第一章 数码相机的基本知识

第一章 数码相机的基本知识 本章导入： 同学们，大家好！首先非常欢迎大家这学期来学习《数码摄影与图像设计》这门课程。这门课程有两大部分内容，第一部分将告诉大家有关数码相机的基本知识，选购的方法以及数码相机的使用和摄影技术。第二部分将教会大家如何利用PHOTOSHOP来处理和设计照片或图像。相信大家一定能够学有所用。 要想买一台称心如意的数码相机或者使用好已有的数码相机，我们一定要先了解一些关于数码相机的基本知识，这样才能知己知彼。那么我们就开始学习第一章内容——数码相机的基本知识。这一章将主要介绍数码相机的工作原理、数码相机的主要部件和配件以及数码相机的主要性能。首先我们来学习数码相机的工作原理。 第一节 数码相机的工作原理 本节导入： 这一节我们要学习，数码相机简单的成像原理，从而了解数码相机主要的工作元器件，比如：CCD或者CMOS传感器、数码相机的储存卡等。了解这些知识，对我们今后购买和使用数码相机都有相当重要的作用。首先我们要了解数码相机的成像原理。 1.1.1 数码相机的成像原理 数码相机是采用CCD或者CMOS作为光电转换器件，他们将被摄景物以数字信号方式记录在存储介质中。拍摄时，只要对着被摄景物按动快门，使光电转换器件的接收部感应从镜头传来的光图像，然后将它转换成一一对应的模拟电信号，在经过A/D模数转换后，把模拟信号转变成数字信号，最后使用数码相机中固化的程序，按照指定的文件格式，将图像存入存储介质中。 1.1.2 数码相机的工作元器件

了解了数码相机最基本的工作原理后，我们来进一步了解一下，数码相机各个工作元器件的有关知识。首先，我们来学习数码相机的传感器。 一、传感器 （1）传感器的定义

传感器是指能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成 。

在传统相机中，我们所拍摄的物体的影像是成在胶卷上的。但是数码相机不使用胶卷，那么它所拍摄的影像去哪里了呢？下面我们就来了解一下这个取代了胶卷的传感器。数码相机的传感器通常有CCD和CMOS等，现在的数码相机大多数使用CCD，CCD和CMOS技术的使用是数码相机不同于传统胶片相机的一大特点。数码相机的影像正是通过CCD或CMOS而不是通常胶片得以记录的。光线通过镜头照摄到CCD或CMOS上，激发出电流，低光照激发出低电流，高光照激发出高电流，相机上这些电流信号进行分析处理，成为数字形式即像素，存储在相机的存储卡中，CCD或CMOS对光的敏感度与胶卷一样用ISO值来表示，ISO值越大，传感器对光线越敏感。

（2）CCD的原理

CCD图像传感器的工作原理。CCD实际上是一块布满光敏元件的感光板，它由许许多多微小的光敏元件、电荷转移电路和电荷信息读取电路组成。CCD的结构就像一排排传送带上并列放置的小桶，光线就像雨点，洒入各小桶中，每一个小桶代表一个像素。快门开启至关闭的拍摄过程，其实就是按一定的顺序，测量某一短暂的时间中小桶中落进了多少光滴，并形成数据文件。当光线经镜头汇聚成像在CCD上时，每个光电元件会因感受到的光强度的不同，而耦合出不同数量的电荷，通过译码电路可取到每一个光电元件上耦合出的电荷，并形成电流，该电流经A/D变换成一个二进制数字，该数字即对应像素点。实际上，光敏元件数量通常大于照片像素点数量，上百万像素点的数字量的集合，构成了数字照片。接下来就是处理和保存这些数字。CCD的像素数和面积是决定画面质量的重要因素，像素数越多，面积越大，图像质量就越高。

（3）CMOS的原理

CMOS是数码相机使用的另一种图像传感器。它的光电转换功能与CCD相似，区别主要在于光电转换后信息的传送方式不同。生产厂家通常将CMOS与图像信号放大器、信号读取电路、模数转换器

