数码照相机的基本知识

1、数码照相机的基本知识作者:日期:数码照相机的基本知识学习的目的与要求今天来学习的都是初学者，大家都会拿照相机拍照，只要能照出影 像，认为就会照相，感觉照相很容易。其实 ，真正了解数码照相机性 能,如何正确使用照相机的人还很少。只有正确运用照相机的本身功 能和正确掌握摄影技巧，照出好的照片是没问题的。首先我们了解一下数码摄影的特点和数码相机的工作原理。并通过自己在摄影中粗浅的一些经验和容易出现的问题 ，与大家共同交流 达到互相学习，共同提高的目的。在讲课当中就有关摄影技术也难免 出现理解错误的问题，不对地方请大家提出来。数码摄影的特点一、数码摄影的特点随着生活水平的提高，买数码相机的越来越多，随

2、着技术的发展 相机的品牌种类也琳琅满目。买相机首先要考虑自己的用途。不要盲 目攀比，适合自己就是最好的。最重要的是我们要先了解些数码摄影 知识。数码相机也叫数字式相机，简称DC。数码相机是集 光学、机械、 电子一体化的产品。它集成了影像信息的转换、存储和传输等部件， 具有数字化存取模式，与电脑交互处理和实时拍摄等特点。一）数码摄影概述数码相机的历史我们就不一一去叙述了，二）数码摄影的特点1、优点(1)不用胶片，省钱省事数码摄影最大的特点就是不像传统摄影那样必须使用胶片才能 摄影，而是数码照相机通过自身的光电元器件将光信号转化为电信号 并进行保存。所以使用数码相机不需要购买传统的胶片，而且每次摄

3、 影时不需要装卸胶片的操作，可谓又省钱，又省事。(2)拍完即看，方便快捷传统的摄影，必须把一卷胶片拍完，再经过冲洗胶片和照片扩印 后，才可以得到所拍摄景物的影像。数码照相机具有即拍即看的功能，通过数码照相机上的“预览” 和“回放”功能，摄影者可以立即看到自己所拍摄的影像，并根据影像的效果决定是否重新拍摄。对不满意的影像可以立即删除，满意的 影像就直接储存数码相机内。数码相机都带有输出功能，摄影者可以 很方便地把所拍摄的影像直接输入电脑里或数字打印上，马上就可以打印出照片；也可以把影像输入计算机中，通过软件对其进行修改后 再进行打印，整个过程简单方便。显然数码摄影比传统的胶片摄影更 加方便，大大

4、提高了工作效率。(3)传输快捷，备份方便如果想把传统的照片进行远距离的传播， 除了要经过冲洗过程外 还要经过传统的邮寄过程。不仅浪费时间，而且在传递过程中，照片也 容易磨损，影响图像质量。对于传统摄影的图像资料进行备份，要经过放大照片或翻拍。而照片的冲洗过程和备份过程中，都会有一定的损耗 ，造成新复制的 影像效果比起原件有一定的差距。 而且拷贝的次数越多，这种损耗也 就越大。数码摄影采用数字信息记录和保存图像，可以在多次复制后 仍保证影像与原件一样，所以数码摄影所拍摄的影像可以无限制的拷 贝而不用考虑影像的损耗问题(4)弥补失误，美化效果对于传统的胶片摄影来说，拍摄完毕后对于在拍摄时所出现的

5、问题和画面上的瑕疵都无法进行补救。 而数码摄影可以通过图像处理 和编辑软件对摄影时所出现的失误进行事的修改和弥补，使画面更加 美观。(5 )质量稳定，长久保存数码摄影所拍摄的影像质量稳定，不像传统的感光材料那样要考虑 温度、湿度等客观因素的影响。数码影像储存在硬盘、光盘等存储介质内，可以长时间的保存而影 像不会失真和退色现象。这一点是传统摄影所无法比拟的，传统的胶 片和照片在长时间的储存后会出现退色，甚至变质等现象，从而导致影 像质量的下降。(6)可重复使用，操作方便数码相机拍摄完毕后，只要将存储器内的资料输出后又可继续使而且在，避免了用。不像传统摄影那样必须再更换新的胶片后才能继续拍摄 拍摄

