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1、数字摄像 第一章：认识数字摄像 第一节：数字摄像发展及现状一、数字摄影的工作原理 工作原理：虽然相机的种类五花八门，但其基本工作原理都是一样的：相机的主体是不透光的暗箱，它的前端装有镜头，拍摄对象通过镜头成像在焦平面位置，影像在这里通过影像传感器转变成电信号（电荷）被存储在存储器内。 (如果是老式胶片相机影像被直接记录在感光胶片上)。在影像传感器的表面，分布着大量的能把光信号转变为电信号的光电半导体元件，这个能把光信号转变为电信号的光电半导体材料构成的光敏元件，是数字相机非常重要的部件，在很大程度上决定着数字相机的档次和质量。 光敏元件的种类有很多，我们最常见的是CCD和CMOS。CCD是英文
2、Charge Coupled Device的缩写，译作“光电耦合元件”；而CMOS则是Complementary Metal Oxide Semiconductor的缩写，意为“互补型金属氧化物半导体”。CCD和CMOS，它们的作用是一样的，都是把光信号转变为电信号，在被摄景物比较明亮的部分，产生的电荷量就会比较多，而黑暗或相对暗淡的部分，产生的电荷数也就比较少，从而可以很成功地表征出景物的亮暗情况。二、传感器的发展 1969年加拿大物理学家威拉德博伊尔(Willard Boyle，1924年8月19日- 2011年5月7日）与美国物理学家乔治埃尔伍（George Elwood Smith，1
3、930年5月10日一），共同发明了半导体成像器件电荷耦合器件(CCD)图像传感器。1975年，世界上第一台数字相机“手持电子相机”，由数字相机之父斯蒂文赛尚在美国柯达应用电子研究中心试验成功。该相机非常笨重，甚至以现在的观点看，无法称其为数字相机：它宽20.9厘米，厚15.2厘米，高22.5厘米，重3.9千克，而存储介质则采用了数字磁带。记录一张影像需要23秒，每盒磁带可存储30幅影像。这个简陋又笨拙的样机，在当时却让影像界激动不已。该相机拥有10000像素。 目前，数字相机的传感器“CMOS”越来越多地被当作数字相机的感光组件。例如数字相机与高清数字摄像机，尤其是片幅规格较大的数字单反相机，
4、另外消费型数字相机亦开始使用背面照射式CMOS，使成像质量得以提升。CMOS跟传统的电荷耦合组件CCD相比，由于CMOS每粒像素都设有放大器，CMOS较CCD的最大特点就是功耗很低，除了功耗低，CMOS还具有速度快、抗干扰能力强、集成密度高、封装成本逐渐降低等优点。第二节：数字相机 虽然相机的种类五花八门，但其基本工作原理都是一样的：数字相机的拍摄过程是借助光学、微电子学使被摄体在光线作用下通过摄影镜头成像在影像传感器上。为了方便相机的操作使用，就在相机基本构造的基础上增加了一些功能。一、数字相机的基本结构：1.取景器（电子屏、取景窗）2.调焦装置（镜头）3.控制曝光量的装置（光圈和快门）4.
