韦伯首次发布1560张图像，54G数据：韦伯望远镜是如何对焦的？

韦伯首次发布1560张图像，54G数据：韦伯望远镜是如何对焦的？

太空望远镜可以说是天文学家的主要观测工具。这其中，最为著名的，便是我们从小就耳濡目染的哈勃望远镜。1990年，人类 历史 上最强大的光学望远镜哈勃望远镜横空出世，开始了它的职业生涯。

服役的18年以来，哈勃望远镜拍下了宇宙中许多星系在爆炸后的各种惊心动魄的壮丽景象，为天文学的进步做出了巨大贡献。 2021年12月25日，詹姆斯·韦伯太空望远镜【JWST】正式加入太空望远镜俱乐差轮部，接过了哈勃望远镜的接力棒。

作为哈勃望远镜的继任者，“詹姆斯-韦伯”这个名字是取自美国宇航局第二任局长詹姆斯·韦伯。在他担任NASA领导人期间，美国的航天事业掀开了新的篇章，其中包括探测月球和“阿波罗”登月计划等。

2022年2月11日晚，NASA正式公布了由韦伯望远镜拍摄的首张图像。JWST成功拍摄并传回首组恒星照片与首张“自拍照”。首组恒星照片展示了韦伯望远镜18个主镜捕捉到的来自同一恒星的星光。坦者

从图片上看，这张带有18个亮点的照片，似乎平平无奇。但，预示着韦伯望远镜即将完成第一阶段的校准工作。之前，NASA表示，韦伯望远镜需要借助HD84406这颗恒星进行对焦，那这项工作的原理是什么，又是怎样完成的呢？

众所周知，韦伯望远镜的主镜依靠18面独立的子镜拼接而成。因此，为了让这些各自独立的子镜能够精密且完整地拼接为一面主镜进行光学成像，韦伯望远镜需要进行一系列的拍摄调试工作。

韦伯望远镜使用的是近红外相机NIRCam对准主镜，首先确认近红外相机 NIRCam 已经准备好从天体收集光线，然后从18个主镜片中的每个主镜片中识别同一颗恒星的星光。

首先，韦伯望远镜会先行指向大熊 星座 中一颗明亮的孤立恒星 HD 84406。之所以选择这颗恒星，是因为它很容易识别，且不易被其他亮度相似的星星干扰。复合图像中的每个点都标记了捕获它的相应的主镜片编号。

2022年2月2日，韦伯望远镜开始了首次图像捕捉过程。它先是指向恒星 HD 84406的预先计算位置。在周围156个不同位置，使用近红外相机 NIRCam 对准主镜的10个探测器生成了，拍摄了10组，共计1560张图像。

整个过程持续了将近25个小时，原始数据足有54G。在对准的6个小时、14次曝光之内，,在每个子镜片中确定了目标恒星的位置。随后，韦伯望远镜将这些图片拼接在一起，形成一张超过20亿像素的复合图像。

在这张超大的图像文件中心，正是韦伯望远镜的18面子镜，分别对HD 84406这颗恒星所成的18个图像。紧接着，韦伯望远镜开始调整这18面子镜，便可以确定这些亮点所对应的成像镜面。

在图像与镜面匹配后，开始倾斜镜面。根据镜面的排列形成图像阵列。随后，开始微移动韦伯望远镜的副镜进行散焦，使得误差能够一种特殊的算法呈现出来。NASA 使用了相位修正算法，以矫正子镜产生的各种误差。

“ 再进行进一步调整后，整个韦伯团队欣喜若狂。因为拍摄图像和校准望远镜的第一步进行得非常顺利。”美国亚利桑那大学近红外线照相机学术带头人和天文学教授 Marcia Rieke 说。

NASA戈达德太空飞行中心韦伯光学望远镜元件经理 Lee Feinberg 解释了镜子对齐过程的早期阶段：这次调整后，18面子镜已经各自校准良好，均可以独自完成成像。下一步，我们就要把这18面子镜组成一面完整的主镜进行工作。

