《摄影摄像》课件-项目2 数字影像设备原理

数字照相机机身的工作原理数字摄影技术的背景和定义数字摄影技术又叫数码摄影技术，它是建立在传统摄影发展的基础之上的新型影像记录方式，其核心就是影像数字化，其标志设备就是数字照相机。1.背景数字摄影技术的背景和定义2.定义数字照相机=数码照相机（DigitalStillCamera，缩写为DSC)，在使用数码照相机拍照时，其生成的照片名称前缀都会有dsc的英文字样，这就是数码照相机的英文缩写。数字照相机的工作原理传统胶片照相机：使用银盐感光材料——胶卷，感光时是形成以卤化银为中心的潜影。数字照相机：使用影像传感器进行感光，将光信号转换为电子信号，并通过影像处理器把拍摄到的影像转换成以数字格式存储的影像。数字照相机的工作原理数字照相机的工作原理示意图：光线通过镜头，经过影像传感器（ccd和cmos），再经过模数转换器和影像处理器，将光信号转换为电子信号，从而输入到影像处理器和存储器当中。数字照相机的结构日常使用的数字照相机主要有两大类：单镜头反光同轴式取景相机单反相机单镜头电子取景照相机无反相机（微单）数字照相机的结构单反相机和无反相机的内部结构解剖图：其在机械结构上主要的差别在于有无反光板与五棱镜，这两个结构的有无带来的最直接的影响是单反相机相较于无反相机而言，一般体积要更大。数字照相机的结构单反相机保留了反光板、五棱镜，可以透过机顶的去实时地看到取景的内容。无反相机则通过电子取景器显示影像，可能会出现一些延迟。单反相机内部结构解剖图体积与重量：由于无需为反光板及五棱镜等机械结构预留空间，无反相机通常比同级别的单反相机更为轻巧便携。有无反光板：单反镜头可以通过反光板打在光学取景器上的图像实时观察，而无反相机则一般是通过镜头直接传输到图像传感器，由电子取景器显示。数字照相机的结构1反相机和无反相机在结构和功能上的区别23连拍速度与响应时间：由于无反相机去除了反光板升降的动作,在高速连拍模式下，无反相机可以做到几乎没有间歇地连续拍摄，有利于捕捉快速移动瞬间。4自动对焦性能：无反相机依靠传感器上的相位检测AF点或者对比度检测AF技术实现快速准确的对焦。5视频录制能力：取消了反光板震动而更适合视频拍摄，电子取景器在视频模式下的优势尤为明显。数字照相机的结构镜头变焦镜头：是由变焦刻度、变焦环、对焦环和透镜组成。定焦镜头：只有固定的焦段刻度，但同焦段的成像质量一般要比变焦镜头要好。变焦镜头的构造及剖面图数字照相机的结构机身上方一般会有一个半圆加一条横线的标志，这代表了一台相机的影像传感器的所在位置，这个位置与镜头的透镜的光学中心之间的距离，就是镜头的焦段刻度。数字照相机的结构镜头的焦距‌焦距‌：是指镜头中心到焦点之间的距离，也就是相机胶片所在的位置（焦平面）。焦距的长短决定了拍摄的成像大小、视角大小、景深大小和画面的透视强弱，焦距越长，成像越大，视角越小，景深越短；焦距越短，成像越小，视角越大，景深越长。‌焦点‌：是镜头在无限远对焦时，平行光线在焦平面上汇聚的那个点，当不是无限远对焦时，焦点会向焦平面以前偏离，这时需要对焦来调整光线，确保焦点在焦平面上数字照相机的结构镜头的焦距的作用影响1:焦距越长，视角越小；焦距越短，视角越大；此图中是用不同焦段的三类镜头：长焦、标准与广角镜头所拍摄的，视角变化明显。数字照相机的结构视角接近人眼视角，景深适中，适合拍摄纪实类人像，但效果较为平淡，缺乏特别突出的效果‌。数字照相机的结构广角镜头（如24mm以下）视角较广，景深较大，适合拍摄大场景人像，能够展现更多的环境和氛围，但容易产生透视变形和畸变。标准镜头（如35mm-50mm）视角较窄，景深较浅，能够虚化背景，突出主体，减少人脸变形，使人物看起来更立体、更自然‌，适合拍摄特写。长焦镜头（如70mm以上）影响2:透视不同，近大远小的比例不一样，拍摄者所要站的位置也不一样数字照相机的结构焦段影响了画面的空间压缩和伸展感数字照相机的结构影响3：场景与主体的感觉不同长焦镜头：拍摄距离远，透视压缩的情况下，主体与背景看起来离得近数字照相机的结构影响3：场景与主体的感觉不同广角镜头：拍摄距离近，加强了近大远小的透视感，主体与背景看起来离得远数字照相机的结构影响3：场景与主体的感觉不同中焦镜头：拍摄距离适中，接近人眼观察的感觉，其视角和透视效果都较为自然影视应用1:叙事使用长焦镜头拍摄，会压缩画面的透视感，产生一种人与车很靠近的感觉，叙事给人一种节奏慢、平稳的感觉。使用广角镜头拍摄同样的距离，却产生非常远的感觉，带给人一种视觉冲击感强烈的影视叙事。应用2:艺术写真长焦镜头拥有比中焦、短焦（广角）镜头更“贴合”的背景感，常用来艺术写真中拍摄人与景的合照。数字照相机的结构透镜主要功能是对光线进行折射，使得来自不同方向的光线能够聚焦在影像传感器上。透镜通常由透明材料制成，如玻璃或塑料，其折射率与周围环境不同。数字照相机的结构光圈（f/22)透镜

