【相机】基础知识之相机基本原理、画幅、等效焦距

各位盒友大家好，今天给大家分享的知识是相机的基本原理、相机的画幅以及等效焦距内容，希望大家可以多多支持一下。

一.相机的基本原理

1.获取图像——小孔成像实验

早在墨子生活的那个年代就已经发现了小孔成像的原理，是光线的直线传播。当光线穿过一个小孔时，会在小孔后面的任何一个实际的载体上形成一个倒立的实像。我们来调节实际物体距小孔的距离，就可以获得一个清晰的实像。而小孔所在的木板和后面的实际载体的距离，就是焦距。

焦距示意图

假设我们调节焦距大小，当我们保持物体与隔板之间的距离不动，并缩小传感器与隔板之间的距离时，就发生了有趣的现象：当焦距缩短一半时，成像的尺寸大小也会缩小一半；当焦距扩大一倍时，成像的尺寸大小也会扩大一倍。

焦距缩小一半示意图

而隔板小孔的直径就被称为孔径，也就是相机的光圈直径。

孔径示意图

当孔径比较大时，后面实际载体上一个点的像素格子由物体上多个点发出的光所贡献，也就导致孔径越大，所呈现的图像越模糊。

孔径变大示意图

那么孔径变小一点呢？更小会不会成像效果更好？其实不然。在几何光学里面，认为光是粒子，在不受引力的作用下在均匀物质里面沿着直线传播。而在波动光学里面，认为光具有波粒二象性，当光线穿过一个很小的孔径的时候会发生衍射现象，而且当孔径越小的时候，衍射现象越发明显。此时经过衍射的图像也会变得不符合实际效果。

光的波粒二象性

2.聚焦成像——光学相机凸透镜成像原理

在上面我们提到了利用隔板上面的小孔来进行成像的原理，根据实际生活来看，小孔成像的弊端就是隔绝了绝大多数的光线，仅仅通过一个小孔来获取图像是无法满足人们对于成像的需求。此时，光学透镜凸透镜应运而生。在中学的时候大家都学习过凸透镜成像，那么我就直接说结论就好了。

凸透镜成像规律

3.捕获图像——光学底片

（1）胶片

最开始的相机是胶卷相机，采用的底片是胶片。胶片的全称为银盐感光胶片，也叫菲林，原理是将卤化银涂抹在乙酸片基上，当有光线照射到卤化银上时，卤化银转变为黑色的银，经显影工艺后固定于片基，成为我们常见到黑白负片，而彩色负片则是涂抹了三层卤化银以表现三原色。每种胶片（包括彩色胶片）都包括两个基本组成部分：一个单层的或多层的感光乳剂层、一个感光乳剂层的支持体——片基。乳剂是由对光敏感的微细颗粒悬浮在明胶介质中而成。胶片上的明胶与某些食品所用明胶类似。在明胶中悬浮着的光敏物质是卤化银颗粒。这种颗粒如此微细，只有在高倍显微镜下才能观察到。在1平方英寸通常的感光胶片乳剂中，卤化银晶体的含量约达400亿个之多。所以这就是胶片相机拍摄出来的图像如此清晰的原因。

(2)传感器

数码相机的传感器分为两种，CCD和CMOS。CCD代表电荷耦合器件。它是数字和机器视觉相机中用于捕捉静止和移动物体的一种传感器。CCD传感器捕捉光线，并将其转换为数字数据以转换成图像。在CMOS图像传感器引入之前，CCD传感器被工业机器视觉系统广泛用于质量检查，检查和控制。CMOS代表互补金属氧化物半导体，这是一种为集成电路供电的技术。CMOS技术为当今的许多电子设备提供动力，包括电池，微处理器，数字和智能手机相机。与CCD传感器不同，CMOS传感器不需要特殊的制造技术。CCD和CMOS之间的差别和内容这里就不细说了，这个比较专业，感兴趣的盒友可以自行了解。总之，爱因斯坦的光电效应就是传感器的根本原理。光信号被传感器捕获后转变为电信号，通过主板上的芯片处理最终形成图像，并存储在储存卡上。

