數(shù)碼相機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理

數(shù)碼相機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理dws主講:黃偉洪2/6/20231介紹無(wú)論是數(shù)碼照相機(jī)還是光學(xué)相機(jī)，都可拍攝靜止圖像（照片）。雖然兩者在結(jié)構(gòu)上有一定的分別，但基本的原理卻是相通的。在拍攝照片的時(shí)候，都是先把相機(jī)對(duì)住被拍攝物，然後決定拍攝的范圍，調(diào)校焦距，通過(guò)快門(mén)速度及縮小光圈來(lái)調(diào)節(jié)曝光量，最後按下快門(mén)進(jìn)行拍攝。2/6/20232鏡頭部分鏡頭鏡片組機(jī)構(gòu)光圈快門(mén)機(jī)構(gòu)電子控制線路2/6/20233相機(jī)的構(gòu)成數(shù)碼相機(jī)與光學(xué)相機(jī)從結(jié)構(gòu)上來(lái)說(shuō)有很多相似的地方，都由兩部分組成：一、鏡頭部分二、相機(jī)部分2/6/20234鏡頭部分

鏡片組機(jī)構(gòu)光圈快門(mén)機(jī)構(gòu)電子控制線路鏡片組單元自動(dòng)對(duì)焦單元電動(dòng)變焦單元光圈單元快門(mén)單元功能控制單元信息接口單元電源接口單元2/6/20235何謂OpticalZoom和DigitalZoom（光學(xué)變焦和數(shù)碼變焦）

光學(xué)變焦是指相機(jī)通過(guò)改變光學(xué)鏡頭中鏡片組的相對(duì)位置來(lái)達(dá)到放大倍數(shù)，因此光學(xué)變焦的畫(huà)質(zhì)是最好的，目前數(shù)碼相機(jī)最大的光學(xué)倍數(shù)約為10倍，但是一般機(jī)種都在2～6倍之間。一臺(tái)擁有光學(xué)10倍變焦的數(shù)碼相機(jī)已經(jīng)約和一支400mm照相機(jī)望遠(yuǎn)鏡頭倍數(shù)相當(dāng)了。而數(shù)碼變焦實(shí)際上是一種將所拍到的畫(huà)面局部放大的結(jié)果。試想若是把一張3x5的照片放大50倍，那畫(huà)面的畫(huà)質(zhì)一定會(huì)變粗糙，而且放的愈大愈粗糙。但在拍攝遠(yuǎn)景時(shí)可根據(jù)實(shí)際情況選取距離及清晰度的最佳點(diǎn).2/6/20236典型的焦距概念對(duì)于相機(jī)而言，焦距在16mm—28mm為超廣角，28mm—50mm為廣角，50mm—100mm為中焦，100mm—400mm為長(zhǎng)焦。16mm28mm35mm50mm100mm135mm200mm400mm

廣角中焦長(zhǎng)焦2/6/20237SONYDSC-P939mm2/6/20238SONYDSC-P9117mm2/6/20239SONYDSC-P9234mm2/6/202310光圈與快門(mén)的概念

光圈是相機(jī)鏡頭中的可以改變中間孔徑大小的機(jī)械裝置，它有兩種基本用途：一是幫助獲得正確投影；二是通過(guò)縮小或放大光圈以調(diào)節(jié)鏡頭通光量的多少，來(lái)控制感光材料的曝光量。光圈大小會(huì)對(duì)通光量、景深、清晰度、鏡頭眩光以及反差等造成影響，其單位通常用小寫(xiě)的“f表示。2/6/202311光圈與快門(mén)的概念快門(mén)是控制膠片曝光時(shí)間長(zhǎng)短的一種機(jī)械或電子裝置，通?？扉T(mén)裝置都設(shè)計(jì)在機(jī)身或者鏡頭內(nèi)。一般情況下，手持相機(jī)拍攝時(shí)，為了保證圖片的清晰度，采用的快門(mén)速度不能低于鏡頭焦距的倒數(shù)，這個(gè)數(shù)值可稱(chēng)為“安全快門(mén)”。2/6/202312光圈值（f）光圈孔徑光圈、快門(mén)的標(biāo)注方式標(biāo)示數(shù)值越大，光圈孔徑越小、景深越大1.44.52.85.68.016標(biāo)示數(shù)值越大，快門(mén)速度越快1’1/81/21/301/1251/2000快門(mén)速度快門(mén)速度（S）2/6/202313注意事項(xiàng)這里需要指出的是拍攝運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)如果快門(mén)速度低于1/125秒，運(yùn)動(dòng)的物體在膠片或CCD傳感器的不同部位成像，所拍攝出來(lái)的照片效果可能不清晰，而當(dāng)快門(mén)速度很快時(shí)，運(yùn)動(dòng)的物體在膠片上的成像還沒(méi)有明顯移動(dòng)而曝光過(guò)程已經(jīng)完成，照片效果就比較清晰，這樣就相當(dāng)于將運(yùn)動(dòng)的物體凝固在了畫(huà)面上，所以大家在拍攝運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)盡量選擇較快的快門(mén)速度，然后調(diào)節(jié)光圈大小進(jìn)行正確曝光，如果你想讓運(yùn)動(dòng)的物體在膠片上留下運(yùn)動(dòng)軌跡來(lái)增強(qiáng)動(dòng)感，還是可以選擇比較慢的快門(mén)速度。

