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数码相机的有关知识

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数码相机的有关知识CCD VS CMOS数码相机的核心或关键的技术是什么?自然是有着“数码相机的心脏”之称的感光元件了传统相机使用胶卷作为影像记录的载体,而感光元件就相当于数码相机的“胶卷”,它能够将光线转换成电荷信号,数码相机通过内部运算将感光元件采集的电荷信号转换为可见的电子格式保存在存储卡上,让我们得以从相机的液晶显示器上看到拍摄效果数码相机的发展道路,可以说就是感光元件的发展道路目前数码相机常用的感光元件有两种,一种是CCD(电荷耦合器件图像传感器)感光元件,另一种是CMOS(互补金属氧化物半导体)图像传感器,两者都是利用感光二极管进行光电转换,将光线转换为电荷信号,而其主要差异是电荷传输方式不同CCD中每一行每一个像素的电荷数据都会依次传送到下一个像素中,由最底端部分输出,再经由传感器边缘的放大器进行放大输出;而在CMOS传感器中,每个像素都会邻接一个放大器及A/D转换电路,用类似内存电路的方式将数据输出如下图所示:由于构造上的差异,CCD可以充分保证电荷信号在传送时不会失真,每个像素可以集合至单一放大器统一处理;而CMOS的工艺相对简单,没有专属通道设计,数据在传送距离较长时会产生噪声,因此必须先放大再整合各个像素的数据。

以上差异的存在,使得CCD与CMOS在效能与应用上有很多差异,这些差异包括感光度差异、制造成本差异、分辨率差异、噪声差异和耗电量差异1、感光度差异:由于CMOS每个像素均包含放大器与A/D转换电路,使得每个像素的感光区域远小于像素本身的表面积,因此同样大小的感光器尺寸在像素相同像素下,CMOS的感光度要低于CCD2、制造成本差异:由于CMOS采用的是一般半导体电路最常用的标准工艺,可以利用现有的半导体制造流水线,不需额外投资生产设备,从而节约制造成本,并且品质可随半导体技术的进步而提升;而CCD采用电荷传递的方式传输数据,只要其中有一个像素不能运行,就会导致一整排的数据不能传输,因此CCD的成品率要远低于CMOS,并且随着CCD尺寸的增加,其生产线往往要进行相应调整,这就导致CCD的制造成本要远远高于CMOS3、分辨率差异:如上所述,CMOS的每个像素都比CCD复杂,其像素尺寸很难达到CCD传感器的水平,所以,相同尺寸下,CCD的分辨率通常会优于CMOS的水平4、噪声差异:由于CMOS的每个感光二极管都需搭配一个放大器,而放大器属于模拟电路,很难让每个放大器所得到的结果保持一致,与只有一个放大器放在芯片边缘的CCD相比,CMOS的噪声就会增加很多,影响图像品质。

5、耗电量差异:由于CCD感光元件采用单一的通道,因此光效率比较低,而传送电荷信号需要电压支持,因此耗电量大;而CMOS感光二极管所产生的电荷会直接由晶体管放大输出,像素所需耗电量相对较小综上所述,CCD在影像品质方面优于CMOS,而CMOS则具有低成本、低功耗以及高整合度的特点早期的CMOS噪点控制力弱,敏感度低,相比CCD劣势明显,因此在数码相机刚开始诞生时,CMOS没能占据主流市场但是随着技术的发展,两者的差距正在逐步缩小目前在佳能EOS数码单反相机产品线上,全部都采用了CMOS;两年前尼康的旗舰产品也使用了CMOS,这意味着CMOS的时代即将来临了,特别是在较大尺寸的感光元件的数码单反领域不过现有CCD产品的质量和产能都很好,应该还会在市场上存在相当长的时间白平衡白平衡是数码相机一个极其重要的概念,但在了解白平衡之前,我们先要弄清楚什么叫做色温色温,从字面上理解就是色彩的温度,色彩也有温度的吗?英国著名物理学家开尔文认为,假定某一黑体物质能够将落在其上的所有热量吸收而没有损失,同时又能够将热量生成的能量全部以“光”的形式释放出来的话,它就会因为受到的热力高低而变成不同的颜色例如,当黑体受到的热力相当于500~550℃时,会呈现暗红色;达到1050~1150℃时,会呈现黄色;温度继续升高时,会呈现蓝色。