18面子镜产生的图像进行叠合，将18个星点汇聚于中心，成为交点。这一步骤中，根据程序设定，将18片子镜分为3组，按分组的顺序进行叠合，直至成功相交于一点。但目前为止，调试工作并没有结束。

NASA表虚信信示：图像拼接中，任何一个可见的点，都由18个子镜片中的镜片对同一颗恒星进行成像。在调试确定了每个子镜片校准的位置后，便是韦伯望远镜完成校准、产生科学图像的关键第一步。

为了使组装达到所需精度，NASA 采用色散条纹传感技术进行误差检测，辅助进行粗细共享调整。色散条纹的空间频率可反映出平移误差的大小，以此为基准进行调整，在初共向调整后还是进行经共享调整。

随后，NASA 采用散焦对比法，以便能达到更高的精度要求。经过3次共相，2次散焦，韦伯望远镜初步达成一期目标。因此，随着这次的成功，韦伯望远镜也将正式开启它的深空 探索 之旅！大家期待它的新照片嘛？

照相机的发展史

照相机的发展史:

1550年，意大利的卡尔达诺将双凸透镜置于原来的针孔位置上，映像的效果比暗箱更为明亮清晰 。

1822年，法国的涅普斯在感光材料上制出了世界上第一张照片，但成像不太清晰，而且需要八个小时的曝光。1826年，他又在涂有感光性沥青的锡基底版上，通过暗箱拍摄了一张照片。

1839年，法国的达盖尔制成了第一台实用的银版照相机，它是由两个木箱组成，把一个木箱插入另一个木箱中进行调焦，用镜头盖作为快门，来控制长达三十分钟的曝光时间，能拍摄出清晰的图像。

1841年光学家沃哥兰德发明了第一台全金属机身的照相机。该相机安装了世界上第一只由数学计算设计出的、最大相孔径为1：3.4的摄影镜头。

1845年德国人冯·马腾斯发明了世界上第一台可摇摄150°的转机。1849年戴维·布鲁司特发明了立体照相机和双镜头的立体观片镜。1861年物理学家马克斯威发明了世界上第一张彩色照片。

1860年，英国的萨顿设计出带有可转动的反光镜取景器的原始的单镜头反光照相机；1862年，法国的德特里把两只照相机叠在一起，一只取景，一只照相，构成了双镜头照相机的原始形式；1880年，英国的贝克制成了双镜头的反光照相机。

1866年德国化学家肖特与光学家阿具在蔡司公司发明了钡冕光学玻璃，产生了正光摄影镜头，使摄影镜头的设计制造，得到迅速发展。

1888年美国柯达公司生产出了新型感光材料－－柔软、可卷绕的“胶卷”。这是感光材料的一个飞跃。同年，柯达公司发明了世界上第一台安装胶卷的可携式方箱照相机。

1906年美国人乔治·希拉斯首次使用了闪光灯。1913年德国人奥斯卡·巴纳克研制出了世界上第一台135照相机。

从1839年至1924年这个照相机发展的第一阶段中，同时还出现了一些新颖的钮扣形、手枪形等照相机。

从1925年至1938年为照相机发展的第二阶段。这段时间内，德国的莱兹（莱卡的前身）、禄来、蔡司等公司研制生产出了小体积、铝合金机身等双镜头及单镜头反光照相机。

1935年，德国出现了埃克萨克图单镜头反光照相机，使调焦和更换镜头更加方便。为了使照相机曝光准确，1938年柯达照相机开始装用硒光电池曝光表。

1947年，德国开始生产康泰克斯S型屋脊五棱镜单镜头反光照相机，使取景器的像左右不再颠倒，并将俯视改为平视调焦和取景，使摄影更为方便。

1956年，联邦德国首先制成自动控制曝光量的电眼照相机；1960年以后，照相机开始采用了电子技术，出现了多种自动曝光形式和电子程序快门；1975年以后，照相机的操作开始实现自动化。

1960年，宾得推出的PENTAX SP相机问世，开创了照相机TTL自动测光技术。

1971年，宾得公司的SMC镀膜技术申请了专利，并应用SMC技术开发生产出了SMC镜头，使得镜头在色彩还原和亮度以及消除眩光和鬼影两方面都得到极大改善，从而显著提高了镜头品质.