光圈

影像传感器其主要作用是控制进入相机的光线量。光圈的大小可以通过调整叶片的开合程度来改变。数字照相机的结构较大的光圈会产生浅景深，使得主体清晰而背景模糊，突出主体；较小的光圈则产生大景深，使得前景、主体和背景都较为清晰。数字照相机的结构光圈越小，进入的光趋近于一条线，所以无论是物体、焦点、机位的前后移动，拍摄对象都会显得足够清晰。数字照相机的结构光圈越大，光圈值越小，进光量越多，景深越浅；光圈越小，光圈值越大，进光量越少，景深越大。数字照相机的结构如图是光圈为f2.8景深效果与光圈为f8景深效果比较改变光圈可改善成像效果，调节景深数字照相机的结构快门快门是相机中用来控制照射到影像传感器上的光照时间长短的装置。快门数表示的是：按下快门，门帘关闭所用时间。 数字照相机的结构快门高速快门可以用于拍摄高速运动物体，捕捉瞬间动作；低速快门则可以用于表现动态模糊效果，创造出迷幻的视觉体验。 一是能够准确调控曝光时间长短，从而控制曝光量的多少。二是利用足够高的快门速度，拍摄高速运动的物体。快门的作用快门速度的设定直接影响曝光量的多少和画面的成像效果。快门速度以秒为单位，从慢至几秒到快至千分之一秒不等。快门开得时间越长，曝光量越多；快门开得时间越短，曝光量越少。主要作用：一是能够准确调控曝光时间长短，从而控制曝光量的多少。二是利用足够高的快门速度，拍摄高速动体。1/400s效果1/13s效果作用1：高速抓拍作用2：低速迷幻作用3：高低速结合感光度一般将数字照相机的影像传感器对光线的灵敏度用ISO数值来表示，即感光度。ISO数值越高，那么数字照相机的影像传感器对光线的感应灵敏程度就越高。在相机的控制钮上，设定ISO状态，可以根据拍摄需要调整感光度数值。高ISO可以通过提升影像传感器的灵敏度，提高画面的亮度，但可能会引入噪点和颗粒感；低ISO可以获得更好的图像质量，但需要更长的曝光时间。 ISO数值越高，影像传感器的感应灵敏度越高，适合用于低光环境；ISO数值越低，图像质量更好，适合用于光线充足的场景。数字照相机ISO调整镜头：分辨力、防抖数字照相机的结构镜头的分辨力是镜头成像的细致程度，通常以1mm内出现最细的线条数来说明镜头的分辨力。分辨力高的镜头能够得到细致清晰的影像，反映的景物的影像就比较丰富。分辨力较低的镜头，所得到的影像质量较差。镜头：分辨力、防抖数字照相机的结构其原理为：在镜头中加入某种机械装置，当相机作高频振动时，镜头内部的镜组与镜头外壳并不同步移动，而是有一定的迟滞，这样只要快门速度并不快，就可以一定程度上达到防抖的目的。数字照相机的结构直观：紫边效应、画质表现

