数码相机讲解教程.ppt

第8章数码相机 学习目标 1 了解数码相机的发展历程 2 掌握数码相机的基本原理 3 熟练掌握数码相机的使用与维护方法 第8章数码相机 8 1数码相机的发展历程8 1 1数码相机的发展历程8 1 2数码相机的分类8 2数码相机的基本原理8 2 1数码相机的基本结构8 2 2数码相机的工作原理8 2 3数码相机的特性 8 3数码相机的使用与维护8 3 1选择数码相机的基本要点8 3 2数码相机的使用技巧8 3 3数码相机的维护与保养 引言部分随着数码科技的发展 视听和通信领域的结合 在二十世纪九十年代 崭新的数码影像产品 数码相机诞生了 它使传统的摄影技术发生了一次重大的变革 优越于传统的胶片相机 数码相机 简称DCS DigitalStillCamera 其实质是一种非胶片相机 它采用CCD 电荷藕合器件 或CMOS 互补金属氧化物半导体 作为光电转换器件 将被摄物体以数字形式记录在存储器中 8 1数码相机的发展历程 8 1 1数码相机的发展历程相机在我们生活和工作逐渐变成不可缺少的一部分 它的广泛应用逐步成为21世纪广大百姓的一个新的家电 也是现代办公中不可或缺的办公设备 第一款数码相机 见图8 1所示 的发明到现在有十多年了 而真正作为商品投放市场10年都不到 在如此短的时间内得到极大的推广 应归功于信息技术的发展 图8 1早期数码相机 1969年 美国的贝尔电话研究所发明了CCD 它是一个将 光 的信息转换成 电 的信息的 魔术师 当时的索尼公司开发团队中 有一个叫越智成之的年轻人 对CCD非常感兴趣 开始了对CCD的研究 由于这项研究距离商品化还遥遥无期 所以他只能默默独自进行研究 通过索尼的研发团队8年的研发 终于在1981年发布了全球第一架不用感光胶片的用磁记录方式的电子静物照相机 静态视频 马维卡MABIKA 照相机 虽然它最终并没有成为商品 但引起了广泛的关注 因为它意味着全新的照相系统的形成 把光信号变为电子信号的CCD和磁碟纪录方式 1988年富士与东芝在德国科隆博览会上 展出了共同开发的 使用闪存卡的Pujixs 富士克斯 数字静物相机 DS 1P 见图8 2所示 在这前后 富士 东芝 奥林巴斯 柯尼卡 佳能等相继发表了数字相机的试制品 如佳能RC 701 卡西欧VS 101 富士DS 1P 富士DS X 东芝MC2000等 图8 2富士DS 1P 1994年数码影像技术已经以一日千里的速度获得了空前发展 柯达公司是数码相机研发和推广的先驱人物 在这一年柯达推出了全球第一款商用数码相机DC40 由于价格合理 体积小而被消费者接受 1995年2月 卡西欧公司发布了当时给全球数码相机领域造成轰动的一款数码相机QV 10 这款相机具有25万像素 分辨率为320240像素 当时这样的配置是非常主流的 其售价刷新了历史新低 仅6 5万日元 引发了第一声数码相机市场热销风暴 1996年 佳能 奥林巴斯推出了自行研发的相机 随后 富士 柯尼卡 美能达 尼康 理光 索尼 东芝 jvc 三洋 康太克斯近20家公司加入到数码相机研发和生产的行列中并推出各自的品牌相机 这一年是相机历史上非常重要的一年 也有人称之为数码相机全民普及化的一年 1997年9月 索尼公司发布了MVCFD7数码相机 这是世界上第一款使用常规3 5英寸软盘作为存储介质的数码相机 同年11月 发布了DC210数码相机 这款相机使用了109万像素CCD传感器 而且采用变焦镜头 使数码相机有了全新的突破 1998年的数码相机市场 绝不仅仅只是把数码相机看作新鲜玩具那么简单了 1998年是消费级数码相机大发展的一年 大量低价 百万像素 数码相机成为了整个市场的一大看点 不仅像素大大提高 画质有了质的改进 而且功能丰富 向着何种小型化功能集成化发展 最重要的是 其价格进一步下降 被更多普通老百姓接受 1999年3月 奥林巴斯发布C 2500L数码相机 这是全球第一款配备了250万像素CCD的数码相机 这年单反数码相机领域也有了全新的产品 也引发了单反数码相机的竞争 进入2000年 不仅在计算机方面 还是存储设备方面 都有了很大程度的提高 因此数码相机的像素也在200万的基础之上 300万像素以及更高像素的数码相机成为了市场的开发热点 而变焦镜头则成为厂商们关注的又一对象 10倍或更高倍的光学变焦相机出现在市场中 现在 700万 800万像素的相机已经成为市场的主流 如 