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1、摄影基础教案：第一课 摄影术基本概念 教学目的与要求：要求学生了解摄影术的诞生、发展及对社会的影响。找出摄影的发展和科学技术进步是相辅相成的答案。重点：摄影术诞生的契机条件。难点：摄影术发展的因素。教具：照相机、多媒体教室教学程序：一、摄影概述1、摄影光学基础知识照相机的工作过程，概略地说是应用光学成象原理，通过照相镜头将被摄物体成象在 感光材料上。下面将粗略地介绍摄影光学成象原理：人类对于光的本性的认识，光线的传播及透镜成象原理。 人类对于光的本性的认识经历了漫长而又曲折的过程。在整个18世纪中，光的微粒流理论在光学中仍占优势，人们普遍认为光是微小的粒子组成的，从点光源发出并以直线向四面八方
2、辐射。19世纪初，以杨氏（Young）和菲涅耳（Fresnel）的著作为代表逐步发展成今天的波动光学体系。如今对光的本性认识是：光和实物一样，是物质的一种，它同时具有波的性质和微粒（量子）的性质，但从整体来说，它既不是波，也不是微粒，也不是它们的混合物。 从本质上，讲光和一般无线电波并无区别，光和电磁波一样是横波，即波的振动方向与传播方向垂直。一个发光体就是电磁波的发射源，发光体发射的电磁波向周围空间传播，和水波波动产生的波浪向四周传播相似。强度最大或最小的两点距离称为波长，用表示。传播一个波长所需的时间称为周期，用T表示，一个周期就是一个质点完成一次振动所需要的时间。1秒内振动的次数称为频率
3、，用表示。经过1s振动传播的距离称为速度，用“v”表示。波长、频率、周期和速度之间有如下关系： v=/T ，=1/T，v= 由此可见，光的波长与频率成反比。实际上光波只占整个电磁波波段的很小一部分，见图： 波长在400700nm的电磁波能够为人眼所感觉，称为可见光，超过这个范围人眼就感觉不到了。不同波长的可见光在我们的眼睛中产生不同的颜色感觉，按照波长由长到短，光的颜色依次是红、橙、黄、绿、青、蓝、紫等色。不同波长的电磁波在真空中具有完全相同的传播速度，数值是c=300,000km/s。 光既然是电磁波，研究光的传播问题，应该是一个波动传播问题，但是在设计照相机镜头及其他光学仪器时，并不把光看
4、作是电磁波，而是把光看作是能传播能量的几何线叫做光线。光源A发光就是向四周发出无数条几何线，这无数条具有方向的几何线就叫做光线。这样在几何光学中研究光的传播问题，就变成了一个几何问题、数学问题，问题简化多了。 下面叙述几何光学的几个基本定律光线的传播规律： (1)光的直线传播定律 光在均匀介质中，是沿着直线传播的，即在均匀介质中光线为一直线。光的直线传播现象在日常生活中随时随地可以见到，如物体被光照射而成影，小孔成象等。光的直线传播引出了光线这个概念。 (2)光的独立传播定律 光的传播是独立的，当不同光线从不同方向通过介质某一点时，彼此互不影响。当两支光线会聚于空间某一点时，它的作用为简单的叠
5、加。光线的这一性质，使被拍摄物体各点的光互不影响地进入照相镜头，在成象面上成象。 (3)光的反射定律 当光传播到两种不同介质的分界面时，就会改变传播方向，发生光的反射。光的反射定律指出： 入射光线、反射光线和分界面上光投射点的法线在同一平面内，人射光线与反射光线分别位于法线的两侧。 人射角和反射角相等。如图1-2-2所示，入射光线与法线N的夹角记为入射角，用i表示；反射光线与法线N的夹角记为反射角，用表示。则有i=。光的反射现象还具有可逆性，假如光线逆着原来反射光线方向入射到界面上，那么它将逆着原来入射光线的方向反射出去。随着界面的不同，反射又可分为定向反射和漫反射。从一个方向入射到光亮、平整
