工業(yè)相機(jī)原理

1、工作原理：在單反數(shù)碼相機(jī)的工作系統(tǒng)中，光線透過鏡頭到達(dá)反光鏡后，折射到上面的對焦屏并結(jié)成影像，透過接目鏡和五棱鏡，我們可以在觀景窗中看到外面的景物。與此相對的，一般數(shù)碼相機(jī)只能通過LCD屏或者電子取景器（EVF）看到所拍攝的影像。顯然直接看到的影像比通過處理看到的影像更利于拍攝。在DSLR拍攝時，當(dāng)按下快門鈕，反光鏡便會往上彈起，感光元件（CCD或CMOS）前面的快門幕簾便同時打開，通過鏡頭的光線便投影到感光原件上感光，然后后反光鏡便立即恢復(fù)原狀，觀景窗中再次可以看到影像。單鏡頭反光相機(jī)的這種構(gòu)造，確定了它是完全透過鏡頭對焦拍攝的，它能使觀景窗中所看到的影像和膠片上永遠(yuǎn)一樣，它的取景范圍和實(shí)際

2、拍攝范圍基本上一致，十分有利于直觀地取景構(gòu)圖。主要特點(diǎn)：單反數(shù)碼相機(jī)的一個很大的特點(diǎn)就是可以交換不同規(guī)格的鏡頭，這是單反相機(jī)天生的優(yōu)點(diǎn)，是普通數(shù)碼相機(jī)不能比擬的。另外，現(xiàn)在單反數(shù)碼相機(jī)都定位于數(shù)碼相機(jī)中的高端產(chǎn)品，因此在關(guān)系數(shù)碼相機(jī)攝影質(zhì)量的感光元件（CCD或CMOS）的面積上，單反數(shù)碼的面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通數(shù)碼相機(jī)，這使得單反數(shù)碼相機(jī)的每個像素點(diǎn)的感光面積也遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于普通數(shù)碼相機(jī)，因此每個像素點(diǎn)也就能表現(xiàn)出更加細(xì)致的亮度和色彩范圍，使單反數(shù)碼相機(jī)的攝影質(zhì)量明顯高于普通數(shù)碼相機(jī)。感光器件提到數(shù)碼相機(jī)，不得不說到就是數(shù)碼相機(jī)的心臟感光器件。與傳統(tǒng)相機(jī)相比，傳統(tǒng)相機(jī)使用“膠卷”作為其記錄信息的載體，而數(shù)

3、碼相機(jī)的“膠卷”就是其成像感光器件，而且是與相機(jī)一體的，是數(shù)碼相機(jī)的心臟。感光器是數(shù)碼相機(jī)的核心，也是最關(guān)鍵的技術(shù)。數(shù)碼相機(jī)的發(fā)展道路，可以說就是感光器的發(fā)展道路。目前數(shù)碼相機(jī)的核心成像部件有兩種：一種是廣泛使用的CCD（電荷藕合）元件；另一種是CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物導(dǎo)體）器件。電荷藕合器件圖像傳感器CCD（Charge Coupled Device），它使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過壓縮以后由相機(jī)內(nèi)部的閃速存儲器或內(nèi)置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，并借助于計(jì)算機(jī)的處理手段，根據(jù)需要和想像來修改圖像。C

4、CD由許多感光單位組成，通常以百萬像素為單位。當(dāng)CCD表面受到光線照射時，每個感光單位會將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產(chǎn)生的信號加在一起，就構(gòu)成了一幅完整的畫面。CCD    CCD和傳統(tǒng)底片相比，CCD 更接近于人眼對視覺的工作方式。只不過，人眼的視網(wǎng)膜是由負(fù)責(zé)光強(qiáng)度感應(yīng)的桿細(xì)胞和色彩感應(yīng)的錐細(xì)胞，分工合作組成視覺感應(yīng)。 CCD經(jīng)過長達(dá)35年的發(fā)展，大致的形狀和運(yùn)作方式都已經(jīng)定型。CCD 的組成主要是由一個類似馬賽克的網(wǎng)格、聚光鏡片以及墊于最底下的電子線路矩陣所組成。目前有能力生產(chǎn) CCD 的公司分別為：SONY、Philips、Kodak、Matsush

