數(shù)碼產(chǎn)品的成像原理

1、數(shù)碼產(chǎn)品的成像原理摘 要 本文介紹數(shù)碼相機(jī)的基本原理，比較其與傳統(tǒng)相機(jī)之間的差異，提出選擇數(shù)碼相機(jī)的具體方法。關(guān)鍵詞 數(shù)碼影像 數(shù)碼相機(jī) 像素 分辨率 近年來數(shù)碼技術(shù)飛速發(fā)展，數(shù)碼相機(jī)在教學(xué)攝影尤其是醫(yī)學(xué)攝影中的應(yīng)用也越來越普遍， 數(shù)碼相機(jī)所記錄的影像當(dāng)時(shí)就可以在液晶屏上看到拍攝效果，并且不需要進(jìn)行復(fù)雜的暗房工作就可以很方便地通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像加工處理、打印照片、制作多媒體幻燈、儲存?zhèn)溆玫?，由于它是?shù)字化信息 ，還可以借助數(shù)字通訊網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)即時(shí)遠(yuǎn)距離傳輸。因此，數(shù)碼相機(jī)越來越受到人們的青睞 ，已逐步成為計(jì)算機(jī)的外附設(shè)備而得到普及。 一、數(shù)碼相機(jī)的成像原理數(shù)碼相機(jī)的成像原理可以簡單的概括為電荷耦

2、合器件(CCD)接收光學(xué)鏡頭傳遞來的影像，經(jīng) 模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后貯于存貯器中。數(shù)碼相機(jī)的光學(xué)鏡頭與傳統(tǒng)相機(jī)相同，將影像聚到感光器件上，即(光)電荷耦合器件(CCD) 。C CD替代了傳統(tǒng)相機(jī)中的感光膠片的位置，其功能是將光信號轉(zhuǎn)換成電信號，與電視攝像相同。CCD是半導(dǎo)體器件，是數(shù)碼相機(jī)的核心，其內(nèi)含器件的單元數(shù)量決定了數(shù)碼相機(jī)的成像質(zhì)量像素，單元越多，即像素?cái)?shù)高，成像質(zhì)量越好，通常情況下像素的高低代表了數(shù)碼相機(jī)的檔次和技術(shù)指標(biāo)。CCD將被攝體的光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘栯娮訄D像，這是模擬信號，還需進(jìn)行數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換才能為計(jì)算機(jī)處理創(chuàng)造條件，將由模/數(shù)轉(zhuǎn)換器(A/D)來轉(zhuǎn)換工作 。數(shù)

3、字信號形成后，由微處理器(MPU)對信號進(jìn)行壓縮并轉(zhuǎn)化為特定的圖像文件格式儲存； 數(shù)碼相機(jī)自身的液晶顯示屏(LCD)用來查看所拍攝圖像的好壞，還可以通過軟盤或輸出接口直接傳輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行圖像處理、打印、上網(wǎng)等工作。其工作原理及圖像處理過程如下圖：二、數(shù)碼相機(jī)與傳統(tǒng)相機(jī)的比較從外觀和操作功能設(shè)置上看，數(shù)碼相機(jī)與傳統(tǒng)相機(jī)沒有很大的差異，但工作原理和實(shí)際應(yīng)用 還是有很大的不同?？蓮囊韵聨讉€(gè)方面來看。 1.感光載體：傳統(tǒng)相機(jī)使用的是銀鹽感光材料膠卷，膠卷有黑白與彩色 之分，有感光高低之分，根據(jù)使用的不同，還有負(fù)片、反轉(zhuǎn)片等之別，拍攝后要經(jīng)過沖洗加工才能看到影像 ，不經(jīng)過沖洗無法知道拍攝的好壞，感光材料

