《数码相机原理》PPT课件.ppt

数码相机原理,前言,近年来，随着计算机技术的迅速发展，出现了许多数码化产品。就像给计算机插上了翅膀，使其越来越强大，也越来越方便，价格也越来越便宜。DIY们除了不断给机器升级外，也在不断尝试着新的玩法。给电脑加个手写笔，或来个君子动口不动嘴，或买个CDRW自己刻CD，再有的买个摄像头开个面对面的CHAT。什么都玩过了，现在该数码相机登场了。由于过去数码相机的价格太高，而且成像质量也不能满意，因此很少有人敢碰。但近来，由于技术的成熟，加上欧美市场的打开，厂商开始大规模生产数码相机，使现在百万级像素的数码相机跌破万圆大关，四五千元就可以买个百万像素的数码相机，而且成像质量绝对可以令人满意。,工作原理,数码相机是以电子存储设备作为摄像记录载体，通过光学镜头在光圈和快门的控制下，实现在电子存储设备上的 曝光 ，完成被摄影像的记录。数码相机记录的影像，不需要进行复杂的暗房工作就可以非常方便地由相机本身的液晶显示屏或由电视机或个人电脑再现被摄影像，也可以通过打印机完成拷贝输出。与传统摄影技术相比，数码相机大大简化了影像再现加工过程，可以快捷、简便地显示被摄画面。,品牌,目前，数码相机已有近百个品种，国内市场上常见的品牌有：柯达、奥林帕斯、佳能、卡西欧、爱普生、富士、爱克发、宝利来等。,成像质量,数码相机的成像质量，除镜头质量的因素外，很大程度上取决于成像芯片的像素水平。像素点数目越多，像素水平就越高，图像的分辨率也就越高，被摄画面表现的也就越细腻、清晰、层次分明。低档数码相机的像素水平一般较低，像素点均在十几万至几十万之间（如640480型相机）；中高档数码相机的像素水平较高，像素点大都在100万以上，如SANYO公司推出的新机型Z-400相机像素水平已达到192万（即16201200）。像素水平和分辨率越高，相机的档次与价位也就越高，成像质量也就越好。 在选购数码相机时，在财力允许的情况下，分辨率越高当然越好。但也不要一味追求高分辨率，而应根据使用用途量力而行。一般来说，如果拍摄是用于在电脑屏幕上显示，或应用在网页上设计，那么选择如640480等分辨率的经济实用型相机就可以了；如果想输出影像，要求照片相对清晰、逼真，则应选择中档以上分辨率的相机（如1024768机型）；而专业摄影师或编辑记者，对图片质量要求较高，则应选择高分辨率的（如16201200型）相机。,存储媒体,数码相机存储容量的大小决定所能拍摄的张数，在经济条件允许的前提下，存储量越大越好。如卡西欧QV-100、QV-300最多可拍张数192张，奥林帕斯中高档系列产品也可提供120张以上的存储量。目前，多数相机可配套使用移动式存储卡，它给容量的扩充带来方便，能像底片一样，拍完后换上另一个存储卡继续拍摄，大大增加可拍张数。,自动变焦功能,早期的数码相机类同于低档的傻瓜相机，聚焦精度差，曝光方式单一且范围窄。近年来越来越多的数码相机采用了CCD、TTL自动聚焦方式，进一步提高了聚焦精度，使画面质量有了较大的提高；在曝光模式上，快门先决式自动曝光、光圈先决式自动曝光、手动曝光模式均有，消费者可根据习惯爱好及自身摄影技艺而选择。,镜头品质,目前大多数数码相机都采用了内置变焦镜头，并在镜面中使用了非球面镜片，光圈的档位数也由2-3档提高到6档左右；镜头的口径也明显加大，变焦镜头已有多种产品，使拍摄的灵活性和成像质量有了较大提高；有的相机还具有电子变焦功能，可提高超远拍摄能力，对野外科考人员特别适用。,数码相机知识进阶,基本知识,数码相机和传统相机在光学原理上没有什么区别，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感光化学介质。而数码相机则是采用了CCD作为记录图像的光敏介质，而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，无需购买胶卷，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,数码相机的产生過程,耦合器的感光板，数码相机用快门来激活电荷耦合器件传感器，它们把光信号转换成电信号，将光照的强度转换成相应的数值。然后电信号被转换成数字信号并进行处理，最后把得到的数字图像保存在存储器中。实际上CCD本身是不能分辨颜色的，所以在实际应用时需要使用色彩滤镜，一般就是在CCD器件的滤镜层涂上不同的颜色。