和图像信号处理器等集成在同一个芯片上，使CMOS对获得的图像信息的读出处理变得简单、快捷。CMOS的每一个像素都有一个将电荷信号转换为电子信号的放大器，可在每个像素基础上进行信号放大，从而避免了大量无效的传输操作，只需少量能量消耗，就可进行快速数据扫描，同时噪声也有所降低。

（4）CMOS和CCD的区别

1）光电转移方式不同。CCD存储的电荷信号需在同步信号控制下，一位一位的实施转移后读取，电荷信号的转移和读取都需要时钟控制电路及几组不同电源的配合，整个电路就比较复杂。相对而言，CMOS的每一个像素都有一个放大器，能放大每个像素的信号。这就使得CMOS比CCD有更快的数据读取速度。更重要的是CMOS不需要CCD必须的多种操作电压，可以在芯片上集成更多的外围电路，从而可使整个相机更轻巧。

2）电路结构不同。CCD只能输出模拟电信号，信号输出还需要经模数转换器和图像信号处理器处理，并且还要提供三组电源和同步控制电路，集成度非常低，单芯片就有好几块，制作成本较高。CMOS的加工采用半导体厂家生产集成电路的流程，可以将数码相机的所有部件集成到一块芯片上，如光敏元件、图像信号放大器、模数转换器、图像信号处理器和控制电路等都集成到一块芯片上，因此采用CMOS的数码相机成本会很低。

3）图像信号输出速度不同。CCD需在同步时钟的控制下，以行为单位一位一位地输出信号，速度较慢。而CMOS采集光信号的同时就可以取出电信号，还能同时处理各单元的图像信息，速度比CCD快的多。

4）耗电量不一样。CCD一般需要三组电源供电，耗电量较大。CMOS只需要使用一个电源，耗电量非常小，且几乎没有静态电量消耗，只有在电路接通时才有电量的消耗，耗电量只有普通CCD的1/10。

5）噪声方面也不一样。CCD制作起步早，技术较成熟，噪声隔离方面比CMOS强，成像质量也相对比CMOS有一定优势。CMOS由于集成度高，各光电传感元件和电路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰严重，在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁，容易出现杂点，对图像影响很大，这个弱点使CMOS很长一段时间无法进入实用。

不过，CCD是成熟的产品，可以改良的空间不大，而CMOS的优势在于成本低、耗电量小、制造容易以及可以与图像处理电路同做在一个芯片上，因此CMOS的技术潜力比CCD更大。佳能公司首先在克服CMOS的低灵敏度和高噪声技术上有了突破，并在专业级的数码相机EOS D30型中用CMOS

作为感光元件，从而推动了CMOS技术的发展。

光线通过传感器转换成电信号后，一定要经过处理，才能最终存储到存储卡上。 二、DSP图像处理器

图像处理器的主要功能是进行：图象处理、压缩和解压缩、格式转换和数据处理。使用者向相机发出的命令是通过ASIC专用集成块向DSP发出的。

处理好后的数据最终要存储到存储器上，才能方便今后的查看和使用。 三、存储器

存储器对数码相机来说至关重要，它现在是数码相机的必备装置。不同厂商提供的记忆体差异相当大。新型的机型上配有可移动存储卡或内置存储单元或两者都有。有些相机没有内置存储单元，只有存贮卡，它的容量会根据厂商和相机机型的变化而变化。一些较旧的机型只有固定数量的内存且无法扩充，你最好不要购买这样的老机型。而且不同型号相机的内置存储单元容量会不同，这个指标将影响到相机存储文件、连拍等速度。因此在同等条件下最好选择内存比较大的。

记忆体有可移动存储卡和内置存储单元两种，其中可移动存储卡又可分为 SM卡（Smart Media Card） xD卡（xD-PICTURE Card） CF卡（Compact Flash Card） MMC卡（MultiMedia Card）

SD卡（Secure Digital Memory Card）

这张表列出了不同容量的SD卡在不同分辨率、不同压缩率条件下可以拍摄静态图片的张数。根据观察我们可以得到，越精细的照片所占的内存越大，像素越高的照片所占的内存也越大。

