数码相机原理.ppt

数码相机基础 数码相机原理 KBU技术G江伟 前言 数码相机的历史尚浅 是属于发展途中的制品 其更新之快使最新的外观可能马上会遭受淘汰 因为本资料是以2005年的现状为依据作成 所以可能马上会过时 但我们尽量使其不因时代变化而被改变 谨供想了解数码相机的同仁参考 注意 由于一部份的资料 文章 照片是从各种资料上的转载下来的 请在使用时多加注意 本资料要求绝对作为内部资料保密 模拟相机与数码相机 1 模拟相机 银盐相机 胶卷上有遇光发生化学变化的银化物形成的感光层 通过感光记录使画像成在胶卷上 模拟式 通过显影处理除去未反应的银化物 保留下可见的像 数码相机 由CCD 电荷结合素子 取代胶卷 将画像变换为电子信号 用数码数据记录于存储卡等记录媒体 TFT液晶显示屏 AD变换 ASIC处理 存储器 CCD FILM 快门 光学式取景器 数码相机 模拟相机 模拟相机与数码相机 2 数码相机的优点 拍到的画像即时可见 可立即删除掉拍摄失败的照片 画像不会劣化 用电脑等存储 加工简单 数码相机的缺点 耗电 大屏幕TFT更耗电 如u500 比银盐相机画质略差价格相对较贵会出现近似色 数码相机的构成 画像処理回路 镜片 记录媒体 镜片 电脑部分 存储器 电源 部分 镜片 LCD显示器 录像OUT DRAM C 闪光灯 数码相机的构成要素 闪光存储 何谓CCD CCD 光电转换器 电荷结合素子 ChargeCoupledDevice 的略语 是数码相机的心脏部分 有将从镜片投入进来的光信号转变为电子信号的功能 被称之为画素的小的光电素子呈格子状的排列 CCD 1画素 画像处理的基本原理 CCD画像 数码变换 再生 重新排布 记录每个画素的明亮度 色彩的电荷量 以电荷量为基准来进行显示的明暗变换 按顺序进行再现 行排列或竖排列 的大小 CCD的尺寸用英寸来表示 但是由于摄像管时代表示的延续使用 故与实际尺寸存在一些差异 1 2英寸CCD是指直径约1 2英寸的摄像管 而不是指CCD的对角为1 2英寸 CCD相当于1 2英寸的摄像管 有效输入面 6 4 4 8 画素的构成 滤色片 传送部 微小镜片 传感器 遮光框 4微米 长方画素 由于 的纵向解像度规格为512本 无横向规格 为了使映像清晰 提高横向密度 开发了长方形画素 与显示器 录像相机用 一样 将其应用于数码相机 用的画面为正方画素 所以有必要将长方形画素进行正方形情报变换 画像劣化 正方画素 用的画面由正方形画素构成 正方形画素是为了 输出时不发生变换 作为数码相机用而被开发出来的 画质不劣化 现在几乎都是这种类型 CCD大 CCD小 相同画素数 画素 表面积小 表面积大 接收到的光量 少 感度低 多 感度高 增幅 在画素数相同的条件下 CCD大的画质好 相同的画素数目不同的尺寸 如果是相同的画素数的CCD尺寸越大感度越高 总画素数与有效画素数 有效画素数 总画素数 有的CCD总画素数有150万画素 而实际被使用的有效画素数可能只有130万画素 有效画素数不会大于总画素数 滤色片 CCD虽然能够识别亮度但不能够识别色彩 这样只能形成黑白画像 所以有必要使用将色彩进行区分的滤片来获得色彩信号 其中有原色滤片及补色滤片 色彩关系图 原色滤片 将光的三原色红 绿 蓝进行分光提取的滤片 忠实于光源色得到鲜明的色彩 由于光的透过率低所以色彩的感度低 CCD 向画像处理回路 补色滤片 将补色三原色CyanMagentaYellow感度提高的Green进行分光的过滤片 色彩的再现性较原色滤片差 因为光的透过率高所以色彩的感度高 形成画面时由于要将色彩情报演算变换为RGB情报 所以画像的劣化会成为问题 画面的大小 即使CCD的尺寸相同 画素越多其画面显示就越大 1 3英寸 35万画素 200万画素 画像情报少 画像情报多 百万画素 百万 万 画素 百万 100万画素 搭载超过100万画素CCD的数码相机称之为百万画素数码相机或是超百万画素数码相机 画像大小 画像尺寸一般是使用在显示器上使用的用语 VGA尺寸 640 480画素XGA尺寸 1024 768画素SXGA尺寸 1280 1024画素UVGA尺寸 1600 1200画素UXGA尺寸 2048 1536画素VGA用横向640的点 纵向480的点作成一个画像 