6、的镜子上的光线，入射点都落到同一平面上，其反射都向着同一方向，如图1-2-3（a）所示，则称为定向反射。当光从一个方向投射到粗糙表面上时（如毛玻璃面等），由于粗糙面可以看成由许多角度不同的小平面组成，光线便从各个不同的方向反射出去，称为漫反射，如图1-2-3（b）所示。但需注意在漫反射现象中，就每一条光线而言都还是遵循反射定律的。光的反射，在照相术中起着相当重要的作用。例如人本身并不发光，但当光线从各个角度照射到人身上后，光线便可从各个角度有所反射。我们常利用反射光进行拍照，就是遵循光的反射定律。2、摄影术的基本原理 在摄影中，通常使用照相机或者照相暗盒（Camera obscura）作为照相
7、设备，利用光学胶卷或者数码存储卡作为记录介质。但也有例外，比如Man Ray于1922年发明的实物投影法（rayographs）就是利用影子在相纸上成像，而不需要用到照相机。 照相利用的是小孔成像原理。为了保存影像信息，一般还要使用感光介质。完整的影像记录，再现技术被称为摄影术。 小孔成像原理（针孔模型）现实影像被依据针孔成像原理设计的光学结构转化后投射到影像纪录接口（软片/CCD）上，介质记录了光学信息并转化为元信息（潜影或元数据），该信息通过化学或数字流程转化为可被再次识别的现实影像副本。摄影包含静态的图片摄影和动态的电影、电视摄影，它们同属于基于时间的媒体形式（time-based me
8、dia）。背景资料：小孔成像小孔成像是古典光学中一种重要成像现象。如果在烛焰与光屏之间放一个带有小孔的遮光板，就可以在光屏上得到一个倒立的烛焰的像，这一现象被称为小孔成像。小孔成像是说明光沿直线传播的典型例证。 齐鲁大地历史文化悠久，人杰地灵。早在2300多年前的战国时代，中国伟大的古代科学家墨子进行了世界上最早的小孔成倒像的实验，发现了小孔成像的光学原理，并给予了精辟的解释。墨经中有“景倒，在午有端”的记载，意思是说，发光体发出的光线在隔屏的小孔处交聚成一点，由此给出的影是倒立的。这是对小孔成像现象的最早描述，也是对光沿直线传播的第一次科学解释。西方称墨子为“摄影光学理论和实践的开创者，是探
9、索光学成像原理的第一人”。墨子故里山东滕州也因此成为小孔成像的发源地。 此后，人们对小孔成像的现象和机理进行了更多的研究，其中被提及较多的是所谓“倒塔影”。唐代段成式酉阳杂俎、宋代陆游老学庵笔记、元代杨瑀山居新话，均曾提及此现象。在沈括所著的梦溪笔谈一书中，详细叙述了“小孔成像匣”的原理，对小孔成像理论作了进一步分析和解释。延至明清，记述者更为多见，甚至还有人专门搜集各地“倒塔影”的实例，这表明小孔成像现象已经受到人们的普遍注意。 在西方关于小孔成像的记载，最早见于古希腊著名哲学家、美学家亚里士多德的著作中。公元1000年阿尔哈赞开始利用小孔成像研究黑盒子。1267年英国哲学家R培根因描写了利
10、用小孔观看日食的现象被教会以施巫惑众罪名处死。1490年意大利画家达芬奇再一次利用小孔镜头做了黑盒子实验。在16世纪文艺复兴时期，欧洲出现了供绘画用的“成像暗箱”。 小孔暗箱虽能成像并得到应用，但是不能解决影像亮度和清晰度的矛盾，于是出现了有透镜的暗箱形成的照相机的雏形。带透镜的暗箱虽然能观察景物，但却不能把看到的景物永久保存，后来的人们开始对影像如何复制的问题进行了思考。19世纪30年代法国发明家达盖尔发明了世界上第一台根据小孔成像原理制造的可携式木箱照相机并于1839年8月19日正式 公布了“达盖尔银版摄影法”，这一天被世界公认为摄影术的诞生日。由此小孔成像技术在摄影领域开始了广泛的应用，
