數(shù)碼相機的成像原理是什么
數(shù)碼相機的成像原理是什么
在對數(shù)碼相機的特點和基本組件了解之前，下面來了解一下數(shù)碼相機是如何工作的，這有利于更好地理解和掌握相機的各項關(guān)鍵參數(shù)，深入了解相機的性能。下面是小編為大家精心推薦數(shù)碼相機的成像相關(guān)知識，希望能夠?qū)δ兴鶐椭?/p>
數(shù)碼相機的成像原理
當打開相機的電源開關(guān)后，主控程序芯片開始檢查整個相機，確定各個部件是否處于可工作狀態(tài)。如果一切正常，相機將處于待命狀態(tài);若某一部分出現(xiàn)故障，LCD屏上會顯示一個錯誤信息，并使相機完全停止工作。
當用戶對準拍攝目標，并將快門按下一半時，相機內(nèi)的微處理器開始工作，以確定對焦距離、快門的速度和光圈的大小。當按下快門后，光學(xué)鏡頭可將光線聚焦到影像傳感器上，這種CCD/CMOS半導(dǎo)體器件代替了傳統(tǒng)相機中膠卷的位置，它可將捕捉到的景物光信號轉(zhuǎn)換為電信號。
此時就得到了對應(yīng)于拍攝景物的電子圖像，由于這時圖像文件還是模擬信號，還不能被計算機識別，所以需要通過A/D(模/數(shù)轉(zhuǎn)換器)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，然后才能以數(shù)據(jù)方式進行儲存。接下來微處理器對數(shù)字信號進行壓縮，并轉(zhuǎn)換為特定的圖像格式，常用的用于描述二維圖像的文件格式包括Tag TIFF(Image File Format)、RAW(Raw data Format)、FPX(Flash Pix)、JFIF(JPEG File Interchange Format)等，最后以數(shù)字信號存在的圖像文件會以指定的格式存儲到內(nèi)置存儲器中，那么一張數(shù)碼相片就完成拍攝了，此時通過LCD(液晶顯示器)可以查看所拍攝到的照片。
(1)當使用數(shù)碼相機拍攝景物時，景物反射的光線通過數(shù)碼相機的鏡頭透射到CD上。
(2)當CCD曝光后，光電二極管受到光線的激發(fā)而釋放出電荷，生成感光元件的電信號。
(3)CCD控制芯片利用感光元件中的控制信號線路對發(fā)光二極管產(chǎn)生的電流進行控制，由電流傳輸電路輸出，CCD會將一次成像產(chǎn)生的電信號收集起來，統(tǒng)一輸出到放大器。
(4)經(jīng)過放大和濾波后的電信號被傳送到ADC，由ADC將電信號(模擬信號)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，數(shù)值的大小和電信號的強度與電壓的高低成正比，這些數(shù)值其實也就是圖像的數(shù)據(jù)。
(5)此時這些圖像數(shù)據(jù)還不能直接生成圖像，還要輸出到DSP(數(shù)字信號處理器)中，在DSP中，將會對這些圖像數(shù)據(jù)進行色彩校正、白平衡處理，并編碼為數(shù)碼相機所支持的圖像格式、分辨率，然后才會被存儲為圖像文件。
(6)當完成上述步驟后，圖像文件就會被保存到存儲器上,我們就可以欣賞了。
基本部件
1 鏡頭
鏡頭是一部相機的重要組件之一，可以說是相機的靈魂，數(shù)碼相機采用什么鏡頭是一個非常重要的參數(shù)，也是區(qū)分不同檔次相機的重要指標。
雖然由于感光元件分辨率有限，對鏡頭的光學(xué)分辨率要求也比較低，但由于普通數(shù)碼相機的影像傳感器要比傳統(tǒng)膠片的面積小得多，因此鏡頭的解析度需要很高，一般來說，數(shù)碼相機采用的光學(xué)鏡頭的解析能力一定要優(yōu)于感光元件的分辨率。例如，對于某一確定的被攝目標，水平方向需要100個像素才能完美再現(xiàn)其細節(jié)，如果成像寬度為10mm，則光學(xué)分辨率為10線/mm的鏡頭完全能夠勝任;若成像寬度為1mm，則要求鏡頭的光學(xué)分辨率必須在100線/mm以上。
2 閃光燈
閃光燈是增加曝光量的方式之一，尤其在光線較暗的場合，利用閃光燈可以使景物更加明亮。圖1-6、圖1-7示出了數(shù)碼相機的內(nèi)置閃光燈。數(shù)碼相機內(nèi)置的閃光燈一般有三種模式，即自動閃光、強制閃光和關(guān)閉閃光，有的相機還具有消除紅眼、慢速同步閃光等功能。