第二节 数码相机的主要部件和配件

本节导入：

这一节我们要学习，数码相机的主要部件，比如：镜头、取景器的相关知识，以及数码相机所需的一些配件，比如：电源和三脚架。这些知识对于我们了解数码相机也非常的重要。

1.2.1 镜头

一、镜头的定义

镜头是相机的眼睛，我们把人的眼睛叫做心灵之窗，镜头的重要性不言而喻。人们常说一个人是善是恶只要通过观察他的眼睛能分辨，同样，我们也能通过相机的眼睛判断一部相机的优劣。所以，在选购相机的时候，您务必考虑到镜头的因素，尽量挑一个视力好、心灵美的相机。

所谓视力好的相机就是说相机的镜头可以让您非常方便地获得不同距离的物体的清晰影像，并达到您想要的照片效果。换句话说就是不仅仅该清晰的地方要清晰，该模糊的地方也要模糊。

二、焦距

镜头作为一种光学器件，最主要的一项指标是焦距值，数码相机也不例外，焦距决定了在给定距离内，CCD所成图像的大小，他也影响拍摄场景的景深。另外，数码相机所用得CCD尺寸各不相同，因此单以数码相机的焦距值来区分镜头属于那种类型是很困难的。因此，各生产厂家在数码相机出厂的时候会给出一个相当于传统135相机的镜头焦距对应值，以方便人们了解该相机的成像特点。 便携式专业数码相机因为仍使用传统相机的镜头，为了纠正因CCD造成的误差，在其说明书中会提供一个“焦距倍数”作参考，通常是1.5倍。以佳能EOS D30数码相机为例，焦距倍数为1.6倍，若使用24-85MM的镜头，实际焦距应为38-136MM。

三、数码变焦与光学变焦

大多数民用级数码相机的镜头都不能更换，所以许多相机都有变焦功能。但我们常说的变焦有两种，一种是光学变焦，还有一种是数码变焦。两者之间有很大的差别，一定要看清楚相机的变焦镜头是光

学变焦还是数码变焦。

数码相机的光学变焦是通过镜片移动来放大与缩小需要拍摄的景物，光学变焦倍数越大，能拍摄的景物就越远。数码变焦是通过数码相机内的处理器，把图片内的每个象素面积增大，从而达到放大目的。 光学变焦比较实用，一般数码变焦会使图像质量下降，但是智能数码变焦并不会让人觉得图象质量下降，而且使得拍摄操作变的更为简易。

若一相机的光学变焦为 3X，数字变焦为 4X，则该相机合并运用光学变焦及数字变焦功能，可以达到 12X 的放大能力( 虽然这不太实际 )。

四、镜头的分类

镜头一般分为固定焦距的镜头和可变焦距的镜头。下面我们就分别来看一下这两种镜头的区别。

（1）固定焦距的镜头

固定焦距的镜头顾名思义就是焦距是固定的不能变换的镜头。固定焦距的镜头只是让您以一定的视角去拍摄，或者说他只能以固定的倍数来成像。它的弊端是显而易见的。首先如果您想改变照片的结构，让您想表现的主题所占的画面更大或更小，则只能靠您移动自己的位置接近或远离被摄物体才行；其次，即使您不觉得这样移来移去麻烦，那么您可能还会受到其他一些因素限制，比如您通常都不能向离被摄物体多近就多近，想离它多元就多远。举一个很简单的例子，您无法非常接近体育场上的运动员去拍摄；或者您想要拍下整个会场，却发现您已经无法退后。所以尽管这些镜头价格都比较便宜，但我认为只要有可能，就不要买这种固定镜头的相机。

（2）变焦镜头

变焦镜头，相对于固定焦距而言就是焦距可以变换的镜头。因为它具有可变化的焦距，所以它能让您坐在椅子上就可以清晰地就拍摄到仙人掌上小小的苍蝇和远处弯弯的月亮。当然这种镜头的价格也是随着性能的提高而上扬的。通过旋转镜头就可以得到不同的焦距。

