照相術

也稱攝影術。它的任務是將客觀圖像忠實地記錄下來，從而可以使人在異時異地對這一事件取得準確的猶如目睹的信息。有人認為法國人J.N.涅普斯在1826年首先成功地照了相，但又有人認為另一法國人L.J.M.達蓋爾在1839年的成就才是照相術的發明年代，因為他的鹵化銀方法是以後發展的基礎。

基本介紹

• 中文名：照相術
• 任務：將客觀圖像忠實地記錄下來
• 時間：1826年
• 類型：攝影

概述

同年英國人J.赫歇耳推薦了後來為多數國家採用的外文詞，它是由希臘文的"光"和“書畫”組成的。詞意貼切，但可稍加註解：一是光的含義已不復限於可見的電磁波；二是這種書畫是一次完成的，不像人工書畫之有勾劃的先後。

照相術包括光學成像裝置，感光材料以及顯像過程。來自物體的光投影到感光材料上形成潛像，然後用化學或物理方法變成可見的影像。這裡介紹光學成像和照相術在它發展中所形成的若干分支。有關顯影和定影過程見照相材料。

光學成像裝置

雖然光學成像的觀察可以追溯到遠古，但一般認為針孔成像可作為照相術的先驅。這種記錄在中國至遲見於11世紀沈括的《夢溪筆談》中，而14世紀的趙友欽則正確地解釋了成像的過程。在歐洲，15、16世紀出現了以透鏡代替針孔的暗室，而對成像的解釋卻到17世紀J.克卜勒才完成。這種成像裝置僅供人們觀察或描繪外物之用，是一間房間；其後向小型化、自動化方面發展而成為現代的照相機。實際上外文的照相機一詞就是從暗室演變而來的。另外，配合各種專業要求，還發展成種種專用照相機，如天文、航空、製版、顯微等，那些照相機的形式可能與日常的照相機很不相同。

物鏡

它是照相機的主要部件，執行光學成像的任務。由於針孔太小，進入的光太微弱，於是人們利用透鏡以增加通光量。先是用單透鏡或當時習見於望遠鏡中的兩片膠合透鏡的形式。後者可以校正色差，但兩者的視場和孔徑皆小，只能拍攝靜止的風景，故稱風景物鏡。可是人們希望有較大的孔徑以拍攝活動的現象，這意味著要突破以近軸區為限的成像範圍。首先成功的是匈牙利科學家J.M.珀茲伐，他於1840年設計了以他命名的物鏡，亦稱人像物鏡。可惜的是他的手稿毀於盜案而未能傳下來,但他的物鏡卻保留下來了,而且在它的基礎上有所發展。隨即人們發現，對於光闌對稱安置的兩組相同的透鏡──對稱物鏡──可以消除畸變等垂軸像差，而且由於19世紀後期光學玻璃的發展，每一組透鏡又可對像差其他方面取得較好的控制，因而這種對稱物鏡的變種很多，在擴大視場（稱廣角物鏡）的同時也可有較大的孔徑。另外一種設計路線是三合透鏡，它的中間是一片負透鏡，兩旁是兩片正透鏡。後來每片也可用多片組成，因而在較廣的視場下可獲得很大的相對孔徑（很小的f數）,這種透鏡在現代的電影機和小型照相機中廣為採用。

有時要求物鏡的焦距長些，以資對遠物攝取較大的像。但是為了不致使照相機身太長，常見的遠攝物鏡就在正透鏡後面放置負透鏡，於是本來行將會聚的光仍得慢慢地會聚而使焦點推到較遠處，但透鏡至焦面的距離並不太長。

照相物鏡按其焦距與照片尺寸之間的關係分為正常（或者標準）、廣角和遠攝三類。焦距約等於照片的對角線者為正常，例如常用的小照相機，焦距50毫米，照片為24×36毫米，屬於此類。焦距比之正常者為短，屬於廣角；而反之則屬遠攝物鏡。較新有（可）變焦距物鏡，兼備諸種性質。它的複雜的透鏡組中有些透鏡可以相對於其他透鏡移動,使整個透鏡組的焦距連續改變,但物與像的位置不受影響而固定不變。這樣，在電影中就可以方便地得到從遠景到特寫的連續畫面。變焦距物鏡所能達到的最長與最短焦距之比稱為變焦比，一般取為3或4，近來有比這數字高好幾倍的。

