第一章第一节

第一章概述刑事科学技术系影像技术室第一节光学基础一、摄影发展简史二、光学基础知识三、凸透镜成像及像差刑事科学技术系影像技术室一、摄影发展简史（一）摄影术的萌芽1、小孔成像中国：公元前500年，先秦《墨经》记录了小孔成像的原理。西方：公元前300——400年古希腊发现。亚里斯多德[384－322B.C.]在他的光学法则中提到，每当日蚀的时候从树叶缝隙投下的光呈弯月牙状，就是太阳的形状，缝隙越小越清晰。第一章概述刑事科学技术系影像技术室小孔成“像”，实质上是物体各点发出的光经小孔筛滤为极细光束后投在屏上所成小光斑的集合，其形状取决于发光的物体。第一章概述刑事科学技术系影像技术室公元11世纪，宋代沈括《梦溪笔谈》中记载。公元16世纪荷兰医生兼数学家，格马弗里修斯制作了世界第一张针孔成像的原理图。意大利达芬奇的弟子门萨利诺在一本建筑学的注脚中记述了针孔成像，这是西方发现的最早的文字记载。刑事科学技术系影像技术室一、摄影发展简史（一）摄影术的萌芽2、暗室、暗箱[描像机]在公元1100年，阿拉伯学者阿尔哈森（Alusen）就利用一暗箱，箱壁上开个小针孔，让日蚀的阳光透过小针孔，倒映在箱壁上，观察日蚀情况与过程。公元1553年，意大利人玻尔塔发表了《自然魔术》（MagiaNaturalis）一书，推荐人们暗箱的确可以当作绘画工具使用。第一章概述刑事科学技术系影像技术室暗箱[描像机]，是一个密不透光的箱子或一座沒光的暗室。在箱壁凿个小孔，让箱外景物光影穿过此孔，在內壁上构成倒影。画家坐在箱內，铺张纸在倒影处，即可描成图像。第一章概述刑事科学技术系影像技术室（一）摄影术的萌芽3、暗箱的改良–1570年，发展了透镜现象，磨制出玻璃透镜。–威尼斯贵族巴尔巴罗发明了原始镜头和原始光圈。–数学家丹提使用凹面镜将倒立的影像还原成正立的影像。–萧特等人发明了调焦系统。–至此，照相机已经成熟。一、摄影发展简史第一章概述刑事科学技术系影像技术室（二）摄影术的产生——探究影像长期固定下来的方法国外研究资料显示，中国早在前汉时期就已经利用感光化学品通过暗箱将画面感光，经过化学处理制成陶器上的花纹。宋代大文豪苏东坡在《物类相感志》中记载了“盐卤窗纸上，烘之字显”的现象，这是世界上最早发明的银盐变黑显影技术。一、摄影发展简史第一章概述刑事科学技术系影像技术室（二）摄影术的产生——探究影像长期固定下来的方法1725年，德国的舒尔茨医学教授发现含有硝酸银的溶液，曝光几分钟会变黑，没曝光的仍是原来的白色。1777年，瑞典人卡尔威廉-席勒用被棱镜分解成不同色光的太阳光照射在涂有氯化银的纸上，结果发现感光力量最强的是青蓝色光部分。这就是首次进行的太阳光与氯化银之间关系的学术研究，也可以说是照相感光理论的创始。一、摄影发展简史第一章概述刑事科学技术系影像技术室（二）摄影术的产生——探究影像长期固定下来的方法1826年，尼埃普斯使用日光硬化摄影法成功地将一块涂有沥青的铅锡合金板置于一个暗箱中，把窗外的景物记录了下来。曝光时间约是8小时，是用暗箱拍摄的第一幅永久性照片，至今仍存在。第一章概述刑事科学技术系影像技术室（二）摄影术的产生——探究影像长期固定下来的方法1837年8月达盖尔发明了银版摄影法，制成了第一张现代照片。1839年8月19日法国科学院和美术院的联席会议公布了银版摄影法，摄影术得到社会公认，在皇家学会取得专利，现代摄影术宣告诞生，照相机随之产生。一、摄影发展简史第一章概述刑事科学技术系影像技术室“巴黎”,达盖尔式照片,1838年.曝光时间约15分钟,移动中的车子及人物都没有拍摄下来.L·达盖尔实用摄影的发明人第一章概述刑事科学技术系影像技术室（二）摄影术的产生——探究影像长期固定下来的方法1840年，塔尔博特对摄影法进行了改进。他改用碘化银，同时也用显影液。这样，曝光时间就短了一些;通过事后处理，影像也更为牢固了。1841年，他把改进后的方法申请专利，并命名为“卡罗式摄影法”(Calotypeprocess)。