现在一般都用几倍变焦来描述数码相机的变焦镜头的性能，这个数值其实是镜头望远端的焦距除以镜头广角段的焦距得来的。而且一般情况下您都能在相机的说明书中查到它大约相当于传统的35mm相机的一个多大的聚焦范围。我举一个简单的例子说明一下，一部3倍变焦的数码相机，如果他的广角端相当于35mm的相机的50mm焦距，那么他的望远端就是50mm x 3即150mm焦距。由此看来，选择变焦镜头的时候不仅要看是几倍变焦，还要关心一下它大约相当于传统35mm相机的一个

多大的聚焦范围，这有助于您对相机是否合用做出一个供准确的判断。

镜头还可以分为：标准镜头、长焦距镜头、广角镜头。 （1）标准镜头

一般将焦距与所摄画幅对角线长度相近的那一类镜头称为标准镜头。这种镜头视角与人眼视角相似，拍摄的画面接近人眼的视觉习惯。平时常用。

（2）长焦距镜头

一般将焦距大于所摄画幅对角线长度的那类镜头称为长焦距镜头。焦距在85mm~300mm的为普通长焦距镜头。大于300mm的叫做超长焦距镜头。

长焦距镜头视角小，只能拍摄很小范围内的景物，景深小，不能包括多层景物，从而减

弱了空间深度感。常用于拍摄不易接近的被摄物体，如：自然界中的野生动物、风光建筑或舞台演出等。

最好使用三脚架，快门速度不易太低。

（3） 广角镜头

一般将焦距小于所摄画幅对角线长度的那类镜头称为广角镜头。

广角镜头有专用遮光罩，一般的遮光罩会使底片的四角被遮挡，无法感光。

焦距短、视角大、视野宽、景深长，空间视觉效果明显，增强空间纵深感。拍动态物 体或需要景物前后有较大的清晰度，或在较狭窄的环境中拍摄较大的场面。

五、镜头的性能

镜头的性能主要有：相对孔径、视场角、分辨率。

（1）相对孔径

相对孔径：是入射光瞳的直径D与焦距f之比，以1：F表示。F数也就是光圈数。 比值越大，光通量就越大，进光能力越强。

有效口径：镜头前压圈上标有1：2，F=50mm的字样。1：2是指镜头的有效口径，是镜 头的最大光束直径和焦距之比。

（2）视场角

视场：镜头在底片上成像清晰的范围。

视场角：视场边缘与镜头光组的主点所形成的夹角。

物镜的焦距与视场角成反比，即焦距f上升，视场角下降。视场角的大小受画幅尺寸的制约。焦距相同的镜头用于不同画幅的照相机上，视角是不一样的。

（3）分辨率

通常以焦平面上1mm范围内，所能分辨的线对数来表示。其单位是“线对/mm”。 测定有两种方法：投影法、摄影法。

分辨率：是和CCD的分辨率即CCD的像素数相对应的。一般，以分辨率的高低来评价镜头成像质量的优劣。

1.2.2取景器

取景器是摄影者观看拍摄对象的窗口，也是浏览拍摄结果的窗口，因此，非常重要。 一、取景器的分类

数码相机的取景一般有两种方式，一是通过液晶显示屏（LCD），另一种是通过目镜取景器，下面所要介绍就是第二种数码相机的目镜取景器。 目镜取景器一般来说可分为：

（1）与镜头分开，一般称为光学旁轴取景器 （2）通过镜头，一般称为TTL单反取景器

（3）电子取景器，称为单眼LCD取景器（Eye-level LCD viewfinder）

与LCD取景器相比，前两种取景器有许多优点。首先，可以避免因开启LCD而过度耗尽电量，从而可以增长拍摄时间和电池的使用寿命。其次，在室外拍摄时，它可以避免因LCD显示屏反光导致的取景误差。下面我们详细的来看一下这几种取景器的不同之处

二、光学旁轴取景器

第一个介绍的是光学旁轴取景器。不管相机的镜头是定焦还是变焦，光学旁轴取景器的取景都是不变的，它工作时与镜头无关，它只是模仿镜头的视角和焦距。家用傻瓜型相机（包括家用级数码相机）

