非扫描方式 感官器件
光导摄像管
热像仪的硅 靶
固体图像传 感器
胶片
电荷耦合器 件CCD
互补金属氧 化物CMOS
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1
光电传感器的定义和分类
感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第五节
结构上：CCD和CMOS主要由光敏元件、传输电路、A/D转换电路等单元组成。 两者都是利用感光二极管(photodiode)进行光电转换，将图像转换为数字数据。 区别：CCD传感器中每一行中每一个象素的电荷数据都会依次传送到下一个象素 中，由最底端部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出；而在CMOS 传感器中，每个象素都会邻接一个放大器及A/D转换电路，用类似内存电路的方 式将数据输出。如图1所示。
H=Et
彩色胶片的工作原理
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感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第四节
感光度 感光度是度量感光材料化学反应灵敏度的指标。在同样曝光量和同样冲洗条件下，胶片的光 密度越大，感光度越高。感光度S 数值计算方式： S=K/H0 对数定义方式：
S
1 K lg 10 H 0
反差系数γ 成像画面上各个部位明暗的差别用反差的概念描述。反差用亮度比的对数值表示，即
第四节
黑白胶片
彩色胶片
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感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第四节
• 彩色胶片的结构比较复杂。感光层分为三层：感蓝、感黄和感红乳剂层。每层乳 剂中除了银盐感光材料外，分别渗入黄、品红和青色的表现色彩效果的成色染料。 • 胶片的感光是一个化学反应过程，感光层在光的照射下，卤化银中的银离子还原 成银原子，沉积在受光点附近，形成银斑，构成“潜影”。用显影液处理曝光后 的胶片，潜影中的银离子继续还原，银原子的密集度增加，形成可辨认的“黑
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感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第五节
如何实现照度均匀？
增大镜头口径将使像差校正困难。如果要实现像面照度均匀，应采用类似于显微 镜系统的柯拉照明方式，即照明系统的孔径光阑与成像系统的视场光阑共轭，照 明系统的视场光阑与成像系统的孔径光阑共轭。（P468图16.63）
I /I I IM ' I lg M ' 0 lg M ' lg N ' DM ' DN ' IN' I N '度 胶片所能接收的最大和最小曝光量的范围称为胶片的宽容度，显然它应该用特征曲线线性部 分对应的曝光量表示： L=lgHD-lgHC 对一定γ 值的胶片的宽容度越大，记录景物明暗的层次越丰富，使用上也越方便
② 成本差异：由于CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺， 可以轻易地将周边电路集成到传感器芯片中，因此可以节省外围芯片的 成本；除此之外，由于CCD采用电荷传递的方式传送数据，只要其中有 一个象素不能运行，就会导致一整排的数据不能传送，因此控制CCD传 感器的成品率比CMOS传感器困难许多，即使有经验的厂商也很难在产 品问世的半年内突破 50% 的水平，因此， CCD 传感器的成本会高于 CMOS传感器。
投影屏
被投影的实物面
投影屏 F’
被投影物面
F’
“负-正-正”投影镜头结构 放映和投影镜头的特性
10X投影镜头
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感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第五节
• 为什么需要照明？投影及放映光学系统由于要成放大像，为了保证一定的像面照度，
通常要加照明系统。因此，其光学系统包括照明系统和成像系统两部分 。
CCD与CMOS的差异
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感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第五节
③ 分辨率差异：CMOS传感器的每个象素都比CCD传感器复杂，其象素尺寸很 难达到CCD传感器的水平，因此，当我们比较相同尺寸的CCD与CMOS传感 器时，CCD传感器的分辨率通常会优于CMOS传感器的水平。例如，目前市 面上 CMOS 传感器最高可达到 210 万象素的水平 (OmniVision 的 OV2610 ， 2002年6 月推出 )，其尺寸为 1/2 英寸，象素尺寸为 4.25μm，但Sony 在2002年 12月推出了ICX452，其尺寸与 OV2610相差不多(1/1.8英寸)，但分辨率却能 高达513万象素，象素尺寸也只有2.78mm的水平。
越薄，胶片分辨率越高
感色性 黑白胶片对各波长光的敏感度称为它的感色性
彩色胶片的特性
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感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第五节
