一、小孔成像

公元前5世紀(jì)，中國古代科學(xué)家墨子在其著作《墨子》中記載了有關(guān)光的特性和反射現(xiàn)象的觀察思考，并記錄了光通過小孔在平面上形成倒立圖像這一現(xiàn)象。在西方，大約公元前330年，古希臘哲

學(xué)家亞里士多德也有關(guān)于小孔成像的記載，并在其授課的課本中提出了暗房的概念。

1490年，萊奧納多?達(dá)?芬奇在其《大西洋手稿》中第一次以圖畫形式記錄了暗房的概念及其操作，藝術(shù)家們可以在暗房中通過投影把真實(shí)生活情景描繪下來，他們把暗房當(dāng)成一種工具，在畫布上描摹出自然景物粗糙的輪廓，然后填充顏色。

我們可以把現(xiàn)代照相機(jī)的原始形態(tài)追溯為暗房，其成像原理就是小孔成像。暗房，即是黑暗的密閉房間，光線穿過一個(gè)非常小的孔射進(jìn)來，并在墻壁上投射出一個(gè)像，這個(gè)像就是小孔外的景象，但像是倒立的，這就是現(xiàn)代照相機(jī)的雛形。暗房涉及兩個(gè)方面的技術(shù)問題，一方面是進(jìn)光小孔的大小決定影像投射到后壁的鮮明程度，另一方面就是如何將影像固定下來。由這兩個(gè)問題展開，眾多科學(xué)家為此前赴后繼地奔向攝影術(shù)的發(fā)明。

1550年，數(shù)學(xué)家捷洛拉莫?卡丹諾（ Girolamo Cardano，1501―1576）發(fā)明了在暗房里安裝透鏡的方法，月于控制圖像的聚焦。

1611年，德國人約翰尼斯?開普勒（ Johannes Kepler，1571―1630）發(fā)明了一個(gè)可攜帶的暗箱，并第一次使用“暗箱”這一概念。

1773年，瑞典化學(xué)家卡爾?威廉?舍勒（ Karl Wilhelm Scheele， 1742?1786）發(fā)現(xiàn)了通過化學(xué)還原反應(yīng)，可見光譜中藍(lán)紫色的那端會(huì)對(duì)氯化銀起明顯的作用，促使其從銀鹽變成金屬鹽。

羅蘭?巴特（ Roland Barthes，1915~）提醒我們：“攝影是兩個(gè)毫不相關(guān)的過程的交叉，一是化學(xué)過程：光線在一個(gè)固定的表面上產(chǎn)生化學(xué)作用；另一個(gè)是物理過程：通過光學(xué)設(shè)備形成圖像的過程?！薄爱嫾宜褂玫陌迪渲皇且粋€(gè)物理過程的結(jié)果；而照相機(jī)的實(shí)質(zhì)也許就在于化學(xué)方面的發(fā)現(xiàn)”。我們可以這樣來理解，正是由于這兩個(gè)過程的相互結(jié)合，最終產(chǎn)生了攝影這一媒介。

二、眼睛和照相機(jī)的區(qū)別

眼睛的視覺系統(tǒng)在視網(wǎng)膜上形成倒像（圖1-1-5），其原理和照相機(jī)鏡頭在膠片或數(shù)碼影像傳感器上形成倒像極為相似。眼睛和照相機(jī)都有一個(gè)箱子一樣的構(gòu)造，而且似乎都以相同的光學(xué)原理成像，在箱子的一端是小孔，孔的大小控制進(jìn)光量的多少，同時(shí)由鏡頭控制焦點(diǎn)，經(jīng)過一系列的折射之后，使小孔外面的世界在箱子的另一端形成影像。

在眼睛的視覺系統(tǒng)中，眼睛的角膜和晶狀體相當(dāng)于鏡頭，可收縮的瞳孔相當(dāng)于可變化大小的光圈，受大腦支配的眼部調(diào)節(jié)肌相當(dāng)于照相機(jī)的測(cè)光系統(tǒng)、自動(dòng)光圈系統(tǒng)和對(duì)焦系統(tǒng)，視網(wǎng)膜則相當(dāng)于傳統(tǒng)膠片或數(shù)碼影像傳感器。