照相物鏡一般由透鏡組成，特殊情況也用反射鏡或兩者的組合〔稱反（射）折射或雙射光組〕，例如要求長焦距大孔徑的天文照相，其中以由一非球面板和一反射鏡組成的施密特光組最著名，最早出現於20世紀30年代。

f數 　或稱光圈數（值）, 指依附於物鏡的可變光闌的大小，藉以表示進入物鏡的光量多寡。計數之法是將焦距除以光瞳直徑（光瞳是光學上對物方來光起約束作用的通光孔），所以光通越大,f數越小。現在國際上通用的f數系列為…,1,1.4,2,2.8,4,5.6,…,

每一數比前一數大根號二倍。由於進入相機的光與光瞳面積成正比,故各相鄰f數表示在相同的時間內進入的光量增或減一倍。照相機物鏡上既注出其焦距，也注出其可能達到的f數。

f 數適用於有一定面積的物體, 如果是點光源，如在某些天文工作中，成像仍舊是一點，起作用的是光瞳的大小。

曝光與快門

將光學像記錄於照相感光材料上要經過曝光。曝光的定義是像的照度與曝光時間的乘積，前者取決於f數,後者由快門控制。常見的中心快門或稱鏡間快門是若干張金屬片組成的，各片有一端固定，它們各自轉動時就造成開或關的動作,曝光時間可短至1/500秒。另一種多用於小型照相機，稱為焦面快門或簾幕式快門。這是緊靠焦平面前、帶有可調狹縫的幕，迅速捲起簾幕而狹縫掠過,曝光時間可短至 1/1000秒。因為狹縫掃過焦面有先後，故對快速運動物體的照相會有所失真。但其優點是獨立於物鏡之後，便於更換鏡頭。較新有電子快門，用小型計時電路代替以前的機械結構，還可與曝光計（多為利用光電效應測定曝光時間的附屬裝置）相連而能自動控制曝光，更精緻些還結合小型計算機對快門、f數、調焦乃至輸送膠捲等，一併自動化。

取景器

或稱探像器，是為了明確所拍景物的範圍的。最簡的是在照相機旁附一金屬絲框，在一定的位置觀察框架所限制的範圍，不過框架與景物一般不能同時清晰。套用廣泛的一種光學取景器是一具倒置的伽利略望遠鏡，也稱為伽利略（或牛頓）取景器，較精緻些還可將其與光學測距儀相結合乃至與物鏡聯動。對於不熟練的人用反射（光）照相機取景最有把握，分為雙鏡頭與單鏡頭兩種。前者有一對相同的物鏡，一個照相，一個取景成像於毛玻璃上，拍攝的同時一直可以盯住目標；單鏡頭式的在拍攝時必須將一片平面鏡舉起，以便所成像屆時落到後面的膠片上，這種方式不僅省去一隻鏡頭，而且拍出的景物與取景時無視差。

景深

照相中景物通常有其縱深分布，而照相物鏡只能調焦到一個平面，其前後的物體皆不能形成最清晰的像。但是人眼對稍不清晰的像可以容忍到一定程度，因而在調焦平面的前後有一段景深。這與景物的遠近、物鏡的焦距和f 數有關。有按這些參量計算出來的表格供查考。對於一隻指定的照相機，焦距已經固定，則物體愈遠和f數愈大時，景深當愈寬。

