【相機】基礎知識之相機基本原理、畫幅、等效焦距

各位盒友大家好，今天給大家分享的知識是相機的基本原理、相機的畫幅以及等效焦距內容，希望大家可以多多支持一下。

一.相機的基本原理

1.獲取圖像——小孔成像實驗

早在墨子生活的那個年代就已經發現了小孔成像的原理，是光線的直線傳播。當光線穿過一個小孔時，會在小孔後面的任何一個實際的載體上形成一個倒立的實像。我們來調節實際物體距小孔的距離，就可以獲得一個清晰的實像。而小孔所在的木板和後面的實際載體的距離，就是焦距。

焦距示意圖

假設我們調節焦距大小，當我們保持物體與隔板之間的距離不動，並縮小傳感器與隔板之間的距離時，就發生了有趣的現象：當焦距縮短一半時，成像的尺寸大小也會縮小一半；當焦距擴大一倍時，成像的尺寸大小也會擴大一倍。

焦距縮小一半示意圖

而隔板小孔的直徑就被稱爲孔徑，也就是相機的光圈直徑。

孔徑示意圖

當孔徑比較大時，後面實際載體上一個點的像素格子由物體上多個點發出的光所貢獻，也就導致孔徑越大，所呈現的圖像越模糊。

孔徑變大示意圖

那麼孔徑變小一點呢？更小會不會成像效果更好？其實不然。在幾何光學裏面，認爲光是粒子，在不受引力的作用下在均勻物質裏面沿着直線傳播。而在波動光學裏面，認爲光具有波粒二象性，當光線穿過一個很小的孔徑的時候會發生衍射現象，而且當孔徑越小的時候，衍射現象越發明顯。此時經過衍射的圖像也會變得不符合實際效果。

光的波粒二象性

2.聚焦成像——光學相機凸透鏡成像原理

在上面我們提到了利用隔板上面的小孔來進行成像的原理，根據實際生活來看，小孔成像的弊端就是隔絕了絕大多數的光線，僅僅通過一個小孔來獲取圖像是無法滿足人們對於成像的需求。此時，光學透鏡凸透鏡應運而生。在中學的時候大家都學習過凸透鏡成像，那麼我就直接說結論就好了。

凸透鏡成像規律

3.捕獲圖像——光學底片

（1）膠片

最開始的相機是膠捲相機，採用的底片是膠片。膠片的全稱爲銀鹽感光膠片，也叫菲林，原理是將鹵化銀塗抹在乙酸片基上，當有光線照射到鹵化銀上時，鹵化銀轉變爲黑色的銀，經顯影工藝後固定於片基，成爲我們常見到黑白負片，而彩色負片則是塗抹了三層鹵化銀以表現三原色。每種膠片（包括彩色膠片）都包括兩個基本組成部分：一個單層的或多層的感光乳劑層、一個感光乳劑層的支持體——片基。乳劑是由對光敏感的微細顆粒懸浮在明膠介質中而成。膠片上的明膠與某些食品所用明膠類似。在明膠中懸浮着的光敏物質是鹵化銀顆粒。這種顆粒如此微細，只有在高倍顯微鏡下才能觀察到。在1平方英寸通常的感光膠片乳劑中，鹵化銀晶體的含量約達400億個之多。所以這就是膠片相機拍攝出來的圖像如此清晰的原因。

(2)傳感器

數碼相機的傳感器分爲兩種，CCD和CMOS。CCD代表電荷耦合器件。它是數字和機器視覺相機中用於捕捉靜止和移動物體的一種傳感器。CCD傳感器捕捉光線，並將其轉換爲數字數據以轉換成圖像。在CMOS圖像傳感器引入之前，CCD傳感器被工業機器視覺系統廣泛用於質量檢查，檢查和控制。CMOS代表互補金屬氧化物半導體，這是一種爲集成電路供電的技術。CMOS技術爲當今的許多電子設備提供動力，包括電池，微處理器，數字和智能手機相機。與CCD傳感器不同，CMOS傳感器不需要特殊的製造技術。CCD和CMOS之間的差別和內容這裏就不細說了，這個比較專業，感興趣的盒友可以自行了解。總之，愛因斯坦的光電效應就是傳感器的根本原理。光信號被傳感器捕獲後轉變爲電信號，通過主板上的芯片處理最終形成圖像，並存儲在儲存卡上。

傳感器上的光電效應

二.相機的畫幅

在相機的發展歷史上面，不得不提到一個人，他就是奧斯卡·巴納克。具體還得先從1913誕生的135膠捲談起。那時候德國人奧斯卡·巴納克研製出拍攝35mm(36mm×24mm)電影膠片的Leica照相機後，35毫米膠捲又叫”徠卡卷”，後來世界各廠生產用於拍攝35毫米膠片的照相機越來越多，”徠卡卷”這個名稱已不能適應了，於是就按膠捲的寬度改爲”35毫米膠片”直到五十年代之後，爲了區分35毫米電影膠片和照相機用的35毫米散裝膠捲，在膠捲盒上印有135的代號。後來大家就公認把35mm膠捲稱爲135膠捲，把用135膠捲的相機稱爲135相機。而奧斯卡所制定的35mm標準的膠片規格就影響了數碼相機畫幅的發展。而簡單的說，畫幅就是數碼相機的傳感器大小。

全畫幅：全畫幅的傳感器規格尺寸與傳統的35mm膠片的感光部件尺寸相同，是36mm*24mm的規格。他的優點是成像細膩生動，細節捕捉能力極強，色彩還原度也很不錯。缺點嘛，就是全畫幅相機價格較高，配套鏡頭也貴，對於初學者或者預算有限的攝影愛好者來說就難以接受。

APS-C畫幅（半畫幅、殘幅）：APS畫幅是小於全畫幅的一種畫幅尺寸，常見的APS-C畫幅的感光元件尺寸爲23.6mm*15.6mm（不同的相機品牌可能略有差異）。它相比於全畫幅，成像質量要差一點，由於傳感器較小，像素密度較高，可能存在噪點增加、細節表現力下降等問題。

M43畫幅（4/3畫幅)：約是全畫幅的一半大,尺寸爲18mm*13.5mm。

小畫幅（1英寸畫幅）：小畫幅的感光尺寸爲13.2mm*8.8mm。

中畫幅：中畫幅的尺寸大於全畫幅，爲60mm*45mm，感光元件尺寸如此之大，成像素質也非常高，不過價格十分的貴，十幾萬不是事。

畫幅示意圖

統計一下各家相機系列的畫幅情況（中畫幅、一英寸、M43就不統計了，一個太貴，另外兩個沒有意義）：

全畫幅相機：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系列爲單反相機，Z系列爲微單）。

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系列爲微單，XD系列爲單反相機）。

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，索尼瞭解不是很多。

半畫幅相機：尼康DX0系列、尼康DX00系列、尼康DXX00系列。佳能太多了並且不熟悉所以筆者就不整理了，索尼同樣。