数码相机基本知识

数码相机基本知识

数码相机作为一种时尚数码产品，以其强大的功能、操作便捷性和出色的拍摄效果，受到广大消费者的喜爱，不过这些傻瓜型的数码相机其内部结构和工作原理可不简单，今天我们就带大家进入数码相机内部去看看，。

数码相机和传统相机在光学原理上相类似，都是将被摄物体发射或反射的光线通过镜头在焦平面上形成物像。但在具体成像中则因光敏介质的不同而有所区别，传统相机使用的是分布于胶片上基于碘化银的化学介质，??而数码相机则是采用了CCD作为记录图像的光敏介质，CCD是通过光照的不同引起的电荷分布的不同来记录被摄物体的视觉特征。所以数码相机拍摄的图像可以直接输入到电脑中，无需购胶卷，并且拍摄时可以随时看到拍摄效果，不满意可以立即重拍，从而比传统相机拥有节约成本、数字化方便、减少误拍等多项优势。 一、数码相机工作过程

数码相机的系统工作过程就是把光信号转化为数字信号的过程。数码相机使用CCD电荷耦合器件这种光敏元件代替胶卷感光成像。光线通过透镜系统和滤色器(滤光器)投射到CCD光敏元件上，CCD?元件将其光强和色彩转换为电信号记录到数码相机的存储器中，形成计算机可以处理的数字信号。 数码相机的系统工作过程按操作顺序可以分为以下几个主要环节： 1.开机准备

打开相机的电源开关时，主控程序芯片就开始检查相机的各个部件是否处于工可工作状态。如果有一个部分出现故障，那LCD屏上就会给出一个错误信息，?并使相机停止工作，如果一切正常，相机则处于准备好状态。 2.聚焦及测光

数码相机一般都有自动聚焦和测光功能。当你对准一物体并把快门按下一半时，一个4位的MCPU就开始工作，它确定对焦距离、快门的速度及光圈的大小。 3.拍照

按下快门，光学镜头将要拍摄的画面聚焦到摄像器件(?光电转换器件)?CCD?或CMOS上，光电转换器件捕捉景物光信号，并以红、绿、蓝三像素存储。 4.图像处理

就是把这些像素从CCD以串行的方式送到相机内部的缓冲存储区。?这中间要经过数码相机很多部件的处理，如A/D转换、白平衡及色彩的校正，?将其转化成电脑能识别的离散数字信号。 5.图像合成

一束一束的光到达缓冲存储区后，再合成形成一幅完整的数字图像。 6.图像压缩

图像的处理过程并没有结束。当它离开缓冲区时图像还要被压缩，压缩的程度根据拍摄前所选定的拍摄模式而定。对于标准模式，一般压缩幅度较大，而对于高质量模式，压缩幅度较小。 7.图像保存

主控程序芯片(MCPU)发出一个信息，把压缩的图像再转移到存储卡中，长期保存。 8.图片影像编辑与输出

存储在数码相机内或存储卡上的数码图片影像，可以输出到计算机中利用图像处理软件进行常规调整与特效处理，然后通过输出接口输出到打印机打印出来，或者连接到电视机上直接观看拍摄的照片，还可以输出到录像机将拍摄的照片转录到录像带上，当然还能通过电脑将数码照片上网传送。

如今应用于数码相机的光学技术和电子技术已非常成熟。相比之下，光电转换技术和器件仍是制约数码相机发展的一个瓶颈。令人欣喜的是，?这些年来随着CCD和CMOS技术的快速发展，数码相机CCD像素提高的幅度超过了人们的预想。?相信瓶颈彻底打开之日，也是数码相机踏入发展坦途之时。 二、信号捕捉的特殊方式 (一)与传统相机的区别

数码相机与传统胶片相机在捕捉信号的前端设备上是相同的。数码相机也是使用镜头、光圈和快门来聚焦图像，这与传统胶片相机并无区别。但是，传统相机将通过镜头透镜的成像聚焦到感光银盐胶片上，胶片感光将影像以光学模拟信号的开式记录下来；而数码相机则聚焦到CCD或CMOS图像传感器(半导体芯片)上，?通过扫描产生电子模拟信号，然后经过A/D(模/数)转换形成电子数字信号，再经过压缩，最后以数字文件形式保存在内置的存储器芯片、可拔插的PC卡或软磁盘上

