數(shù)碼相機(jī)的基礎(chǔ)知識-第一部分(上)資料

1、第一部分(b fen) 數(shù)碼相機(jī)的基礎(chǔ)知識共五十三頁內(nèi)容提要(ni rn t yo)（上）數(shù)碼相機(jī)的功能特點(diǎn)；數(shù)碼相機(jī)的分類；數(shù)碼相機(jī)的結(jié)構(gòu)(jigu)；數(shù)碼相機(jī)的成像原理與成像器件；共五十三頁1.1 數(shù)碼相機(jī)(sh m xin j)的功能特點(diǎn)數(shù)碼相機(jī)和傳統(tǒng)相機(jī)在外觀上，除了有屏幕預(yù)覽窗口(LCD)和更多的按鈕之外，沒有大的區(qū)別。作為一個全數(shù)字化的產(chǎn)品，只要按動快門，即通過圖像傳感器，將所拍攝景物的光圖像轉(zhuǎn)為電信號，經(jīng)過處理，輸出存儲器上，生成計算機(jī)能夠識別(shbi)的數(shù)字影像。不要膠卷，無需沖印。共五十三頁數(shù)碼相機(jī)的功能(gngnng)特點(diǎn)在拍攝同時，通過LCD可以預(yù)覽當(dāng)前的圖像，是否滿意

2、，不滿意可以立即刪除，十分方便。數(shù)碼相機(jī)與傳統(tǒng)相機(jī)的最大區(qū)別，在于影像的存儲上。由于放棄使用膠卷，而以數(shù)字存儲器取而代之，可以反復(fù)使用，經(jīng)濟(jì)、環(huán)保又快捷。保存的影像不會變質(zhì)、褪色，通過網(wǎng)絡(luò)可以迅速傳播(chunb)。因此，數(shù)碼相機(jī)的出現(xiàn)很大程度上改變了人們的生活和工作。共五十三頁1.2 數(shù)碼相機(jī)(sh m xin j)的分類數(shù)碼相機(jī)的分類方法有許多種，比如按功能、價格、以及按數(shù)碼相機(jī)自身的成像元件等。我們這里(zhl)按照數(shù)碼相機(jī)的功能和使用者，將數(shù)碼相機(jī)分為三個類別，這種分類并不精確，界限也并非非常清晰。共五十三頁入門級和商業(yè)(shngy)級的數(shù)碼相機(jī)家用入門級數(shù)碼相機(jī)：該類數(shù)碼相機(jī)功能簡潔

3、、操作方便、易于使用、按鈕較少；體積不大，攜帶方便、價錢適當(dāng)（一般在4000元以下）；成像像素在500或以下。有些也有手動功能、10倍左右的長焦鏡頭或廣角鏡頭(un jio jn tu)。商業(yè)級高檔數(shù)碼相機(jī)：又稱為消費(fèi)級的數(shù)碼相機(jī)，功能強(qiáng)大，技術(shù)先進(jìn)；采用名廠鏡頭，一般具有高倍變焦鏡頭或廣角鏡頭；成像像素在600800萬；體積較大大，手動功能豐富；使用最新的成像技術(shù)，拍攝效果極佳。價格在5000元以上。適合有一定基礎(chǔ)的攝影愛好者。共五十三頁專業(yè)級數(shù)碼相機(jī)(sh m xin j)專業(yè)級數(shù)碼相機(jī)：包括數(shù)碼機(jī)背、專業(yè)單反數(shù)碼相機(jī)等，主要用于新聞、圖片等專業(yè)用途，以及軍事、航天等特殊領(lǐng)域。我們最常見的

4、就是(jish)專業(yè)單反數(shù)碼相機(jī)。所謂單反：就是(jish)單鏡頭、反光式。它們具備了對焦迅捷、成像優(yōu)異、使用便捷、性能優(yōu)越等特點(diǎn)。機(jī)身使用堅固的合金，在防塵、防潮、防震甚至放水方面都表現(xiàn)極佳，數(shù)據(jù)處理和存儲速度更高。適合專業(yè)攝影師和資深攝影愛好者使用。價錢在8000元到數(shù)萬元不等。生產(chǎn)廠家如：尼康（Nikon）、佳能（Canon）等。共五十三頁1.3 數(shù)碼相機(jī)(sh m xin j)的結(jié)構(gòu)數(shù)碼相機(jī)是一個相當(dāng)(xingdng)復(fù)雜的光、機(jī)、電結(jié)合體，以下以佳能（Canon）EOS 350D專業(yè)單反數(shù)碼相機(jī)；索尼F-828商業(yè)級數(shù)碼相機(jī)；卡西歐（Casio）EX-Z57超薄時尚數(shù)碼相機(jī)為例，簡要