三星数码相机I8 820万有效像素 2 7英寸液晶屏 3倍光学变焦 防抖 1648元 索尼相机w150 810万有效像素 卡尔蔡司镜头广角焦距30mm 智能场景识别 2 7英寸液晶 双重防抖 2064元 佳能数码相机IXUS80 800万有效像素 2 5英寸液晶屏 3倍光学变焦 光学防抖 脸部优先识别 2052元 1000万以上像素的相机也已经销售 比如 索尼旗舰T300 1010万有效像素 卡尔蔡司镜头 5倍光学变焦 1厘米超微距 3 5英寸触摸式超大液晶显示屏 双重防抖 专业光学防抖2880元 卡西欧EX Z100 1010万有效像素 高效防抖功能 智能场景分析功能 2112元 索尼w170 1010万像素 2 7英寸液晶屏 5倍光学变焦 2倍数码变焦 全自动操作模式 伸缩式卡尔蔡司镜头 光学防抖功能 脸部识别 红眼减弱 内置闪光灯 超薄20mm广角 重量142g 随着技术的发展 以及数码相机的日益普及 数码相机产品的性价比得到极大提升 主要是在相机的分辨率不断提升 存储容量越来越大 功能愈来愈强 设计更加人性化 外部设备越来越丰富 许多产品也能满足专业摄影者使用 随着时间延续下去 数码相机市场的发展也将永无止境 在像素节节攀升的情况下 这一指标已经不再能吸引消费者的眼球 而更多具有产品个性以及实用功能的产品才能真正赢得消费者的认可 8 1 2数码相机的分类目前数码相机的分类很多 如果按图像传感器来分 可分为CCD数码相机和CMOS数码相机 1 CCD数码相机CCD数码相机是指数码相机使用CCD图像传感器来记录图像 属中高级数码相机 CCD本身是不能分辨各种颜色的光 要用不同颜色的滤色片配合使用 因此CCD数码相机有以下两种工作方式 利用透镜和分光镜将光图像信号分成R G B三种颜色 并分别作用在三片CCD上 这三种颜色的光经CCD转换为仿真电信号 然后经A D转换器转换为数字信号 再经DSP数字信号处理器处理后存储到存储器中 在每个像素点的位置上有三个分别加上R G B三种颜色滤色片的CCD 经过透镜后的光图像信号被分别作用在不同的传感器上 并将它们转换为仿真电信号 然后经A D转换器转换为数字信号 再经DSP数字信号处理器处理后存储到内存中 2 CMOS数码相机CMOS数码相机是指数码相机使用CMOS图像传感器来记录图像 其工作方式与CCD数码相机相似 目前属低档相机 CCD图像传感器与CMOS图像传感器比较 CMOS图像传感器易与A D电路 数字信号处理器DSP电路等集成在一起 CCD图像传感器只能单一的锁存到成千上万的采样点上的光线的状态 CMOS则可以完成其它的许多功能 如A D转换 负载信号处理 白平衡处理及相机控制 白平衡调整就是通过图像调整 使在各种光线条件下拍的照片色彩与人眼看到的景物色彩一样 另外 CMOS图像传感器还有耗电小的优点 其耗电量约为CCD图像传感器的1 10 但目前CMOS图像传感器在解析力和色彩上还不如CCD图像传感器 图像有噪音 准确捕捉动态图像的能力还不强 8 2数码相机的基本原理 8 2 1数码相机的基本结构数码相机与传统的胶片相机两者最大的区别是在它们各自的内部结构和原理上 它们的共同点是均由光学镜头 取景器 对焦系统 快门 光圈 内置电子闪光灯等组成 现在的数码相机既有取景器还有液晶显示器LCD 但数码相机还有其特殊的结构 如CCD或CMOS 仿真信号处理器 A D模数转换器 DSP数字信号处理器 图像处理器 图像存储器和输出控制单元等 目前较为常见的数码相机如图8 3所示 图8 3数码相机 以下是数码相机主要部件的主要功能 镜头主要功能把光线会聚到CCD或CMOS图像传感器上 起到调整焦距的作用 对于定焦数码相机 镜头 物体和聚焦平面间的理想距离被精确计算 从而固定了镜头和光圈的位置 对于Zoom 手动调节 数码相机 有一个机械装置 可以带动镜头组前后运动 一直让镜头保持在聚集平面中央 能够捕捉到距离镜头的远近的物体 CCD CMOS 图像传感器主要功能把镜头传来的图像信号转变为仿真电信号 A D转换器主要功能数码相机利用A D转换器将CCD产生的仿真电信号转换为数字信号 并传输到图像处理单元 数字信号处理器主要功能数字信号处理器主要功能是通过一系列复杂的数学运算法 如加 减 乘 除 积分等 对数字图像信号进行优化处理 包括 白平衡 彩色平衡 伽玛校正与边缘校正等 图像压缩主要功能数码相机的图像处理包括数据压缩 