光成像技术的发展及原理(胶片成像到CCD成像)

《可见光成像的发展及工作原理》胶片成像的发展史：公元1725年德国，纽伦堡阿道夫大学的医学教授，亨利其舒尔兹（HeinrichSchulze1687－1744）发现；装有硝酸银溶液，曝光几分钟会变黑，没曝光仍能是原来的浅白色。他发现，不是由于热和空气，而是因光的作用。经实验，混合物中含银越多，曝光变黑速度就越快。他在1927年发表了「硝酸银与白垩之混合物对光的作用」之论文。垩，白色而可以用来作涂饰的土。文中述说：将硝酸银与白垩之混合物，加水作成白色泥状物，放入玻璃夹版，外放以黑色且有剪成的图案、文字的纸，经露曝受光后，则玻璃版会现出图案、文字来。如此广为科学界重视，也是最早提出对摄影有用的光化学之第一人。德国人赞誉他是现代，摄影取像片的始祖。公元1737年法国海勒特（MHellot）发明了钢笔写字纸，浸在硝酸银溶液后，竟然没有了字迹。再经过曝光日晒后，却又能现黑字。此为科学家开始研发，摄影中显影剂的滥觞。公元1802年英国汤姆斯─维吉伍德（ThomasWedgwood），进一步将影像投影在硝酸银纸上，作影像存有，可长期保持。他最大贡献是完成了与现在照相机一样的最原始照像机，当时所谓『晦影照像机』。这照像机是一个匣盒状，针孔是装有透镜，相对的内部有可以感光的硝酸银纸。这可以感光的硝酸银纸，是他以白纸浸湿在硝酸银溶液中，再于黑暗处所凉干它。此纸若在日光下露曝，只要二、三分钟就变为黑色。若以间接光，通过进入，他作出的像机内，得感光须数小时之久，才会变黑显影像。但在红光下便不感光变黑。不久他的学生亨弗利戴维爵士（SirHunmphreyDavy），以氯化银取代硝酸银来定影处理，竟而成功了人类史上第一张较能存久的相片。汤姆思维吉伍德和亨弗利戴维被英国皇家科学院誉为「暗箱」与感光材料结合的先驱者。公元1800年英国科学家威廉赫谢尔（WillianHerschel）发现红外光线。它在我们可见光区（光的七种颜色；红、橙、黄、绿、蓝、靛蓝、紫），红端的部分。我们肉眼看不到它的光，但是会感觉到它给我们的温热，此光会影响摄影的影像、感光底片、彩色相片等色泽。公元1801年科学家理特恩（JWRitten）发现紫外线。它在我们可见光区（光的七种颜色）的紫端部分。此光人眼也见不到，但它照射到某些表面时，可使之发荧光，有种醒目亮丽的感觉。它和红外光线一样，会影响摄影技术上效用，尤其在照明上，会产生特殊效果，以及激发荧光材料的色彩等。公元1812年英国科学家乌拉斯顿（WollastonWHyde1766－1828）；利用多片凹凸透镜，制出有史来，最好的摄影镜头。开始奠下，研发未来有更好、更精准，摄影镜头的基础。公元1819年赫谢尔（JohnHerschel1729－1871）发明了摄影的定影法。他发现硫代硫酸钠、俗称大苏打，可使已感光的氯化银固定下来。从而可以长时间保存影像。其定影方法，一直被人们延续使用到20世纪80年代。可见他的发明，影响有那么大，且如此久远。达盖尔发明银版摄影世界摄影历史上，第一张可以摄影成像的图片，在公元1826年夏天，由法国摄影术和印刷制版发明者，尼埃普斯（NicephoreNiepce1765－1833）在实验室中制成。尼氏曾是法国尼斯市市长，服役军职为将校，在法意战争（公元1793年）中受伤，一目失明。1816年，他用氯化银感光纸，存影了黑白负片。继用沥青涂于铅锡合金板上，经八小时后曝光，洗去未硬化，则影像明亮部分是白色，而黑色金属板对称下，就显影出与原景物相同正片。直到1826年他成功了，将发明的感光底片放置在，新进的特制摄影机中，此摄影机是由巴黎光学机械师修瓦力（Chevalier）所制造的。摄影得到世界上第一张照片的景物是法国中部尼氏住家窗口外屋顶。此张照片现收藏在美国得克萨斯大学收藏馆中。他发明的这个摄影法，经再改进，就普遍为印刷制版界所采用。世界印刷制版界尊崇他是印刷制版的伟大发明家。