2/6/202314相機(jī)部分的組成及分工圖像處理系統(tǒng)程序曝光系統(tǒng)按測(cè)光值給出不同的曝光組合并控制光圈、快門(mén)進(jìn)行曝光，方式有程序曝光、光圈優(yōu)先、快門(mén)優(yōu)先、全手動(dòng)等控制CCD感光并對(duì)圖像訊號(hào)進(jìn)行采樣、處理，將處理好的圖像文件存入記憶棒。AF系統(tǒng)控制鏡頭的自動(dòng)對(duì)焦，有主動(dòng)式對(duì)焦和被動(dòng)式對(duì)焦兩種工作方式功能控制系統(tǒng)控制相機(jī)的各項(xiàng)功能操作，比如電動(dòng)變焦、快門(mén)控制、菜單選擇、液晶屏切換、內(nèi)光燈控制等2/6/202315

CCD（ChargeCoupledDevice，電荷耦合器）是攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)的心臟，負(fù)責(zé)捕捉影像的重要工作。它最初是為攝像機(jī)設(shè)計(jì)的，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，其分辨率逐步提高，色彩還原日漸逼真，已經(jīng)可以勝任高分辨率的靜態(tài)圖像拍攝了。

盡管目前CCD已經(jīng)能做到500萬(wàn)甚至更高的分辨率，但這并不意味著每個(gè)像素都能捕捉任何一種色彩。實(shí)際上，CCD本身是不能分辨色彩的-----它是“黑白”傳感器。所以，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)需要加上彩色濾鏡陣列（CFA，ColorFilterArray），一般就是給CCD器件表面的濾鏡層涂上不同的顏色。