光源的颜色成分与该黑体所受的热力温度是相对应的,任何光线的色温是相当于上述黑体散发出同样颜色时所受到的“温度”,这个温度就用来表示某种色光的特性以区别其它,这就是色温,简单来说,就是用开尔文温度(K)来表示色彩我们日常生活中的色温现象很多,比如天然气的火焰是蓝色的,因为色温较高,而钨丝灯的光由于色温较低,呈现出黄色这其中还有个规律,那就是色温越高,光的颜色越偏蓝;色温越低,光的颜色越偏红以下是一张色温图:由于人眼具有独特的适应性,我们在不同的光线下,对相同的颜色的感觉基本是相同的,不能发现色温的变化比如在早晨旭日初升时,我们看一个白色物体,感到它是白的;而我们在夜晚昏暗的灯光下,看到白色物体,仍然感到它是白的但是数码相机可没有我们人眼的适应性,它只是用数字信号存储图像信息,忠实地反映出不同色温环境造成的影像偏色白平衡的基本概念就是不管在任何光源下,都能将白色物体还原为白色,数码相机对在特定光源下拍摄时出现的偏色现象,通过加强对应的补色来进行补偿,使得照片的色调和我们大脑认知的颜色相一致设置白平衡就是对拍摄环境的光源属性进行设置,使得最终拍出来的相片减少或彻底消除偏色现象数码相机预设了几种光源的色温,来适应不同光源的要求。

数码相机一般设有白炽灯(约3000K色温)、荧光灯(约4200K色温)、直射阳光(约5200K色温)、闪光灯(约5400K色温)、阴天(约6000K色温)、阴影(约8000K色温)几种白平衡模式当我们在不同光源环境拍摄的时候,首先要准确识别光源的种类,然后在数码相机中设定相应的白平衡模式,就可以得到自然色彩的准确还原而且一般数码相机还有自动白平衡设置,可以适应大部分光源色温此外,还可以手动设置白平衡当你用手动白平衡设定时,最准确的方法就是用一张标准的白纸,让相机取景框完全充满白纸,设定在手动白平衡功能上,按相机操作说明书做一遍就可以设定完成,在现场特定的光源下就可以把白色还原正确了有些数码单反相机除了可以进行白平衡设置外,还可以直接对色温进行设置,这和白平衡设置的原理是一样的冲印相片尺寸对应像素要求冲印尺寸(英寸)文件体积要求最低分辨率相当于相机相片对应尺寸1寸 / 2寸150-200KB640x48030 万2.5 × 3.5 cm5×3.5英寸、3R500-550KB1280x960120万12.70×8.89 cm6×4英寸、4R600-650KB1280x1024130万15.24×10.16 cm7×5英寸、5R800-900KB1600x1200200万17.78×12.70 cm8×6英寸、6R1-1.2MB1900x1280240万20.32×15.24 cm10×8英寸、8R-8F1.3-1.5MB2048x1536300万25.40×20.32 cm以上数据并不是说一定要达到对应的像素才能冲印相片,而是说达到像素要求洗出来的相比较清晰,也没有马赛克之类的沙点。

分辨率设定分辨率和影像品质、影像格式是数码相机应用中的重要操作和常用设置分辨率指数码相机拍摄的图像的长、宽像素数的乘积,数码相机能够拍摄的图片最大面积,便称之为最高分辨率分辨率通常以像素为单位,1000万像素的分辨率的长、宽像素数约为3456×2304相同尺寸的拍摄相片,分辨率越大,图像的面积越大,文件容量也越大,相应也会占据更多的存储空间另一方面,如果图像的分辨率较低,图像就会显得相当粗糙因此拍摄前进行相机设置的时候,我们需要根据图像的最终用途决定选用何种分辨率对于专业摄影师或者完美主义者而言,拍摄时一般都选择最高分辨率虽然这样会占用大量存储空间,但这一切都为了更高的图像品质以最高分辨率设置的图像在进行后期处理时也有足够大的空间,因为大的图像尚可适当缩小,而小的图像要放大就困难了,因为图像信息不可能失而复得这样就需要多准备一些存储卡相对来说如果拍摄的图片只是用于网页制作发布,那对于分辨率的要求就比较低640×480的分辨率就可以满足大多数情况下的需要,而1024x768的图像则足以应付后期润色、切裁等操作了如果拍摄的照片只是存于电脑中观看,以上的分辨率也可以满足要求需要提醒的是,图像分辨率的大小至少要达到显示器的分辨率,或者更高。