6、时数码相机可根据拍摄条件和拍摄环境自行变动感光度传统摄影要更换不同感光度的胶片才能拍摄的麻烦，极大方便了拍摄 者。2、缺点和不足(1)影像质量欠佳虽然数码相机在使用中具有方便快捷的优点， 但是在影像质量上却无法与胶片相机所拍摄的影像相比，尤其拍摄一些大型照片时，数码照片对于被摄对象细部层次和质感的表现力不如普通照片。(2 )故障率高数码相机是电子设备，在拍摄中发生故障的几率要比胶片相机高。(3)存储介质不稳定数码照片一般存储介质是计算机硬盘、光盘等，有可能出现数据 丢失或者存储损坏等问题。二、数码照相机的工作原理数码照相机是一种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机。与普通照相机在胶卷

7、上靠澳化银的化学变化来记录图像的原理不同，数码相机的传感器是一种光感应式的电荷耦合器件( CCD) 或互补金属氧化物半导体(CMOS)。在图像传输到电脑以前，通常 会先储存在数码存储设备中。一)数码照相机的成像原理数码相机也用光来产生图像，但不是用胶卷，而是使用一种叫做光电传感器的影像摄取元件来捕捉图像。 数码摄影技术主要是利用光 电传感器，将镜头所形成的影像的光信号转化为电子信号。 这些光电传感器指甲大小的硅片包含了几十万或几百万个感光元件，这些元件 能够记录照射在它上面的光的强度和亮度，反映到计算机显示器件上 就是它们的色彩及明暗。数码相机的图像传感器所包含的感光元件的 数目越多，成像的质

8、量越高，当然所需的成本也越高。这些被记录的 光信号通过处理器处理后被转换为数字信号并存储在数码相机的存 储器中。也可以储存在计算机、磁盘的储存介质上，需要观看的时候。 再还原成人眼可以看到的光信号。这看似简单的过程其实是很复杂的，每一步都对应着数码相机的一 部分元件。通常数码相机可分为四个功能的光信号。1、输入部分数码相机的输入部分主要指感光部分，相当于数码相机的眼睛，其作 用是由光电转换器把镜头所成的影像转化为电子信号。使用数码相机拍摄时，被摄景物反射来的光线，经过镜头的汇聚成光学影像一一即光信号，投射到光电传感器上 ，光电传感器会产生电 信号变化，把景物的光信息转化为影像的电信号。2、控制

9、、处理部分控制、处理部分相当于数码相机的大脑，它主要由中央处理器或数 字信号处理器及相关电路组成。其作用是控制拍摄与光电信号的转 换，并对数字影像进行处理和控制。3、存储部分存储部分的作用主要是把光信号转化而成的电信号， 以文件的形式保 存在存储器中。存储器一般分为内存储器和外存储器两种。 内存储器一般为存储芯片；而外存储器中常见的是：闪存卡、硬盘、光盘等。4、输出部分输出部分的主要作用是把所拍摄的数字影像传输到计算机上 ，这主要 通过数码相机上的数码接口实现，其中以 USB接口和IEEE 1 394 接口最为常见。二）光电传感器数码相机所采用的光电传感器主要有两大类：光电耦合器CCD和互补型

10、金属氧化物半导体 CM OS。光电传感器生成影像的基本单位是像素。传感器上包含的像素越多，面积越大，所成影像的质量也就越好。1、光电耦合器C CD图像传感器,通常为电荷耦合器件C CD,是数字相机的核心。是一种 金属-氧化物-半导体集成的芯片，结构比较复杂。相机所使用的传 感器的像素数并不是影响相片质量的唯一因素， 但却是主要因素。高 像素相机可产生最清晰的图像、最真实的色彩和最逼真的皮肤色调。使用CCD芯片的主要论据是这种芯片比 CMOS更灵敏，它可以 根据自身所受光照的强弱，产生出大小不同的电信号以模拟所手光线的强弱，因此可在昏暗的光线下照出较好的相片。 用C C D芯片的相 机照出的相片