第一章概述一、摄影发展简史刑事科学技术系影像技术室（二）摄影术的产生——探究影像长期固定下来的方法1851年，英国伦敦的一位雕塑家阿切尔发明了“湿版法”。1871年，英国的一位医生马多克斯发明了“干版法”。第一章概述一、摄影发展简史刑事科学技术系影像技术室（二）摄影术的产生——探究影像长期固定下来的方法1888年，美国业余摄影爱好者伊斯曼成功地研制出一种照相机。这种照相机镜头焦距是固定的，口径为f／9，快门速度只有一档1／25秒，在室外阳光下2.5米以外的景物都能清晰成像。第二年，伊斯曼又成功地把感光乳剂涂布在透明的硝酸纤维（赛璐珞）片基上，研制出世界上最早的胶片，并把照相机和胶片用柯达（Kodak）作为商标。第一章概述一、摄影发展简史刑事科学技术系影像技术室（三）照相机的发展早期的照相机在构造上极其简单，外型多以木结构为主，上面没有光圈与快门装置，整个摄影过程非常繁琐。直到19世纪80年代末发明胶片摄影，20世纪20年代出现35毫米照相机，才使照相机走向逐淅完善的阶段，照相机上出现各种装置，使用上就更方便了。一、摄影发展简史第一章概述刑事科学技术系影像技术室20世纪60年代，电子技术与照相机结合，出现了带有测光装置的照相机。由于电子技术的发展，20世纪70年代出现自动曝光照相机，使照相机达到更完美的阶段。20世纪80年代中期自动对焦的35毫米单镜头反光式照相机的出现，20世纪90年代先进摄影系统及数码照相机的诞生，使摄影发展到一个崭新的阶段，最终将促使摄影逐步脱离胶片走向与计算机结合的新时代。第一章概述刑事科学技术系影像技术室19世纪是摄影起步的年代。从1839年达盖尔公布他的银板摄影术起，整个40年代，达盖尔所用的照相机几乎与300多年前意大利教授D·巴布罗所描述的完全一样：一个木制暗箱，正面装上个镜头，后面有一块活动插板，插上磨砂玻璃可以取景，插上感光板可以照相。第一章概述刑事科学技术系影像技术室1905年，柯达公司制造了世界上第一台便携式装胶卷的照相机，并用“柯达”作为相机的商标，叫做柯达1号相机。镜头口径为f/9，快门速度1／25秒，固定焦距，内装直径2.5英寸（63.5mm）胶卷，可拍100幅像场为圆形的照片。第一章概述刑事科学技术系影像技术室1913年，德国莱兹厂的一位工程师巴纳克按35毫米电影胶片的规格设计出一种小型照相机，取名莱卡。由于第一次世界大战的影响，直到1925年莱卡I型照相机才问世，这标志着35毫米照相机（又称135照相机）的诞生，开辟了照相机发展史上的新纪元。第一章概述1936年日本西德天塞镜头相机西德西德刑事科学技术系影像技术室1928年，德国又推出罗莱弗莱克斯（Rolleifiex）120双镜头反光照相机，它所拍摄的画面大小为6厘米x6厘米。这种照相机上有两个镜头，上面一个用于取景测距，下面一个用于曝光。第一章概述美能达120日本玛米亚120折叠式日本我国最早的侦查照相机1872年法国刑事科学技术系影像技术室1940年以后，单镜头反光相机开始出现。1962年，日本的潘太克斯(Pentax)SP型照相机首次采用通过镜头进行测光的方式，改变了以往精度不高的镜头外测光的方式。1976年，日本佳能(Canon)公司推出全电子化AE-1型照相机，它所采用的是另一种自动曝光方法——快门速度优先式。第一章概述刑事科学技术系影像技术室（一）光的本质光是电磁波的一种，具有波粒二象性。–简单说就是光既有粒子性又具有波动性–撇开光的波动性，仅以光线为基础，研究光在透明介质中传播问题的学科称为几何光学。二、光学基础知识刑事科学技术系影像技术室二、光学基础知识（一）光的本质C=3×108米/秒=λr=λ/T第一章概述刑事科学技术系影像技术室二、光学基础知识（二）几何光学1、概念：（1）发光点：会辐射光能的，既无大小又无体积的几何点。（2）光源：能够自行发光的物体。分两大类：点光源和扩展光源。点光源是一种理想模型，扩展光源可看成无数点光源的集合。（3）光线：表示光的传播方向的线。（4）光束：有一定关系的一些光线的集合。