图像学(imaging science)及其应用涉及到物理学的各个方面。材料对于光和其他辐射场的反应揭示了物质的某些基本属性。图像技术也为观察和理解物理过程以及记录和再用结果提供了手段。

从19世纪中期威廉 · 亨利(William Henry)等验明了潜像的催化显影至今,银卤化物摄影术在图像技术中一直占统治地位。图像系统性能的提高,一方面要进一步搞清楚银卤化物的电子和光学性质,另一方面,要改进光学系统的设计和生产,然而,随着电视技术的发展,能提供逼真图像的电子成像处理已经在许多应用上取代了银卤化物摄影,并形成了一门全新的技术。集成电路和计算机的发展对现代成像技术产生了举足轻重的影响,使得电子成像系统比以往的性能好,易携带,价格低,由于廉价计算机可以处理图像系统提供的大量数据资料,集成电路技术也就加快了向数字成像系统发展的趋势。因而,当今的图像物理学包罗了许多重要领域。

Physics Today1989.年第9期作了专题介绍,并用两幅表征图像技术%展的照片作为封面,对化学和电子传感器中工艺状态做了有趣比较。两图的像素尺度大小差不多都是10微米。由此可知,目前的固体焦面(focal plane)分辨力接近现代摄影乳胶。

被减少颗粒的乳胶是极敏感的或者说“快速感光”的,感光慢的乳胶含有细小颗粒和高分辨率。CCD(计算机控制显示器)的每一个像素记录1000多个灰度或10比特,而一个摄影颗粒只能记录两个灰度或1比特。单位面积上的比特数称为信息密度(information density),两种图像记录仪的信息密度是相近的,约为1百万比特/cm2

有迹象表明,成像器件的发展规模有点像储存器,每3年像元数几乎增加4倍。由于储存器和图像传感器的生产工艺相仿,成像器件的这一发展趋势可望能继续下去,基于这一点,到90年代中期就能用上具有10万万像素的固体焦面。

由于图像物理学是一个很大的标题,Posies Today选择了几个普遍感兴趣的题目。

阿尔伯特 · 劳斯(Albert Rose)和保罗 · K · 魏迈(Paul K. Weimer)讨论了对图像系统性能产生物理影响的基本限度与成像过程无关。为了说明这一点,他们把人眼成像特性和现代图像系统作了比较。

Tadaaki Tani的摄影潜像物理,以及LeRoy E. DeMarsh和Edward J,Giorgianni的色彩学(color science)对实际图像系统的物理性质进行了论述。许多人对潜像结构的物理性质还不十分了解,Tani详述了通向彻底弄清和改进摄影系统性能的工序模型并指出了实验方向。De Marsh和Giorgianni描述了可以模拟化学和电子元件成像系统性能的色度学(colori-metry)的最新进展。

Gordon S. Kino与Timothy R. Corke,Jhon R. Schott分别阐述了用于“微观”和“宏观”成像的现代图像技术,在每个领域的应用都离不开物理学对它们的发展,而每一种应用又对加深小到原子大到宇宙的物理理解提供了新的方法。

[Physics Today,1989年9月]