数码相机原理

数码相机原理第1页，共88页，2023年，2月20日，星期六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。第2页，共88页，2023年，2月20日，星期六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。第3页，共88页，2023年，2月20日，星期六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。第4页，共88页，2023年，2月20日，星期六第5页，共88页，2023年，2月20日，星期六TFT液晶显示屏^｡^AD变换ASIC处理存储器CCDFILM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）第6页，共88页，2023年，2月20日，星期六数码相机的优点☞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、加工简单第7页，共88页，2023年，2月20日，星期六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第8页，共88页，2023年，2月20日，星期六数码相机的构成画像処理回路镜片ＣＣＤ记录媒体第9页，共88页，2023年，2月20日，星期六镜片＋ＣＣＤ＋电脑部分＋存储器电源ＣＰＵ部分录像显示器镜片LCD显示器Ａ/Ｄ录像OUTＡＳＩＣDRAMＣＣＤＲＩＳC闪光灯数码相机的构成要素闪光存储第10页，共88页，2023年，2月20日，星期六何谓CCD第11页，共88页，2023年，2月20日，星期六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。CCD1画素第12页，共88页，2023年，2月20日，星期六画像处理的基本原理１００１０１０１・・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第13页，共88页，2023年，2月20日，星期六ＣＣＤ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。½CCD相当于1/2英寸的摄像管、有效输入面（6.4×4.8㎜）。第14页，共88页，2023年，2月20日，星期六画素的构成滤色片传送部微小镜片传感器遮光框３～4微米第15页，共88页，2023年，2月20日，星期六长方画素由于ＴＶ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ＣＣＤ一样)将其应用于数码相机。ＰＣ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。第16页，共88页，2023年，2月20日，星期六正方画素ＰＣ用的画面由正方形画素构成。正方形画素是为了ＰＣ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。第17页，共88页，2023年，2月20日，星期六CCD大CCD小相同画素数１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尺寸越大感度越高第18页，共88页，2023年，2月20日，星期六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。第19页，共88页，2023年，2月20日，星期六滤色片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。第20页，共88页，2023年，2月20日，星期六ＲＧＢＣＭＹＷ色彩关系图ＲＧＢＣＭＹＲＧＢＫＣＭＹＫ第21页，共88页，2023年，2月20日，星期六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向画像处理回路第22页，共88页，2023年，2月20日，星期六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。第23页，共88页，2023年，2月20日，星期六画面的大小即使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第24页，共88页，2023年，2月20日，星期六百万画素百万＝１００万ピクセル＝画素百万ピクセル＝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。第25页，共88页，2023年，2月20日，星期六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。３３～３６万画素８１～１０９万画素１３０万画素～画质良２００万画素～３００万画素～第26页，共88页，2023年，2月20日，星期六银盐菲林的画素数一般应用的画素相当数为ＩＳＯ１００≒1000万画素ＩＳＯ４００≒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。第27页，共88页，2023年，2月20日，星期六超级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！第28页，共88页，2023年，2月20日，星期六以前超级CCD蜂巢超级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ＵＰ第29页，共88页，2023年，2月20日，星期六画像处理回路第30页，共88页，2023年，2月20日，星期六Ａ／Ｄ转换器将从ＣＣＤ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第31页，共88页，2023年，2月20日，星期六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第32页，共88页，2023年，2月20日，星期六隔行扫描

（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。第33页，共88页，2023年，2月20日，星期六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。第34页，共88页，2023年，2月20日，星期六渐进式扫描

(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。第35页，共88页，2023年，2月20日，星期六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。第36页，共88页，2023年，2月20日，星期六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。第37页，共88页，2023年，2月20日，星期六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＜第38页，共88页，2023年，2月20日，星期六压缩系的分类ＪＰＥＧＪＦＩＦＥＸＩＦＣＩＦＦＣＡＭ其他OLYMPUSＥＸＩＦ2.1OLYMPUSＴＩＦＦOLYMPUS等向ＤＣＦ统一的靠拢只有CASON佳能、松下等尼康、富士等第39页，共88页，2023年，2月20日，星期六ＤＣＦ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。第40页，共88页，2023年，2月20日，星期六奥林巴斯的压缩方式ＪＦＩＦ