1969年，CCD芯片作为相机感光材料在美国的阿波罗登月飞船上搭载的照相机中得到应用，为照相感光材料电子化，打下技术基础。

1981年，索尼公司经过多年研究，生产出了世界第一款采用CCD电子传感器做感光材料的摄像机，为电子传感器替代胶片打下基础。

紧跟其后，松下、Copal、富士、以及美国、欧洲的一些电子芯片制造商都投入了CCD芯片的技术研发，为数码相机的发展打下技术基础。1987年，采用CMOS芯片做感光材料的相机在卡西欧公司诞生。

扩展资料

照相机的优缺点：

一、优点

1、拍照之后可以立即看到图片，从而提供了对不满意的作品立刻重拍的可能性，减少了遗憾的发生。

2、只需为那些想冲洗的照片付费，其它不需要的照片可以删除。

3、色彩还原和色彩范围不再依赖胶卷的质量。

4、感光度也不再因胶卷而固定，光电转换芯片能提供多种感光度选择。

5、产品结构相对简单，外观更为精致，产品越来越变的便于携带。

6、数码相机操作简单、明了，容易上手。

二、缺点

1、由于通过成像元件和影像处理芯片的转换，成像质量相比光学相机缺乏层次感。

2、由于各个厂家的影像处理芯片技术的不同，成像照片表现的颜色与实际物体有不同的区别。

3、由于中国缺乏核心技术，后期使用维修成本较高。

参考资料来源：百度百科--照相机

最早的照相机结构十分简单，仅包括暗箱、镜头和感光材料。现代照相机比较复杂，具有镜头、光圈、快门、测距、取景、测光、输片、计数、自拍等系统，是一种结合光学、精密机械、电子技术和化学等技术的复杂产品。

在公元前400年前 ，墨子所著《墨经》中已有针孔成像的记载；13世纪，在欧洲出现了利用针孔成像原理制成的映像暗箱，人走进暗箱观赏映像或描画景物；1550年，意大利的卡尔达诺将双凸透镜置于原来的针孔位置上，映像的效果比暗箱更为明亮清晰 ；1558年，意大利的巴尔巴罗又在卡尔达诺的装置上加上光圈，使成像清晰度大为提高；1665年，德国僧侣约翰章设计制作了一种小型的可携带的单镜头反光映像暗箱，因为当时没有感光材料，这种暗箱只能用于绘画 。

1822年，法国的涅普斯在感光材料上制出了世界上第一张照片，但成像不太清晰，而且需要 八个小时的曝光。1826年，他又在涂有感光性沥青的锡基底版上，通过暗箱拍摄了一张照片。

1839年，法国的达盖尔制成了第一台实用的银版照相机 ，它是由两个木箱组成，把一个木箱插入另一个木箱中进行调焦，用镜头盖作为快门，来控制长达三十分钟的曝光时间，能拍摄出清晰的图像。

1860年，英国的萨顿设计出带有可转动的反光镜取景器的原始的单镜头反光照相机；1862年，法国的德特里把两只照相机叠在一起，一只取景，一只照相，构成了双镜头照相机的原始形式；1880年，英国的贝克制成了双镜头的反光照相机。

随着感光材料的发展，1871年，出现了用溴化银感光材料涂制的干版，1884年，又出现了用硝酸纤维(赛璐珞)做基片的胶卷。

随着放大技术和微粒胶卷的出现，镜头的质量也相应地提高了。1902年，德国的鲁道夫利用赛得尔于1855年建立的三级像差理论，和1881年阿贝研究成功的高折射率低色散光学玻璃 ，制成了著名的“天塞”镜头，由于各种像差的降低，使得成像质量大为提高。在此基础上，1913年德国的巴纳克设计制作了使用底片上打有小孔的 、35毫米胶卷的小型莱卡照相机。

不过这一时期的35毫米照相机均采用不带测距器的透视式取景器。1930年制成彩色胶卷；1931年，德国的康泰克斯照相机已装有运用三角测距原理的双像重合测距器，提高了调焦准确度，并首先采用了铝合金压铸的机身和金属幕帘快门。

