的光电转换，生成视频信号，再经过显示屏电光转换，才生成图像。

照相机的镜头是凸透镜，

照相机是利用了 凸透镜能成倒立、缩小、实像 的原理制成的。

满足条件：当物距大于两倍焦距时，（u>2f）

当相机距离拍摄的物体变远时，镜头向后缩，拍到的像变小；

（两倍焦距以外，u变大时，v变小，像变小）

当相机距离拍摄的物体变近时，镜头向前伸，拍到的像变大。

（两倍焦距以外，u变小时，v变大，像变大）

照相机是一种利用光学成像原理形成影像并使用底片记录影像的设备，是用于摄影的光学器械。在现代生活中有很多可以记录影像的设备，它们都具备照相机的特征，比如医学成像设备、天文观测设备等。

2.

被摄景物反射出的光线通过照相镜头（摄景物镜）和控制曝光量的快门聚焦后，被摄景物在暗箱内的感光材料上形成潜像，经冲洗处理（即显影、定影）构成性的影像，这种技术称为摄影术，分为一般照相与专业摄像。

3.

2018年9月，世界海关组织协调制度委员会对将无人机归类为“会飞的照相机”。

相机成像原理

相机

数码

发展史

组成

成像原理

一、发展史

照相机发展的阶段：

从1839

年至

1924

年：

曝光时间长图像不清晰。

其中比较重大的事件有：

1861

年物理学家马克斯威发明了世界上张彩

色照片；

1866

年德国化学家肖特与光学家阿具在蔡司公司发明了钡冕光学

玻璃，产生了正光摄影镜头；

1888

年美国柯达公司生产出了新型感光材料

－－柔软、可卷绕的“胶卷”