照相機的類型

方盒式是最簡單價廉的，配備風景物鏡,時間與f數皆固定，亦不調焦，拍攝時只在適當時機按動快門而已。稍後是摺疊式，暗箱(亦稱皮老虎)是可摺疊的，拍攝時張開，調焦,選擇恰當的f數和時間進行曝光。摺疊時雖小巧，放開總需時間，往往來不及搶拍。現在最流行的是前述雙鏡頭或單鏡頭反射式以及使用36毫米或更小膠捲的小型照相機，鏡頭伸縮方便。近來更輔以種種自動化設施，乃至內裝閃光燈等。

照相術的發展

照相術在它的發展過程中與種種社會活動相結合而形成難以計數的分支。例如它和藝術相結合而呈現其獨特的表現形式。又如航空照相、顯微照相、教育照相、新聞照相、工業照相等等都可顧名思義而知其梗概，不擬贅述。此外，它還結合某些視覺和物理方面的特徵而有另闢蹊徑的成就。

電影

電影是將靜止的照相活動起來的技術。這種想法也可以推溯到古代，有許多人對它做出稱道的貢獻，但關於現代的電影一般認為是美國的T.A.愛迪生在1891年完成的。恰巧那時賽璐珞出現，可以製成很長的照相膠捲以拍攝互相銜接的多幅照片。愛迪生在膠捲的邊上打些小孔，用齒輪推動膠片前進，沿用至今。

電影的原理是根據眼的視覺暫留現象：如果一種連續運動被分裂為一系列的斷續過程並迅速地呈現在眼前，則被認為還是連續的。電影的拍制就是將連續動作分裂為許多幀照片，而放映時則令其相繼出現在銀幕上。這種幀頻率至少得16幀/秒，一般取為24幀/秒。

電影照相機與一般照相機的主要區別是多一份輸片機構，令膠片不斷輸至曝光位置，並當其到達這個位置時暫停運動而曝光，然後又繼續運動。如果令輸片速度大於24幀/秒，而且放映時仍然用24幀/秒進行，則呈現為常說的“慢〔動作〕鏡頭”。反之，如果拍時間隔很長，卻還用一般速度放映，這種“延時照相”，可以例如將花朵的開放在幾秒鐘內完成。

高速照相

因為眼睛不能對很快的過程作出反應，高速照相就將它記錄下來,從容觀察,所以又稱為時間放大器。可以這樣定義：靜止的照片之曝光時間在1/2000秒以下或者不能用一般機械快門進行者屬於高速。活動照片在每秒 128幀以上者屬於高速電影。前節中所述慢動作鏡頭往往不屬於高速電影。

高速照相可以在一張照片上拍攝,例如,對一枚自發光的火箭，在暗背景上敞開快門以確定其軌跡。對於非自發光物體，則可用定時間歇的閃光，多次曝光於同一張照片上，而拍出它的動作過程。

但是一幅照片往往容納不下事件的全過程，這就需要電影式的連續的多幅照片。電影機式的時動時停的輸片有斷片的麻煩，所以高速電影的拍攝用光學方法使不斷運行的膠捲上有暫時停頓的像；也可以令膠捲完全不動，而光學像掃描過來，這適用特高速。

高速照相除照相機構造複雜外還要求強光源照明、高感光速度的乳膠以及特殊的快門。常用磁光(法拉第)或電光（克爾）快門，就是將磁場或電場施於恰當的物質後令所通過的平面偏振光的偏振平面轉動。在物質的兩方各有一隻偏振片，當其未施磁（電）場時兩偏振片交叉，光不能通過；但施以磁（電場）後可使光的偏振平面作90°的旋轉，於是光得以充分通過。這類快門的曝光時間可達十的負十秒 以下。用像轉換器或像增強器作為快門也可達到這種速度，而級聯的像增強器更適用於對暗弱的物體的照相。用光脈衝可以代替快門，現代的雷射脈衝可達到十的負十二秒。

體視照相

或稱立體照相。有許多因素使人們認識到客觀世界具有立體性，其中重要的一項是人有兩隻以一定間隔分開的眼睛，它們各自將外物形成稍稍不同的平面圖像。視神經將其傳送到腦中，處理後產生立體感，這稱為體視。