11、使人们的摄影梦想成为现实。背景资料：小孔成像实验材料：能套在一起的圆纸筒，半透明白纸，不透明厚纸，浆糊（透明胶），缝衣针。制作实验：找两个能紧密套在一起的圆纸筒，在大纸筒的一个底部粘上不透明厚纸，并用缝衣针扎一个小孔，在小纸筒的一个底部粘上半透明的白纸作屏幕，并把两个纸盒套在一起。将大纸盒扎有小孔的一面对着点燃的蜡烛（或室外物体），拉动小纸盒（或大纸盒），眼睛通过小纸盒可以看到屏幕上物体的倒立的像，并且能控制像的放大或缩小。土照相机制作实验材料：能套在一起的圆纸筒，半透明白纸，和纸筒底面一样大的凸透镜，浆糊（透明胶）。制作实验：找两个能紧密套在一起的圆纸筒，在大纸筒的一个底部粘上凸透镜，在小纸
12、筒的一个底部粘上半透明的薄纸作屏幕，并把两个纸筒套在一起。将大纸筒粘了凸透镜的一面对着物体，拉动小纸盒（或大纸盒），眼睛通过小纸盒可以看到屏幕上物体的倒立的像，并且能使物体的像放大或缩小。3、历史上人们对摄影术的幻想1760年，一本名叫基凡提的科幻小说描绘了一种人们向往已久的情景：即不经画家之手就能把所看到的景物固定在画布上。为了把会消失的影像永远地凝固下来，人们制造出一种黏性物质，把这种物质涂在画布上，对准要描绘的物体，这时涂有黏性物质的画布可以很快地把影像固定在上面。固定好后，把画布拿到一个黑暗的地方晾干。一段时间后，画布上的影像就凝固了，其描绘的景物足以乱真，而且这影像永远也不会消失。这
13、与我们现在的摄影有者很多的相似之处。二、影术的诞生及发展（一）影术的诞生1、 “牛眼”17世纪德国科学家斯切温特发明的“牛眼”曾经流行于欧洲大陆,这种小设备是在一木球两端钻孔,孔两端安装透镜,利用短焦距造成广角效果,也许这个就算是最早的简易广角镜了。利用逆光投影暂存活动影像的方式也是人类摸索影像存储中不可或缺的阶段,如中国的皮影戏、针孔成像、暗箱成像等。2、“光影画箱”到了19世纪，西方的画家为了取得更精确的写实效果，开始普遍使用一种叫作“光影画箱”的辅助性绘画工具。这种工具颇似后来的单镜头反光式照相机，由一密闭的木箱，光学透镜、反光板和毛玻璃景屏组成。使用时用透镜对准明亮的景物，光线通过透镜
14、形成人工影像，再由与透镜光轴成角的反光板反射，到达平放顶部的景屏就形成精确、明亮、视场可随意调整的物影，如在景屏上覆以薄纸，便可用碳笔描摹成画了。“光影画箱”实际已完成了摄影技术一个重要方面，即成像设置照相机雏型的探索。 3、尼埃普斯的“日光刻蚀法”“日光刻蚀法”：以日光作用于感光柏油，从而达到将影象永久固定在玻璃或金属板上的方法。这是世界上最早的摄影技术系统。1826年，法国人尼埃普斯将一种印刷用的沥青涂在金属板上，然后用金属板放置于暗箱中拍摄出了窗外景物，虽然画面很粗糙，却是世界上第一张照片。尼埃普斯的发明大大地激发了后来者的灵感，也促成了摄影术的真正诞生。这是尼尔普斯的油画像，他也是达盖
15、尔的合作者，比达盖尔年长四岁，早在达盖尔银版摄影术公布前六年就因病去世了。法国政府在授予达盖尔6000法郎年金的同时，授予尼尔普斯的继承人4000法郎年金以示奖励。4、摄影术的正式诞生达盖尔的“银版摄影法”1829年，达盖尔受到尼埃普斯的邀请，开始研究摄影术。鉴于“日光刻蚀法”曝光时间过于漫长，影像模糊不清，达盖尔长期致力于更加快捷、更加精美、更加易于观看和保存的摄影方法的研究。1833年尼埃普斯逝世，达盖尔便独自探索，经过八年的艰辛努力，终于在1837年创立了“达盖尔摄影法”亦称“银版摄影法”采用铜板作为影像的最终载体，也就是片基，使用光敏银层作为感光材料，有完整“显影”与“定影”工艺，已经全面完成了现代摄影的基本工艺。银版摄影方法其实很简便易行，即将铜板镀银抛光，使用前在暗箱中将银面罩在碘容器上，生成能感光的碘化银。将已光敏的板片在暗箱中放入照相机，曝光约15-30分钟。曝光后的板片防入盛有水银的暗箱中加热，贡蒸汽与板片上受光从碘化银中析出的银粒生成贡银合金影像。这就是“显影”。此后将贡蒸汽熏蒸过的板片防入热食盐溶液中漂洗，为受光碘化银与氯化钠作用失去感光性能并溶解于水。于是由贡银合金组
