数码相机 33.ppt

1、机电一体化产品数码相机,机电30901 高波,徕卡 D-LUX5 数码相机,数码相机（又名：数字式相机 英文全称:Digital Camera简称DC），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。数码相机与普通照相机在胶卷上靠溴化银的化学变化来记录图像的原理不同，数字相机的传感器是一种光感应式的电荷耦合-zh-cn：器件；zh-tw：组件-(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)。在图像传输到计算机以前，通常会先储存在数码存储设备中（通常是使用闪存；软磁盘与可重复擦写光盘（CD-RW）已很少用于数字相机设备）。,二十世纪六十年代美国宇航局（NASA）在宇航员被派往月球之前，宇航

2、局必须对月球表面进行勘测。然而工程师们发现，由探测器传送回来的模拟信号被夹杂在宇宙里其它的射线之中，显得十分微弱，地面上的接收器无法将信号转变成清晰的图像。于是工程师们不得不另想办法。1970年是影像处理行业具有里程碑意义的一年，美国贝尔实验室发明了CCD。当工程师使用电脑将CCD得到的图像信息进行数字处理后，所有的干扰信息都被剔除了。后来“阿波罗”登月飞船上就安装有使用CCD的装置，就是数码相机的原形。“阿波罗”号登上月球的过程中，美国宇航局接收到的数字图像如水晶般清晰。在这之后，数码图像技术发展得更快，主要归功于冷战期间的科技竞争。而这些技术也主要应用于军事领域，大多数的间谍卫星都使用数码

3、图像科技。,1.1数码相机的组成,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。,大多数数码相机都装有广角镜头，相当于35mm相机30至40mm的区域范围。在这个焦距内拍摄，图像会出现失真，尤其在垂直方向上。正是由于这个原因，大多数用户还是比较喜欢非球面镜头。此外，带有自动聚焦的高品质玻璃镜头对任何相机来说都非常重要，尤其在微距模式下。也有人认为，定焦镜头用越焦距拍摄非常方便，但当它靠近拍摄对

4、象时，就受的限制就比较大。镜头速度也非常重要。镜头的“F”数值越小就越明亮（F2.0、F2.8）。镜头“F”值越大最大光圈就较小，所以只能使少量光线到达传感器，因此快门速度就降低了。较低的快门速度意味着拍摄的图像容易模糊，尤其在拍摄与拍摄者垂直的移动对象时。 最后，注意一下镜头上的镜头盖是不是很容易掉。最好是在镜头盖上能串镜头绳，这样镜头盖就不容易的遗失了。别小看这么一个小小的镜头盖，一般原厂的产品都贵得难以置信，所以你最好还是小心点。不管你信不信，一些相当昂贵的相机竟然不能串镜头绳，如果你购买了这样的相机，就得时时小心不要把镜头盖丢了，或者也可以自己在镜头盖上穿个洞，纪上一根细绳。,1.2数

5、码相机的原理,数码相机中的工作原理如下：当按下快门时，镜头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

6、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,二、数码相机传感器部分,2.1数码相机传感器的类别,与传统相机相比，传统相机使用“胶卷”作为其记录信息的载体，其原理是胶卷底片上的无数银盐颗粒感光成图像。而数码相机的“胶卷”就是其成像光电传感器，其原理是光电传感器上的大量光电器件（光电二极管）感光成电图像。传统相机的底片可以从相机内取出来，但数码相机的光电传感器却是与相机固定一体不可取出的。光电传感器是数码相机的核心，也是最关键的部件之一。在数码相机内起着特别重要的作用。数码相机的发展道路，可以说就是光电传感器的发展道路。目前数码相机的核心成像部件有两种：一种是广泛

7、使用的CCD（电荷藕合）元件；另一种是新开发的CMOS（互补金属氧化物导体）器件。,2.2数码相机传感器的转换原理,电荷藕合器件图像传感器CCD（Charge Coupled Device），它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。CCD传感器是一种新型光电转换器件，它能存储由光产生的信号电荷。当对它施加特定时序的脉冲时，其存储的信号电荷便可在CCD内作定向传输而实现自扫描。它主要由光敏单元、输入

8、结构和输出结构等组成。,2.2.1CCD,2.2.2CMOS,CMOS是互补金属氧化物半导体器件。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带-电） 和 P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。后来发现CMOS经过加工也可以作为数码摄影中的图像传感器，CMOS传感器也可细分为被动式像素传感器(Passive Pixel Sensor CMOS)与主动式像素传感器(Active Pixel Sensor CMOS),。,CCD与CMOS传感器是被普遍采用的两种图像传感器，两者都是利

9、用感光二极管(photodiode)进行光电转换，将图像转换为数字数据，而其主要差异是数字数据传送的方式不同。CCD传感器中每一行中每一个象素的电荷数据都会依次传送到下一个象素中，由最底端部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出；而在CMOS传感器中，每个象素都会邻接一个放大器及A/D转换电路，用类似内存电路的方式将数据输出。然而由于CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些，到目前为止，市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为图像感应器；CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上。但是CMOS传感器具有电路简单容易集成，便于大规模生产，成品率高，成本低，体积小

10、，价格低，耗电省（仅为CCD芯片的1/10左右），读出信息简单等特点。,三、数码相机电子技术部分,数码相机主要包含了四种电路：光电成像系统电路、图像处理系统与控制电路、操作电路和供电电路。,3.2电子技术在数码相机中的作用,数码相机中的光电成像电路主要是针对CCD图像传感器电路和CCD传感器驱动电路。CCD图像传感器在将图像信号转换成电信号的过程中，CCD传感器需要先将光电二极管产生的电荷转移到村子寄存器，然后再转移到水平寄存器中，在经过放大，最后输出图像电信号。而在将各个像素单元中的电荷转移到垂直寄存器中时，需要驱动脉冲，变换各个像素单元中电极的电压来完成；讲电荷从垂直寄存器转移到水平寄存器

11、时，需要垂直驱动脉冲驱动；在将水平寄存器中的电荷移出时，需要水平驱动脉冲。这些驱动脉冲，需要专门的驱动时序芯片来产生，并控制CCD图像存储器的工作。,CCD传感器驱动电路,对于数码相机的CCD图像传感器的脉冲驱动器，采用独立的驱动芯片，下图中CXD3400N为CCD传感器提供的垂直脉冲，它与水平驱动脉冲一起驱动CCD，使其将转化的电子信号传输出来。,3.2.2图像处理系统与控制电路,数码相机拨盘式按键电路,3.3数码相机所涉及到的PLC与单片机的知识,数码相机中的PLC知识是针对数码相机的电气的控制，实现自动化。供电系统控制其操作系统，通过电路实现拍摄、取景、 闪光、存储、显示等功能，操作简单化，使得数码相机到达人机管理的统一性。至于单片机知识主要是针对数码相机的遥感航拍自动控