1935年，德国出现了埃克萨克图单镜头反光照相机，使调焦和更换镜头更加方便。为了使照相机曝光准确，1938年柯达照相机开始装用硒光电池曝光表。1947年，德国开始生产康泰克斯S型屋脊五棱镜单镜头反光照相机，使取景器的像左右不再颠倒，并将俯视改为平视调焦和取景，使摄影更为方便。

1956年，联邦德国首先制成自动控制曝光量的电眼照相机 ；1960年以后,照相机开始采用了电子技术，出现了多种自动曝光形式和电子程序快门；1975年以后，照相机的操作开始实现自动化。

照相机品种繁多，按用途可分为风光摄影照相机、印刷制版照相机、文献缩微照相机、显微照相机、水下照相机、航空照相机、高速照相机等；按照相胶片尺寸，可分为110照相机(画面13×17毫米)、126照相机(画面28×28毫米)、135照相机(画面24×18，24×36毫米)、127照相机(画面45x45毫米)、120照相机(包括220照相机，画面60×45,60×60,60×90毫米)、圆盘照相机(画面8.2x10.6毫米)；按取景方式分为透视取景照相机、双镜头反光照相机、单镜头反光照相机。

任何一种分类方法都不能包括所有的照相机，对某一照相机又可分为若干类别，例如135照相机按其取景、快门、测光、输片、曝光、闪光灯、调焦、自拍等方式的不同 ，就构成一个复杂的型谱。

照相机利用光的直线传播性质和光的折射与反射规律，以光子为载体，把某一瞬间的被摄景物的光信息量，以能量方式经照相镜头传递给感光材料，最终成为可视的影像。

照相机的光学成像系统是按照几何光学原理设计的，并通过镜头，把景物影像通过光线的直线传播、折射或反射准确地聚焦在像平面上。

摄影时，必须控制合适的曝光量，也就是控制到达感光材料上的合适的光子量。因为银盐感光材料接收光子量的多少有一限定范围，光子量过少形不成潜影核，光子量过多形成过曝，图像 又不能分辨。照相机是用光圈改变镜头通光口径大小，来控制单位时间到达感光材料的光子量，同时用改变快门的开闭时间来制曝光时间的长短。

从完成摄影的功能来说，照相机大致要具备成像、曝光和辅助三大结构系统。成像系统包括成像镜头、测距调焦、取景系统、附加透镜、滤光镜、效果镜等；曝光系统包括快门机构、光圈机构 、测光系统、闪光系统、自拍机构等；辅助系统包括卷片机构、计数机构、倒片机构等。

镜头是用以成像的光学系统，由一系列光学镜片和镜筒所组成，每个镜头都有焦距和相对口径两个特征数据；取景器是用来选取景物和构图的装置，通过取景器看到的景物，凡能落在画面框内的部分，均能拍摄在胶片上 ；测距器可以测量出景物的距离，它常与取景器组合在一起，通过连动机构可将测距和镜头调焦联系起来，在测距的同时完成调焦。

光学透视或单镜头反光式取景测距器都须手动操作，并用肉眼判断。此外还有光电测距、声纳测距、红外线测距等方法，可免除手动操作，又能避免肉眼判断带来的误差，以实现自动测距。

快门是控制曝光量的主要部件，最常见的快门有镜头快门和焦平面快门两类。镜头快门是由一组很薄的金属叶片组成，在主弹簧的作用下，连杆和拨圈的动作使叶片迅速地开启和关闭 ；焦平面快门是由两组部分重叠的帘幕(前帘和后帘)构成，装在焦平面前方附近。两帘幕按先后次序启动，以便形成一个缝隙。缝隙在胶片前方扫过，以实现曝光。

光圈又叫光阑，是限制光束通过的机构，装在镜头中间或后方。光圈能改变能光口径，并与快门一起控制曝量。常见的光圈有连续可变式和非连续可变式两种。

自拍机构是在摄影过程中起延时作用，以供摄影者自拍的装置。使用自拍机构时，首先释放延时器，经延时后再自动释放快门。自拍机构有机械式和电子式两种，机械式自拍机构是一种齿轮传动的延时机构，一般可延时8～12秒 ；电子式自拍机构利用一个电子延时线路控制快门释放。