滤镜上不同的色块按GRGB（绿红绿蓝）的顺序像马赛克一样排列，使每一片“马赛克”下的像素感应不同的颜色，当光从红、绿、蓝滤镜中穿过时，就可以得到每种色光的反应值。然后，再使用软件对得到的数据进行处理，就可确定每一个像素点的颜色。数码相机得到的图像其实就是一个数值的集合，所以数码相机的产生，主要是由于CCD电荷耦合器的发明。CCD实际上是一块布满光敏元件即电荷可以直接下载到计算机中进行处理。这里关键的一点是，光线要足够强。普通的数码相机特别是那些比较便宜的，当光线弱到一定程度时，就无能为力了。一般来说，光线越强越好。 CCD生成的数字图像被传送到相机的另一块内部芯片上。该芯片负责把图像转换成相机内部存储格式（一般是压缩图像格式，比如说JPEG格式）。最后，把生成的图像保存在内部存储器中。,技术指导,CCD和像素,对于数码相机而言，由于利用CCD电荷耦合器来感光。所谓像素即CCD上的感光元件，像素的多少直接关系着所射照片的清晰度，像素越多则图像越清晰。基本上数码相机的像素直接决定相机的最大分辨率，也就是分辨率的乘积等于CCD的象素。如130万象素的DC240物理象素点为1344971，其最大分辨率为1280960。不过也有例外，Agfa的ePhoto 1680像素只有130万，但通过其相机内制专利插值算法可以将分辨率提高到16001200。除像素外，CCD的另一个参数是量化bit数，决大部分的数码相机为24bit，Olympus的数码相机则采用36bit，使其在色彩效果和低亮度环境下拍摄的效果比24bit的相机略胜一筹。,存储器,数码相机与普通相机的区别在于其摄入的图片直接存储在相机存储器中。就如胶卷有36张的容量一样，存储体也有容量限制，但规格要多得多，一般有2M、4M、8M、16M等。 数码相机所能拍摄的照片数不仅取决于所用的存储体的容量，还取决于拍摄照片的分辨率及压缩率。由于不同的分辨率和压缩比例所产生的图像文件大小不同，因此，在同一容量存储器下，所能拍摄的照片数也不同。在高分辨率高画质的情况下，一般随机配的存储器只能存2到3张照片，而低分辨率经济模式下就可存上五六十张了。,例子,表1是按柯达相机系列为例，采用8M的闪存，以JPEG存储：,表1,数码相机的存储器類型,数码相机的存储器基本上有四类：SMARTMEDIA CARD聪明卡、FLASH CARD闪存、软盘、Memory Stick SMARTMEDIA CARD也称为聪明卡，由于制造工艺简单，体积小（厚薄大小只有半张名片大小），而且还是有柔软可弯曲等优点，最初的数码相机都采用此类存储器，比如Olympus、富士、三洋、RICOH的数码相机都采用SMARTMEDIA卡。,FLASH CARD闪存也称为COMPACT FLASH CARD，是利用FLASHROM存储体制成的半导体存储器。现在许多主板和显卡上都利用FLASHROM存储BIOS，以便于升级更新。其基本原理是利用半导体内的雪崩效应存储电荷，不需要像EPROM那样用紫外线擦除信息，也不用如EEPROM利用12高电压擦除，FLASHROM可以直接利用读写电压直接读写，就像SRAM一样直接操作。工作电压主要有5V和3.3V两种，用于数码相机的基本上为3.3V的。而且FLASHROM已经制定了统一的标准，即COMPACT FLASH CARD。一般使用FLASHROM的数码相机基本上都支持COMPACT FLASH CARD，因此只要是符合COMPACT FLASH CARD标准的卡都可用于此类数码相机。这样就大大增强了此类相机的兼容性，也方便存储卡的购买。市场上，柯达、EPSON 、CASIO的数码相机基本上采用COMPACT FLASH CARD，而且随机配的CF卡都容量较大，一般都为8M起，而且可以买到的最大的CF卡已有64M的产品了。 软盘是最熟悉的外存储器了，由于其价格低廉容易购买，SONY公司的中低档数码相机FD系列就采用了软盘作为存储器，直接在相机内建了一个软驱，由于设计完善，实际并没有使相机体积变大多少，解决了软盘读写慢的缺点。当然由于软盘容量有限，每张存储的照片数较少，而且软盘这类磁记录设备对环境要求较高，容易损坏，而且如果外出还要带上一大盒软盘,不太方便。,MemeoryStick是SONY数码相机用的另一种存储器，其外观如一块口香糖，是以上几种存储器中最小的,SMARTMEDIA卡的价格低于闪存，但由于技术本身的缺陷，SMARTMEDIA卡的容量很小，一般为4M左右，目前最大的也仅32M。