《数码相机原理.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数码相机原理.doc（4页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、自从1991年第一台民用数码相机问世以来，数码相机便以惊人的速度发展，至今已成为数码影像领域中深受世人瞩目的主流产品之一，甚至开始冲击传统相机在人们生活中的地位。虽然数码相机与传统相机都是基于光学原理实现成像的，但由于所使用的感光介质不同，数码相机更偏重于光电的转化，是光学、机械、电子一体化的高科技产品。下面就数码相机与传统相机的不同进行详细的阐述。 数码相机与传统相机的本质区别数码相机使用电子元件来获取图像，传统相机使用银盐胶卷来捕光捉影这就是数码相机区别于传统相机最根本的地方。数码相机使用电荷藕合器件（Charge Coupling Device，即CCD）或互补金属氧化物半导体（Comp
2、le-mentary Metal-Oxide Semiconductor，即CMOS）来捕捉光影。CCD、CMOS是一种光电转换器件，能将感应到的光信号转换成电信号，并传输给数码相机的其它器件进行处理，从而以数字形式保存图像。传统相机使用基于银盐的感光材料（胶卷）来捕捉光影，胶卷是一个物理实体，具有感光特性，能根据光线的强弱重新组织银盐颗粒的排列，不同密度的银盐颗粒形成不同的影像效果，然后经过暗房的显影、定影等工序制作成照片。和胶卷不同，CCD、CMOS既没有能力记录图形数据，也没有能力永久保存它。CCD捕捉到的所有图形信息只有通过“模/数”转换器的转换，才能得到可以储存的数字信息。因此，从记
3、录过程来看，数码相机的图像生成要比传统相机复杂，而图像质量也会受到更多外界因素的影响。数码相机捕获的图像信息是以数据的形态存在的，这种图像载体的革命自然使数码相机在许多细节，如结构、功能操作、工作流程等方面与传统相机不同。我们首先从数码相机与传统胶卷相机在结构上的区别说起。数码相机与传统相机在结构上的区别数码相机具有感光元件、ADC、 DSP、JPEG编码压缩器、存储器、LCD显示屏、连接端口、电源以及附带的驱动软件等重要元件。 感光元件：数码相机的感光元件由一些非常细密的元件所组成，这些感光元件被称为CCD，其功能是将光信号转化为电信号。CCD的像素排列主要有线性和矩阵两种，尺寸大小为1/4
4、、1/3、1/2、2/3英寸不等，尺寸越大像素点就越多，目前CCD的尺寸远比传统胶卷3624mm的尺寸小，成像效果还达不到传统胶卷的水平。不过随着技术的发展，CCD的技术也将日趋成熟，现在出现的600万像素CCD的数码相机就是明证。在CCD技术的革新上，富士（FujiFilm）的超级CCD（Super CCD）作了不少贡献，它通过将光电二极管传统的正方形排列改成对角45度蜂巢形排列，使单位面积的像素值增加了近一倍，例如富士FinePix 4900Z使用的是240万像素的Super CCD，却可以生成430万像素的图像。富士公司声称，这种超级CCD不仅仅增加了像素，色彩、清晰度等也有显著的进步。
5、关于富士超级CCD的优劣，业界时有争论，但与发布初时相比，它已经被许多人所接受，此后的富士FinePix系列数码相机，如S1 pro、40i等都使用被富士称为是看家技术的超级CCD。另外，柯达公司在超大型CCD的制造上也卓有成效。2000年9月，在德国Photo Kina展览会上，柯达正式对外公布了高达1600万实际像素的CCD，这被称为是CCD制造技术上的一个里程碑。该CCD已经应用在引起业界极大关注的柯达Pro Back数码机背上。但CCD制造技术已经临近制造工艺的极限，现在我们需要关注的是CMOS技术。CMOS即“互补金属氧化物半导体”，它原先是计算机系统中用于存储信息的一种重要芯片，但