此外，数码相机与扫描仪、数码摄像机虽然同为数码影像输入设备，但在信号民捕捉方面也各不相同。 (二)与扫描仪的区别

在数码相机普及以前，扫描仪是数字图像处理的必备工具。但是，随着数字图像技术的发展和数码相机分辨率的提高，数码相机逐渐取代了扫描仪，成为获取数字图像最主要的工具。扫描仪只是一种把照片转换为计算机能够处理的图像的工具。扫描仪获取图像的方式是先将光线照射到待扫描的材料上，光线反射回来后再在CCD电荷耦合器件光敏元件实现光电转换。由于纸张上黑的区域反射较少的光，?亮的区域反射较多的光，而CCD?器件可以检测图像上不同区域反射回来的不同强度的光，于是CCD 器件将反射光波转换为电波(电流)，即把光信号转换为模拟电信号，然后经过A/D (模/数)转换器再把模拟电信号转换为数字信息，用1和0?的组合来表示(对于二进制数，称之为bits)。最后，控制扫描仪操作的扫描软件读入这些数据，并重组为计算机图像文件。

以上描述的是用扫描仪扫描照片及打印文本或页面等不透明材料的过程。当扫描透明材料时，原理相同，所不同的是此时并非利用光线的反射，而是透射过材料，再由CCD器件来接收。扫描透明胶片需要特别的光源补偿，借助透适片配器(TMA)装置完成这一功能。

除了表面极为平滑的物体外，其它东西都不能直接放到扫描仪上进行扫描。而数码相机能够拍摄任何景物，它对物体的表面没有任何要求。扫描仪只能处理静止的照片，处理速度也比较慢，数码相机可以捕捉运动物体。

(三)与数码摄像机的区别

在数码影像系统中，数码相机和数码摄像机同为数码影像的输入设备，其作用都是生成数码影像。不同的是数码相机主要用于捕捉景物的瞬间活动，生成的主要是数码图片影像，而数码摄像机主要用于捕捉景物的连续活动，生成的主要是数码视频影像。

数码相机技术借鉴数码摄像机的CCD固体摄像器件技术是关键的一步。CCD摄像器件和摄像管的工作原理一样，是利用某种光电效应，首先将入射光转变成对应的光电荷，并把光电荷暂时存储在像素的微小静电容上，然后通过固体扫描方式将信号读出。CCD摄像器件具备光电转换、光电存储和固体扫描三个方式不同，?是利用电子的转换、移位来完成扫描过程的。在CCD?摄像器件的硅基片上镶嵌排列着许多各自独立的像素，通过在电路上施加扫描脉冲将存储在像素上的光电荷按顺序读出。

随着数码影像技术的快速发展，数码摄影与数码摄像技术相互交*融合的趋势更加明显，近年来更有摄像/照相两用机问世，不仅能够摄像，?而且还能够当作拍摄静止图像的数码相机。同时，也有兼具摄像功能的数码相机上市，不仅能够拍摄静止图像，而且还能够记录短时间的活动图像与声音。 三、信号存储的特殊载体

传统光学相机的信号存储媒体以胶卷为主。“立拍得”相机或一次成像相机，采用的是一种特殊的相纸代替化学胶片和印相纸，这种相纸能直接感受光线并立即生成实物照片。APS相机采用的是带有磁性及光学记录带的专用APS胶卷。

数码相机中所存储的照片不再是实际的影像而是一个个数字文件，其信号存储体也不是底片，而是数字化存储器件。数码相机所用的存储媒体有内置式(存储器)和可移动式(存储卡或软磁盘)之分。内置存储器是与数字相机固化在一起，?而不需要另配存储媒体。存储卡或软磁盘可随时装入数码相机或从相机中取出，存满后可随时更换，就像使用计算机软盘一样方便，只要备足需用的存储卡或磁盘，就可以连续进行大量的拍摄。