图像压缩的目的是为了节省存储空间 利用JPEG编码器把得到的图像转换为静止压缩的图像 JPEG格式 总体控制电路主要功能主控程序芯片 MCU 能协调和控制测光 运算 曝光 闪光控制及拍摄逻辑控制 当电源开启时 MCU则开始距检查各功能是否正常 若正常 相机处于准备状态 8 2 2数码相机的工作原理数码相机在使用过程中 半按快门对准被摄的景物 快门ON状态 与胶片相机相反 从镜头传来的光图像经过光电转换器 CCD或CMOS 感应将光信号转换成为一一对应的仿真信号 再经A D模数转换器转换 把仿真电信号变成数字信号 最后经过图像处理器DSP DigitalSignalProcessor 和主控程序芯片MCU 也称做微处理器MPU 按照指定的文件格式 把图像以二进制数码的形式显示在LCD上 如按下快门 则把图像存入存储器中 数码相机的工作步骤大致分如下 开机准备当打开相机的电源时 其内部的主控程序就开始检测各部件是否正常 如某一部件有异常 内部的蜂鸣器就会发出警报或在LCD上提示错误信息并停止工作 如一切正常 就进入准备状态 聚焦及测光数码相机一般都有自动聚焦和测光功能 当打开DSC电源时 相机内部的主控程序芯片 MCU 立即进行测光运算 曝光控制和闪光控制及拍摄逻辑控制 当对准物体并把快门按下一半时 MCU开始工作 图像信号经过镜头测光 TTL测光方式 传到CCD或CMOS上并直接以CCD或CMOS输出的电压信号作为对焦信号 经过MCU的运算 比较再进行计算 确定对焦的距离和快门速度及光圈的大小 驱动镜头给的AF和AE装置进行聚焦 图像捕捉在聚焦及测光完成后再按下快门 CCD或CMOS就把从被摄景物上反射的光进行捕捉并以红 绿 蓝三种像素 颜色 存储 图像处理就是把捕捉的图像进行A D转换 图像处理 白平衡处理 色彩较正等 再到存储区合成在一起形成一幅完整的数字图像 在图像出来后再经过图像处理器DSP单元进行压缩转换为JPEG格式 静止图像压缩方式 以便节省空间 图像存储在图像处理单元压缩的图像送到存储器中进行保存 图像的输出存储在数码相机存储器的图像通过输出端口可以输出送到计算机 可在计算机里通过图像处理程序 软件 进行图形编辑 处理 打印或网上传输等 在中高级的数码相机中 一般都含有AE功能和AF功能 主要功能表现为 AE功能当DSC相机对准被摄物体时 CCD根据镜头传来的图像亮度的强弱 转变为CCD数字电压信号 DSP再根据CCD数字电压信号进行运算处理 再把运算结果传输给MCU迅速找到合适的快门速度和镜头光圈的大小最佳值 由MCU控制AE机构进行自动曝光 AF功能直接利用CCD输出的数字电压信号作为对焦信号 经过MCU的运算比较进行驱动镜头AF机构前后运动 8 2 3数码相机的特性数码相机是集光学 机械 电子于一体的的现代高技术产品 它集成了影像信息的转换 存储和传输等多种部件 具有数字化存取模式 与计算机交互处理和实时拍摄的特点 因此数码相机有如下之特性 立即成像 数码相机属电子取像 可立即在液晶显示器 计算机显示器或电视上显示 可实时监视影像效果 也可随时删除不理想的图片 与计算机兼容 数码相机存储器里的图像输入计算机后通过影像处理软件 可进行剪切 编辑 打印等 并可将影像存储在计算机中 电信传送 数码相机可将图像信号转换为电子信号 经电信传输网或内部网进行传输 如邮政影像专递 E mail 8 3数码相机的使用与维护 8 3 1选择数码相机的基本要点在选择数码相机时 应注意以下几个问题 品牌 需要考虑的因素 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 奥林巴斯 佳能 卡西欧 索尼 富士 尼康 美能达等 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 被摄画面表现得也就细腻 清晰 层次分明 低档数码相机的像素水平一般较低 像素点只有几十万 中高档数码相机的像素水平较高 像素点大都在200万以上 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 如果拍摄是用于在计算机屏幕上显示 或应用在网页上设计 那么选择如200万像素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300万像素以上的机型 而专业摄影师或编辑记者 