5、介紹一下數(shù)碼相機(jī)的內(nèi)部和外部構(gòu)造。共五十三頁佳能EOS300D的內(nèi)部(nib)構(gòu)造圖 共五十三頁數(shù)碼單反 CANONEOS350D正面圖共五十三頁CANONEOS350D背面(bimin)圖共五十三頁CANONEOS350D俯視圖共五十三頁商業(yè)(shngy)級 Sony F-828構(gòu)造圖共五十三頁Sony F-828正面(zhngmin)、背面圖共五十三頁Sony F-828側(cè)面(cmin)、俯視圖共五十三頁Sony F-828鏡頭(jngtu)、閃光燈共五十三頁Sony F-828機(jī)身(j shn)可旋轉(zhuǎn)、底部共五十三頁Sony F-828電池(dinch)存儲卡倉共五十三頁Sony F-8

6、28 其他(qt)部件共五十三頁入門級：CASIO EX-Z57 正面圖共五十三頁CASIO EX-Z57背面(bimin)帶底座圖共五十三頁CASIO EX-Z57側(cè)面圖共五十三頁1.4 數(shù)碼相機(jī)的成像原理(yunl)與成像器件雖然數(shù)碼相機(jī)的流行還是這幾年的事情，但數(shù)字影像的歷史可以追溯到19世紀(jì)。1873年，科學(xué)家Joseph May等發(fā)現(xiàn)(fxin)化學(xué)元素硒（Selenium）的結(jié)晶體感光后可以產(chǎn)生電流，由此拉開了數(shù)字影像的序幕。此后的一百多年間，數(shù)字影像技術(shù)得到了迅猛的發(fā)展，其中的關(guān)鍵是電子影像感應(yīng)器（EIS，Electronic Image Sensor）。共五十三頁1.4.1 電

7、子(dinz)影像感應(yīng)器（EIS）EIS可以接收光線信號，并根據(jù)光線的強(qiáng)弱產(chǎn)生相應(yīng)的電流，因此EIS也被稱為光電感應(yīng)器，然后通過系統(tǒng)處理，再將電信號轉(zhuǎn)化為圖像數(shù)據(jù)(shj)。這樣光學(xué)圖像就變成了數(shù)字圖像。EIS廣泛應(yīng)用于各種攝影攝像設(shè)備、天文望遠(yuǎn)鏡、掃描儀、傳真機(jī)和醫(yī)用內(nèi)窺鏡等。共五十三頁常見的電子(dinz)影像感應(yīng)器（一）PMT（PhotoMultiplierTube）光學(xué)倍增管：體積較大，價格(jig)高昂，主要用于印刷、出版和工程分析的滾筒掃描儀，是成像效果最好的電子影像感應(yīng)器。CCD（Charge Coupled Device），即電荷耦合器。1969年由貝爾實驗室發(fā)明，體積小巧，可

8、用于數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼攝像機(jī)和掃描儀等。感光能力與質(zhì)量稍低于PMT。共五十三頁常見(chn jin)的電子影像感應(yīng)器（二）CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor），即互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體。原來用于傳感器領(lǐng)域，從98年開始用于數(shù)字影像，結(jié)構(gòu)較CCD簡單，成本低，但成像質(zhì)量也低于CCD。用于數(shù)碼相機(jī)(sh m xin j)的電子影像傳感器主要是CCD和CMOS。共五十三頁1.4.2 數(shù)字影像工作(gngzu)原理下面我們以CCD為例簡單(jindn)介紹一下，數(shù)碼相機(jī)是如何形成一幅數(shù)碼照片的。數(shù)碼相機(jī)成像所需的重要部件分別為：CCD、放大器、ADC（