5、图像传感器（cmos、ccd）5.存储装置（cf、sd等）6.供电（电池）7.智能化、自动化控制装置（测光、自动曝光、自动调焦、自动闪光控制等等）二、数字相机的基本分类数字相机通常依照其使用的影像传感器的尺寸及用途分为：便携式数字相机（卡片机）、数字单反相机、紧凑型数字相机中画幅数字单镜头反光相机数字后背。1、便携式数字相机 俗称“卡片机”，体积小巧，外观时尚，操控方便，只有全自动拍摄模式，拍照时无需复杂的调节，只需取景、按快门就能拍摄出照片，满足了大多数图普通家庭的拍摄需要，其影像传感器尺寸小，一般在1/1.7英寸、1/2英寸、1/2.3英寸、1/2.7英寸几种左右。 2、数字单镜头反光相机
6、（单反相机）其影像传感器尺寸大，一般在24*36mm左右。，参数调节范围广，功能齐全，质量优异，便携性较好，自动化程度高，并且支持全面的手动调节功能，可以胜任的拍摄题材广。因此，无论是普通摄影爱好者还是专业摄影师都喜欢使用这类相机进行拍摄。 为满足不同用户群的需求，摄影器材厂家开发了不同档次的数字单反相机，一般分为入门级、中级、准专业级和专业级。比如：佳能的600D、尼康的D3000和D5000是入门级；佳能的50D、尼康的D90是中级机；准专业级；佳能的5D 2和5D3、尼康的D600和D8003、紧凑型数字相机 紧凑型数字相机（也称微单相机或单电相机）不是微型单反相机的意思，应该称为微型可
7、换镜头式单镜头数字相机。“微单”是专门针对中国市场决定的名字，可以涵盖微型和单反两层含义：相机微型、小巧、便携，还可以像单反相机一样更换镜头，并提供和单反相机几乎同样的画质。其它如奥林巴斯把它称为单电相机，在2008年，日本奥林巴斯和松下共同推出的一种全新概念的数字相机-Micro4/3系统，该系统舍弃了普通数字单反的五棱镜、光学取景窗等结构，采用了电子取景窗或相机屏幕取景的方式，奥林巴斯和松下把这种相机称为无反光镜的可换镜头数字相机。4、中画幅数字单镜头反光相机中画幅数字单反相机的影像传感器尺寸一般在4836mm左右，影像质量优异。2004年9月，日本玛米亚公司推出中画幅数字单反相机玛米亚Z
8、D，CCD传感器尺寸为4836mm，2200万像素，机身可兼容玛米亚645AF的所有镜头和附件。 5、数字后背 数字后背主要由影像传感器和数字处理系统等部分组成，其结构简单，与机身相连的一面为影像传感器和信号传递触点，背面是彩色液晶显示屏和操作键，侧面为存储卡室和各类接口。数字后背配接在中画幅相机或大画幅相机上使用，解决了这些相机的数字化拍摄问题。CCD尺寸为53.740.4mm。主要运用在对画质要求极高的建筑、风光、肖像和产品广告摄影领域。早期的数字后背多为扫描型，采用线形影像传感器，曝光时间长，多用于拍静止的景物，现在则以面形影像传感器为主，与一般数字拍摄无 此外，目前很多手机具备了数字拍
9、照功能，像素直逼流行数字相机，有些先进的功能，比如选择性对焦，让一些数字单反相机都汗颜但是，大多数不具备光学变焦功能和手动调节功能，成像品质与同像素的数字相机相比还有一定差距。三、数字相机的存储介质 “存储介质”或“存储媒介”。它是一种外置可装卸式存储介质，通俗的称呼叫“影像储存卡”，最常见的有以下几种。1、 CF卡 CF卡（Compact Flash卡）采用闪存技术，是一种稳定的存储解决方案。 CF卡具有比其它存储方式更长的寿命，拥有较好的兼容性及稳定性，不需要电池来维持其中存储的数据。目前CF卡已经成为一种较贵的存储卡，基本上已经是数字单反“专用”，市面上销售的CF卡都是定位较高的高速产品
10、。现在的CF卡容量有：4GB、8GB、16GB、32GB、64GB与100GB，其中32GB标榜速度为全球最快的CF记忆卡，可达667倍速，读取速度可达每秒100MB、写入可达每秒80MB；完全可以满足专业人士对于高速连拍甚至是高清格式高规格录像的严格要求，100GB的版本则是233倍，写入达每秒35MB。 由于CF卡与其他种类的存储卡相比，它的体积略微偏大，现在流行的超薄数字相机大多放弃了CF卡，而改用体积更为小巧的SD卡。另外，CF卡的工作温度一般是040摄氏度。因此0度以下的环境中，即使是专业机也可能无法工作。2、 SD卡 SD卡(Secure Digital)又叫“安全卡”， SD卡采