CCD概念2/6/202316CCD的構(gòu)造A---分光棱鏡B---RGB濾色涂層C---CCD感應(yīng)器CCD上感光元件的表面具有儲(chǔ)存電荷的能力，并以矩陣的方式排列。當(dāng)其表面感受到光線時(shí)，會(huì)將電荷反應(yīng)在元件上，整個(gè)CCD上的所有感光元件所產(chǎn)生的訊號(hào)，經(jīng)由運(yùn)算電路進(jìn)行處理后，就構(gòu)成了一個(gè)完整的畫(huà)面。2/6/202317自動(dòng)對(duì)焦（AF）主動(dòng)式AF：相機(jī)上的紅外線發(fā)生器、超聲波發(fā)生器發(fā)出紅外光或超聲波到被攝體。相機(jī)上的接受器接受反射回來(lái)的紅外光或超聲波進(jìn)行對(duì)焦。被動(dòng)式AF：直接接收分析來(lái)自景物自身的反光進(jìn)行自動(dòng)對(duì)焦的方式.這種自動(dòng)對(duì)焦方式的優(yōu)點(diǎn)是;自身不要發(fā)射系統(tǒng)，因而耗能少，有利于小型化。主動(dòng)、被動(dòng)式自動(dòng)對(duì)焦方式各有千秋，一般數(shù)碼照相機(jī)上都具有二種自動(dòng)對(duì)焦方式，可以互補(bǔ)使用，自動(dòng)切換,發(fā)揮其強(qiáng)項(xiàng)，克服其弱點(diǎn)。2/6/202318程序曝光數(shù)碼相機(jī)的程序曝光系統(tǒng)可以根據(jù)測(cè)光值自動(dòng)計(jì)算出正確的曝光量，并可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)光源情況以及鏡頭的焦距自動(dòng)給出恰當(dāng)?shù)墓馊?、快門(mén)組合進(jìn)行曝光。當(dāng)然，這些曝光程序也可以由用戶根據(jù)自己的要求進(jìn)行手動(dòng)選擇。最常見(jiàn)的曝光程序有：肖像模式、風(fēng)景攝影模式、運(yùn)動(dòng)模式、月光模式、月光肖像模式等。部分高級(jí)數(shù)碼相機(jī)還為有經(jīng)驗(yàn)的攝影者提供了光圈優(yōu)先（A）、快門(mén)優(yōu)先（S）以及全手動(dòng)模式。2/6/202319不同曝光程序的工作方式肖像模式：優(yōu)先考慮大光圈，以利于虛化背景風(fēng)景模式：對(duì)焦于無(wú)限遠(yuǎn)處，使用較小光圈保證景深月光模式：優(yōu)先使用低速快門(mén)，保證充足的曝光量月光人像模式：使用低速快門(mén)并結(jié)合閃光燈拍攝光圈優(yōu)先：由用戶設(shè)定光圈，相機(jī)自動(dòng)設(shè)定快門(mén)速度快門(mén)優(yōu)先：由用戶設(shè)定快門(mén)速度，相機(jī)自動(dòng)設(shè)定光圈手動(dòng)模式：快門(mén)速度和光圈值都由用戶自行設(shè)定2/6/202320白平衡的概念要解釋什么是“白平衡”，必須先說(shuō)明什么是白色。物體反射出的顏色受光源色彩影響很大，人的大腦可以偵測(cè)并更正光源引起的這種色彩改變，因此無(wú)論是在晴天、陰天的室外還是室內(nèi)、螢光燈下，人們看到的白色物體都是白色的。然而，數(shù)碼相機(jī)就不同，它所“看到”的由不同光源產(chǎn)生的“白色”是不盡相同的：有的含有淺藍(lán)色，有的含有黃色或紅色。為了更正這一點(diǎn)，使數(shù)碼相機(jī)“看到”的效果貼近人的感覺(jué)，它就必須模仿人類(lèi)大腦，根據(jù)光源來(lái)調(diào)整色彩，以便在最終的相片中能夠呈現(xiàn)出肉眼所看到的正常的白色。這種調(diào)整就叫“白平衡”。

2/6/202321數(shù)碼相機(jī)與光學(xué)相機(jī)的區(qū)別數(shù)碼相機(jī)與普通相機(jī)最大的差別是，普通相機(jī)使用膠卷記錄影像，而數(shù)碼照相機(jī)則使用數(shù)字儲(chǔ)存媒體，如MemoryStick?記憶棒。2/6/202322目前主流的存儲(chǔ)卡CompactFlash(CF)卡（佳能、尼康、富士）SmartMedia(SM)卡（富士、奧林巴斯）SD卡（松下、柯達(dá)、柯尼卡）MemoryStick(記憶棒)（索尼、柯尼卡）XD卡（奧林巴斯、富士）MicroDrive(微型硬盤(pán))（佳能、尼康、富士、奧林巴斯）2/6/202323數(shù)碼相機(jī)與光學(xué)相機(jī)的區(qū)別圖片記錄在記憶棒中光學(xué)鏡頭從數(shù)碼相機(jī)光學(xué)鏡頭在電腦上欣賞照片圖片記錄膠卷中從光學(xué)相機(jī)經(jīng)沖印后獲得照片2/6/202324光學(xué)相機(jī)與數(shù)碼相機(jī)的使用成本光學(xué)相機(jī)彩色反轉(zhuǎn)片：成本：40元，10卷400元沖費(fèi)：15元，10卷150元每月用10卷：550元一年總計(jì)：6600元彩色負(fù)片：成本：20元，10卷200元沖擴(kuò)費(fèi)：40元，10卷400元每月用10卷：600元一年總計(jì)：7200元2/6/202325光學(xué)相機(jī)與數(shù)碼相機(jī)的使用成本數(shù)碼相機(jī)記憶棒：128M約768元，兩個(gè)約1536元1.保存介質(zhì)：CD-R約5元/張，每月用1張，一年60元2.噴墨打?。?60張6寸紙約300元，彩色墨水約600元每月900元，一年10800元3.數(shù)碼出相：1張6英寸1.5元，每月360張為540元一年6480元2/6/202326光學(xué)相機(jī)與數(shù)碼相機(jī)的使用成本使用的第一年：彩色反轉(zhuǎn)片：6600元彩色負(fù)片：