公元1827年9月，尼氏去英国拜访居住在伦敦哥哥，偶识英国画家包耳（Bauer），包耳惊喜尼氏的大发明，邀请尼氏在英国皇家学会作发明专题演讲，也奏请英王乔治四世驾临听讲，不料待人谦让，一向谨言慎行的尼埃普斯却临时动议未赴，造成英国当局的反感，因而也否认了尼埃普斯有此大发明，令人惋惜。公元1837年，德国科学家慕尼黑大学矿物学教授柯贝尔（Kobell1803－1875）和数学教授斯坦哈尔（Steinheil1801－1870）公告宣称他已发明出摄影术，使用的定影剂是阿摩尼亚。不过德国的历史文献有记载是只是底片发明，而没能制成像片。然而，有柯贝尔教授署名的四张底片，所摄的风景是慕尼黑的建筑物，今天还珍藏在德国慕尼黑的「德意志国家博物馆」里。世界摄影历史上，最为光辉灿烂的日子是在公元1839年，法国人画家达盖尔（LouisJMDaguerre1789--1851）发明「银版摄影技术」正式问世。他曾于1822年在法国巴黎开一个名叫「幻象画」绘画景色展览。他用各式各样的灯光变化照射在画面上，产生使人意料不到的美好奇妙效果，声誉卓著。在1829年，他向巴黎透镜商买透镜巧遇年长的尼埃普斯，因两人意识相同，结果合作共同研发摄影、感光相片技术。三年后尼埃普斯去世，他仍然继续进行实验不已。终于在公元1839年1月9日于法国科学学会上宣布他的傲世大发明。人类历史上第一个成功的发明摄影技术，并命名为「达盖尔照相术」。他把一块涂有碘化银的铜版上曝光，然后用水银蒸气熏沐，生成碘化银薄膜而为感光面。在自制的照像机内将已发明可以感光的版，让它经由透镜投射光影，作曝光，再用设计的汞显影箱以汞（水银）蒸汽显现影像出来，又置在食盐水（后改作大苏打）中定影。竟就能形成永久性的影像照片。原先尼埃普斯第一张永久性照片须曝光八小时，而达盖尔的方法只需要20~30分钟。尚且照片影像清晰鲜明，令人惊奇赞赏。几经研究改进，又在同年8月18日，公布发明熏蒸氯气银版显像法。此法更使曝光时间大减为数分钟，同时采取硫代硫酸钠定影，影像更可以久留不灭迹，连尼埃普斯的儿子给他的贺信上说：我得花一个白天才能摄得一张照片，而你却只要四分钟，这是多么了不起的发现呀!。世人称赞为达盖尔银版照相法。申获专利，且得法国国会颁授「帝国勋章」，同时宣布授奖日为摄影技术诞生日。当时，人们称赞，达盖尔摄影术是世界人类摄影历史上的伟大发明。1837年达盖尔摄影作品『艺术家工作室』，现由法国摄影协会珍藏。1838年，达盖尔曾是四处售卖达盖尔摄影术发明专利权，可惜未如愿。时来运转，找到法国政府主管购买发明权人，天文学家兼国会议员阿拉哥（MAlaco），代为陈请收购他的发明专利权。达盖尔对阿拉哥，名正言顺说：如此发明专利权，若归入私有，则永无可能会造福社会，只由国家收购，再公布天下，以全国人物力，始能再改造，完成更好的。第二年的1839年，英国政府给了达盖尔摄影术发明专利权的后五天，法国政府被说服，买下了达盖尔摄影术发明权，并且公布全国任由人使用，条件是政府发给他年俸六千法郎，给尼埃普斯的儿子四千法郎年俸。达盖尔银版照相法，当时报章杂志上轰动一时，没多久，此摄影技术即刻风靡了全世界。几个月内，欧洲就出现了一种前所没有的行业，也就是新艺术形式照相馆。不论巴黎、伦敦的光学商店，多人排队买镜头。药房买冲洗药剂，商品店买照相机及感光版。顺提是，达盖尔摄影术发明后风行全世界，达盖尔本人也自制照相机出售，甚至于获利不少。当年，达盖尔本人也著书「达盖尔摄影术」出售，大受欢迎，洛阳纸贵，一版再版，竟连版47次之多，令人叹为观止。话说1840年4月在美国的纽约大学屋顶上，由塔列普（WDraper）和莫斯（SMorse）两位教授研究摄影技术，顺便开设达氏银版照相场，一小张照片收费高达美金5元，依然要摄影者，络绎不绝。前些日，美国费城的柯尼利斯（Cornelius）此人业已设店，银版照相馆开门营业了。依在1850年有统计，就美国，纽约市有71家豪华的银版照相馆开业。照相馆为了取光，大都设置在建筑物顶楼，曝光虽只几分钟，但在烈日下，又不能动地摄影，是很难过的事。