9、Analog/Digital Converter、模擬/數(shù)字信號轉(zhuǎn)換器）、DSP（數(shù)字信號處理器）、存儲器等。共五十三頁成像原理(yunl)光圖像(t xin)R/G/BCCDDSP存儲器LCD鏡頭組數(shù)字或視頻接口CCD上覆蓋一層彩色濾鏡；CCD部分包括放大器和ADC數(shù)字圖像經(jīng)過彩色修正、白平衡處理、編碼為相應(yīng)圖像格式和分辨率共五十三頁1.4.3 成像器件(qjin)CCD影像感應(yīng)器目前已大部份被使用在數(shù)碼相機(jī)上，而近年來CMOS感應(yīng)器也逐漸開始出現(xiàn)(chxin)在數(shù)碼相機(jī)的市場當(dāng)中。CMOS具備了許多CCD所沒有一些優(yōu)勢，例如：省電、高集成度、成本更低等等。因此就未來影像感應(yīng)技術(shù)的發(fā)展來看，

10、數(shù)碼相機(jī)的影像感應(yīng)器市場將會是CCD與CMOS的兵家必爭之地。共五十三頁像素的定義(dngy)和原理每一個CCD都是由很多感光元件組成的，這些感光元件呈矩陣排列。一個感光元件對應(yīng)一個像素，數(shù)碼相機(jī)所標(biāo)注的CCD分辨率（像素值）也就是CCD上感光元件的數(shù)量。比如一款標(biāo)稱(bio chn)210萬像素的數(shù)碼相機(jī)，即表示它的CCD上有210萬個感光元件。感光元件越多，CCD分辨率越高，成像尺寸越大。共五十三頁補(bǔ)充：像素(xin s)的原理像素是組成圖像的基本單位。像素是一個小的方形的顏色塊，每個像素都被分配了一個特定的位置和顏色值。一個圖像通常由許多像素組成，這些像素被排成橫行或縱列。當(dāng)使用縮放工具

11、將圖像放大到足夠大時，就可以看到類似馬賽克的效果，其中的每個小方塊就是(jish)一個像素。單位面積內(nèi)的像素越多，圖像的分辨率（ppi）就越高，圖像效果就越好。共五十三頁像素(xin s)的示例放大4倍放大8倍共五十三頁CCD的外觀(wigun)圖顯微鏡下的CCD表面(biomin)共五十三頁CCD的結(jié)構(gòu)圖成像區(qū)域(qy)放大器每塊CCD正面(zhngmin)結(jié)構(gòu)圖感光元件電荷緩存器CCD表面的濾鏡共五十三頁關(guān)于(guny)CCD的成像質(zhì)量除了CCD的像素值外，CCD的尺寸也是成像的關(guān)鍵。我們常見的CCD尺寸有1/2英寸，2/3英寸，1/2.7英寸。它表示CCD對角線的長度。相同像素的CCD，

12、尺寸越大，感光元件的動態(tài)范圍等指標(biāo)就越好，性能也就越好。要想進(jìn)一步提升CCD像素值，有兩個辦法，其一保持現(xiàn)有CCD尺寸，提高工藝縮小感光元件的單位面積，這也是現(xiàn)在常用的方法；另一種是，加大CCD的面積，但這么(zh me)作成本較高，廠商一般不愿意。共五十三頁關(guān)于(guny)濾鏡CCD原本是一種只能感受黑白顏色的傳感器，為了能夠增加顏色信息，所以在CCD的各個像素前面添加(tin ji)了色彩濾鏡，只讓特定顏色的光線通過，從而獲得了顏色信息。以原色濾鏡為例，每一種濾鏡都是4個一組，覆蓋在每一個像素上（每一個感光元件上）。每一組原色系的濾鏡包括1個紅（R）、2個綠（G）和1個藍(lán)（B），以G-R-

13、G-B的方式排列。共五十三頁光線(gungxin)中的色彩可見光是電磁光譜中非常小的一部分紅色光線(gungxin)有最長的波長，而紫色光線(gungxin)的波長最短。共五十三頁三原色自然界中的三原色通常是指：紅（Red）綠（Green）藍(lán)（Blue）自然界中的白光（如陽光(ynggung)）是由這三種原色疊加而成的。原色，意味著由它們可以生成其它的所有顏色。共五十三頁白色的光線是由三原色相互混合而成的。由于(yuy)這三色光混合產(chǎn)生的顏色比原來的顏色亮度值高，所以這三原色稱為加色三原色：紅色綠色藍(lán)色加色過程(guchng)共五十三頁加色三元(sn yun)色的應(yīng)用與RGB模式計算機(jī)顯示器與