6、目前仍处在一个比较初级的阶段。现在使用CMOS的数码相机越来越多，但大多是入门级的数码相机。开创CMOS技术应用先河的佳能（Canon），于去年上半年推出了使用CMOS的专业级单反数码相机EOS D30，同样引起了业界的纷纷评论。从D30投放市场后的反映看，CMOS已经亮出了其鲜明的旗帜。ADC：ADC(Analogue Digital Changer）即模数信号处理器，这是数码相机的关键部件之一。如上述，CCD只能感应光信号，没有存储能力，而电子产品又只能存储数字形式的信息，因此，数码相机必须具有将光信号转化成数字信息的元件，ADC的作用就是把感光元件捕获生成的模拟电信号转化成数字信号。DS
7、P：DSP(Digital Signal Processer)即数字信号处理器，是数码相机生成数码图像的关键，如果没有这个元件，那么数码相机得到的就不是一幅完整的图像，而是一堆繁杂的数字。JPEG压缩器：未经压缩的图像数据量非常大，可以达到几十甚至上百兆字节。不同的数码相机提供不同等级的压缩比例，压缩后的图像文件就比较小了,但它是一种有损的压缩方式，会影响图像质量。随着存储卡制造技术的发展，这种JPEG压缩器在数码相机中的作用会越来越次要。存储器：数码相机中不再有传统相机中装胶卷的暗仓，而取而代之的是不同形式的数字式存储介质，如PCMCIA卡、SM卡、CF卡，也有使用软盘或者CD-R光盘的，如
8、使用CD-R光盘的索尼数码相机MVC-CD1000。以存储卡代替胶卷来存储图像是数字化的结果。近几年来，存储器市场一直发展非常迅速，当今世界上用于数码相机领域容量最大的存储卡是IBM 1GB的Microdrive(采用CF Type 标准)卡。另外，索尼（SONY）还向市场投放了3款使用软盘作为存储介质的“FD Mavica”系列数码相机。3月14日，三洋（SANYO）公司宣布一款可以使用730MB光盘的数码相机“iDshot IDC-1000Z”面世。连接端口：也是数码相机不同于传统相机的一个特别之处，这是使数码相机融入数字化世界的通道。靠这个端口，数码相机与打印机、电脑、电视机等电子设备连
9、接起来。如今，新一代的USB接口已成为新款数码相机的传输接口。当今还有一种传输接口被业界看好，那就是i-Link，它使用了IEEE1394国际标准接口，传送速度可达每秒百万字节，索尼在此技术领域先行一步。电源：数码相机的各个部件如数模转换器、LCD显示屏等都需要电能来支持，并且耗电量相当大。如今数码相机的电池仍是一个技术难题，也是困扰众多用户的问题。在室外使用数码相机时，大都使用可充电电池，而在室内使用时，可直接使用市电，因为数码相机配备有一个交流电接口这是传统相机所不具备的。在可充电电池中，锂电池性能优异，其次是镍氢电池。当然，你也可以使用我们平常用的碱性电池，但往往只能使用十几分钟甚至几分
10、钟。 相关软件：这是传统摄影师完全陌生的，不过却是数码相机所必备的。相关软件一般都在电脑上运行，起到数据传输、编辑图像等功能。各厂家有通用或专用的驱动软件。看完数码相机与传统相机在结构上的不同之后，我们再来看看数码相机操作上的特别之处。这对于一般数码用户来说是最直观、也是最关心的。数码相机与传统相机在功能和操作上的区别数码相机的菜单控制：与传统胶卷相机不同，数码相机的大多数控制都可以通过菜单来实现，如相机中的感光度设置、曝光补偿、闪光灯选择等都是通过数字方式进行控制的，你可以在LCD显示屏上通过翻阅菜单进行各个功能选项的控制。在菜单中，还有几个比较特殊的功能选项：格式化、图像质量模式选择、感光
11、度选择（ISO）、白平衡选择（WB）、效果选择（Function）、数码变焦（Digital Zoom）、录音、录像等。1.格式化：在第一次使用数码相机时，一般都要对存储卡进行格式化操作。格式化将删除存储卡上的所有信息，因此当你需要删除存储卡内的所有内容时，也可以使用该功能。2.图像质量模式选择：这也是传统相机所没有的功能。对于传统相机而言，负片、反转片等是决定图像质量的重要因素，而转化成数字图像时，则由扫描仪来控制。但在数码相机中，你可以根据所需预先控制图片质量和大小。一般来说，有“TIFF”（未压缩图像）、“SHQ”（超高质量）、“HQ”（高质量）、“SQ”（一般质量）等几种选项，各个相机
