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捕捉瞬間–相機大觀園

想留住美好的瞬間,除了用記憶外,還可以使用照相機。相機的科技發展已經悄悄進入我們的生活,功能兼具拍照、錄音、錄影等,因而豐富了我們的生活意涵。
 
 
 
想留住美好的瞬間,除了用記憶外,還可以使用照相機。按下快門,喀嚓一聲,澎湃的海洋、高聳的山峰、灑落的夕陽、燦爛的煙花、純真的笑靨,這些美麗的山水風景與情境都可以清楚地記錄下來。曾經有一個廣告詞說:「它(相機)抓得住我!」相機造就了相關產業的蓬勃發展。相機成像的原理與稱為靈魂之窗的「眼睛」類似!相機記錄了瞬間使成永恆,幫助我們留下美好回憶。

相機科技的發展讓大眾更容易記錄生活的點點滴滴,相機發展史中的經典作品包含:數位相機、光學相機、單眼相機、傻瓜相機、感光耦合元件、互補性氧化金屬半導體、廣角鏡頭、望遠鏡頭等。複雜的名詞總是讓我們頭昏腦脹,但是生活中又常常聽到,就讓本文帶您參觀相機大觀園吧!

相機的類型

市售相機主要可分為光學相機與數位相機,以不同方式儲存影像。

光學相機 這一類型利用化學物質在膠片上儲存影像,以機械式相機為主,利用齒輪及彈簧的機械力驅動快門與手動捲片,優點是可靠性高、受氣溫影響較低等,缺點是會有機械彈性疲乏問題、振動與噪音較大等。隨後改良產品電子式相機問世,主要是利用半導體振盪器計時、電磁控制快門、以馬達自動捲片。優點是精確度高、安靜、操作方便;缺點是低溫時電池耗電較快、耐用性稍低。

數位相機 也稱為數碼相機,數位相機(digital still camera)是光學、電子元件、精密機械一體化的產品。其核心是感光元件,在光線作用下把光的強度轉化為電荷累積量,隨後通過晶片轉換為數位訊號(1與0的訊號)。經過壓縮後可儲存在快閃記憶體裡,可透過各種方式把影像檔案傳輸到電腦,並以相關軟體修改與處理。

相機的演進史

針孔相機 相機的英文camera源自於拉丁文camera obscura,意指黑暗房屋。技術的原理源自於11世紀就有的發明—針孔成相。針孔成相是使用一大和一小紙盒,大紙盒一頭的中心有細針所扎的一個小洞,把小紙盒置入大紙盒中,再點燃蠟燭,拿起紙盒對準燭光,就可以發現蠟燭投影在小紙盒上,並且是以上下顛倒、左右相反的方式呈現,前後推動紙筒會看見清晰或模糊的影像。

這個現象是因為光以直線行進,而大紙盒上的洞只讓一束光線進入。換言之,假設燭火頂端是A光線,蠟燭底部是B光線,當二光線通過針孔時,兩光線交會後繼續前進,這時原本在上端的A光線變成在下方,而B光線變為在上方。接下來若前後推動紙筒,會看見清晰或模糊的影像。

第一台相機 1822年,達蓋爾(Louis J. M. Daguerre)與尼埃普斯(Nicephore Niepce)一起研究照相技術,並且在1837年成功開發出名為「達蓋爾照相術(Daguerreotype)」的銀版照相技術。1839年第一台相機問世。

首台具現代雛型的相機 1914年以前主流的相機仍停留在笨重木箱的階段,直到奧斯卡‧巴納克(Oskar Barnack)製作了第一台小巧的徠卡原型相機。它的外型是金屬鏡頭與機身,使用焦平快門,因無法關閉快門,所以利用轉動式鏡頭蓋的設計,在捲片時蓋住鏡頭,防止曝光。

首台數位相機 1980年代電腦軟硬體設備快速普遍化,大眾不滿意舊式光學相機軟片不易保存、沖洗後的相片容易黃化(氧化),也期待相機能數位化,以保存與處理影像。1975年,美國柯達公司發明第一台數位相機,日本新力公司也在1981年推出了一台數位相機—MAVICA,這相機主要是以感光耦合元件(charge coupled device, CCD)代替傳統底片。當時半導體儲存技術尚未成熟,在相片畫質方面僅能差強人意,但已開啟了相機科技的嶄新時代。

相機的科技競賽
  • 1822年–達蓋爾在一個小丘上作畫時,突發奇想為何不能把真實的情境保留下來?於是與他的朋友尼埃普斯開始研究。
  • 1826年–達蓋爾發明日光膠版。
  • 1839年–達蓋爾發明世界第一台相機。
  • 1880年–美國的喬治‧伊士曼(Geroge Eastman)發明了感光膠片後,創立「柯達」公司。在1885年把膠片製成卷狀,並在1888年發表新式的照相機,標題是「你只要按下快門,之後的一切我們會幫你」。
  • 1934年–吉田五郎因信奉觀音菩薩,所以把製造出的第一台小型相機取名為觀音(kannon)。但在把相機推上市場前,聽取建議更名為Canon,這就是家喻戶曉的「佳能相機」。
  • 1935年–柯達發明三原色彩色膠卷。
  • 1937年–蘭度在替家人拍照時,女兒的一句話「若能夠馬上看見照片,該有多好」,便發明了「拍立得(Polaroid)相機」,也就是日後俗稱的立可拍。
  • 1970年–自動曝光相機問世。
  • 1975年–第一台數位相機問世。
  • 1982年–攜帶方便的傻瓜相機(compact相機)問世。
  • 1986年–富士膠卷公司發明連鏡頭膠卷,隨處可買到,並且用完後就可丟棄。
  • 1995年–卡西歐發明數位相機QV-10,其後越來越多類型的數位相機陸續問世。