5、ita、Fuji和Sharp，大半是日本廠商。CCD 結(jié)構(gòu)CCD 結(jié)構(gòu)    目前主要有兩種類型的CCD光敏元件，分別是線性CCD和矩陣性CCD。線性CCD用于高分辨率的靜態(tài)照相機(jī)，它每次只拍攝圖象的一條線，這與平板掃描儀掃描照片的方法相同。這種CCD精度高，速度慢，無法用來拍攝移動的物體，也無法使用閃光燈。CCD特點(diǎn)    矩陣式CCD，它的每一個光敏元件代表圖象中的一個像素，當(dāng)快門打開時，整個圖象一次同時曝光。通常矩陣式CCD用來處理色彩的方法有兩種。一種是將彩色濾鏡嵌在CCD矩陣中，相近的像素使用不同顏色的濾鏡。典型的有G-R-

6、G-B和C-Y-G-M兩種排列方式。這兩種排列方式成像的原理都是一樣的。在記錄照片的過程中，相機(jī)內(nèi)部的微處理器從每個像素獲得信號，將相鄰的四個點(diǎn)合成為一個像素點(diǎn)。該方法允許瞬間曝光，微處理器能運(yùn)算地非?？?。這就是大多數(shù)數(shù)碼相機(jī)CCD的成像原理。因?yàn)椴皇峭c(diǎn)合成，其中包含著數(shù)學(xué)計(jì)算，因此這種CCD最大的缺陷是所產(chǎn)生的圖象總是無法達(dá)到如刀刻般的銳利。CMOS    互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）和CCD一樣同為在數(shù)碼相機(jī)中可記錄光線變化的半導(dǎo)體。CMOS的制造技術(shù)和一般計(jì)算機(jī)芯片沒什么差別

7、，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶電） 和 P（帶+電）級的半導(dǎo)體，這兩個互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀(jì)錄和解讀成影像。然而，CMOS的缺點(diǎn)就是太容易出現(xiàn)雜點(diǎn), 這主要是因?yàn)樵缙诘脑O(shè)計(jì)使CMOS在處理快速變化的影像時，由于電流變化過于頻繁而會產(chǎn)生過熱的現(xiàn)象。CMOS特點(diǎn)    除了CCD和CMOS之外，還有富士公司獨(dú)家推出的SUPER CCD，SUPER CCD并沒有采用常規(guī)正方形二極管，而是使用了一種八邊形的二極管，像素是以蜂窩狀形式排列，并且單位像素的面積要比傳統(tǒng)的CCD大。將像素旋轉(zhuǎn)45度排列的結(jié)果是可以縮小對圖

8、像拍攝無用的多余空間，光線集中的效率比較高，效率增加之后使感光性、信噪比和動態(tài)范圍都有所提高。    傳統(tǒng)CCD中的每個像素由一個二極管、控制信號路徑和電量傳輸路徑組成。SUPER CCD采用蜂窩狀的八邊二極管，原有的控制信號路徑被取消了，只需要一個方向的電量傳輸路徑即可，感光二極管就有更多的空間。SUPERCCD在排列結(jié)構(gòu)上比普通CCD要緊密，此外像素的利用率較高，也就是說在同一尺寸下，SUPER CCD的感光二極管對光線的吸收程度也比較高，使感光度、信噪比和動態(tài)范圍都有所提高。    那為什么SUPER CCD的輸出像素會比有效像素高呢？我們知道CCD對綠色不很敏感，因此是以GBRG來合成。各個合成的像素點(diǎn)實(shí)際上有一部分真實(shí)像素點(diǎn)是共用，因此圖象質(zhì)量與理想狀態(tài)有一定差距，這就是為什么一些高端專業(yè)級數(shù)碼相機(jī)使用3CCD分別感受RGB三色光的原因。而SUPERCCD通過改變像素之間的排列關(guān)系，做到了R、G、B像素相當(dāng)，在合成像素時也是以三個為一組。因此傳統(tǒng)CCD是四個合成一個像素點(diǎn)，其實(shí)只要