万画素 万画素 万画素 画质 良 万画素 万画素 银盐菲林的画素数 一般应用的画素相当数为 1000万画素 500万画素高画素化的标准被称之为600画素作为一般普及机 数码相机 好的也需要400万画素 20万日元左右 在专业使用中有些是2600万画素 330万日元 六寸版只要有100万画素就完全够用了 超级CCD蜂巢 富士开发成功的新画素配列的CCD与新开发的蜂巢信号处理LSI回路相组合 实现了解像度提高约1 6倍 130万画素约相当于200万画素 超级CCD蜂巢的排列 将画素转动45度 形成八角形是其特征 受光部大高感度解像度 画像处理回路 转换器 将从 传送过来的模拟数据置换为数码数据的回路 决定光强的上限 下限 并数值化将色彩的分阶调并进行数值化将所有的画素置换为数值 映像信号的读出 读取CCD中储存的电荷的方法主要有二种 由CCD来决定 隔行扫描 交互式读取 C 900ZOOMC 830L渐进式扫描 全画素同时读出 C 1400XLC 2500L 隔行扫描 交互式读取 应用录像CCD的方式先读出扫描线的偶数行然后再读出奇数行 之后将其合并形成一个画像 优点及缺点 较渐进式使用的传送路径少 所以受光面积大 因为与录像相机是相同的方式 所以技术完成度高 开发费用低 由于偶数与奇数的读出存在时间的偏移 所以被写体发生移动时 容易移位 因此需要遮断CCD受光的机械快门 因为有必要合成所以需要画像处理的回路 渐进式扫描 全画素同时读出 是专为数码相机而开发的方式 所有的画素情报在一次全部读出 优点及缺点 因为是一次读出 对发生移动的被写体也不会受很大影响 不需要防偏移的快门结构 每个画素都要有传送路径 所以要制造高画素的CCD是比较困难的 感度较隔行扫描还低 画像压缩 由于画像的数据需要庞大的容量 为确保其记录的张数 要将数据压缩进行记录 方式有二种 JPEG系 非可逆压缩 原文不能再出现第二次 多使用于普及相机 TIFF系 可逆压缩 压缩率低 但不会致画质低下 使用于追求高画质的机种 非可逆压缩和可逆压缩 非可逆压缩 可逆压缩 画质 摄影张数 记录媒体的容量 价格 压缩系的分类 其他 OLYMPUS 2 1 OLYMPUS OLYMPUS等 向 统一的靠拢 只有CASON 佳能 松下等 尼康 富士等 方式 DesignruleforCameraFilesystem将Exif CIFF的记录方式进行合并的方式 近来几乎所有的数码相机都有采用DCF方式的倾向 可以不必担心机种的差别来进行数据的处理 奥林巴斯的压缩方式 C 840L C 1000L C 1400XLC 1400XL以前的机种 2 1 C 830L C 900ZOOMC 830L 98 11 以后的机种 C 2500L SHQHQSQ 奥林巴斯相机选择的模式压缩率的差异 情报的删减 将皱纹及毛发等肉眼难以判定的细小部分的数据删除 因为对情报进行了删减 画面的大小会发生变化 SQ HQ SHQ拍摄可能的张数发生变化 SQ HQ SHQ 记录 记录媒体 画像的数据不同于文字的数据需要庞大的容量所以使用小型且大容量的记录媒体 有内藏型与交换型 数据量的单位 2进法的单位 1 000 1 000 000 记录媒介 内藏 闪光存储交换 卡 便携式FLASH SM 存储卡 超大驱动器 CD R 小型媒体 45 37厚度为0 76 的半导体媒体现在有容量为 MB 3 5英寸的 容量为1 44MB SSFDC相当于88张FD 88 主要特征 SM 高速读写读写电力少记录保持不需要电力可以删除数据所以可以再利用相机可以做成便携式可以直接地读入至电脑里 ID格式 由OLYMPUS 三洋 日立三家公司共同开发的 记录媒体 直径5cm 能记录730MB的大容量数据的超小型光磁气系统 200万画素的静止画 相当于1800张 2000年制品化将去往何处 主要特征 ID 超高速改写 超过20Mbps 大容量的记录容量100万次以上的改写可能抗冲击性强密封性好 相机的机能 快门 机械快门机械性地控制光量 对银盐相机来说它是必不可缺的 在数码相机中其主要被应用于摄影时的光亮抑制 防止拖尾 电子快门通过对输送给摄像回路的CCD电荷的控制来对摄影时间进行电子控制 镜片性能1 解像度如果一个画素的尺寸是4微米 4 1000 则 内排列的画素为250列 