4、只能一次性使用，且圖像效果較難改變，而數(shù)碼相機(jī)不使用膠卷，拍攝好壞可以通過相機(jī)自身的液晶屏回放直接觀看，對不滿意的影像可以刪除，存儲器可以反復(fù)使用，拍攝后可由計(jì)算機(jī)來完成各種處理。2.影像質(zhì)量：傳統(tǒng)相機(jī)使用的鹵化銀膠片拍攝，影像質(zhì)量以每英寸解像度多少作為指標(biāo)，一般常用感光度21定的35毫米膠卷解像度為3000左右，相當(dāng)于數(shù)碼影像2000萬像素以上水平。目前我們常見到數(shù)碼相機(jī)像素多在200萬左右，少數(shù)品牌可達(dá)300萬像素。另外，鹵化銀膠卷對 捕捉景物的色彩和色調(diào)寬度大于CCD元件，CCD元件在較亮或較暗光線下會(huì)丟失部分細(xì)節(jié)。從上述兩個(gè)方面看，顯然數(shù)碼影像的解像度、層次、質(zhì)感、色飽和度等都遠(yuǎn)不如傳

5、統(tǒng)相機(jī)拍攝的圖片。3.拍攝的敏捷性：HT傳統(tǒng)相機(jī)按下快門即時(shí)記錄，帶有連拍功能的相機(jī)，每秒可拍3-12張連續(xù) 影像。而數(shù)碼相機(jī)在按下快門，記錄影像要慢約1秒種，這個(gè)時(shí)間差主要是供相機(jī)進(jìn)行快門時(shí)間、聚焦、光圈等一系列調(diào)整，拍攝以后還要進(jìn)行圖像處理和存儲，需要大約2-5秒的待 機(jī)時(shí)間才能拍攝下一張。從數(shù)碼相機(jī)的反應(yīng)敏捷性上講，與傳統(tǒng)相機(jī)差距較大，遠(yuǎn)不能滿足 各種抓拍要求。4.影像處理：傳統(tǒng)相機(jī)拍攝的影像必須經(jīng)過暗房沖洗工藝來完成，沖冼工序要求嚴(yán)格且繁瑣，非專業(yè)人員一般無法進(jìn)行，相比之下，數(shù)碼相機(jī)拍攝的影像處理起來就方便得多，可直接輸入到計(jì)算機(jī)中處理后打印出來，在計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的功能下，可以對景像進(jìn)行各

6、種修改或創(chuàng)意處理，以至于改頭換面，隨心所欲實(shí)現(xiàn)各種創(chuàng)作遐想， 做到天衣無縫，不會(huì)顯現(xiàn)任何破綻，這是傳統(tǒng)攝影暗房技巧難以做到的。 綜上所述，兩種相機(jī)各有優(yōu)劣勢，筆者認(rèn)為，在相當(dāng)?shù)囊欢螘r(shí)間里，二者并存，相互不可取代。傳統(tǒng)的照相發(fā)展已有百余年歷史，鹵化銀膠片記錄影像分辨率極高，畫質(zhì)無以倫比。而數(shù)碼影像的發(fā)展只是近幾年的事，發(fā)展非常迅速，技術(shù)逐漸成熟，有著廣闊的潛力和發(fā)展前景，如果達(dá)到傳統(tǒng)相機(jī)記錄的影像水平，還有一段路程要走。這里并無評述兩種相機(jī)好壞之意，只是說明兩者各有其特點(diǎn)，可以根據(jù)實(shí)際需要來選擇。 三、對數(shù)碼相機(jī)的評價(jià) 目前，市場上的數(shù)碼相機(jī)品種繁多，常見的品牌有奧林帕斯、尼康、柯達(dá)、富士、佳能

7、、三洋、索尼、寶利來、卡西歐等等。面對眾多的品牌，各異的款式，評價(jià)它們可從以下幾個(gè)方面去考慮。1.像素：像素通常作為劃分?jǐn)?shù)碼相機(jī)檔次的主要依據(jù)。CCD的分辯率(像素點(diǎn)) 在一定意義上 決定了成像質(zhì)量(圖像分辨率)，在這里要注意區(qū)分兩個(gè)分辨率的概念，CCD的分辨決定了圖像的分辨率，但這兩個(gè)分辨率一般情況下是不相等的，CCD分辨率大于圖像分辨率，這是因?yàn)镃CD作為光敏成像器件，在拍攝時(shí)，由于邊緣光的影響，其邊緣的像素點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)一定的偏色和眩暈，當(dāng)CCD像素大于圖像拍攝像素時(shí)，邊緣像素會(huì)自動(dòng)被切除，從而去除偏色和眩暈 ，且切除越多越好。這就是廠家用150萬像素的CCD生產(chǎn)最大可拍攝1344×