；同年，柯达公司发明了世界上台安装胶

卷的可携式方箱照相机。

第二阶段：从

1925

年至

1938

年：黑白感光胶片的感光度、分辨率和宽

容度不断提高；彩色感光片开始推广。其中比较重大的事件有：

1935

年，

德国出现了埃克萨克图单镜头反光照相机，

使调焦和更换镜头更加方便；

为了使照相机曝光准确，

1938

年柯达照相机开始装用硒光电池曝光表。

第三个阶段：从

1939

至今：小巧化、自动化、电子化。其中比较重大的

事件有：

1956

年，联邦德国首先制成自动控制曝光量的电眼照相机

；1960

年以后

,照相机开始采用了电子技术，出现了多种自动曝光形式和电子程序

快门；

1975

年以后，照相机的作开始实现自动化。

二、数码相机的组成

以前一般相机的基本组成：

1）镜头

镜头使景物成倒象聚焦在胶片上。为使不同位置的被摄物体成象清晰，

除镜头本身需要校正。

2）取景器

为了确定被摄景物的范围和便于进行拍摄构图，

照相机都应装有取景器。

现代照相机的取景器还带有测距、对焦功能。

3）快门和光圈

为了适应亮暗不同的拍摄对象，以期在胶片上获得正确的感光量，必须

控制曝光时间的长短和进入镜头光线的强弱。于是照相机必须设置快门以控

制曝光时间的长短，并设置光圈通过光孔大小的调节来控制光量。

4）输片计数机构

为了准备第二次拍摄，

曝光后的胶片需要拉走，

本曝光的胶片要拉过来，

因此现代照相机需要有输片机构。为了指示胶片已拍摄的张数，就需要有计

数机构。

5）机身

它既是照相机的暗箱，又是照相机各组成部分的结合体。可用框图表示

照相机的基本组成部分。

当今的数码相机是由镜头、

CCD

、A/D

（模

/数转换器）

、MPU

（微处理器）

、内置存储器、

LCD

（液晶显示器）

、PC

卡（可移动存储器）和接口（计算机

接口、电视机接口）等部分组成，通常它们都安装在数码相机的内部，当然

也有一些数码相机的液晶显示器与相机机身分离。

三、成像原理

对胶片相机而言，景物的反射光线经过镜头的会聚，在胶片上形成潜应

影，

这个潜影是光和胶片上的乳剂产生化学反应的结果。

再经过显影和定影

处理就形成了影像。数码相机是通过光学系统将影像聚焦在成像元件

CCD/

CMOS

上，通过

A/D

转换器将每个像素上光电信号转变成数码信号，再经

DSP

处理成数码图像，存储到存储介质当中。

四、总结

相机的了解有助于我们对图像的形成过程的理解，从可以想到控制某些

因素来控制图像的各种特征。

（补充一下 照相机成像的原理简单的说就是在我们初中物理所学的知识 凸透镜 凹透镜 ）

照相机的镜头是凸透镜，

照相机是利用了 凸透镜能成倒立、缩小、实像 的原理制成的。

满足条件：当物距大于两倍焦距时，（u>2f）

当相机距离拍摄的物体变远时，镜头向后缩，拍到的像变小；

（两倍焦距以外，u变大时，v变小，像变小）

当相机距离拍摄的物体变近时，镜头向前伸，拍到的像变大。

（两倍焦距以外，u变小时，v变大，像变大）

照相机的镜头是凸透镜，

照相机是利用了 凸透镜能成倒立、缩小、实像 的原理制成的。

满足条件：当物距大于两倍焦距时，（u>2f）

当相机距离拍摄的物体变远时，镜头向后缩，拍到的像变小；

（两倍焦距以外，u变大时，v变小，像变小）

当相机距离拍摄的物体变近时，镜头向前伸，拍到的像变大。

（两倍焦距以外，u变小时，v变大，像变大）

照相机成像原理：照相机的镜头相当于一个凸透镜，来自物体的光经过照相机的镜头后会聚在胶片上，成倒立、缩小的实像。

补充知识：

照相机是如何成像并得到相片的？

来自物体的光经过照相机的镜头后，会聚在胶片上，形成被照物体的像。胶片上涂着一层对光敏感的物质，它在曝光后发生化学变化，物体的像就被记录在胶片上，经过显影、定影后成为底片，再用底片冲印就可以得到相片。

照相机的镜头是凸透镜，

照相机是利用了 凸透镜能成倒立、缩小、实像 的原理制成的。

满足条件：当物距大于两倍焦距时，（u>2f）

当相机距离拍摄的物体变远时，镜头向后缩，拍到的像变小；

（两倍焦距以外，u变大时，v变小，像变小）

当相机距离拍摄的物体变近时，镜头向前伸，拍到的像变大。

（两倍焦距以外，u变小时，v变大，像变大）

相机的成像过程

相机成像系统中，共有四个坐标系：即世界坐标系、相机坐标系、图像坐标系、像素坐标系。他们之间有如下转化关系：

(3-1)

其中， 为在世界坐标系下一点的物理坐标，为该点对应的在像素坐标系下的像素坐标，为尺度因子。

将矩阵：

(3-2)

称为相机的内参矩阵，内参矩阵取决于相机的内部参数。其中，为像距，，分别表示，方向上的一个像素在相机感光板上的物理长度（即一个像素在感光板上是多少毫米），，分别表示相机感光板中心在像素坐标系下的坐标，表示感光板的横边和纵边之间的角度。

将矩阵： 称为相机的外参矩阵，相机坐标系、及其世界坐标系的相对位置，决定了它的取值， 表示旋转矩阵， 表示平移矢量。

韩国多功能波动仪原理_多功能透镜原理演示仪

一、项目背景 同学们在学习光的折射现象时。普遍感到抽象、难理解。特别是在学习透镜的原理和特点时，凹透镜对光线起发散作用、凸透镜对光线起会聚作用等知识点学生较难理解。而一般的实验室里配置的透镜是玻璃透镜，其表面的曲线是不能改变的，也就是说这种透镜的焦距是不能改变的，所以学生对此方面的知识理解较困难。眼睛的成像原理、近视眼、远视眼的形成原理及其矫正更是抽象，而学校实验室是没有这些演示设备来让学生们直观地看到眼睛和透镜的原理图和矫正图。为了使学生更好的理解此部分知识，笔者制作了一台演示仪，能让学生们清楚地看到“当凹透镜的表面越凹时，透过它光线就越发散了；当凸透镜的表面越凸时，透过它光线就越会聚”。同时，能让学生清楚看到：近视眼是眼球前部的晶状体变厚了，成像在视网膜的前面。应该用凹透镜矫正；而远视眼却是晶状体变薄了，成像在视网膜的后面，应该用凸透镜矫正。

