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2.2.2 激光器的分类
自第一台红宝石激光器被制造出来，激光器就得以迅猛发展。激光工作物质已达到数百种之多，包括半导体、晶体、玻璃、气体、液体及自由电子等。激励方式有电激励光激励、放电激励、化学激励、热激励和核激励等多种方式[16]。激光器的种类繁多，分类方式也有很多种。若按其工作物质物态的不同则可以把几乎所有的激光器分为以下五个大类：
(1)固体（晶体和玻璃）激光器，这类激光器所采用的工作物质，是通过把能够产生受激辐射作用的金属离子掺入晶体或玻璃基质中构成发光中心而制成的；(2)气体激光器，所采用的工作物质是气体，并且根据气体中真正产生受激发射作用之工作粒子性质的不同，而进一步区分为原子气体激光器、离子气体激光器、分子气体激光器、准分子气体激光器等；(3)液体激光器，这类激光器所采用的工作物质主要包括两类，一类是有机荧光染料溶液，另一类是含有稀土金属离子的无机化合物溶液，其中金属离子起工作粒子的作用，而无机化合物液体则起基质的作用；(4)半导体激光器，这类激光器是以一定的半导体材料工作物质而产生受激发射作用，其原理是通过一定的激励方式（电注入、光泵或高能电子束注入），在半导体物质的能带之间或能带与杂质能级之间，通过激发非平衡载流子而实现粒子数反转，从而产生光的受激发射作用；(5)自由电子激光器，这是一种特殊类型的新型激光器，工作物质为空间周期变化磁场中高速运动的定向自由电子束，只要改变自由电子束的速度就可产生可调谐的相干电磁辐射，原则上其相干辐射谱可从 X 射线波段过渡到微波区域，因此具有很诱人的前景。当然，还有其他的分类方法，如按激励方式的不同，激光器又可以分为光泵式激光器、电激励式激光器、化学激光器、核泵浦激光器；按运转方式的不同，又可以分为连续激光器、单次脉冲激光器、重复脉冲激光器等。
2.3 摄像机
2.3.1 摄像机的结构及工作原理
摄像机的装置能够把景物光像转变为电信号，从摄像机的诞生发展至今，不仅种类繁多，在技术上也取得了长足的发展和进步，经历了从黑白到彩色，从普通枪机到一体机的蜕变过程，而随着科技的日益进步，摄像机更新换代的步伐在不断加快，许多技术指标都在迅速提升，如动态和照度范围、分辨率、信噪比等，然而其基本原理仍然是相同的。摄像机的摄影成像依靠的最主要部件是摄像机的镜头，它能将被摄物体转换成影像投射在固体摄像器件或摄像管的成像面上[17]。摄像机的基本结构图如下图 2.2 所示。
图2.2 摄像机的基本原理图
在整体上大致可以将摄像机分为三个部分：光学系统、光电转换系统以及电路系统，具体些的划分又可以将其分为透镜组、摄像元器件、信号处理电路编码器、同步信号发生器、系统控制电路、电源部分和偏转系统等几大部分。其基本工作原理为：光学系统部分处在摄像机的最前端，其主要部件是由透镜系统组合而成的光学镜头，主要包括分色棱镜和摄像镜头。光线进入摄像机要最先经过光学系统部分。固体摄像器件或者摄像管是摄像机的核心部分，其作用是将摄像面接受的光转换成电信号，即将来自光学系统的光转换成电荷，并将其构成相应的像素暂时贮存微小的电容中。被摄物体经过镜头成像以及棱镜分色后，在摄像管或固体摄像器件的摄像面上根据成像的光的强弱产生电荷，而光电转换系统中的光敏元件会把根据光强弱产生的电荷形成电流信号，这些电流信号再经过摄像机中的电路系统，完成信号的放大、色彩校正等工作，以形成符合特定要求的信号，并从摄像机中输出，输出得到的就是电视机的屏幕信号。摄录一体型摄像机还有精密的磁带录放机械结构。另外，微处理机使光圈控制、中心重合调整、白平衡调整等复杂的控制操作自动完成。镜头被比喻为人的眼睛，它是摄像机成像最主要的组成部分。人的眼睛只所以能看到变化万千的宇宙万物，是由于各种物体在光线的照射下会反射出明暗程度不相同的光线，这些光线通过眼角膜进入眼内，经由房水、晶状体和玻璃体的折射后，在视网膜上结成影像。且这些光线会刺激视网膜使之产生神经冲动，通过神经传到大脑中枢，体现感知上即是我们看见了物体。摄像机的成像原理类似于眼睛的成像原理，它主要是靠镜头将被摄体结成影像投在固体摄像器件或摄像管的成像面上。因此把镜头形象的比喻为摄像机的眼睛。可以将镜头划分为三类：标准镜头、广角镜头和长焦距镜头。镜头的质量决定着电视画面的清晰程度以及影响层次的表现能力。对于摄像机，大多数采用的是一个变焦距镜头，即一个能实现从“标准镜头”到“广角镜头”以至“长焦距镜头”连续转换的透镜系统，其主要特点之一是：可以在一定范围内变焦改变焦距而成像面位置却不变。变焦距镜头在变焦时焦点的位置与光圈开度不变，但是视觉会发生改变。