如果脱离摄影术而言，照相机的发展历史更大大的长于感光材料。在十七、十八世纪的欧洲，许多画家用暗箱柜来帮助他们绘制风光、建筑甚至肖像。一个典型的暗箱非常像现代的单镜头反光照相机。光线由镜头进入，在箱内经过一块镜子的反射，在上面的磨砂玻璃上呈现左右颠倒的实像。画家就是把一张很薄的纸铺在磨砂屏上，描下图形，以求达到最真实的透视效果。

1839年法国画家达盖尔(Daguerre)发明了银版摄影法。同时，出现了世界上第一台真正的照相机。这是一台装有新月型透镜的伸缩木箱照相机。

1840年，美国光学设计师亚力山大·沃柯特(Alexander S wolcott)制造了一台使用凹面镜成像的照相机Wolcott。从它的光路图上，我们可以看出其原理：光线经过凹面镜b反射，成像在感光材料上。这台相机比当时采用单片透镜的相机有更大的通光量，在明亮的灯光下，曝光时间为90秒，而与之相比的同时代相机通常要曝光20分钟。

1841年，33岁的维了纳大学教学教授匹兹伐(JoiefMax petz-val)用计算方法设计出了著名的匹兹伐镜头。同年，仪器制造商彼得·沃可伦德(Peter Von Volgtlder)制出了这只镜头并生产世界上第一台全金属机身的相机。这架相机装有1:34的匹兹伐镜头。使用者先通过小孔d在磨砂玻璃屏c上取景对焦，再换上感光材料d进行曝光。这台相机镜头的通光量为当时其它相机的19倍之多，使摄影者终于可以抓取一些运动缓慢的物体。另一位摄影界的光锋，英国的福克斯·托伯特(Fox Talbot)采取了与匹兹伐相反的道路，他发现使用短焦距镜头及小尺寸感光材料可以缩短曝光时间。于是他制作了一台小型相机，并用它拍出了照片。由于相机尺寸很小，他的妻子笑话那是“鼠笼”。由于得到的照片尺寸只有一英寸见方，当时又没有放大设备，托伯特放弃了继续研制“鼠笼”。殊不知，“鼠笼”与我们现在所使用的相机是多么相似的啊!

由于当时放大非常困难，而且常常得到模糊不精的照片，所以摄影师们都使用很大画幅的照相机，典型尺寸是11×14英寸。1858年，英国人汤普森(Thurston Thompson)制造了一台12英尺长的相机，摄利的照片有3英尺见方。面真正最大的相机是1900年在美国出现的芝加哥和沃顿铁道公司为了给他们新生产的豪华列国照一张完美的照片，定制了这架名叫“Mamtnoth”的相机。这架相机重达1400磅,使用500镑重的玻璃干板，她的操作小组通常有15人，运输时4.5×8英尺照片一次需要10加仑显影液。Mammoth只使用过一次，就从摄影史上消失了。为减小摄影成本，有人考虑在一张平板拍摄多张照片，于是出现了多镜头照相机。这些镜头有各自独立的调焦钮。

有些机种上各镜头具有不同的焦距，从全景到特写可同时拍摄。在19世纪60年代，一般拍摄立体照片的旋风刮过欧美大地。利用两只略为分开的镜头同时拍摄两张照片，再用特殊的观片器来观看，就可以得到立体感的影像。这与今天我们看立体电影的原理是一样的。

1844年，马坦斯(Marters)在巴黎发明了世界上第一台转机。这台相机依靠镜头的转动，可以拍摄150 视角的全景照片。这个原理到今天还被运用。

在19世纪80年代，欧美许多机厂纷纷生产一些奇形怪状的偷拍相机。这些相机并不是为了警察或间谍部门生产的，而是许多摄影爱好者喜欢上了偷拍。于是，这些相机有的做成盘形，镜头象一枚钮扣，可以挂在马夹内，在一张图形干板上拍摄6幅画面;有的做在领带里，镜头在上面，而卷片象钮扣一样，可以控制6张平板顺序拍摄，快门则靠摄影者手中的一个吹气球来开启;有的做成手枪状，弹仓里放了10张小平板，通过扳击来启动快门。这些相机使利一些非常自然的抓拍作品出现在摄影界中。