1637年，勒內(nèi)?笛卡爾（ Rene Descartes，1596~1650）在他的著作《折射光學(xué)》中，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了眼睛和相機(jī)相似的成像關(guān)系，并且解釋了圖像是如何在視網(wǎng)膜上形成的。這個(gè)實(shí)驗(yàn)最初是這樣進(jìn)行的：將一只解剖下來的牛眼放在一個(gè)密閉窗戶的小洞上，牛眼朝外看，小心取出牛眼底部的薄膜，直到底部薄得很透明，而眼睛又不至于破裂，這個(gè)時(shí)候用薄紙放置在牛眼后面。當(dāng)室外的光線暗下來以后，通過牛眼就可以在紙上形成外面世界倒轉(zhuǎn)的影像，這個(gè)實(shí)驗(yàn)完全證實(shí)了眼睛的構(gòu)造與照相機(jī)的工作原理相同，都可以形成一個(gè)被大腦識(shí)別的倒像。

此外，眼睛的視覺系統(tǒng)和相機(jī)的不同之處在于：

（1）感受光線的亮度范圍不同，也即我們經(jīng)常所說的曝光寬容度不同。寬容度是指感光材料按正確比例記錄景物亮度范圍的能力。被攝景物表面由最亮至最暗部分的差別，可以用明暗間的比例數(shù)字來表示。假設(shè)景物最亮部分比最暗部分要明亮20倍，那么明暗之間差別的比例數(shù)字就是1：20。眼睛感受光線的亮度范圍要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于照相機(jī)的感光范圍。比如在一個(gè)晴朗的日子里，盡管室外景物與室內(nèi)反射光的亮度差別非常大，但我們的眼睛還是可以同時(shí)清晰地看到室內(nèi)和窗外的景物。這種效果，照相機(jī)是絕對(duì)達(dá)不到的，照相機(jī)只能要么側(cè)重于準(zhǔn)確曝光室內(nèi)景物而使窗外景物曝光過度并失去細(xì)節(jié)，要么側(cè)重于準(zhǔn)確曝光窗外景物而使室內(nèi)陳設(shè)曝光不足并失去細(xì)節(jié)。因此，在攝影實(shí)踐中，我們必須遵循攝影感光材料的基本特性，而不能完全憑借自己的視覺經(jīng)驗(yàn)作為唯一的參照。

（2）視角不同。照相機(jī)可以隨意更換不同焦距的鏡頭，并依賴不同焦距的鏡頭使視角變得更小或更大。而眼睛的視角只是相當(dāng)于一只定焦鏡頭而已。

（3）照相機(jī)可以看到眼睛看不到的一些事物，如高速運(yùn)動(dòng)的物體、透視影像\紅外線影像等。

總之，眼睛與照相機(jī)的細(xì)微差別還有很多，但以上差別相對(duì)比較明顯，也是能對(duì)相機(jī)成像產(chǎn)生較大影響的方面。

三、鹵化銀成像與數(shù)字成像原理

照相最核心的要點(diǎn)就是把光變成照片。照片其實(shí)是一種讓你產(chǎn)生錯(cuò)覺的東西，將任何物體反射回來的光收集到一張紙上就是一張照片。

通常，這個(gè)過程需要通過一組鏡片來實(shí)現(xiàn)， 然后影像會(huì)被永久地記錄下來，記錄的方式有：

1?；瘜W(xué)方式

鹵化銀是由銀與一些鹵素形成的化合物，具有感光性，與明膠乳劑等結(jié)合制成感光材料，即我們使用的膠片。鹵化銀成像即是使用膠片進(jìn)行拍攝，并用一些化學(xué)藥水在暗房中沖洗出照片的過程。

2。數(shù)字方式

數(shù)字成像使用影像傳感器采集影像，如我們使用數(shù)碼相機(jī)拍攝，然后通過數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和處理器以及計(jì)算機(jī)的后期加工，最后使影像顯示或打印出來的過程。數(shù)碼影像藝術(shù)具有快速性、大眾化等優(yōu)點(diǎn)。

因?yàn)楦鶕?jù)凸透鏡原理，呈現(xiàn)實(shí)像是因?yàn)槲矬w頂端的光線和底部?jī)蓷l光線交叉形成實(shí)相，因此是倒置的