如果所拍摄的图片将来是要放在投影仪上进行播放的,那么选择的图像分辨率不能低于投影仪的分辨率然而并不是所有的人都习惯仅仅在电脑上观看相片,不少人还是喜欢将相片冲印出来,那么就需要更高的分辨率以下列出我们常用的冲洗尺寸和最低分辨率:冲洗5寸(3.5×5)相片:像素不小于1024×768;冲洗6寸(4×6)相片:像素不小于1280×960;冲洗12寸(8×12)相片:像素不小于2272×1704;这里列出的只是最低要求的分辨率,一般来说在最低分辨率上提高一到两个档次是最好的对于生活照及旅游纪念照,一般输出照片的片幅在5×7寸以下,最佳精度为400万像素,也就是2272×1704实际上无论是利用数码彩扩还是彩色打印机输出,200万像素所冲洗出来的感觉和传统相机已没有什么两样,当然这只是对于普通用户来说,因此如果存储空间有限,使用300万或200万像素的分辨率进行拍摄也是可以的与此同时,现在很多数码相机中还提供了多种图像的存储格式,以满足不同用户的需求比较常用的有JPEG方式、TIF格式、RAW格式等采用JPEG方式会对拍摄的图像有一定程度的压缩,图像会有信息损失,但是它的存储容量小,质量也可以满足基本需求,一般用户可以考虑它。

TIF格式和RAW格式都不进行信息的压缩,因此图像质量好,但是体积庞大,比较适合专业用户选用此外,图像的分辨率和格式的设置是属于同一选项的,在不同情况下其侧重点有所不同用于打印输出时,则高分辨率低精度模式的效果要优于低分辨率高精度的模式仅仅在电脑上观看图片时,则低分辨率高精度模式的效果要优于高分辨率低精度的模式,用户可根据自己要求进行组合选择总之,按照自己的需要进行选择,一切从自身的需求出发不一味的追求质量,或者单纯考虑存储数量感光度ISO感光度,英文表示为ISO在传统胶卷相机里ISO代表胶片对光线的敏感程度,在数码相机中ISO是感光元件对光线的感光敏锐度的量化参数,ISO数值越高就说明该感光材料的感光能力越强常见的感光度数值有50、100、200、400、800、1600、3200等ISO的计算公式为S=0.8/H(S为感光度,H为曝光量)从公式中我们可以看出,感光度越高,对曝光量的要求就越少当ISO增加一档时,感光元件对光线的敏感度会相应增加一倍,在其他条件相同的情况下,正常曝光所需的曝光时间将缩减一半,也就是快门速度快一档例如,光圈不变,ISO100增加到ISO200,曝光时间可由原来的1/250秒减为1/125秒。

根据ISO数值的高低,可将感光度分为以下几档ISO100以下的称为低感光度,ISO100~ISO200的称为中感光度,ISO400~ISO800的称为高感光度,ISO1600以上的称为超高感光度感光度对摄影有两方面的影响,一是速度,更高的感光度可以采用更快的快门速度;二是画质,低感光度可以带来细腻的画像,而高感光度不仅会产生噪点,画面的细节锐度、色彩饱和度、色彩偏差、画面层次等都会受到严重影响因此低ISO值适合营造清晰、柔和的图片,而高的ISO值适合补偿灯光不足的环境在光线不足时,闪光灯的使用是必然的但是,不允许或不方便使用闪光灯的情况下,例如展览馆或者表演会,可以通过提高ISO值来增加照片的亮度,虽然由此相片会产生较多噪点但是我们拍摄时首要保证的是画面的清晰,其次才考虑高感光度带来的画质损失因为画质不够完美的相片还能够用于多种用途,而画面模糊的照片则完全派不上用场。

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