第一章概述刑事科学技术系影像技术室•同心光束：相交于同一点或由同一点发出的一束光线。发散光束：由光源上一点出发，光线是向各方向发散的；会聚光束：光线会聚于单独的一点。•平行光束：没有聚交点，互相平行的光线。•象散光束：光线有多个交点。•一个光束可以分成几个光束，彼此不受影响；•几个光束可以合成一个光束，彼此可以叠加。刑事科学技术系影像技术室发散光束会聚光束平行光束象散光束第一章概述刑事科学技术系影像技术室二、光学基础知识（二）几何光学2、四个基本定律（1）光的直线传播定律：在均匀介质中，光沿直线传播，即光线为直线。第一章概述刑事科学技术系影像技术室2、四个基本定律（2）光的独立传播定律：不同的光线相交时，彼此互不影响，其中任何一条光线的传播与其他光线是否存在无关，在相交点上的光强等于各支光线的光强之和。第一章概述二、光学基础知识刑事科学技术系影像技术室（二）几何光学2、四个基本定律（3）光的反射定律：①反射光线位于入射平面内②反射光线、入射光线位于法线的两侧③反射角=入射角第一章概述二、光学基础知识刑事科学技术系影像技术室（二）几何光学2、四个基本定律（4）光的折射定律：①折射光线位于入射平面内②折射光线、入射光线位于法线的两侧③入射角、折射角的正弦之比对于两种确定的介质来说，是一个常数。A1A2介质1介质2第一章概述二、光学基础知识sinA/sinA1=n1sinA/sinA2=n2n1、n2为介质1、介质2的绝对折射率两种介质比较时，绝对折射率小的叫做光疏介质；绝对折射率大的叫做光密介质。sinA1/sinA2=n2/n1=nn为介质2对于介质1的相对折射率光从光疏介质射入光密介质时，折射角小于入射角；光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角；A1A2介质1介质2AA1真空介质1AA2真空介质2刑事科学技术系影像技术室光路可逆原理：一条光线沿着一定的路线从空间的A点传播到B点，如果按照与B点出射光线相反的方向投射一条光线，则此光线必沿同一条路线通过A点。ABBA刑事科学技术系影像技术室（二）几何光学3、实像和虚像实像：由实际光线相交会聚所形成的像。虚像：由光线的延长线相交所形成的像。第一章概述二、光学基础知识刑事科学技术系影像技术室二、光学基础知识（二）几何光学4、几种不同的反射（1）镜反射：光滑的物体表面对光的反射遵从反射定律，叫做镜反射。定向反射光光滑表面入射光第一章概述刑事科学技术系影像技术室二、光学基础知识（二）几何光学4、几种不同的反射（2）漫反射：不光滑的物体表面对光的反射不取一定的方向，而是或多或少向各方向反射，叫做漫反射。光的漫反射也遵从光的反射定律。第一章概述入射光粗糙表面刑事科学技术系影像技术室二、光学基础知识（二）几何光学4、几种不同的反射（3）混合反射：光线在半光滑表面产生的反射，这时在反射方向光能分布呈椭球形，有最大光能方向。入射光半光滑表面第一章概述刑事科学技术系影像技术室二、光学基础知识（二）几何光学4、几种不同的反射（4）全反射：光从光密介质射入光疏介质时，折射角大于入射角。当入射角增大到某一角度时，折射角等于90度，入射角再增大，折射光消失，只剩反射光，这种现象叫做全反射。第一章概述刑事科学技术系影像技术室二、光学基础知识（三）光度学基础光度学：研究光在发射、传播、吸收和散射等过程中光能量问题的学科。1、辐射通量：单位时间内通过A的能量。Φ=ε/tSAΩ第一章概述刑事科学技术系影像技术室二、光学基础知识（三）光度学基础2、发光强度：单位立体角的光通量。I=Φ/Ω立体角：一个任意形状的封闭锥面所包含的空间角SIΦ=I×ΩΦ总=4πI第一章概述刑事科学技术系影像技术室二、光学基础知识（三）光度学基础3、照度：单位面积上的光通量。E=Φ/AA=Ω×r2→E=I/r2Φ=I×Ω第一章概述照度与发光强度成正比，与距离的平方成反比。刑事科学技术系影像技术室二、光学基础知识（三）光度学基础3、照度：