14、電視機(jī)屏幕原理相同。都是在屏幕上分別由能打出R（紅色）、G（綠色）、B（藍(lán)色）三色熒光(ynggung)的電子槍掃描合成各種顏色的。RGB顏色模式。共五十三頁原色(yuns)濾鏡共五十三頁顏色(yns)的還原當(dāng)光線經(jīng)過濾鏡透射到感光元件上，生成電信號后，經(jīng)放大轉(zhuǎn)換，最后輸入到DSP（數(shù)字信號處理器）中，DSP會根據(jù)信號的強(qiáng)弱運(yùn)算出每一個像素的RGB值。這種方法簡單、成本低，但是成像的顏色不夠(bgu)銳利。共五十三頁Super CCDSUPER CCD由富士公司獨(dú)家研制，它并沒有采用常規(guī)正方形二極管，而是使用(shyng)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)

15、的CCD大。將像素旋轉(zhuǎn)45度排列的結(jié)果是可以縮小對圖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。富士公司宣稱，SUPER CCD可以實現(xiàn)較高的感光度，顏色的再現(xiàn)也大幅改善，電量消耗減少了許多。富士公司宣稱SUPER CCD可與多40%像素的傳統(tǒng)CCD的分辨率相媲美， 因此，富士公司和他們的SUPER CCD一推出即在業(yè)界引起了廣泛的關(guān)注。 共五十三頁Super CCD共五十三頁傳統(tǒng)(chuntng)CCD與Super CCD共五十三頁Super CCDSUPER CCD采用蜂窩狀的八邊二極管，感光二極管就有更多的空間；在排列結(jié)構(gòu)上比普通CCD要

16、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(gungxin)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。共五十三頁Super CCD有效(yuxio)像素的提高我們知道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)實際上有一部分真實像素點(diǎn)是共用，因此圖象質(zhì)量與理想狀態(tài)有一定差距(chj)。而SUPER CCD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)，而SUPER CCD只用三個就能合成一個像素點(diǎn)。因此SUPER CCD像素的利用率較傳統(tǒng)CCD高

17、，生成的像素就多了。 共五十三頁SONY的四色CCD技術(shù)(jsh)最早在800萬像素的DC：SONY-F828上使用。即RGBE四色CCD技術(shù)。所謂四色CCD技術(shù)，就是在傳統(tǒng)CCD的R/G/B三原色濾光鏡的基礎(chǔ)上，增減E（祖母綠）濾光鏡，使得新的CCD能更真實地還原色彩，它所記錄的顏色也更接近肉眼所看到的顏色。此外(cwi)，四色CCD技術(shù)還能彌補(bǔ)三色CCD技術(shù)在個別色彩上的不足。共五十三頁3CCD技術(shù)（高級(goj)攝像機(jī)使用）一部攝像機(jī)使用3片CCD，光線通過特殊的光學(xué)棱鏡，被分為R紅、G綠、B藍(lán)三種顏色。分別用一片CCD接受每一種顏色并轉(zhuǎn)換為電信號，然后經(jīng)過電路處理后產(chǎn)生圖像信號，這樣，

18、就構(gòu)成(guchng)一個3CCD系統(tǒng)。和單CCD系統(tǒng)相比，由于3CCD分別用三個CCD轉(zhuǎn)換紅、綠、籃三色信號，拍攝出來的圖像從彩色還原上比單CCD更準(zhǔn)確和自然，清晰度也更高。3CCD系統(tǒng)在數(shù)碼相機(jī)中很少使用。共五十三頁CMOSCMOS即互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體，CMOS和CCD一樣都可用來感受(gnshu)光線變化的半導(dǎo)體。CMOS主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，而CCD使用二極管做為半導(dǎo)體。共五十三頁CMOSCMOS針對CCD最主要的優(yōu)勢就是非常省電。這就使得CMOS的耗電量只有普通CCD的1/3左右，這有助于改善人們心目中數(shù)碼相機(jī)是“電老虎”的不良印象。佳能在這方面有雄厚的技術(shù)力量和豐富的經(jīng)驗。發(fā)展到今日已經(jīng)比較容易地以較低的成本制造較大(jio d)大尺寸的CMOS感光芯片。CMOS主要問題是在處理快速變化的影像時，由于電流變化過于頻繁而過熱。暗電流如果抑制得不好就十分容易出現(xiàn)雜點(diǎn)。共五十三頁CMOSCMO