大都使用这种取景方式。

光学旁轴取景器应尽量地靠近镜头的光轴中心，以减少取景视差。之所以会出现视差，是因为相机镜头和取景器是从不同位置观看拍摄对象的，因而它们各自看到的景物也是存在一些差异的。一般来说，光学旁轴取景器不能显示100%的镜头所拍摄图像，大概只有实际帧的85%或更少。这是光学旁轴取景器最致命的弱点，也是TTL取景器开发的原因。

三、TTL单反取景器

为了克服光学旁轴取景器的致命弱点人们研究制作出了TTL取景器，这种取景器通常配备在较昂贵的数码相机上，它可显示镜头所拍摄到的图像。在传统胶卷相机中，绝大多数已经采用这种取景方式。 不同TTL单反取景系统的工作方式是不同的，在具体使用时，所能显示的细节也不尽相同，但它们都是通过将穿过镜头的光线反射或散射，从而达到取景的目的。所以对于使用TTL单反光学取景器的数码相机来说，通过液晶屏和取景器看到的图像是一致的。

四、电子取景器

最后一种是电子取景器，这种取景器的优点与TTL取景器一样：显示待拍景物的全貌，在日光下可以看到，并且可以显示光圈、快门速度等拍摄信息，但除此之外，还可以显示相机菜单，这是其它取景器所无法做到的。

电子取景器的缺点可归纳为三条：第一是与光学旁轴取景器、TTL单反取景器不同，它需要大量的电源；第二是类似于LCD显示屏，容易反光，从而影响取景的准确；最后它与光学系统相比显得比较粗糙。最后一项会显得很重要，因为这样的系统无法显示拍摄帧里的最小细节，比如人眼是不是睁开的等等。

五、LCD显示屏

刚刚我们学习了三种不同的目镜取景器。数码相机除了通过目镜取景外还有另一种取景方式，那就是LCD显示屏。它可以对存贮在相机中的图像进行预览、回放和删除。

最后，不要看到LCD屏幕上显示的照片效果不错就作出购买决定。LCD屏幕上看到的图像往往比实际中的景物更亮、更饱和。另外购买时注意检查一下相机的显示屏位置，因为一些相机的显示屏位置不算太好，在用光学取景器取景时鼻子正好顶在LCD上，你不得不花相当多的时间来擦掉鼻子搞上去的油渍。

1.2.3 电源

俗话说“一个好汉三个帮”，在数码相机中也是一样的，我们有了好的装置，还需要有好的配件。数码相机的主要配件包括三脚架、电源等。下面我们先来了解一下数码相机的电源。

??? 数码相机通常可以采用干电池、碱性锌锰电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池以及锂电池等作为其电源。用电池作为电源，不仅更换简单，而且使相机携带方便，操作灵活，而且电池选择的范围比较大。

刚刚买回来的充电电池一般电量很低或者无电量，在使用之前应该进行充电。对于充电时间，则取决于所用充电器和电池，以及使用电压是否稳定等因素。如果是第一次使用的电池，锂电池的充电时间一定要超过6小时，镍氢电池一定要超过14小时，否则日后电池寿命会较短。一般需经过数次充电/放电过程，才能达到最佳效率。且电池还有残余电量时，尽量不要重复充电，以确保电池寿命。充满电后的电池很热，应该待冷却后再装入相机。

1.2.4三脚架

一、三脚架的作用

一般消费者在购买数码相机的时候都往往忽视了三脚架的选购，实际上技巧拍摄往往都离不开三脚架的帮助，比如夜景拍摄、微距拍摄等方面。三脚架的作用无论是对于业余用户还是专业用户都不可忽视的，他的主要作用就是能稳定照相机，以达到某些摄影效果。最常见的就是长曝光中使用三脚架，用户如果要拍摄夜景或者带涌动轨迹的图片的时候，曝光时间需要加大，这个时候，数码相机不能抖动，则需要三脚架的帮助。

二、三脚架的购买

三脚架按照材质分类可以分为木质、高强塑料材质，合金材料、钢铁材料、碳纤维等多种。最常见的材质是铝合金，铝合金材质的脚架的优点是重量轻，坚固。最新式的脚架则使用碳纤维材质制造，它

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/ru7v.html