相機構造面面觀

相機的拍攝過程主要是讓光線經由鏡頭進入機身,攝影者使用觀景窗取景,調整焦距、快門及光圈,確定後按下快門,透過相機的結構便可把欲拍攝的影像投射在鏡身後方的感光元件上,並記錄在儲存單元中。

光圈 眼睛的瞳孔與水晶體是外方光線進入的首站,對應於相機的光圈與透鏡。光圈是由多層的金屬葉片所構成的圈狀孔洞,藉由它可調整光線進入的多寡、強弱。光圈大小則是以f值(f-number)表示,f值越小,光圈孔越大,f值越大,光圈孔便越小。藉由調整光圈的大小,可拍攝出前後景清晰,或前景清晰後景模糊的相片。

鏡頭 透鏡在鏡頭中多以成對的方式存在,且表面多經鍍膜處理,以減少界面反射導致的耀光、眩光等情形,進而提高影像的清晰與呈現度。而藉由透鏡排置的方式,可改變鏡頭焦點距離(焦距,focal length),依焦距,鏡頭可區分為4種類型,分別是標準鏡頭、廣角鏡頭、望遠鏡頭及變焦鏡頭。
  • 標準鏡頭—標準鏡頭的焦距是50 mm、視角53度,呈現的影像與肉眼所見的景物相似,且其光圈值較大,適合拍攝一般風景或人物肖像。
  • 廣角鏡頭—廣角鏡頭焦距是50 mm以下、視角較大、景深較長,在景觀窗觀察到的景物呈現在照片上時會變小,適合拍攝寬闊的全景、風景照。
  • 望遠鏡頭—望遠鏡頭的焦距是50 mm以上、視角較小、景深較短,適合拍攝遠距離的大自然景觀及特寫鏡頭。
  • 變焦鏡頭—顧名思義,變焦鏡頭結合上述三種鏡頭,擁有多焦距(如28 mm~135 mm),可免去更換鏡頭與攜帶的不便,但其光圈無法做到很大,現在多配備於一般高級的傻瓜相機中。

相機機身 機身連接著鏡頭、儲存元件等物件,在現今市場上的相機中,變革最大的便是這結構,況且外觀會影響消費者的購買意願。幾項重要構造如下。

觀景構造—根據觀景構造,傳統光學相機又可區分為雙眼、單眼反射式相機兩種。

雙眼反射式相機結構普遍應用在較低階的傳統傻瓜相機中,多半不可更換片盒與鏡頭。雖然從觀景窗所看到的構圖通常與成像有誤差,但因構造簡單且具自動曝光與變焦鏡頭,所以受多數入門新手喜愛。就單眼反射鏡而言,相機觀景窗的構圖與成像是相同的,且除手動外,也可變更為全自動對焦、曝光,因此日漸取代雙眼反射式相機。而在消費型數位相機上,為了便於調整設定值與即時觀測,現多利用液晶顯示器(liquid crystal display, LCD)。

曝光構造—其決定單元是快門,藉由這開關控制光線進入的時間長短,單位是以秒計數。而為方便計算,快門的時間大約以1:2的比例增減,通常有 2、1、1∕2、1∕4、1∕8、1∕30、1∕60、1∕250、1∕1000 等,若要讓畫面產生流動感,可使用慢速快門,而對運動中的物體,便可使用快速快門拍照。

感光元件—可分為傳統底片、感光耦元件及互補性氧化金屬半導體3種。

傳統底片是1880年由伊勢曼柯達公司(Eastman Kodak Co)把感光劑溴化銀塗布在賽璐璐(Cellulose Nitrate, 硝酸纖維素)膠片上所製成的,但因賽璐璐有可燃性的缺點,後來被醋酸纖維(cellulose acetate)取代。

感光耦合元件(CCD)是1969年由美國貝爾實驗室的威拉德‧鮑以爾(Willard S. Boyle)與喬治‧史密斯(George E. Smith)所發明的,它是由矽晶半導體製成的積體電路,上有許多排列整齊的電容,當表面受光線照射時,便會產生電荷並反應在元件上,再由轉碼元件還原構成拍攝的影像。這一項技術也讓他們在2009年獲頒諾貝爾物理學獎,評審委員會稱他們的發明為生活創立許多革新,也為科學的開拓發展提供了強大的工具。

互補性氧化金屬半導體(complementary metal-oxide semiconductor, CMOS)主要是利用矽與鍺兩種元素所做成的半導體,藉由N_、P+兩個互補效應所產生的電流記錄與解讀影像。CMOS的缺點是容易產生雜點,這是因為安裝訊號放大器的關係,特別是當處理快速變化的影像時,由於電流變化過於頻繁,使得雜訊更難以處理。

攝影大師亞當斯(Ansel Adams)說:「當你拍攝風景照時,如果試著在景物前加一個框,你會讓平凡的景物變得極不平凡。」相機便是這個推手!透過相機,我們可以掌握瞬間的感動,保存美好的人事物。相機的科技發展已經悄悄進入我們的生活,功能兼具拍照、錄音、錄影等,因而豐富了我們的生活意涵。相機是我們眼睛的延伸,透過相機記錄了歷史時刻,讓我們用心看世界脈動吧!
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