四、轻松随意的图像处理

在数码相机问世之前，传统摄影技术的数字化进程比较缓慢，数码图片曾一度依赖于扫描仪和传统的

胶片冲洗。对大多数人来说，数码图片处理曾经是一件令人头痛的工作。首先要拍摄、冲洗、检查冲洗出来的照片的效果，而且常常需要多次冲洗才能得到令人满意的照片，然后扫描照片生成计算机能够使用的数字图像，最后对图像进行编辑处理，直至得到满意的图片为止。有了数码相机，一切都变得简单多了。你可以根据自己的要求，随意拍摄，然后直接把图像下载到PC机中进行编辑处理。数码暗室技术利用丰富强大的数码图像处理工具，不但可以轻松地对数码照片进行常规的编辑，而且还可以进行特殊效果处理，对数码照片进行再创作。 五、信号输出的多种形式

传统相机记录的信号是固化在胶片上的光学信号，其信号输出方式非常单一：通过彩扩机将底片图像(负像)转换为相纸图像(照片)。传统摄影的数字化拓宽了胶片图像的输出路径，但是必须经过扫描仪将胶片图像或照片转换为数码图像文件，然后才能够输入到计算机或打印机。而数码相机记录的是数字信号，能够通过数字接口或视频接口直接连接到计算机、电视机、摄录机或打印机上。

在一定条件下，数码相机还可以直接接到手持电脑上，使用者可以立即检查图像是否正确，而且可以立刻打印出来或是通过电子邮件传送出去。数码相机生成的数字图像能够存入计算机中，并且利用图像处理软件进行后期编辑处理，这现再创作。数码相机的输出方式可分为接口传送方式、存储卡传递方式以及视频传送方式。

在接口传送方面，现在数码相机与计算机的主要连接途径以RS-232 和IrDA1.0接口为主，这些接口的传输速度较慢，而USB高速接口方便快捷，?将成为普及型数码相机的标准接口。IEEE1394接口可以达到400Mbps的传输速率，可能代替SCSI?成为专业数字图像设备的标准接口。 六、单芯片与多芯片数码相机原理

目前数码相机的电路结构分为多芯片电路与单芯片电路两种。绝大多数数码相机属于多芯片电路结构，单芯片数码相机开始出现在1999年200万像素新机型中，?尚待进一步普及。 (一)多芯片数码相机电路原理

数码相机除了光学透镜系统外其余几乎全由电子电路控制，基本的信号处理过程非常简单。由CCD送来的电信号通过A/D转换器转换为数字信号，然后送入具有信号处理能力的DSP，即数字信号处理器，然后进行JPEG压缩，?接着通过接口电路记录到位于最后一级的存储器。除了这些处理电路外，硬件控制还使用CPU，?如富士公司FinePix2700型数码相机就使用了两个CPU对硬件进行控制。 (二)单芯片数码相机电路原理

200万像素级以上的数码相机几乎都采用了某种ASIC芯片。尽管ASIC?部分因公司而异，但基本上都把处理电荷的部分做成一块芯片以实现高速化。同时，需要驱动电压部分集成化，减小耗电。耗电量与芯片数的平方成正比，因而降低单片耗电量，是目前解决数码相机耗电过大的一个有效手段。

单芯片数码相机电路结构的特点是将数码相机的整个电路板集成在一块硅片上。这块高度集成化的芯片包含了数码相机所需的主要功能，如取景、摄录、压缩、过滤、存储、传送以及显示数码景像，可实现每秒摄录、压缩和存储3.?3?万像素(24位彩色)，支持高达2048×2048的图像分辨率。这一水平相当于每秒以VGA?形式摄录11幅图像，经JPEG方式压缩、存储，并以每秒30帧的速度传送、显示于数码相LCD为示屏上。

作为数码相机单芯片，必须能够提供三种主要功能：1取景：即通过CCD获取影像，并显示在数码相机的LCD屏上；2摄录：即通过CCD获取景像，经JPEG?编码与压缩后，存储于非易失性存储器(内置式或移动式存储卡)；3?显示：即从非易失性存储器中取出压缩影像，经解压后在数码相机的LCD屏或电视屏幕上显示。

由于单芯片采用独特的设计方案，??所以其性能高但价格较低，??如美国LSILogic公司最近推出的数码相机芯片DCAM-101型，将使数码相机的成本降低25％左右。 (三)数码相机芯片DCAM-101型原理

当拍摄图像时，DCAM-101型的嵌入式处理器读出每个像素的光强并进行处理，用24位来表示每个像素的彩色影像。这个影像接着可以显示在LCD?显示屏或电视机上，也可以经过JPEG数据压缩后保存在非

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