1888年，美国柯达公司的乔治伊斯曼(George Eastman)发明了将卤化银乳剂均匀涂布在明胶基片上的新型感光材料-胶卷。同年，柯达公司推出了世界上第一台胶卷的照相机-柯达1号。柯达公司以25美元的价格出售装好胶卷的相机。使用者拍完100张胶片，把相机寄回柯达公司，在那里胶卷被取出来并加工为照片。第一卷是免费加工的，为了得到第二卷胶片，使用者要寄给柯达公司10美元，就可以收到装好胶卷的相机，这钱还包括第二卷的加工费。柯达相机一经推出，立刻受到大众的欢迎，很快，这种小方箱相机就成了美国生活的一部分。

在20世纪初期，出现了一种新的新闻形式，那就是用高速单反相机所拍摄的运动照片。这类新闻相机体积较小，有大口径镜头，反射取景对焦装置，典型的如美国产的Graflex，它拥有纵走焦平面帘幕快门及f4.5口径的镜头，与今天的单反十分相似。只不过它用的是4×5英寸玻璃干板。1912年法国人拉兹格(Lartigue)用Graflex在德国赛马场上拍出了一幅著名的照片。照片上车轮与观众分别向两侧倾斜。这是由于摄影者在追随汽车拍摄时，快门上下运动所造成的变形。

1913年，德国菜兹公司的巴纳克(Barnaclc)为测试电影胶的感光度面试制了一台小型相机-徕卡U型相机，这是世界上第一台使用35毫米胶片的相机，为摄影史拉开了新的一页。

1920年，出现了Ermanox相机，这种相机尺寸较小，使用2×3英寸的玻璃干板。它的镜头口径为1：2，这在当时是绝无仅有的。它的出现，使不用特殊照明的室内照成为可能。著名的法国新闻摄影家埃里奇沙拉曼(Erich · Salomn)最喜欢使用Ermanox在室内抓拍。他为欧洲的首脑会议拍了许多照片。当时法国的外交部长说：“一个会议有三个必要条件：几位外国客人，一张圆桌和沙拉曼。

1925年，徕卡I型正式上市，采用铝合金机身，五片Elmar 50mm F 1：3.5镜头，旁轴取景器，焦平面快门，上弦卷片联动。这是摄影史上重要的一步。

1929年，德国罗菜公司生产了ROLLEIFLEX 120双镜头反光照相机，受到广大摄影者的欢迎，并在一段时期内独领风骚。自此，相机开始进入我们所比较熟悉的阶段，并一直稳固发展，直到今天的AF单反相机。

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图片

50毫米焦段的镜头又被称为标准镜头，因为其在全画幅上大约39度的视角与人眼的视野相当。都说镜头是摄影师的第三只眼睛，通过50毫米的镜头看见的世界能够最真实的还原当时的现场氛围；广角镜头，简而言之就是焦距很短，视角较宽，而景深却很深的镜头。广角镜头的基本特点是，镜头视角大，视野宽阔，从某一视点观察到的景物范围要比人眼在同一视点所看到的大得多，景深长；长焦镜头可以忽略掉多余画面突出主体。长焦镜头的视角相对较窄，可以集中拍摄主体或人像，所以可以避过不必要的因素，让相片主体更集中。50毫米焦段的镜头又被称为标准镜头，因为其在全画幅上大约39度的视角与人眼的视野相当。都说镜头是摄影师的第三只眼睛，通过50毫米的镜头看见的世界能够最真实的还原当时的现场氛围；广角镜头，简而言之就是焦距很短，视角较宽，而景深却很深的镜头。广角镜头的基本特点是，镜头视角大，视野宽阔，从某一视点观察到的景物范围要比人眼在同一视点所看到的大得多，景深长；长焦镜头可以忽略掉多余画面突出主体。长焦镜头的视角相对较窄，可以集中拍摄主体或人像，所以可以避过不必要的因素，让相片主体更集中。