體視照相正是模擬這種現象。對於靜止的物體，可以先後在兩個相當於兩眼的位置去拍照；對於運動著的物體，則需要兩個相同的物鏡或在一隻物鏡上附加體視前置鏡去拍攝。將所拍攝的兩張稍有差異的照片各個呈現給兩眼，就復現了某一體視景像。

體視照相的套用和觀看方法很多，例如有些地圖冊中附有紅綠兩色相疊印置的體視圖，並用適當的濾色鏡分別濾去其中一種色，以使某一隻眼睛只看到它所應看到那一份圖像，於是山巒起伏就躍然出現了。

體視電影常用偏振光的方法：以兩個振動平面相互垂直的偏振光各投射一幅體視照片，觀眾則戴相應的偏振片眼睛使每一隻眼只看到它相應的圖像。

全息術能提供更好的體視效果。

不可見輻射的照相

可見光的界限是由於人眼只選擇感受一小部分電磁輻射所確定的，而其他探測器，如照相乳膠可探測到其他波段，也有各自的特性。事實上照相術的探測範圍很寬闊,自γ射線一直到近紅外（1微米）以外一些，這些特性對光譜考察非常有用。

① 紅外照相

進行紅外照相應先對乳膠敏化,就是令乳膠吸收某些染料。可以加適當的濾光鏡除去可見光。紅外照相的優點之一是所拍攝的遠物比較清晰，因為紅外線的波長較長，容易透過塵霧。另外物質在各波段的光學性質不同，從而可以獲得與可見光不同的信息。例如，紅外照相可以發現陳舊書畫中對可見光來說已隱沒的部分。在醫務上用紅外照相可考查皮下血管的情況。植物的葉綠素對紅外反射強烈,而綠色顏料一般不然,因此在戰爭中可從紅外照相識別某些偽裝。也可以通過像轉換器將紅外像轉變為可見光像再拍照。

② 紫外照相

一般照相乳膠本就可以探測紫外輻射，但是玻璃制的照相物鏡限制了所拍紫外輻射波長範圍在(350～400)納米之間。用石英制的物鏡可透紫外輻射波長至為 180納米，更短波則空氣就吸收它們了。

間接取得紫外照片的方法除像轉換器外，更常用的是以紫外線激發物體,使之發出螢光再拍照,稱為螢光照相。這裡先要用一濾光鏡使光源的紫外線照射物體，而在物體與照相物鏡之間又放一濾光鏡只令所發螢光通過。有些物質雖然自身不能被激發螢光，但可以加上某種發螢光的物質，如對指紋撒適當粉末可以奏效。

紫外照相常與紅外照相相輔進行，在公安、考古等工作中互相驗證。另外的一項重要的工作範圍是生物方面，或者與顯微鏡相結合作顯微照相。這是由於有些生物結構在可見光下完全透明，但在紫外線下呈現明暗襯比。為了使襯比更顯著，可選用高襯比的照相材料。

③ 射線照相

這是指利用特短電磁輻射所取得的照相。實際上這不是正規意義下的照相，而僅是有強烈穿透能力的射線穿過物體後所投出的影。物體各部分由於其厚度、密度和原子序數的不同而對射線的吸收各異，於是顯示有襯比。例如常見的X 射線照相能顯示骨骼的結構，這是因為骨頭中含有原子序數較高的鈣和磷。射線照相在工業方面的套用以無損檢驗最引人注意，從航空中的鋁部件至高壓鍋爐中的鋼鑄件和焊接部分，都可用它進行檢驗。金屬愈重，所用X 射線的波長愈短，有時則用某些放射線同位素的γ射線。

照相光度術

是用照相方法進行光度測定。由於曝光和光密度之間有一定的關係，如果對一未知光源作一次曝光，再對一標準光源作一系列已知的準確曝光，然後找出未知光源所得光密度與標準光源中何者相等，則可測得未知光源的光強度。這樣，在天文中對各天體可劃分出它們的照相星等；在光譜分析中可以從譜線的光密度對於相應元素作定量分析，簡捷精確，往往非化學分析所能及。