“肉”数字照相机的结构锐利、清晰（菲利普·维曼）数字照相机的结构锐利、清晰（菲利普·维曼）总结数字照相机的镜头镜头的分类按镜头的焦距或视角分为：焦距范围为80～400mm短焦镜头标准镜头中长焦镜头按照传统35mm相机镜头焦距分类标准来分焦距范围为6～38mm焦距范围为40～55mm它是一种视角接近180°的广角镜头；前镜片突出，视场大，拍摄时能够夸大景物的纵深感，突出主体部分；它的焦距极短，景深特别长，从近处到无限远，都可拍出清晰的影像，但画面效果有些变形。镜头的分类超广角镜头(鱼眼镜头)镜头的分类超广角镜头(鱼眼镜头)超广角镜头拍摄效果（一）超广角镜头拍摄效果（二）镜头的分类广角镜头视角稍小，焦距较短，景深较长，拍出的照片远近都很清晰。它比较适合于抓拍一些来不及从容对焦的活动，比较适宜拍摄大场面的新闻照片，或在室内拍摄家庭生活照片等。镜头的分类广角镜头拍摄效果（一）广角镜头拍摄效果（二）广角镜头镜头的分类广角镜头广角镜头拍摄效果（一）广角镜头拍摄效果（二）镜头的分类标准镜头标准镜头的视角大都接近人眼的视角，因此用标准镜头拍摄的照片，其画面景物的透视关系比较符合人们的视觉习惯。由于标准镜头的焦距、视场角、拍摄范围、景深，以及在相同拍摄距离上所获得的影像尺寸等均比较适中，因而这种镜头应用最广泛，最适合拍摄人像、风光、生活等各种照片。标准镜头拍摄效果镜头的分类中焦距镜头：焦距约为标准镜头焦距的两倍；长焦距镜头：又叫望远镜头，其焦距则更长一些。中焦距镜头长焦距镜头中长焦镜头共同特点：焦距长、视场角小、成像大，所以在同一距离上能拍得比标准镜头更大的影像。它适合于在远处拍摄人物或动物的活动，拍摄一些不便于靠近的物体，从而获得神态自然、生动逼真的画面。人们常把中焦距镜头称为人像镜头。镜头的分类中长焦镜头镜头的分类按镜头的焦距能否变化分：定焦镜头变焦镜头各种型号的定焦与变焦镜头变焦镜头是在一定范围内可以变换焦距，从而得到不同宽窄的视场角、不同大小的影像和不同景物范围的照相机镜头。变焦镜头最大的特点，还是在于它实现了镜头焦距可按摄影者意愿变换的功能。取景器人们在摄影时，为了选取被摄景物的范围就要取景的装置。照相机上用来显示相当于照相影像传感器成像范围的观察装置就叫取景器。光学取景器电子取景器旁轴平视式取景器单镜头反光同轴式取景器取景器1.光学取景器旁轴平视式取景器旁轴平视式取景器原理图旁轴平视式单镜头反光同轴式取景器1.光学取景器单镜头反光同轴式取景器单镜头反光同轴式取景器是直接通过镜头取景，光线从镜头射入，通过一个反光板，折射到上方的对焦屏成像，再经过五棱镜折射到目镜中，这样拍摄者就能从观景框中看到所要拍摄的影像。单镜头反光同轴式取景器原理图单镜头反光同轴式取景器2.电子取景器置于取景器内部的电子取景器机背电子取景器它是在取景器内部的一块微型电子取景器，

称为

EVF（ElectronicView

Finder）。（1）置于取景器内部的电子取景器装备有置于取景器内部的电子取景器的相机叫单镜头电子取景照相机（无反相机）。相比单反相机来说，因为它从结构上省去了单镜头反光同轴式取景器的五棱镜、反光板和相位对焦系统等构件，是具有无反光镜的可换镜头相机，简称为无反相机。无反相机，不管是业余级还是专业级，其功能和画面质量已经逐步超过同等级别且较为成熟的单反相机，是数字照相机未来发展的方向。缺点：取景、测光、对焦、成像等功能全部实现了电子化，其耗电量比单反相机大，所以在使用无反相机时要选用大容量的充电电池。（2）机背电子取景器一般是位于机身背面的液晶屏幕。在无反相机上，除了配备内置电子取景器之外，也配备机背电子取景器，可以预览拍摄影像效果或者查看存储影像，显示功能菜单，在拍摄照片或者视频时，可以作为取景器使用。在单反相机上，液晶显示屏可以预览拍摄影像效果或者查看存储影像，显示功能菜单，在使用其视频拍摄功能时，可以作为取景器使用。成像系统影像传感器(CCD或CMOS)模数转换器影像处理器成像系统影像传感器影像传感器的外部结构是数字照相机的核心部件，在很大程度上决定了数字照相机的质量，其功能就是把照相机通过镜头形成的被拍摄景物的光信号，转化成可以记录的电信号。从结构和原理上看，影像传感器有