11、也比CMOS清楚，使用COMS芯片有时会有“噪声” 问题，图像上有些缺点。出于图像质量的考虑，目前大多数数码相机使用C CD技术。2、互补型金属氧化物半导体 CMOSCMOS传感器是近两年才出现的，它是一种互补型金属氧化物半导 体，结构简单体积小巧。CMOS芯片的成本较低，在这里节省的费用 可转化为更低的相机价格。而且 CMOS芯片比CCD芯片吸收的能 量少，所以CMOS芯片的相机换一次电池可使用更长的时间，非常 省电。但这样会使捕获的图像偏黑而且不够精细。三）文件的常见记录格式在你从相机向计算机传输图像时或设置相机功能时，也许会遇到 要求选择文件格式的情况。现在许多新型号的相机都可以以两种以

12、上 的文件格式存储图像。在图像编辑软件中编辑之后 ，为了保存图像你 也需要指定文件格式。所谓文件格式简单地说就是保存计算机数据的方式。 现在流行着 许多不同的图像格式，它们都有独特的存储数据的方法。有些格式属 于专用格式，也就是说这种格式只有你使用的这种相机才使用这种格 式处理图像。专用格式有时也被称为本机格式。 如果你准备编辑用专 用格式保存的图像，就必须使用相机提供的软件。当然，你可以使用 这个软件把图像文件的格式转换成其他图像编辑程序也可以打开的 格式数字信号文件的记录格式主要有无压缩记录格式和压缩记录格式两 种。1、无压缩记录格式无压缩记录格式记录下的影像没有失真，记录的精度较高，影像

13、的 清晰度和质量都比较好，但是所需要的存储空间比较大，一般需要配 置高容量的存储器。常见的无压缩记录格式是“ T I FF”标准。使用“TI F F”格式 存储数据影像，可以确保影像的质量和品质不受压缩的影响。 TIFF 图像可以在Window程序中打开和使用。还有G if格式和JPEG两种格式。GIF格式其特点之一是可以 让你把图像的部分区域设置成透明的，这样可以透过图像看到背景。 G IF的缺点是它局限于保存8位图像（25 6色或更低）,8位图像让人 们感到它比较粗糙、有斑点。2、压缩记录格式压缩记录格式是将影像的数据进行适当的处理和压缩，以减小数据的自身大小，可以使同一个存储器一次可以存

14、储更多的数码影像。现在比较常见的静态压缩格式是 JPEG格式，现在使用最为广泛的 格式之一。JPEG格式的优点之一是可以压缩彩色影像，也可以压缩 灰度影像，一般可以实现1： 40的压缩比，保证图像文件比较小。图像 文件越小越节省磁盘空间，从网上下载时也就越节省时间。问题是 JPE G使用的是有损压缩方案。这就是说有些原始图像数据在压缩过 程中丢失了。你每打开、编辑和再保存图像一次，图像就重复被压缩一次，损失也就更多。JPEG格式所压缩的是人眼不大会注意到的影像信息，而对于人眼敏感的影像信息则基本保留， 因此压缩后的图像仍 可以保证具备一定的品质。在你使用J PEG格式保存图像时，通常会遇到如图

15、所示的对话框，这时需要确定希望使用的压缩数量。为了保证数据损失限制在最小数量，确保最佳打印图像效果，应该选择最高质量设置（这时的压缩 量最小）。如果你需要使用JPEG格式保存图像，最好等到图像最后编辑完 成再进行保存。在你对图像进行处理时，使用本机程序格式或TIFF格 式保存图像，这些格式能够保留所有重要的图像数据。只有在你完全 结束图像编辑之后再保存成JPE G。这种做法你只需要压缩图像一次 保证数据丢失限制到最小范围。动态压缩格式：比较常见的动态压缩格式是 MPEG格式,它的压 缩比达到了 1: 50。压缩率非常高，也是一种常用的压缩格式。四）常见的输出端口数码相机与计算机之间的数据传输主