8、1008(135萬像素)的圖像數(shù)碼相機(jī)的原因。因此，CCD的精度越高于拍攝圖像精度越好。 2.量化比特?cái)?shù)：HT數(shù)碼相機(jī)成像芯片上每個(gè)像素點(diǎn)接受被攝體成像光照后，會(huì)產(chǎn)生與光照成一定比例關(guān)系的模擬信號，模擬信號經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)字信號的位數(shù)稱作量化比特?cái)?shù)。比特?cái)?shù)反映了數(shù)碼相機(jī)表現(xiàn)亮度和色彩的性能，比特?cái)?shù)越高，圖像層次感越強(qiáng)，色彩越逼真 。3.鏡頭：對于傳統(tǒng)照相機(jī)來講，鏡頭一直是影響成像質(zhì)量的關(guān)鍵因素，由于數(shù)碼相機(jī)的CCD分辨率遠(yuǎn)低于鏡頭，因此，對鏡頭的分辨率沒有很高的要求。數(shù)碼相機(jī)標(biāo)明的鏡頭焦距不同于35毫米的普通相機(jī)。數(shù)碼相機(jī)鏡頭上標(biāo)明f:7.4mm，f:5.2-1 5.6mm等數(shù)值，這是

9、鏡頭焦距。以往我見到的f:50mm、f:28-85mm是針對35毫米相機(jī)而言的， 它的成像尺寸是135膠卷(24mm×36mm)。而數(shù)碼相機(jī)中CCD成像尺寸遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于普通相機(jī)的成像尺寸。在數(shù)碼相機(jī)的尺寸變小，焦距也變小，視角才能與普通相機(jī)相同。要注意說明書中對 應(yīng)35毫米相機(jī)鏡頭的焦距數(shù)值。 4.存儲器：存儲器可分為內(nèi)置存儲器和可移動(dòng)存儲器。內(nèi)置存儲器安裝在相機(jī)內(nèi)部，用于臨時(shí)存儲圖像，裝滿后要及時(shí)向計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)移文件，否則無法繼續(xù)存入圖像；可移動(dòng)存儲器(軟 盤、PC卡、CF(Compact Flash)卡、SM(Smart Media)卡等)裝滿后可取出更換，就象普通相 機(jī)拍完可換膠卷一樣

10、，所不同的是這些存儲器可以刪除和反復(fù)記錄，使用方便、靈活。 5.壓縮方式：大部分?jǐn)?shù)碼相機(jī)設(shè)置二種或三種JPEG壓縮方式供拍攝選擇，有的數(shù)碼相機(jī)同 時(shí)還提供了非壓縮的TIFF(Tag Image File Format)格式。壓縮比大，占用存儲空間小，但圖像細(xì)節(jié)被壓縮算法丟失多 ，圖像分辨率低；壓縮比小，可保留更多的圖像細(xì)節(jié)不被壓縮算法消除，圖像細(xì)膩，層次表 現(xiàn)豐富，質(zhì)感強(qiáng)，但占用存儲空間大。 6.接口：接口是數(shù)碼相機(jī)連接外部設(shè)備的通道。常見數(shù)碼相機(jī)的接口有：串行接口、并行接口、USB(Universal Serial Bus)接口、AV接口、電源輸入接口等，有的數(shù)碼相機(jī)還提供了閃光同步接口、紅外端口等。 串行接口和并行接口是早期數(shù)碼相機(jī)與計(jì)算機(jī)的連接口，現(xiàn)在大多數(shù)采用USB接口，USB接口傳輸速度較前都快；紅外端口可以直接與計(jì)算機(jī)或另一臺數(shù)碼相機(jī)傳遞信息；閃光同步接口用來進(jìn)行復(fù)雜的閃光攝影。在選擇時(shí)應(yīng)考慮