12、厂家的质量等级并不相同。3.感光度ISO选择：在传统相机中，感光度选择是通过装用不同的胶卷来实现，而数码相机中，你只需选择数据就可实现不同ISO的选择。4.白平衡选择：其实就是选择适合于不同色温条件的曝光模式。在传统相机中，这也是通过胶卷来选择的，一般有“日光型”、“灯光型”两种。相对而言，数码相机的“色温调节”不仅方便了许多，而且选择也多了，以奥林巴斯C3030为例，拥有“自动白平衡”、“晴天”、“阴天”、“钨灯照明”、“荧光灯照明”五种白平衡选择。5.效果选择：这个功能可使用户直接拍摄出特殊效果的照片来，而无须通过冲印或软件来实现。仍以奥林巴斯C3030为例，效果选项有“黑白效果”、“复古
13、效果（Sepia）”、“白板效果（White Board）”、“黑板效果（Black Board）”四种。6.数码变焦：这是数码相机特有的，但并不很受人欢迎的功能，它只是将图像的一部分用软件进行插值放大，实际上并没有增加有效像素。7.录音和录像：只有高端数码相机才具有该项功能，它使数码相机不仅可以拍摄我们平时所见的静止图像，也可以拍摄录像效果的动态图像，同时可以录取声音。 LCD的使用操作：数码相机与传统相机在操作使用上较大的区别是它可使用LCD显示屏。你可以方便地通过LCD来取景，有些数码相机的LCD显示屏可以旋转、翻折以便于特殊角度的拍摄。图像的即时回放（Play）和删除（Delete）功
14、能：这是数码相机特有的功能，也是数码相机的优势所在。你可以随时回放所拍摄的图像，检查拍摄的情况，如果你对拍摄到的图像不满意，可以方便地使用删除键删除图像，然后重新拍摄。拍摄的图像纵横比：35mm胶卷相机拍摄的照片大都是3624mm，纵横比为3:2，这是一个很经典的比例，是按照黄金分割比例设计的。而数码相机受CCD尺寸的影响，纵横比大多为4:3，拍摄的图像文件大小为800600像素或16001200像素。无论是媒体记者还是一般的摄影爱好者，在讲到数码相机时，一定会涉及“数码相机使用起来多么多么方便”、“数码相机永远也不能与传统相机相比”等等关于数码相机优劣的话题，下面我们就来作一个全面的分析：数
15、码相机与传统相机优缺点比较一览数码相机的发展前途到底会怎么样？乐观的态度是即将成为主流，但不可否认的是数码相机仍然还有不少技术瓶颈。数码相机的技术缺陷快门延时：对于传统相机而言，从按下快门键至快门释放这段延迟时间是可以被忽视的。而数码相机就不行，因为有一个快门时滞的问题，也就是说你按下快门后，CCD并没有马上捕捉光线，而是过一些时间后才开始工作。不同数码相机的快门时滞是不一样的，价格低廉的数码相机反应速度比较慢。这使得数码相机在拍摄运动物体时显得力不从心，随着技术的进步，快门延滞时间将会越来越少。长时间曝光：许多数码相机经过长时间曝光后的图像质量会有所下降，具体表现是：噪点比较多，色彩还原不自
16、然，容易出现色斑和杂色，低端数码相机在这方面更为突出。 ISO值的设置：一般来说，数码相机制造商都采用胶卷感光度的标准来对CCD的感光度进行划分，因此一台ISO 80数码相机的感光度与普通相机使用ISO 80胶卷时是相同的。一些价格昂贵的高档数码相机ISO设置可调节，可增大到ISO 200、400、800。这使得摄影师们拍摄高速运动的物体或处在弱光下的景物成为可能。虽然现在已经有ISO3200的专业数码相机，但民用级数码相机所使用的CCD感光度还很低，一般都不会ISO400、不低于ISO50，如深受行业人士看好的柯达Pro Back感光度也只ISO100。电池的使用时间：电池使用时间太短至今仍是让数码相机使用者和制造者头痛的事，各大数码相
