数码相机的原理与结构

1、数码相机的原理与结构数码相机是由镜头、CCD、A/D（模/数转换器）、MPU（微处理器）、内置存储器、LCD（液晶显示器）、PC卡（可移动存储器）和接口（计算机接口、电视机接口）等部分组成，通常它们都安装在数码相机的内部，当然也有一些数码相机的液晶显示器与相机机身分离数码相机中只有镜头的作用与普通相机相同，它将光线会聚到感光器件CCD（电荷耦合器件）上, CCD是半导体器件，它代替了普通相机中胶卷的位置，它的功能是把光信号转变为电信号这样，我们就得到了对应于拍摄景物的电子图像，但是它还不能马上被送去计算机处理，还需要按照计算机的要求进行从模拟信号到数字信号的转换，ADC（模数转换器）器件用来执

2、行这项工作接下来MPU（微处理器）对数字信号进行压缩并转化为特定的图像格式，例如JPEG格式最后，图像文件被存储在内置存储器中至此，数码相机的主要工作已经完成，剩下要做的是通过LCD（液晶显示器）查看拍摄到的照片有一些数码相机为扩大存储容量而使用可移动存储器，如PC卡或者软盘此外，还提供了连接到计算机和电视机的接口几乎所有的数码相机镜头的焦距都比较短，当你观察数码相机镜头上的标识时也许会发现类似f=6mm的字样，它的焦距仅为6毫米，这不是鱼眼镜头吗？答案是否定的说明书中明确地指出f=6mm相当于普通相机的50mm镜头（因相机不同而不同）这是怎么回事呢？原来我们印象中的标准镜头、广角镜头、长焦镜

3、头以及鱼眼镜头都是针对35mm普通相机而言的它们分别用于一般摄影、风景摄影、人物摄影和特殊摄影各种镜头的焦距不同使得拍摄的视角不同，而视角不同产生的拍摄效果也不相同但是焦距决定视角的一个条件是成像的尺寸，35mm普通相机成像尺寸是24mm36mm（胶卷），而数码相机中CCD的成像尺寸小于这个值两倍甚至十倍，在成像尺寸变小焦距也变小的情况下，就有可能得到相同的视角所以说上面提及的6mm镜头相当普通相机50mm焦距镜头因此在选购数码相机时，我们不用关心数码相机的实际焦距是多少，而只要参考换算到35毫数码相机使用CCD代替传统相机的胶卷，因此CCD技术成为数码相机的关键技术，CCD的分辨率被作为评价

4、数码相机档次的重要依据CCD是Charge Couple Device的缩写，被称为光电荷耦合器件， 它是利用微电子技术制成的表面光电器件，可以实现光电转换功能在摄像机、数码相机和扫描仪中被广泛使用摄像机中使用的是点阵CCD，扫描仪中使用的是线阵CCD，而数码相机中既有使用点阵CCD的又有使用线阵CCD的，而一般数码相机都使用点阵CCD，专门拍摄静态物体的扫描式数码相机使用线阵CCD，它牺牲了时间换取可与传统胶卷相媲美的极高分辨率（可高达84006000）CCD器件上有许多光敏单元，它们可以将光线转换成电荷，从而形成对应于景物的电子图像，每一个光敏单元对应图像中的一个像素，像素越多图像越清晰，

5、如果我们想增加图像的清晰度，就必须增加CCD的光敏单元的数量数码相机的指标中常常同时给出多个分辨率，例如640480和1024768其中，最高分辨率的乘积为786432（1024768），它是CCD光敏单元85万像素的近似数因此当我们看到85万像素CCD的字样，就可以估算该数码相机的最大分辨率许多早期的数码相机都采用上述的分辨率，它们可为计算机显示的图片提供足够多的像素，因为大多数计算机显卡的分辨率是640480、800600、1024768、1152864等CCD本身不能分辨色彩，它仅仅是光电转换器实现彩色摄影的方法有多种，包括给CCD器件表面加以CFA（Color Filter Array

6、，彩色滤镜阵列），或者使用分光系统将光线分为红、绿、蓝三色，分别用3片CCD接收，例如美能达RD-175单反数码相机就采用3CCD方式 A/D转换器又叫做ADC（Analog Digital Converter），即模拟数字转换器它是将模拟电信号转换为数字电信号的器件A/D转换器的主要指标是转换速度和量化精度转换速度是指将模拟信号转换为数字信号所用的时间，由于高分辨率图像的像素数量庞大，因此对转换速度要求很高，当然高速芯片的价格也相应较高量化精度是指可以将模拟信号分成多少个等级如果说CCD是将实际景物在X和Y的方向上量化为若干像素，那么A/D转换器则是将每一个像素的亮度或色彩值量化为若干个等级

7、这个等级在数码相机中叫做色彩深度数码相机的技术指标中无一例外地给出了色彩深度值，那么色彩深度对拍摄的效果有多大的影响呢？其实色彩深度就是色彩位数，它以二进制的位（bit）为单位，用位的多少表示色彩数的多少常见的有24位、30位和36位具体来说，一般中低档数码相机中每种基色采用8位或10位表示，高档相机采用12位三种基色红、绿、蓝总的色彩深度为基色位数乘以3，即83=24位、103=30位或123=36位数码相机色彩深度反映了数码相机能正确表示色彩的多少，以24位为例，三基色（红、绿、蓝）各占8位二进制数，也就是说红色可以分为28=256个不同的等级，绿色和蓝色也是一样，那么它们的组合为2562

8、56256=16777216，即1600万种颜色，而30位可以表示10亿种，36位可以表示680亿种颜色色彩深度值越高，就越能真实地还原色彩数码相机要实现测光、运算、曝光、闪光控制、拍摄逻辑控制以及图像的压缩处理等操作必须有一套完整的控制体系数码相机通过MPU（Microprocessor Unit）实现对各个操作的统一协调和控制和传统相机一样，数码相机的曝光控制可以分为手动和自动，手动曝光就是由摄影者调节光圈大小、快门速度自动曝光方式又可以分为程序式自动曝光、光圈优先式曝光和快门优先式曝光MPU通过对CCD感光强弱程度的分析，调节光圈和快门，又通过机械或电子控制调节曝光经过A/D转换器得到的

9、数字图像信号在存储之前还有一项工作，就是将占用大量存储空间的原始图像数据压缩成特定的图像格式图像格式的种类繁多，加起来不下二三十种，各个厂家的标准也不统一，有的数码相机干脆为用户提供了六七种格式任用户选择LCD（Liquid Crystal Display）为液晶显示屏，数码相机使用的LCD与笔记本电脑的液晶显示屏工作原理相同，只是尺寸较小从种类上讲，LCD大致可以分为两类，即DSTN-LCD（双扫扭曲向列液晶显示器）和TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器）与DSTN相比，TFT的特点是亮度高，从各个角度观看都可以得到清晰的画面，因此数码相机中大都采用TFT-LCDLCD的作用有三个，一为取景、二为显示、三为显示功能菜单数码相机的输出接口主要有计算机通讯接口、连接电视机的视频接口和连接打印机的接口常用的计算机通讯接口有串行接口、并行接口、USB接口和SCSI接口