传感器上的光电效应

二.相机的画幅

在相机的发展历史上面，不得不提到一个人，他就是奥斯卡·巴纳克。具体还得先从1913诞生的135胶卷谈起。那时候德国人奥斯卡·巴纳克研制出拍摄35mm(36mm×24mm)电影胶片的Leica照相机后，35毫米胶卷又叫”徕卡卷”，后来世界各厂生产用于拍摄35毫米胶片的照相机越来越多，”徕卡卷”这个名称已不能适应了，于是就按胶卷的宽度改为”35毫米胶片”直到五十年代之后，为了区分35毫米电影胶片和照相机用的35毫米散装胶卷，在胶卷盒上印有135的代号。后来大家就公认把35mm胶卷称为135胶卷，把用135胶卷的相机称为135相机。而奥斯卡所制定的35mm标准的胶片规格就影响了数码相机画幅的发展。而简单的说，画幅就是数码相机的传感器大小。

全画幅：全画幅的传感器规格尺寸与传统的35mm胶片的感光部件尺寸相同，是36mm*24mm的规格。他的优点是成像细腻生动，细节捕捉能力极强，色彩还原度也很不错。缺点嘛，就是全画幅相机价格较高，配套镜头也贵，对于初学者或者预算有限的摄影爱好者来说就难以接受。

APS-C画幅（半画幅、残幅）：APS画幅是小于全画幅的一种画幅尺寸，常见的APS-C画幅的感光元件尺寸为23.6mm*15.6mm（不同的相机品牌可能略有差异）。它相比于全画幅，成像质量要差一点，由于传感器较小，像素密度较高，可能存在噪点增加、细节表现力下降等问题。

M43画幅（4/3画幅)：约是全画幅的一半大,尺寸为18mm*13.5mm。

小画幅（1英寸画幅）：小画幅的感光尺寸为13.2mm*8.8mm。

中画幅：中画幅的尺寸大于全画幅，为60mm*45mm，感光元件尺寸如此之大，成像素质也非常高，不过价格十分的贵，十几万不是事。

画幅示意图

统计一下各家相机系列的画幅情况（中画幅、一英寸、M43就不统计了，一个太贵，另外两个没有意义）：

全画幅相机：尼康DF、尼康D600、尼康D810、尼康D3、尼康D3X、尼康D4、尼康D4S、尼康D5、尼康D6、尼康D700、尼康D750、尼康D800、尼康D800E、尼康D810A、尼康D850、尼康Z9、尼康Z8、尼康Z7、尼康Z7II、尼康Z6II、尼康Z6III、尼康Z6、尼康Z5（D系列为单反相机，Z系列为微单）。

佳能5D Mark IV、佳能5D Mark III、佳能6D Mark II、佳能EOS-1D X Mark II、佳能5Ds R、佳能EOS-1D X Mark III、佳能5Ds、佳能6D、佳能5D、佳能1Ds Mark III、佳能EOS-1D C、佳能EOS R6 Mark II、佳能EOS R5 Mark II、佳能EOS R5、佳能EOS R8、佳能EOS RP、佳能EOS R3、佳能EOS R、佳能EOS R1、佳能EOS R6、（EOS系列为微单，XD系列为单反相机）。

索尼A7C II、索尼A7 IV、索尼A7RⅤ、索尼A7 III、索尼A9 III、索尼ZV-E1、索尼A7C、索尼A7 II、索尼A7R II、索尼A7R III、索尼A7S III、索尼A7R IV、索尼A1、索尼A9等等，索尼了解不是很多。

半画幅相机：尼康DX0系列、尼康DX00系列、尼康DXX00系列。佳能太多了并且不熟悉所以笔者就不整理了，索尼同样。