数码相机：以固体图像传感器替代了摄影系统中的感光胶片，以 扫描的方式把景物信息记录下来，然后以数字信号的方式传送到 存储介质中存储起来。
扫描方式感 官器件
目录CONTENTS
1 2 3
感光胶片 光电传感器 放映和投影镜头
4 放映和投影系统的照明
感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第四节
感光胶片
• 感光胶片是摄影仪器中记录和保存影像的器件，它以“潜影”的方式把影像的信息记 录下来，然后再通过显影和定影把影像重现出来。 • 感光胶片分黑白胶片和彩色胶片，由基片、感光层、保护层及辅助层组成，下图是黑 白胶片的结构示意图
• 照明系统的类型？照明系统的类型有透射光照明和反照明，前者包括电影放映机、 放大机及一些透射照明投影系统，后者有反射投影仪、某些液晶投影系统等。
• 照明系统的设计原则？光学设计时需要注意照明系统和成像系统的衔接关系，成像 系统的拉赫不变量J2等于或超过照明系统的拉赫不变量J1是设计中的原则。
放映和投影系统的照明
柯拉照明系统
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DM ' DN ' DM ' DN ' C 1 lg H M ' lg H N ' C2 lg BM lg BN
彩色胶片的特性
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感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第四节
灰雾度 胶片未经曝光，显影后的胶片也不是完全透明的，它有一定的透过率，从而构成一层灰蒙蒙 的背景，称为灰雾。灰雾的量值用它的光学密度表示，称为灰雾度D0。灰雾的存在降低了画 面的对比度，影响了画面的质量 最大密度 胶片能达到最”黑“的程度称为最大密度，反转点E所代表的光学密度就是胶片的最大密度 分辨率和颗粒度 胶片的分辨率是以每毫米内它能分辨的黑白条纹的数目定义和测试的，颗粒越细，乳剂厚度
图1 CCD与CMOS的比较 CCD与CMOS的比较
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感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第五节
① 灵敏度差异：由于CMOS传感器的每个象素由四个晶体管与一个感光二 极管构成 (含放大器与 A/D转换电路)，使得每个象素的感光区域远小于 象素本身的表面积，因此在象素尺寸相同的情况下，CMOS传感器的灵 敏度要低于CCD传感器。
④ 噪声差异：由于CMOS传感器的每个感光二极管都需搭配一个放大器，而放 大器属于模拟电路，很难让每个放大器所得到的结果保持一致，因此与只有 一个放大器放在芯片边缘的CCD传感器相比，CMOS传感器的噪声就会增加 很多，影响图像品质。
CCD与CMOS的差异
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感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
KB 2a 2 ' E0 z 4 2 f '
放映和投影镜头的特性
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感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第五节
• 电影放映屏幕上的亮度标准是：中心是55lx，边缘是40lx • 投影镜头屏幕的亮度标准是20~100lx • 投影镜头主要有两种结构形式：一种是在反远距结构的基础上发展起来的“负-正-正”结构； 另一种是“正-负-正”结构。
保护层 上乳剂层 结合层 片基 背面层 下乳剂层 乳剂层 结合层 片基 背面层
黑白电影底片
黑白电影正片
• 图中片基是感光材料的载体，早期胶片用硝酸纤维和醋酸纤维制成，但由于综合性能 的原因聚酯片基成为了胶片片基的主流材料。 感光胶片的定义和黑白胶片
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感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
点”。
彩色胶片的工作原理
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感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第四节
黑点起阻光作用，设I0和It分别表示胶片某点上的投射光强和透过光强，该点的阻 光率定义为 O=I0/It 胶片的透过率定义为阻光率的倒数 T=1/O=It/I0 光学密度为 D=lgO
曝光量为
C1 lg
利用透过光强定义两点的反差
BM BN
IM ' C2 lg IN'
彩色胶片的特性
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感光胶片
光电传感器
放映和投影镜头
放映和投影系统的照明
第四节
若用I0表示入射光强，显然有
lg
上式表明胶片的反差等于光密度差 胶片特性曲线直线部分的斜率称为胶片的反差系数，以γ 表示，即 γ =tanα 或写为
放映和投影系统的照明
第五节
• 放映和投影镜头的光学特性除了用视场、孔径、焦距表示外，因工作在有限距离上，需增设一 个倍率参数。根据集合成像关系，倍率β与镜头的焦距和物距关系是
f '
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