16、要通过装置来实现，摄影者可以通过输出端口和相应的连接线，把所拍摄的影像数字信息传输到 计算机上，进行编辑、加工或者直接输出照片。目前，比较常见的是 输出接口是USB接口、IEEE13 9 4接口、PCMCIA接口等。串打接口 （ RS-232）USB接口又称为通用串行接口，是现在最常见的接口。其特点是体积小巧，安装方便、可连接12 7个外围设备，即插即用，支持热插拔（即 无需重新启动计算机即可使用所连接的设备）。现在一般的计算机都 带有这个接口。USB接口的理论传输速率达到12MB/秒，而现在采用 这种连接方式的数码相机实际的传输率在 4MB/秒左右。2、IEEE 1 3 9 4 接口IEEE

17、1 3 9 4接口又称F i re Ware（火线）接口，可以达到比U SB接 口更快的传输量，传输速率达到4 00M B/秒，可以连接6 3个外围设 备，而且支持热插拔。但由于一些计算机上尚未装有这一接口，所以一般的民用数码相机都不采用它，而专用数码相机因为所拍的图像文件 较大，一般都采用这种接口。PC卡适配器:这种适配器能够能把 Co m pactF 1 as h卡或SmartMedia卡装 扮得好像标准的PC卡一样。在把存储卡插到适配器中之后，把它 们全部插到你膝上型计算机的 PC卡插梢中或插到P C卡阅读器中。 P C卡在计算机桌面上显示为一个驱动器，你可以把图像文件从PC卡驱动器拖放

18、到硬盘驱动器中。P C卡阅读器：如果你想把图像文件传到你的台式计算机而不是 传到膝上型计算机上，你就可以把一个PC卡阅读器连接到你的系统 中。你可以买一个内置式的卡阅读器插在你 PC机的一个空闲的扩展 梢里，或者买一个外置式阅读器，通常用电缆通过并行端口连接在你的 计算机上。你的计算机把PC卡阅读器“看作”系统中的另一个驱动 器，就像软驱或硬盘一样。Comp a c t F lash 并口 阅读器SmartMediaUS B阅读器投资买一个卡适配器或一个卡阅读器不仅在图像下载的时候节省了你的时间，而且也扩大了存储卡的用途。除了可以用它传输图像文件外，还可以用它在膝上型计算机或台式机之间传输普通

19、的数据文件。因为存储卡可以存放比标准软盘更多的数据， 所以用存储卡可以一次复制更多的文件。五)数字影像的存储数码相机的存储器主要分为两种：内存储器和外存储器。(1 )内存储器主要指在相机出厂时已经安装在相机内部的不可拆卸 的芯片存储部件。(2)外存储器是指外接的方式来达到存储数字文件的部件。数码照相机上的闪存卡基本上可以分为： CF卡、MS卡、SM卡、MMC卡、SD卡、XD卡等，如图所示。<4GB MagicGate闪存卡很容易作为便携设备的可移动存储介质来使用。闪存的一个弱点是它在便携设备中没有一个统一的标准。如果你有两个便携设备，它们使用的卡很可能就不是同一种类型的。六）像素、分辨率

20、和色彩1、像素你所看到的影像实际上都是由无数个小点组成的。这些创造图象 的小点（单元）就叫做像素。像素是影像传感器摄取数字影像的基本 元素,是构成数字影像的最小单位，其形状为一面积及其微小的多边形 小块。这里你看见的点彩画派油画。它形象的说明了像素点是怎样构成一幅图画的数字图像被像素划分成一个个格子。计算机能通过这些格子改变每个区域 色彩或亮度。这样，文章和图像就被显示出来。有一个问题就是当你把数字图像打印成小尺寸时，它看起来好极了但当你把它放的过大时这些像素就会显现出来，真个画面边缘呈锯齿状显得很粗糙。大部分低档数码相机不可能用大于4x6英寸的尺寸打印出高质量的相片来。数码照相机的像素主要有