镜片的解像度是用在 的范围内能够识别多少黑白一组的线来表示的 如果不用解像度在125本以上的镜片 CCD的性能就得不到淋漓尽致的发挥 画素的大小和解像度 解像度 画素尺寸 2个份 黑白 镜片性能 高画素的TYPE因其感度较低所以进入的光量越多 画像越好 要求用明亮的镜片 因为的非球面镜片可使光线垂直入射于CCD的周边部 故画质很好 数码变焦与光学变焦 数码变焦因将画素数据扩大而变焦 画质会变得粗糙但并不需要设置变焦结构于镜片中 光学变焦使用镜片变焦结构将进入CCD的画像扩大 画质好 高解像变焦镜片确立高画素CCD 如果与电子 光学变焦组合在一起 可使画质好的1000倍变焦成为可能 机构 主动方式通过被摄物反射相机发出的光线 音波的角度及时间来检出距离 被动方式外光方式TTL方式 位相差检出方式 对比度检出方式 手工操作方式 外光方式 利用被写体的明暗来测距 检出二重像重合时 对比度增强的方式 将手指竖于眼前 左右眼交互看 偏移量会因手指与眼睛的距离而改变 应用了此原理 位相差检出方式 用2个镜片来看一个画像 检出各自结像面上的偏移量的方式 对比度方式 移动AF镜检出辉度差最大的地方的方式 AF检出不需要外部素子 在暗处无法检出辉度 无法形成AF 作动 辉度 手动操作方式 如文字表示一样用手动操作来设定距离的方式 在数码相机上 经常使用CCD进行测距较好 在暗处没有光进入CCD 所以无法进行AF 为此有的机种将这一模式作为机能进行了追加 AE机构 数码 测光方式对摄影画面的中央和周边进行个别测光来决定最合适露出的方式 Spot方式以点的范围来测光决定露出的方式 多层测光将画面进行多层分割 来决定各自露出的方式 白色均衡 即使在不同的光源下也能将色彩调节为无色泽偏差的机能 在萤光灯下拍成黄色 多云的天气拍成淡蓝色 将这些色彩的成份进行补正 再现与被摄物相接近的色彩 有时在晚霞下进行拍摄对红色成份进行补正 可使背景看来是晴空 有些机种设定了能够让顾客进行任意光源设定的模式 液晶显示器 具备以下机能 摄影画像的再生取景器的机能菜单画面作为电池短期消耗对策 有的机种未完全利用如上机能 液晶画素约13万左右 液晶显示器的种类 TFT液晶低温聚硅 液晶TFT的改良型 画素的密度和辉度提高了 反射型 采光型液晶上述的二种采用后灯 消耗大量电力 反射型 采光型将外光作为光源 是省电型 虽然在暗处不见其特长 但是在太阳光下看得很清楚 TFT型的构造 外观很好但消耗电力大 后灯 光源 反射型的构造 虽只能在亮处可见 但消耗电力小 凸凹状的反射板 光源 采光型的构造 因为采用外光 故外观较反射型的好 消耗电力小 LCD 凸凹状的反射板 光源 其他 电池 镍充電池能时间维持高电压是其特征 虽然比较便宜 但是在电池全部消耗前使用或在全充电完成前使用会有使充电容量逐步低下的存储效果发生 镍氢充电池较镍电池的容量大40 左右 存储效果少 和 用信号方式的略称 将 的情报以亮度 辉度二种色彩情报来电送 日本 美国 加拿大 扫描线每一条线的位相反转来进行电送 德国 英国 亚洲 法国 拖尾 画素的辉度电荷向纵方向传达 如果接收到画素容许以上的强光 周围的画素就会充满电荷 将此变换为画像就会出现纵向的光带 我们称之为拖尾 参考文献 数码相机杂志 Vol 10 14 15销售公司Tel03 5275 2442奥林巴斯数码相机CAMEDIA全书 株 学習研究社数码CAPA特別編集数码相机的基础知识奥林巴斯贩卖奥林巴斯研究所資料 74 数码的应用及今后的动向 1999 07 15 数码相机的长处1 胶卷相机的代替不发生胶卷费用可用存储卡反复利用不发生显影费可以只打印有用的部分保管空间小大量保存于 检索可能 数码相机的长处2 数码相机的可能特征摄影场所进行再生确认 可以消去不必要的东西 可用数码传送 在较远地方传送短期内也不会令画像劣化 省力化即使不去该地也可以完成工作几项工作可同时在一处进行处理 直接打印机能 可用专用电脑直接打印可用相机直接打印拍摄后可即刻简单打印选择印刷与照片的打印具有相同的高画质 数码相机 照片的愉悦及梦想 拥有数码的 梦想 的扩展 OLYMPUS系列 年 不断追赶无法超越 1400XL 98数码相机观测 900ZOOM 98下半期金赏 不断追赶无法超越 1998年 销售市场