攝影的工作原理：相機、鏡頭等解釋

對您擁有的數碼單反相機以及隨之而來的所有攝影術語感到困惑？ 看看一些攝影基礎知識，了解相機的工作原理，以及它如何幫助您拍出更好的照片。

攝影與光學科學息息相關——當光被光敏材料（如攝影膠片或現代數碼相機中的光傳感器）折射、彎曲和捕捉時，光如何反應。 了解相機（幾乎所有相機）工作原理的這些基礎知識，這樣您就可以改進您的攝影，無論您是使用單反相機還是手機相機來完成工作。

什麼是相機？

大約在公元前 400 年到公元前 300 年，科學更先進的文化（如中國和希臘）的古代哲學家是第一批嘗試使用暗箱設計來創建圖像的民族。 這個想法很簡單——建立一個足夠暗的房間，只有一點點光線通過平面對面的針孔進入。 光以直線傳播（本實驗用於證明這一點），穿過針孔，並在另一側的平面上創建圖像。 結果是從針孔的另一側射入的物體的顛倒版本——一個令人難以置信的奇蹟，對於生活在“中世紀”之前一千年以上的人們來說，這是一個驚人的科學發現。

要了解現代相機，我們可以從暗箱開始，往前跨越幾千年，開始談論第一批針孔相機。 它們使用同樣簡單的“針刺”光概念，並在光敏材料平面上創建圖像 - 一種在受到光照射時會發生化學反應的乳化表面。 因此，任何相機的基本思想都是收集光線，並將其記錄在某種感光物體上——膠片，在舊相機的情況下，光傳感器，在數碼相機的情況下。

有什麼東西比光速還快嗎？

上面提出的問題有點詭計。 我們從物理學中知道，真空中的光速是一個常數，是一個不可能通過的速度極限。 然而，與其他粒子（如以如此快的速度傳播的中微子）相比，光有一個有趣的特性——它不會以相同的速度穿過每種材料。 它會減慢、彎曲或折射，隨著它的變化而改變特性。 與從中微子逸出的中微子相比，從密集太陽中心逸出的“光速”慢得令人痛苦。 光可能需要數千年才能逃離恆星的核心，而恆星產生的中微子幾乎沒有反應，並以 186,282 英里/秒的速度穿過最緻密的物質，就好像它幾乎不存在一樣。 “這一切都很好，”你可能會問，“但這和我的相機有什麼關係？”

正是這種與物質發生反應的光的相同特性，使我們能夠使用現代攝影鏡頭彎曲、折射和聚焦它。 多年來，相同的基本設計沒有改變，並且從創建第一批鏡頭時開始的相同基本原則現在也適用。

焦距和聚焦

儘管這些年來它們變得更加先進，但鏡頭基本上是簡單的物體 - 玻璃片可以折射光線並將其引導到朝向相機背面的圖像平面。 根據鏡頭中玻璃的形狀，交叉光需要在圖像平面上正確會聚的距離會有所不同。 現代鏡頭以毫米為單位，指的是鏡頭與圖像平面上會聚點之間的距離。

焦距也會影響相機拍攝的圖像類型。 非常短的焦距可以讓攝影師捕捉到更廣闊的視野，而非常長的焦距（比如長焦鏡頭）會將您要成像的區域縮小到一個更小的窗口。

標準 SLR 圖像有三種基本類型的鏡頭。 它們是普通鏡頭、廣角鏡頭和遠攝鏡頭。 除了這裡已經討論過的內容之外，其中的每一個都有一些其他的注意事項。

• 廣角鏡頭具有 60 度以上的巨大視角，通常用於對焦更靠近攝影師的物體。 廣角鏡頭中的物體可能會出現失真，並且會歪曲遠處物體之間的距離，並在較近的距離處歪斜透視。
• 普通鏡頭是最能代表類似於人眼捕捉的“自然”成像的鏡頭。 視角比廣角鏡頭更小，物體、物體之間的距離和透視都不會失真。
• 長焦鏡頭是您看到攝影愛好者隨身攜帶的巨大鏡頭，用於放大遠距離物體。 它們具有最窄的視角，通常用於創建景深鏡頭和背景圖像模糊的鏡頭，從而使前景物體保持清晰。

根據用於攝影的格式，普通、廣角和長焦鏡頭的焦距會發生變化。 大多數普通數碼相機使用類似於 35mm 膠片相機的格式，因此現代數碼單反相機的焦距與過去的膠片相機非常相似（今天，對於膠片攝影愛好者而言）。

光圈和快門速度

因為我們知道光有一定的速度，所以當你拍照時，光的數量是有限的，只有一小部分能通過鏡頭到達里面的感光材料。 光量由攝影師可以調整的兩個主要工具控制——光圈和快門速度。

相機的光圈類似於你眼睛的瞳孔。 它或多或少是一個簡單的孔，可以打開或緊密關閉，以允許或多或少的光通過鏡頭到達光接收器。 明亮、光線充足的場景需要最少的光線，因此可以將光圈設置為更大的數值以減少光線通過。 較暗的場景需要更多的光線來照射相機中的光電傳感器，因此較小的數字設置將允許更多的光線通過。 每個設置（通常稱為 f 值、f-stop 或光圈）通常允許的光量是之前設置的一半。 景深也隨著 f 值設置而變化，照片中使用的光圈越小。

除了光圈設置外，還可以調整快門保持打開狀態（也稱為快門速度）以允許光線照射感光材料的時間量。 更長的曝光時間可以讓更多的光線進入，這在光線昏暗的情況下特別有用，但是長時間保持快門打開會對您的攝影產生巨大的影響。 小到手部無意識顫抖的動作會在較慢的快門速度下顯著模糊您的圖像，因此需要使用三腳架或堅固的平面來放置相機。

串聯使用時，低速快門可以補償較小的光圈設置，以及較大的光圈開口補償非常快的快門速度。 每種組合都會產生非常不同的結果——與允許大量光線通過較大的開口相比，隨著時間的推移允許大量光線進入會產生非常不同的圖像。 由此產生的快門速度和光圈的組合會產生“曝光”，即照射到感光材料（無論是傳感器還是膠片）上的總光量。

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圖片來源：為攝影師拍照，由naixn提供，可在Creative Commons下獲得。 暗箱，在公共領域。 Trassiorf的針孔相機（英語） ，在公共領域。 NASA的太陽型恆星圖，假定為公共領域和合理使用。 Tamasflex 的 Galileo望遠鏡，可在Creative Commons下獲得。 Henrik的 Focal Length ，在GNU 許可下可用。 Morven的 Konica FT-1 ，可在Creative Commons下獲得。 Cbuckley和Dicklyon的 Apeture 圖，可在Creative Commons下獲得。 Baccharus 的 Ghost Bumpercar ，可在Creative Commons下獲得。 由Nevit Dilmen創作的 Windflower ，可在Creative Commons下獲得。