21、三种表现方法：标称像素、有效像素和插值 像素。1）标称像素标称像素是指厂家在广告宣传中的总光学像素， 所指的是光电传感器 所具有的理论的总光学像素。2）有效像素有效像素是指在实际拍摄中真正起作用的那部分像素值。2、分辨率分辨率是指数码照相机的光电传感器沿水平方向的全部像素与沿 垂直方向的全部像素值的乘积，即XXY。数码照相机的分辨率越高， 所拍摄的影像的质量也就越好。在像素值一定的情况下，影像传感器 的面积越大，数码相机所拍摄出来的影像质量也越好。低档数码相机所建立的图像一般是64 0个像素宽和4 8 0个像素高，所以它们不能用作大幅面输出。因此，任何数字图像的质量如 何，如打印或在一幅屏幕上

22、显示出来，很大部分地取决于它的分辨率，更多更小的像素能更加反映出图像的细节。表示一幅图像的分辨 率有3种方法：由像素的总数目或像素/英寸（ppi）或点硬寸（dpi）。 目前,一般彩色电视机的分辨率为 3 2 0X525，总像素在1 6 .8万左右, 人眼睛的分辨率为1 1000X11000，总像素在1 2亿左右，传统感光胶卷的像素在2百万以上，目前高档商用数码像机的分辨率在1600X1 200以上，总像素也达到了 21 1万以上。有一点值得说明的是，数码相机的分辨率当然是越高越好，但你 要注意这个值是图像传感器的物理的分辨率还是进过软件处理后得 到的分辨率。这一点同样出现在扫描仪中。因为如果图

23、像传感器像素 大幅提高，产品的成本必然大幅提高，因此某些厂家采用软件插值运 算的方法来提高像素和分辨率。这一方法的原理是用两个相邻的像素 进行运算得到一个新的像素，从而提升分辨率 （实际上在计算机中通 过一些图像处理软件可以很容易的实现这一功能）。这一方法虽然提 高了分辨率，但通过软件生成的像素并不能真正反映真实的色彩，所 以在图像中不同色彩的边界往往会产生色差和明显的锯齿。所以在选购数码相机时，一定要注意标称的像素是图像传感器的分辨率还是通 过软件提升得到的像素。3、数码相机的色彩分辨率不是决定你的图像质量的唯一因素，颜色同等地十分重要。当你欣赏自然景色或一幅高质量的摄影图片时，你能区分的数

24、百 万种颜色。一幅图像或你的计算机显示器能显示的颜色数目叫做彩色 深度或位深度。彩色深度用位或比特表示，它决定了色调的范围。彩 色深度的值越高，便能更好地还原亮部和阴影部的细节。现在一般的 数码相机都达到2 4位，即真彩色。颜色种类位/象素公式颜色数目黑白1212灰度8282 5625 6色82825616位彩色162 1 66 5千真彩色242 2 41 6白万在颜色方面，数码相机的图像传感器比传统的胶卷有一定优势：多数数码相机可以用2 4位数据采集颜色。24位的彩色就意味着可以 表现一千六百万种以上的颜色，一般认为这是人眼可以分辨的最多的 颜色数了。而且数码相机在采集颜色时红、绿、蓝三色是

25、分别取样的 相互之间没有干扰。而胶卷则不同，各个感光层之间多少总会有一些 相互影响，就会导致胶片的偏色现象，而且这种偏色随制造商和具体 产品型号还各有差别。但为什么传统的相片有时看起来比数码相机拍摄的相片效果要好呢？ 一方面以前的数码相机的图像传感器的像素大多在几十万或一百万左右，像素不够自然效果不理想；另一方面，还是传统胶卷的 根本原理拯救了它：卤化银晶体。我们知道，胶片使用卤化银晶体进 行感光、成像。在胶片中，卤化银晶体的排列是随机分布的，在研究胶片的颗粒时可以看到卤化银颗粒感光后没有固定的排列模式。其分辨率取决于卤化银颗粒的大小。而 CCD则不同，它的排列要按照生 产时的工艺整齐放置。不

