第一章 镜头前的物理现象

第一节 为什么通过镜头能看到自然界的人和物？

一、为什么通过镜头能看到物体？

朋友，当您翻开影册时，各种画面就映入您的眼帘：巍然屹立的名山，汹涌澎湃的大川，姹紫嫣红的百花，展翅飞翔的雄鹰，乘风破浪的船队，英姿飒爽的国家仪仗队，川流不息的车流人浪⋯⋯，这些能不令人心旷神怡吗？当您打开自己的相册，看到那些特定时空瞬间记录，能不令人浮想联翩吗？那么，这些多姿多彩的照片是怎样形成的呢？它涉及到多方面的知识，我们只从物理学角度加以简要说明。

我们能看到物体（或通过镜头看到物体）是因为物体能以不同方式反射、折射与吸收投射到它们上面的光。比周围背景能更强烈地反射光的物体，在较暗背景上看来是光亮的；比周围环境反射光线能力较弱的物体，看起来显得暗些。例如，白纸比灰厚纸的反射光强，所以在白纸上的一块灰厚纸看起来好像是灰暗的，而放在黑丝绒上的同一块灰厚纸，看来又好像是光亮的。一个物体，如果其反射光线能力与周围环境相近，那么，从视觉角度看就很难把它从周围环境中区别出来。对透明体而言，是通过它们的透射光看到它们的。如观察一个棱形的玻璃瓶塞子，好像很简单，其实它包含许多复杂的现象：一部分光被棱面反射， 一部分光被磨砂的棱散射，而另一部分光则通过瓶塞发生折射透过。如果把完全透明的物体浸没在媒质里，若物体跟媒质的折射率相同，那么我们就会看不到物体了。

光被吸收，其能量就有所损失，转变的能量将使吸收光的物体发热。这有时是需要的，如需要有一黑暗的背景，或消除不合要求的某方向的光，这时就要借助有强大的吸收本领的涂层（如把光学仪器内某些表面涂上黑色）。物体反射、折射和吸收光的程度通常用反射参数、折射系数和吸收系数表示：反射系数＝反射光强度／入射光强度；折射系数＝ 折射光强度／入射光强度。根据能量守恒原理，三者之和恒等于 1。当光照射某一物体时，若反射系数大，说明反射光强度大，而被折射和吸收的光都很弱。这些系数通常跟光的颜色（波长）有关。

来自物体（或通过镜头）的光若被眼睛接收，我们就看到了物体； 若被胶片所接收，就获得了潜影，再经过光化处理，便可得到五彩缤纷的生活照。同理，工业、医疗、军事、航测科研等领域都可以得到各自的专业照片。

正常人眼能够看到大千世界的人和物，是由于来自外界物体的光线成像在视网膜上。某一物体在可见光的照射下，由于物体的反射、折射和吸收特性，使光的能量在空间的分布、功率大小以及光谱组成等方面都有所改变。物体各点发光强弱是不同的，对人眼视网膜上的锥体和柱体（杆体）细胞的刺激程度就不同。因而这些细胞产生的神经兴奋程度也不同，这种兴奋再传到脑，人们就看到物体表面明暗差别和整体形象。

二、物体在视网膜上的像原本是倒立的，为什么看到的却是正立 的？

为了寻找答案，心理学家曾做过下列试验：他戴上一副特制的眼镜，这 眼镜的光学系统，能使外界物体在视网膜上形成正立的实像：那像的上 部落到视网膜上部，像的左侧落到视网膜左侧⋯⋯但心理学家看到的视 场却是颠倒的，一切东西都倒转了。开始特别不习惯，视觉跟触摸觉和 动觉之间常乱套。他用手摸物体、在空间行动都发生困难：想拿上面的 物体，手却常伸到下面；想拿右面的物体又常常把手伸到左面。但他力 求使自己的行动符合客观实际，在一星期后，视觉逐渐与触觉、动觉协 调起来，行动错误减少了。到 21 天后，他的行动又自如了，完全能适应 这种新的空间关系，他看到的景物都正过来，周围的一切都恢复正常了。但取掉眼镜之后，又出现了整个环境倒转现象，再过几天才能恢复正常。由上述实验可知：人们观察到的事物不是由视网膜上的像唯一确定的， 人在认识外界时，各种感觉器官（视觉、触觉、运动觉）作为一个统一 主体协同活动、相互验证，通过实践活动，最后才能正确反映客观现实。其实看东西时物是正立的，视网膜上的像一定是倒的。