C-840L、C-1000L、C-1400XL

C-1400XL以前的机种Ｅｘｉｆ2.1、ＴＩＦＦ

C-830L、C-900ZOOM

C-830L(98/11)以后的机种ＤＣＦ

C-2500L第41页，共88页，2023年，2月20日，星期六SHQ

HQ

SQ

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第42页，共88页，2023年，2月20日，星期六记录第43页，共88页，2023年，2月20日，星期六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。第44页，共88页，2023年，2月20日，星期六数据量的单位2进法的单位１ｂｉｔ＝０，１１Ｂｙｔｅ＝８ｂｉｔ１ＫＢ＝1,000Ｂｙｔｅｓ１ＭＢ＝1,000,000Ｂｙｔｅｓ０１２３４５６７０００００１０１００１１１００１０１１１０１１１第45页，共88页，2023年，2月20日，星期六记录媒介内藏ＴＹＰＥ闪光存储交换ＴＹＰＥＰＣ卡、便携式FLASH、SM、存储卡、超大驱动器、CD-R第46页，共88页，2023年，2月20日，星期六小型媒体(ＳＳＦＤＣ)45×37厚度为0.76㎜的半导体媒体现在有容量为４、８、１６、３２、６４、１２８MB。3.5英寸的ＦＤ容量为1.44MB。

１２８ＭＢSSFDC

相当于88张FD。＝×88第47页，共88页，2023年，2月20日，星期六主要特征(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第48页，共88页，2023年，2月20日，星期六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？？第49页，共88页，2023年，2月20日，星期六主要特征（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第50页，共88页，2023年，2月20日，星期六相机的机能第51页，共88页，2023年，2月20日，星期六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。第52页，共88页，2023年，2月20日，星期六镜片性能1解像度如果一个画素的尺寸是4微米（4/1000㎜）则１㎜内排列的画素为250列。

镜片的解像度是用在１㎜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。第53页，共88页，2023年，2月20日，星期六画素的大小和解像度解像度＝１㎜／(画素尺寸×2个份(黑白))第54页，共88页，2023年，2月20日，星期六镜片性能２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。第55页，共88页，2023年，2月20日，星期六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。

第56页，共88页，2023年，2月20日，星期六ＡＦ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、手工操作方式第57页，共88页，2023年，2月20日，星期六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。第58页，共88页，2023年，2月20日，星期六位相差检出方式用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。第59页，共88页，2023年，2月20日，星期六对比度方式移动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。ＡＦ作动辉度第60页，共88页，2023年，2月20日，星期六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。第61页，共88页，2023年，2月20日，星期六AE机构数码ＥＳＰ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。第62页，共88页，2023年，2月20日，星期六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。第63页，共88页，2023年，2月20日，星期六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13万左右第64页，共88页，2023年，2月20日，星期六液晶显示器的种类TFT液晶低温聚硅ＴＦＴ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。第65页，共88页，2023年，2月20日，星期六TFT型的构造外观很好但消耗电力大。ＬＣＤ后灯（光源）第66页，共88页，2023年，2月20日，星期六反射型的构造虽只能在亮处可见，但消耗电力小。ＬＣＤ凸凹状的反射板光源第67页，共88页，2023年，2月20日，星期六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第68页，共88页，2023年，2月20日，星期六其他第69页，共88页，2023年，2月20日，星期六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。第70页，共88页，2023年，2月20日，星期六ＮＴＳＣ和ＰＡＬＴＶ用信号方式的略称ＮＴＳＣ将ＲＧＢ的情报以亮度、辉度二种色彩情报来电送。日本、美国、加拿大ＰＡＬ扫描线每一条线的位相反转来进行电送。德国、英国、亚洲、法国第71页，共88页，2023年，2月20日，星期六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。第72页，共88页，2023年，2月20日，星期六参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第73页，共88页，2023年，2月20日，星期六数码的应用及今后的动向1999.07.1574第74页，共88页，2023年，2月20日，星期六数码相机的长处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ＭＯ、检索可能第75页，共88页，2023年，2月20日，星期六数码相机的长处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