26、幸人眼对这种图像中的排列模式十分敏感， 在影像放大到一定程度可以看到颗粒的时候 ，人眼可以轻易地分辨出 CCD固定的排列模式，尤其在色调变化剧烈的位置，每一个像素都可 以看清，而胶片的颗粒性相比之下就没有那么明显了。 正是这个原因， 喷墨打印机的厂商已经开始使用某种抖动技术， 让墨点以更加随机的 方式分布，使打印的图像更加自然。对这个问题数字相机可以有两个解决方案：继续提高分辨率，直到 人眼不能分辨其中的点，也就解决了像素排列模式的问题。目前大多 数数码相机的CCD已经做到了 2 0 0万像素以上，已基本上解决这 一问题；另一种方法是在CC D捕捉图像之后使用某种算法把图像变 得更加自然，这在

27、现在的一些相机中也有应用。七）感光度与白平衡调节1、感光度感光度（也就是ISO）指的是感光体对光线感受的能力。 在传统摄影 时代，感光体就是底片，使用传统相机拍摄时会受到感光材料也就是底 片的限制。而在数码摄影的时代，相机则采用CCD或是CMOS作为感光原件，感光度越高（也就是ISO值越高）时，拍摄时所需要的光线 就越少，感光度越低时，对拍摄时所需要的光线就越多。数码照相机 则可以自己进行调节感光度，这样在拍摄的时候创作的自由度也就越 大。一般我们常见的ISO数值有：IS 050、IS 010 0、ISO200、IS 040 0、ISO 800 > ISO 1 600。当ISO的数值越高

28、时，感光度就越强。 目前入门级数位单反相机的感光度通常达到了 100 4 00之间（NIKON为ISO 20 0 ）,最高都有达到了 I S O 1003 2 0 0的实 力。在每两个相邻的感光度号数之间，差异的感光能力是两倍，也就 是说,I S O 1 00的感光能力是ISO50的两倍，同样的ISO1600的感 光能力是ISO 8 0 0的两倍。这里的计算方法，跟我们在前面课程中提 到过的光圈和快门是一样的。感光度跟光圈、快门一样，在两个相邻号数之间都有一级或 是一格的差距。所以，我们在换算曝光量时，同样的也可以把ISO 带进去里面作变换。例如：F2.8、1/60s、ISO 100 = F5

29、.6、1/60s、 ISO 400（因为光圈减少了两格的光量，所以右边在 ISO感光度上增 加了两格补回来）。提高感光度可以帮助我们在环境比较暗的场合来拍照，而不需要 藉助闪光灯、或是大光圈的镜头来辅助，不过它也有一个很难令人忍 受的缺点，就是当感光体的感光度越高，所拍摄出来的图片粒子就会 越粗造，画面的噪声也会增多。一般数码单反相机对噪声及粗粒子的抑制能力，也是作能力评比时的一个重要评分依据。我们来看看在使用低感光度跟高感光度两种 情况下，画面的噪声跟粒子的差异有多大：使用ISO 1 0 0拍摄时的局部放大图，粒子比较细腻使用ISO 8 00时的放大图，颗粒比较大，而噪声也变多了提高感光度之

30、后，对画面产生的负面影响。一般如果拍摄者要求 画面的细致度及高品质，在拍摄时就尽量不要使用高感光度的设定。 这时因为光线不足势必要拉长拍摄时间或是补光， 所以闪光灯或是三 脚架就成了必备的工具。如果从另一个角度来看，高感光度所造成的粗粒子有时反而可以 拿来好好的运用，变成另外一种特殊的摄影效果。在以前传统摄影的 时代，有时为了要拍出粗粒子效果的照片， 我们会特意使用高感光度 的底片来拍摄，然后在冲片时再利用高温缩短时间的方式， 来增加噪 声及颗粒。现在只要在拍摄时简单的设定一下感光度，然后在后制时， 利用影像软件再作一下处理，就可以获得很棒的效果了。2、白平衡调节在实际拍摄中，常常会遇到不同的光线条件，而不同的光线在图 像上的反映是不一样的。例如：同一张白纸，在高色温的光照情况下， 所反射的青色的光比较多，使得纸看上去偏冷；而如果在低色温的光 照情况下，所反射的红、橙色的光比较多，使得纸看上去偏