3 取景器
數(shù)碼相機上使用的取景器有多種類型，包括LCD取景器、單反式取景器、旁軸式取景器等。
LCD屏幕有黑色和白色兩種類型，彩色又分為偽彩和真彩兩種，其中偽彩價格便宜，但顯示效果差;數(shù)碼相機中用于取景和回放的LCD都是質(zhì)量較高的TFT真彩。在TFT LCD中又包括反射和透射兩種，反射式反射正面的環(huán)境光工作，從不同角度觀察差別較大，顯示較暗，但具有省電、造價低等優(yōu)點;透射式依靠背后的燈光進行工作，角度變化小，顯示較亮，但耗電量較大。
作為大多數(shù)數(shù)碼相機必備的取景方式，利用LCD取景可以改正傳統(tǒng)相機取景的缺點，它可以回放照片，隨時顯示相機存儲器中記錄的全部照片影像，對于不滿意的作品可以刪除后重新拍攝，這樣可最大限度地節(jié)省存儲空間，并且可以及時地發(fā)現(xiàn)諸如構(gòu)圖取景、用光等方面較明顯的問題。有的數(shù)碼相機還設(shè)計了可以旋轉(zhuǎn)的LCD屏幕，這樣使原來很困難的取景工作變得十分輕松，例如要拍攝靠近地面的植物的特寫鏡頭時，不用像使用傳統(tǒng)相機一樣趴在地上，只需將相機放低，然后將LCD屏幕翻過來即可。而一個人獨立外出旅行時，可以將鏡頭對準自己，將LCD屏幕轉(zhuǎn)過來，自己給自己來個特寫。
4 影像傳感器
目前數(shù)碼相機所使用的影像傳感器有CCD和CMOS兩種類型，前者技術(shù)已經(jīng)很成熟，后者是新興的技術(shù)，代表未來的發(fā)展方向。
CCD(Chagre Couled Device)，即電荷耦合器，如圖1-12所示。目前被廣泛應(yīng)用于大部分數(shù)碼相機上，這是一種特殊的半導(dǎo)體材料，它由大量獨立的光敏元件組成，這些光敏元件通常按矩陣排列。光線透過鏡頭照射到CCD上，并轉(zhuǎn)換成電荷，每個元件上的電荷量取決于其受到的光照強度。當攝影者按動快門時，CCD可將各個元件的信息傳送到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器上，然后將模擬電信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，數(shù)字信號再以一定的格式壓縮后存入緩存內(nèi)，這樣就完成了數(shù)碼相片的整個拍攝。
5 按鍵
在進行拍攝工作時，傳統(tǒng)相機大都通過按鍵或者轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)盤來實現(xiàn)，而數(shù)碼相機是通過菜單來選擇功能的，某些專業(yè)數(shù)碼單反相機為了適應(yīng)傳統(tǒng)相機用戶的使用習(xí)慣，將一些常用功能設(shè)計成與傳統(tǒng)相機大體一致的方式。若在進行抓拍時，直接按按鍵比使用菜單進行設(shè)置更加快捷。
單反相機介紹
單反的全稱是“單鏡頭反光相機”(Single Lens Reflex Camera，縮寫為SLR camera)，又稱作單反相機，臺灣及香港地區(qū)將單反相機稱作“單眼”相機。它是用一只鏡頭并通過此鏡頭反光取景的相機。所謂“單鏡頭”是指攝影曝光光路和取景光路共用一個鏡頭，不像旁軸相機或者雙反相機那樣取景光路有獨立鏡頭。“反光”是指相機內(nèi)一塊平面反光鏡將兩個光路分開：取景時反光鏡落下，將鏡頭的光線反射到五棱鏡，再到取景窗;拍攝時反光鏡快速抬起，光線可以照射到感光元件CMOS上。
單反并非數(shù)碼時代的產(chǎn)物，早在膠片時代就已經(jīng)存在單反相機。隨著照片的載體走向數(shù)碼化，單反也隨同進入數(shù)碼時代，現(xiàn)在我們所說的單反通常都是說單反數(shù)碼相機。
單反的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，有一個反光鏡和用于光線各種反射的五棱鏡，這些用于將外部光線通過物理反射的方式送達取景器的反光鏡和五棱鏡(或五面鏡)成為單反相機取景的主要部件，也是微單和單反的區(qū)別中最為顯著的一方面。
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