对图处于质量要求较高 则应选择高分辨率的相机 如500万像素以上的机型 存储介质 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 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高度集中统一 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的提高 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 镜头方面 变焦倍率 和 F值 最关键 对于数码相机来说 变焦倍率越大 远景拍摄就越高度集中统一 但相应地镜头就越大 价格也就越高 如果只是把数码相机用作记录用途 采用尽可能轻便的产品 可以选择无变焦功能的产品 而稍微需要一点变焦功能 有3倍左右的变焦功能也就足够用了 但是 规格中也许会出现 光学变焦倍率 和 数码变焦倍率 两项 其中体现镜头性能的是 光学变焦 数码变焦 是指将部分图像裁剪出来进行放大的功能 所以 利用数码变焦进行放大的越多 画质就越差 顺便提一下 由于镜头的焦距会因摄影元件的尺寸而有所不同 因此直接进行比较没有太大的意义 基本上所有的规格中都会换算成35mm相机后的焦距 F值 表示镜头亮度 不用闪光灯在中午进行拍摄时 达到F4 5左右就足够了 但是当经常在傍晚时分或光线昏暗的室内拍摄时 最好达到F3 5或F2 8左右 镜头的性能并不能仅由规格来判断 其模糊度 色彩表现性能以及外部光量和像差等数据并不写在规格中 这方面的知识可参考相关的测试报告及文章 液晶显示功能 液晶显示功能 具备液晶显示功能的数码相机 可以让人方便地浏览编辑照片 还能使你在拍摄前预览并先行检视拍摄对象 删除不想要的照片 以便在下载到PC前 充分利用相机的有限存储量 目前 显示器的显示方式有放大显现 幻灯显现 连续执行主管 多幅同时显现等方式 显示屏通常为1 8in和2in 有些产品已达到2 5in 显示屏窗口越大 应该说越方便 其他应注意事项 对相机的易用性影响较大的规格包括从打开电源到可以拍摄之间的启动时间 可连续拍摄的最短时间 以及从按下快门到快门关闭之间的时滞 为了不放过任何拍摄时机 显然这些指标的数值越小越好 8 3 2数码相机的使用技巧1 数码相机的变焦功能的使用变焦是指镜头可任意改变焦距 即一般人所说的伸缩镜头 如35mm 105mm就是指镜头能在35mm与105mm之间改变其焦距 数码相机的变焦设计也都不一样 有些数码相机是自动按键变焦 有些是手动旋转变焦 自动变焦相机 这种变焦通常出现在消费级相机上 它是在机身上有一个变焦按键 见图8 5A 用W和T表示 W表示缩小 T表示放大 像仿单反数码相机就是手动旋转变焦的 它是在镜头上有一个变焦环 旋转变焦环就可以放大 缩小了 见图8 5B 而DSLR 数码单反相机 都是通过镜头上的变焦环来变焦的 见图8 5C 2 A 模式的使用 A 模式的全称是光圈优先自动曝光模式 它的工作原理是 拍摄者根据自己的需要手动设定光圈参数 然后相机根据测光结果自动给出相应的快门值 从而完成正确的曝光参数组合 图8 6 A 模式位置图 3 S 模式的使用 S 模式的全称是快门优先自动曝光模式 见图8 7所示 它的工作原理是 拍摄者根据自己的需要手动设定快门速度 然后相机根据测光结果自动给出相应的光圈值 从而完成正确的曝光参数组合 图8 7 S 模式图 4 夜景肖像数码场景曝光模式的使用先分析一下拍摄夜景人像的过程 首先 使用数码相机拍摄夜景肖像场景一种方法可以提高相机感光度 这种方法可以一定程度上提高快门速度 避免主体人物虚动 或缩小光圈 增大画面的景深 背景的夜色可以得到好的表现 但是提高感光度后 容易导致画面质量降低 另一种方法是使用闪光灯给主体人像补光 使用闪光灯还有一个好处是我们可以把相机的快门速度降低而不至于主体人物因晃动等原因产生虚化 因为在闪光灯和快门共同开启的极短瞬间内 影像已经定格 夜景肖像数码场景曝光模式 见图8 8所示 正是依据图8 8夜景肖像数码场景曝光模式图这个原理来设计的 图8 8夜景肖像数码场景曝光模式图 5 SP 模式的使用 SP 模式称为数码相机场景曝光模式 见图8 9所示 有些品牌相机的模式曝光多达十余种 即使是不懂摄影的朋友也可完成拍摄工作 数码相机场景曝光模式的产生是为了能让摄影