二、制作过程

1制作透镜模型

找来一个直径约10厘米、厚度约6厘米的塑料盒子，把盒子的上下表面去掉，用透明皮球的球皮粘上去，在盒子的侧面凿穿一个小孔，连上一根软管和注射器，这样“眼睛模型”就做成了。当用注射器往盒子里注入清水时，盒子两侧球皮就会向外变凸而成了凸透镜：当用注射器往外抽水时，在大气压强的作用下，盒子两侧球皮就会往里面凹即成了凹透镜。用注射器适当地抽水和注水就可以方便地改变盒子两侧球皮的凸凹程度，从而改变透镜和焦距。

找来一个直径约20厘米的透明球形容器。剖开球体的1／4，在剖面上粘上一层球皮，同样连上一根软管和注射器，这样“晶状体模型”就做成了。当用注射器往晶状体模型里注入清水时，晶状体模型的球皮就会向外凸而成了近视眼；当用注射器往外抽水时，在大气压强的作用下，晶状体模型的球皮就会往里面凹即成了远视眼。

2制作装透镜模型和眼球模型的容器

由于激光灯的光束在空气很难观察到，所以用透明有机玻璃制作了一个长40厘米、宽18厘米、高15厘米的容器。把眼睛和透镜的模型放入其中，在窗口侧面凿穿两个小孑L，以便让连接注射器的软管穿过。往容器中注入蚊香烟雾，盖上盖子，这样烟雾就密封在容器中了。

3制作激光灯支架

在容器侧面粘上一块有机玻璃板，在上面粘上小磁铁，金属外壳的激光灯就被吸在上面了。这样就可以方便地通过改变两个激光灯的角度来改变光束的夹角，用来演示来自远处光线和近处光线。

三、功能和使用

1演示凹透镜的光路图：把注射器的活塞往外拉，透镜模型的两侧球皮往内凹陷，就变成了凹透镜。让两支激光灯平行入射，会看到两束平行光束发散了。

2演示凸透镜的光路图：把注射器的活塞往内压，透镜模型的两侧球皮往外凸出，就变成了凸透镜。让两支激光灯平行入射，会看到两束平行光束会聚了。

3演示凸透镜的表面越凸。焦距越小，对光的会聚作用越强。逐渐将注射器的活塞往内压，透镜模型的两侧球皮逐渐往外凸出，两束平行光相交点离透镜越来越近，说明凸透镜对光的会聚作用越强了。

4演示凹透镜的表面越凹，对光的发散作用越强。逐渐将注射器的活塞往外拉，透镜模型的两侧球皮逐渐往内凹进，两束平行光发散的角度越来越大了，说明凹透镜对光的发散作用越来越强了。

5演示眼睛的原理：眼睛相当于凸透镜，看远近不同距离的物体时，靠调节眼球前部晶状体的凸凹程度来改变其焦距，从而能在视网膜上成清晰的像。用两支平行光束入射来模拟远处的物体射来的光，这里将注射器活塞外拉使晶状体模型的表面变薄一点，使两束光束刚好会聚在视网膜上，再调节激光灯的角度，使其变成发散的两束光线。这时两束光线相交在视网膜的后面。将注射器活塞内压使晶状体模型的表面变凸一点，使两束光束刚好会聚在视网膜上，这样我们就能清楚地看到近处的物体了。

6演示近视眼的成因：近视眼形成的原因是晶状体变凸了，对光线的会聚作用强了，使远处物体成像在视网膜的前面。演示时将激光灯调成平行光来模拟远处的物体。将注射器的活塞往内压使晶状体变凸，让学生观察到两束光线相交在视网膜的前面。

7演示远视眼的成因：远视眼形成的原因是晶状体变薄了，对光线的发散作用强了，使近处物体成像在视网膜的后面。演示时将激光灯调成发散光来模拟近处的物体。将注射器的活塞往外拉使晶状体变薄，让学生观察到两束光线相交在视网膜的后面。

8演示近视眼的矫正方法：将连着晶状体的注射器活塞往内压，使晶状体模型表面变凸来模拟近视眼。用透镜模型来模拟眼镜，这时，将连着眼镜模型的注射器的活塞逐渐往外拉，眼镜的表面在大气压的作用下逐渐变凹，使两束平行光也逐渐相交在视网膜上了，这就说明了近视眼患者要带凹透镜。