可是，人人确为能拍张自己的人像照，趋之若鹜，去大排长龙。摄影拍照，形成风气，大家都赶时髦，美国仅1853年，有一万多摄影师为人服务拍照，也共拍400多万幅照片。1856年，英国伦敦大学率先开「摄影技术」课。花开并蒂，公元1839年1月29日，英国天文学家约翰─赫雪尔爵士（SirJohnHerschel）用望远镜摄影，使用硫代硫酸钠，把影像固定在纸上，这感光纸是卤族银盐造成。接着3月14日送论文报告给英国皇家学会称有独特摄影技术新发明。尤其是摄影术语，「摄影」此字Photography是由他第一次提出的创用名词。Photographic摄影的，形容词也是他创用字。他第二次给英国学士院的报告，又介绍底片（Negative），相片（Positive），及其它摄影术语。年老时又创用快照（Snapshot）新名词。可见约翰赫雪尔爵士在人类摄影历史上是个承先启后的伟大创新者。公元1839年6月，英国相机制造商，威斯特（west）注销有史来第一则出售摄影相机的广告。刊文称，达盖尔照相术适用的此相机，最适合艺术人像拍照。由镜头的前木箱与映射的后木箱组成，附件药剂溶器、酒精灯、化学瓶罐、用品箱等加三脚架，总重达100多磅。标价高至16英镑，400法朗。后改善为更小型相机出售，也因而引发全面性，各制造行家朝向制造出，精致轻巧，体小易携带的摄影相机处出现。历史上，第一次摄影展览会，是在公元1839年10月，由德国的，莱比锡美术学会所举办的达盖尔摄影展览。当时展出的相片，都是法国与德国摄影家的作品。但是公元1840年二月，瑞典的皇家博物馆，一次达盖尔摄影公开展后，就已正式地将「摄影」，形成为艺术界经常展览的风潮，甚而弥漫到全世界至今与未来。公元1839年，有内托此(Nedo)人，写作书名「制作达盖尔照片的详细指导」，在德国哈雷出版。此书成为世界上第一本论述摄影的书籍。「达盖尔照相术」在达盖尔发表会场上，有位奥国教授爱丁斯豪森，立即发现达盖尔所用镜头大约仅f/17的亮度，所聚集光线不足够。散会后，即告知友人奥地利学者，维也纳大学数学教授佩兹法尔博士（Petzval1807–1891）。经佩氏以数理精算设计，加上制造镜头商福克特连德（Voigtlander1812–1878）合作，整年后，于公元1840年制造出更好镜头（佩兹法尔镜头）的摄影机。镜头聚光约为f/3.6是达氏镜头的16倍聚光亮度，更甚是曝光时间也缩短到1/4分钟之内。因佩氏计算设计出，有名的相对孔径为1:3.6的佩兹法尔镜头，使银版摄影技术，从适合拍人像也因有广角效果，又适合拍摄风景与建筑物，而为科学方法的镜头设计，开了先例。此后约长达有六十年之久，佩兹法尔镜头成为摄影家们必有的镜头。故佩兹法尔亦被摄影界，誉为新摄影术创始者。因制造镜头商福克特连德，在德国设厂制造，并研发出的摄影镜头，质量良好，备受世人乐予使用，兼而建立起德国在照相器材工业上的名誉。公元1841年6月10日，英国皇家学会会员塔尔博特（FoxTalbot1800–1877）在学会，发表了「塔波纸照相术」。翌年，获得英国皇家学会奖章。方法是，涂以适当硝酸银液的纸，浸泡碘化钾液中，让纸上生錪化银。以此感度低，置久不易生变的银板，再用硝酸银、醋酸等，浸之于暗处令干。此纸感光甚强，即可放置相机中曝光照像。拍照后用酸液显影，用溴化钾液定影，则完成世界上第一张纸质的「负片」。此负片，却可再印洗出多张纸像片。后经改进，此法，更大受人们喜爱。塔尔博特是英国化学、数学、物理、考古学家，尤其是摄影先知者。以发明「塔波纸照相术」而著名。如果此法早公诸于世，他就取代达盖尔成为「摄影之父」。因他在公元1839年1月25日，就向皇家科学会，介绍了他的拍摄「负片」，再洗印出「正片」的摄影照相术。也是现代拍摄出负片，再洗印出正像片，「摄影照相之程序」的由来。其实，他在公元1835年，就已着手研究，发表有关纸负片摄影理论。接着，他以系列式画册，出版「自然界素描」。此书，是历史上，第一套本，用照片做插画的书籍。公