而且由于原先数码相机设计上的问题，许多相机不兼容8M以上卡，因此需要将相机送回原厂升级而且是收费的。FLASHCARD由于有统一的标准，而且其技术本身没有容量限制，可以像硬盘一样，只要体积允许，可以无限增大容量。现在最大的已有64M，此类数码相机也没有不能支持大容量存储器的问题。由于CF卡不仅可用于数码相机，其它如MP3播放器，移动式存储器也用FLASHROM作为存储器，随着生产CF卡的厂家增多，产量增大，其成本将会很快下降，除日本生产外，目前已有许多公司在韩国和台湾开设生产厂。现在国际市场上，SMARTMDEDIA卡与CF卡的差价在10以内，可以预见将来CF卡很可能成为主流外存，价格将会非常便宜容量又大。,对焦和变焦,对焦，是指将透过镜头折射后的影象准确投射到CCD感光面上，形成清晰的影像。普通的中低档数码相机采用自动对焦方式，自动调准焦距。高档的专业相机则保留手动调焦模式，不过对于非专业用户自动调焦也足够了。数码相机自动调焦方式一般分主动式和被动式两种。所谓主动式是指相机主动发射肉眼不可见的红外光直接照射被射物体确定距离，然后调焦。这种方式调焦速度快，但容易产生误差。被动式则是通过影像的光强自动调整对焦，误差小，但对焦时间较长。 为了能够拍摄出远方的景物或细节部分，最新出的数码相机都带有变焦功能。有光学变焦和数字变焦两种，所谓光学变焦，就是利用调节相机镜头的光学系统来改变镜头的焦距，焦距越长，被射物体在CCD上的投影就越大。数码相机都用放大倍数来表示，如：2X、2.3X、3X等，相对与普通相机来说，2X的大约为3570，3X的大约为35110。数字变焦是利用相机自身的处理器，将照片数据通过插值方式放大。但此方法是利用数学方法获得放大效果，实际并不改变照片的分辨率，因此不能通过数字变焦的方法提高照片的细节清晰度。如真要放大的话还是将照片数据传输到计算机上利用专用图像处理软件进行处理效果更好。因此，对数码相机来说光学变焦系统才实际有用。当然，在价格上有光学变焦的数码相机要比没有光学变焦的要贵20以上。 除正常拍摄方式外，许多数码相机都提供翻拍模式或称近距模式，主要用于对近距离物体拍摄，可以用来翻拍文章。正常模式下，相机可以拍摄0.5米到无限远的物体。在近距模式下，可以拍摄0.2至0.5米的物体，不过此时由于距离太近TTL（Through The Lens通过镜头）直接取景方式不能工作，可以通过相机自带的LCD显示屏来取景。外出查资料时，带个数码相机可以免去复印的麻烦，直接将资料翻拍下来，十分方便。,输出,数码相机所拍的照片最终还是要存储在计算机上的，基本上所有数码相机都支持RS232串口通信方式，利用串口将数码相机存储器内的数据发送到计算机上。但由于串口的通讯速率低，传一幅照片至少要一分钟的时间。许多数码相机厂商都在新产品中增加了USB方式，使数据传输瞬间完成，一幅高质的照片只要10秒就能完成传送，而且可以通过USB口直接用计算机控制相机拍摄操作。 除此之外，还有红外传输、存储卡示配器、PCMCIA读卡器等。利用存储卡示配器可以通过并口传输数据，使存储器像一个软驱一样可以在WINDOWS下直接读取资料，实际上作为软驱的替代品存储数据也很有实用价值。另外，许多数码相机备有视频输出方式，可以输出PAL/NTSC制式的视频信号，可以利用电视机来显示图像，非常方便。,外观,大多数中档商用和家用数码相机的外观都仿制普通傻瓜相机的造型，简单轻巧。也有些颇有专业相机风格，如OlympusL系列的1400XL，并可外接闪光灯、柯达的DC260、DC265等。,存储格式,为尽可能多地存储照片，数码相机所拍摄的照片数据基本上都以JPEG方式存储，并可选择压缩率，一般为1/4、1/8、16/1几种。有些数码相机为保证照片质量，可以以TIFF格式存储，如富士的DS300，不过TIFF格式的图像容量至少1M以上，每次存储的照片数就少多了。另外，一些数码相机还使用自己开发的图像格式，柯达的DC260除使用JPEG格式外还可采用一种自创的图像存储格式Flash PIX。Canon PowerShot系列直接记录CCD上的数据，图像文件大小只有TIFF的三分之一。,电源,数码相机大部分都使用4节AA电池，也可以使用镍氢充电电池。由于LCD是耗电