CCD和

CMOS

两种类型。总结数字照相机的性能指标与相关参数影像传感器的尺寸高像素不是判别影像传感器性能高低的唯一标准；影像传感器面积即尺寸的大小也是一个重要指标，影像传感器的尺寸大，相应的感光面积就大，捕获的光子越多，感光性能越好，信噪比越低。在同样的像素数下，影像传感器面积（即画幅）不同也就直接决定了感光点大小的不同。影像传感器的尺寸图（a）

35mm胶片尺寸；大小为

24mm×36mm图（b）高档数字照相机配备的影像传感器；尺寸为23.9mm×35.8mm图（c）中档数字照相机配备的影像感应器；尺寸为14.8mm×22.2mm图（d）低档数字照相机配备的影像传感器；尺寸为6.4mm×4.8mm全画幅影像传感器半画幅影像传感器还有一种影像传感器尺寸约为24.9mm×16.6mm，俗称

APS-C

画幅影像传感器，它与半画幅影像传感器（14.8mm×22.2mm）的尺寸差不多，所以一般认为它是半画幅影像传感器。模数转换器模数转换器主要功能是将影像传感器传来的模拟电信号，转换形成与光照强度成比例的二进制数字影像信号。影像处理器影像处理器主要功能是将模数转换器送来的二进制数字影像信号，通过一系列复杂的数学运算法，如加、减、乘、除、积分等，进行优化处理，包括反差、色饱和度、亮度等调整，以得到质量高的影像，然后送到存储器中。视频系统现代照相机上，作为一项辅助功能，基本都装备了相对专业的视频拍摄系统，特别是无反相机的视频拍摄功能越来越强大，多数无反相机的视频画质，可以达到专业摄像机的水平。存储系统SD卡的全称是“SecureDigital

Card”，意为“安全数字卡”，它是由日本两大电器集团松下、东芝和SanDisk联合推出，1999年8月首次发布。SD卡的特点：存储的速度快、非常小巧，目前，大多数数字照相机采用了这种存储卡。SD卡其他附属设备为了方便下载数字照相机拍摄的数字影像数据，数字照相机的输出接口的连接有多种方式，现在的wifi直接传输数据已十分普遍。大部分数字照相机都有视频摄录功能，视频输出的插口有视频输出、音频输出等形式。数字照相机通常可以采用锂电池或者镍氢电池供电，也可外接电源即直接使用交流电给数字照相机作为供电电源1.数据接口2.视频输出插口3.供电系统视频分辨率指每一幅画面中所能显示的像素数量，它的表达方式为影像画面的“水平像素数×垂直像素数”视频分辨率可以分为普清、标清、高清、2K、4K、8K等，视频分辨率数值越大，画面就越精细，画质就越好，文件也就越大。视频分辨率视频分辨率通常由影像传感器的像素数决定色彩位数色彩位数又称色彩深度，此指标反映了数字照相机的色彩分辨能力，即还原色调的多少。色彩位数的值越高，就越可能更真实地还原亮部及暗部的细节。现在全画幅相机的色彩位数一般在4.2.0以上。色温色温是表示光源光谱成分的一种概念，通俗地说，色温就是表示光线色调的一个参数（代表光源的颜色、单位开尔文、k）的一种标志，而不是指光的冷暖度。较低的色温（3000K以下）会让画面呈现较暖的橘红色调；而较高的色温（7000K以上）则会显得较冷、偏蓝紫色。白平衡调整模式白平衡可以理解为相机对光源色温的补偿调节，它的作用是让白色物体在成像时能还原为纯白色，而非带有色偏。大多数相机都会自动检测光源的色温，并对白平衡做出相应调整。白平衡本质上解决的是相机内部的色温参数设置与外界光源色温参差问题的，如果说色温决定了照片的基本色调，那么白平衡则是对色彩的一种补偿和调节。光源色温与白平衡白平衡的作用就是尽可能消除这种由光源引