11、用高性能的9针接口界面与专门的驱动器相连接，不需要额外的电源来保持其记忆的信息。而且是一体化固体介质，没有任何移动部分，所以不用担心机械运动的损坏。此外，保护开关和防盗版设计都使其成了名副其实的“安全卡”，再加上传输速度和容量的不断提高，使之成了专业人士非常喜欢的一种存储介质，被广泛应用于专业、民用数字摄影图片文件的保存。 SD2.0的规范中对SD卡的速度分级方法是：普通卡和高速卡的速率定义为：Class 2、Class 4、Class 6和Class 10四个等级，Class 2的读取速度为2.OMB/秒，Class 10读取速度为10.OMB/秒。超高速卡的速率目前只-UHS Class
12、l-个等级，读取速度312MB/秒。SD系列记忆卡几乎所有专利权都掌控在闪迪（San Disk）手上。3、 记忆棒 记忆棒全称Memory Stick，又称MS卡是一种可移除式的快闪记忆卡格式的存储设备，它是由日本索尼(SONY)公司最先研发出来的移动存储媒体，于1998年10月推出市场。具有外形小巧、稳定性较高、版权保护功能等优点。缺点则是通常只能在索尼的数字产品中使用，兼容性不够好，容量也不够大。S*S记忆棒是为高速专业数字视频处理而设计，为新一代摄像机例如XDCAM EXlEX3EXIR和非线性编辑系统设计的SXS存储卡基于闪存技术，可实现大型文件的高传输率，比如高清视频，上载至电脑进行
13、非线性编辑等，超高速度是其主要卖点，已经可以达到800Mbps。4、MMC MMC卡(Multimedia Card) 常译作“多媒体存储卡”，是在1997年由美国闪迪 (SanDisk)公司和德国西门子(Siemens)公司共同开发的一种小型轻量的多功能存储卡。目前MMC卡正在被SD卡逐渐取代。 总之，我们在选择存储介质尽量考虑技术成熟、主流的产品。另外要注意，存储卡与相机相互之间采用电路连接，在数据处理指示灯点亮期间，不管出现什么状况，都不要打开存储卡插槽盖或者拔出存储卡。这样不仅可能丢失所存储的图像数据，甚至可能导致存储卡损坏，所以使用存储卡时应非常小心。四、像素和感应器的大小 1、像素
14、 像素-是图像显示的基本单位。英文“pixel”，pix是英语单词照片（picture）的常用简写，加上“元素”（element），就得到pixel，故“像素”表示“图像元素”之意。一幅数字图像看起来是连续性的浓淡阶调，不像分离的点或者方块；但是我们若把影像放大数倍，会发现这些连续色调其实是由许多色彩相近的小方点所组成，这些小方点就是构成影像的最小单位“像素”。在很多情况下，它们采用点或者方块显示。每个像素可有各自的颜色值，可采用三原色显示，因而又分成红、绿、蓝三种子像素（RGB色域如下图），或者青、品红、黄和黑（CMYK色域，印刷行业以及打印机中常见）。照片是一个个采样点的集合，故而单位面积
15、内的像素越多代表分辨率越高，所显示的图像就会接近于真实物体。 光学成像三原色 （红、绿、蓝） 像素分为总像素和有效像素，因为每个像素实际上只能识别一种色彩信息，后期上需要借助周边像素的色彩信息来进行解码，还原本来的色彩。所以边缘的像素是不能参与成像的，它们是负责提供色彩信息来解码的，因此，总像素是大于有效像素的。现在市场上的数字相机一般都会标明是总像素还是有效像素。第二课： 2、分辨率像素和分辨率两者密不可分。 “分辨率”指的是单位长度中所表达或包含的像素数目。和像素一样，分辨率也分为很多种。其中最常见的是影像分辨率和打印分辨率。影像分辨率，我们通常说的数字相机输出照片最大分辨率，指的就是影像分辨率，即每英寸所拥有的像素数，单位是ppi (PixelperInch)。 打印分辨率也是很常见的一种，是指每英寸所打印的点数或线数，就是打印机或者冲印设备的输出分辨率，单位是dpi (dot per inch)。 我们的眼睛能分辨出的最大分辨率是300dpi，例如：身份证图案上部的花纹中心，隐藏着“居民身份证”这五个汉语拼音第一个字母的缩写“JMSFZ”，但是这五个字母是微缩的，每个大小不