9演示远视眼(老花眼)的矫正方法：将连着晶状体的注射器活塞往外拉，使晶状体模型表面变薄，来模拟远视眼。这时，将连着眼镜模型的注射器的活塞逐渐往内压，眼镜模型的表面逐渐变凸，使两束发散光也逐渐相交在视网膜上了，这就说明了远视眼患者要带凸透镜。

四、创新点

1把眼睛的晶状体模型焦距都可以改变。方便让学生理解凸透镜和凹透镜对光线的作用，理解近视眼、远视眼的原理及其矫正。

2装置密封在大容器中，注入烟雾后可以看清楚光的传播方向。

评委点评

本项目设计制作了多功能透镜原理演示仪。用透明的球皮粘成透镜和晶状体的表面，用注射器注入清水，使其成为凸透镜，抽出清水成为凹透镜。可以用来演示凹、凸透镜的成像原理和近视眼的成因。

适用于初中物理光学部分教学使用。材料成本低廉，技术可行。

建议：采用更好的透明膜代替球皮；提高精度和手工质量；考虑重力对水透镜形状的影响。

为什么要选用焦距较大的凸透镜来模拟眼睛的晶状体？

眼睛的晶状体是人类视觉系统中的重要组成部分，其主要作用是调节眼睛的焦距，使得我们能够看到远处或近处的物体。模拟晶状体的实验通常使用凸透镜，而为了获得更好的模拟效果，焦距较大的凸透镜被广泛采用。

首先，我们需要了解凸透镜的焦距大小对成像的影响。焦距越大的凸透镜，其成像距离就越短，即成像的物体离凸透镜的距离越近，因此可以更好地模拟晶状体的成像效果。

其次，眼睛的晶状体的折射率随着光线的入射角度的变化而变化，这是实现眼睛调焦的重要机制。而凸透镜的折射率在实验中是不变的，因此使用焦距较大的凸透镜可以通过调整凸透镜与物体的距离，来模拟晶状体的调节机制。

综上所述，选择焦距较大的凸透镜可以更好地模拟眼睛晶状体的成像和调节机制，从而更准确地进行实验研究。

不用凸透镜自制模拟照相机

不用凸透镜自制模拟照相机——小孔成像相机。制作方法如下：

材料：能套在一起的圆纸筒,半透明白纸,不透明厚纸,浆糊（透明胶）,缝衣针.

制作实验：

⒈ 找两个能紧密套在一起的圆纸筒,在大纸筒的一个底部粘上不透明厚纸,并用缝衣针扎一个小孔,在小纸筒的一个底部粘上半透明的白纸作屏幕,并把两个纸盒套在一起.

⒉将大纸盒扎有小孔的一面对着点燃的蜡烛（或室外物体）,拉动小纸盒（或大纸盒）,眼睛通过小纸盒可以看到屏幕上物体的倒立的像,并且能控制像的放大或缩小.

如何利用探究凸透镜成像规律的装置模拟近视眼看远处物体模糊的情景的作过程

产生近视眼的原因是晶状体太厚，折光能力太强，来自远处的光会聚在视网膜前，达到视网膜时不是一点而是模糊的光斑。 利用凸透镜成像规律实验装置模拟眼睛过程：1.将蜡烛，焦距比较大的凸透镜，光屏依次安装在光具座，调节它们的位置，光屏上成清晰的像。2.换另外一个比较厚（焦距较小）的凸透镜，（不改变蜡烛，凸透镜，光屏的位置），光屏上不能看到蜡烛的像只看到光斑，把光屏往前移动才看到蜡烛的像，这表明像成在光屏前面，这个跟近视眼的产生原因一样的

用焦距为5cm的凸透镜做一个模拟的照相机，则景物到凸透镜的距离是多少

1.景物到凸透镜的距离至少应为二倍焦距，即10cm

2.被观察的物体应在一倍焦距和二倍焦距之间，即5cm~10cm

1、景物到镜面的距离是一倍焦距，以就是5cm；

2、投影仪需要放大且还要成像，则胶片到镜面应该在一倍到二倍焦距之间，以就是5~10cm，具置可以根据放大需要调整；

3、放大镜功能则是既要放大又要是正立的虚像，则要在一倍焦距之内，以就是小于5cm。