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数码相机的成像原理介绍

Answer 1

　　在对数码相机的特点和基本组件了解之前，下面来了解一下数码相机是如何工作的，这有利于更好地理解和掌握相机的各项关键参数，深入了解相机的性能。下面是我为大家精心推荐数码相机的成像相关知识，希望能够对您有所帮助。

　　相机的成像原理

　　当打开相机的电源开关后，主控程序芯片开始检查整个相机，确定各个部件是否处于可工作状态。如果一切正常，相机将处于待命状态;若某一部分出现故障，LCD屏上会显示一个错误信息，并使相机完全停止工作。

　　当用户对准拍摄目标，并将快门按下一半时，相机内的微处理器开始工作，以确定对焦距离、快门的速度和光圈的大小。当按下快门后，光学镜头可将光线聚焦到影像传感器上，这种CCD/CMOS半导体器件代替了传统相机中胶卷的位置，它可将捕捉到的景物光信号转换为电信号。

　　此时就得到了对应于拍摄景物的电子图像，由于这时图像文件还是模拟信号，还不能被计算机识别，所以需要通过A/D(模/数转换器)转换成数字信号，然后才能以数据方式进行储存。接下来微处理器对数字信号进行压缩，并转换为特定的图像格式，常用的用于描述二维图像的文件格式包括Tag TIFF(Image File Format)、RAW(Raw data Format)、FPX(Flash Pix)、JFIF(JPEG File Interchange Format)等，最后以数字信号存在的图像文件会以指定的格式存储到内置存储器中，那么一张数码相片就完成拍摄了，此时通过LCD(液晶显示器)可以查看所拍摄到的照片。

　　(1)当使用数码相机拍摄景物时，景物反射的光线通过数码相机的镜头透射到CD上。

　　(2)当CCD曝光后，光电二极管受到光线的激发而释放出电荷，生成感光元件的电信号。

　　(3)CCD控制芯片利用感光元件中的控制信号线路对发光二极管产生的电流进行控制，由电流传输电路输出，CCD会将一次成像产生的电信号收集起来，统一输出到放大器。

　　(4)经过放大和滤波后的电信号被传送到ADC，由ADC将电信号(模拟信号)转换为数字信号，数值的大小和电信号的强度与电压的高低成正比，这些数值其实也就是图像的数据。

　　(5)此时这些图像数据还不能直接生成图像，还要输出到DSP(数字信号处理器)中，在DSP中，将会对这些图像数据进行色彩校正、白平衡处理，并编码为数码相机所支持的图像格式、分辨率，然后才会被存储为图像文件。

　　(6)当完成上述步骤后，图像文件就会被保存到存储器上,我们就可以欣赏了。

　　基本部件

　　1 镜头

　　镜头是一部相机的重要组件之一，可以说是相机的灵魂，数码相机采用什么镜头是一个非常重要的参数，也是区分不同档次相机的重要指标。

　　虽然由于感光元件分辨率有限，对镜头的光学分辨率要求也比较低，但由于普通数码相机的影像传感器要比传统胶片的面积小得多，因此镜头的解析度需要很高，一般来说，数码相机采用的光学镜头的解析能力一定要优于感光元件的分辨率。例如，对于某一确定的被摄目标，水平方向需要100个像素才能完美再现其细节，如果成像宽度为10mm，则光学分辨率为10线/mm的镜头完全能够胜任;若成像宽度为1mm，则要求镜头的光学分辨率必须在100线/mm以上。

　　2 闪光灯

　　闪光灯是增加曝光量的方式之一，尤其在光线较暗的场合，利用闪光灯可以使景物更加明亮。图1-6、图1-7示出了数码相机的内置闪光灯。数码相机内置的闪光灯一般有三种模式，即自动闪光、强制闪光和关闭闪光，有的相机还具有消除红眼、慢速同步闪光等功能。

　　3 取景器

　　数码相机上使用的取景器有多种类型，包括LCD取景器、单反式取景器、旁轴式取景器等。

　　LCD屏幕有黑色和白色两种类型，彩色又分为伪彩和真彩两种，其中伪彩价格便宜，但显示效果差;数码相机中用于取景和回放的LCD都是质量较高的TFT真彩。在TFT LCD中又包括反射和透射两种，反射式反射正面的环境光工作，从不同角度观察差别较大，显示较暗，但具有省电、造价低等优点;透射式依靠背后的灯光进行工作，角度变化小，显示较亮，但耗电量较大。

　　作为大多数数码相机必备的取景方式，利用LCD取景可以改正传统相机取景的缺点，它可以回放照片，随时显示相机存储器中记录的全部照片影像，对于不满意的作品可以删除后重新拍摄，这样可最大限度地节省存储空间，并且可以及时地发现诸如构图取景、用光等方面较明显的问题。有的数码相机还设计了可以旋转的LCD屏幕，这样使原来很困难的取景工作变得十分轻松，例如要拍摄靠近地面的植物的特写镜头时，不用像使用传统相机一样趴在地上，只需将相机放低，然后将LCD屏幕翻过来即可。而一个人独立外出旅行时，可以将镜头对准自己，将LCD屏幕转过来，自己给自己来个特写。

　　4 影像传感器

　　目前数码相机所使用的影像传感器有CCD和CMOS两种类型，前者技术已经很成熟，后者是新兴的技术，代表未来的发展方向。

　　CCD(Chagre Couled Device)，即电荷耦合器，如图1-12所示。目前被广泛应用于大部分数码相机上，这是一种特殊的半导体材料，它由大量独立的光敏元件组成，这些光敏元件通常按矩阵排列。光线透过镜头照射到CCD上，并转换成电荷，每个元件上的电荷量取决于其受到的光照强度。当摄影者按动快门时，CCD可将各个元件的信息传送到模/数转换器上，然后将模拟电信号转变为数字信号，数字信号再以一定的格式压缩后存入缓存内，这样就完成了数码相片的整个拍摄。

　　5 按键

　　在进行拍摄工作时，传统相机大都通过按键或者转动转盘来实现，而数码相机是通过菜单来选择功能的，某些专业数码单反相机为了适应传统相机用户的使用习惯，将一些常用功能设计成与传统相机大体一致的方式。若在进行抓拍时，直接按按键比使用菜单进行设置更加快捷。

　　单反相机介绍

　　单反的全称是“单镜头反光相机”(Single Lens Reflex Camera，缩写为SLR camera)，又称作单反相机，台湾及香港地区将单反相机称作“单眼”相机。它是用一只镜头并通过此镜头反光取景的相机。所谓“单镜头”是指摄影曝光光路和取景光路共用一个镜头，不像旁轴相机或者双反相机那样取景光路有独立镜头。“反光”是指相机内一块平面反光镜将两个光路分开：取景时反光镜落下，将镜头的光线反射到五棱镜，再到取景窗;拍摄时反光镜快速抬起，光线可以照射到感光元件CMOS上。

　　单反并非数码时代的产物，早在胶片时代就已经存在单反相机。随着照片的载体走向数码化，单反也随同进入数码时代，现在我们所说的单反通常都是说单反数码相机。