數(shù)碼相機(jī)的成像原理是什么
數(shù)碼相機(jī)的成像原理是什么
在對(duì)數(shù)碼相機(jī)的特點(diǎn)和基本組件了解之前，下面來(lái)了解一下數(shù)碼相機(jī)是如何工作的，這有利于更好地理解和掌握相機(jī)的各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)，深入了解相機(jī)的性能。下面是小編為大家精心推薦數(shù)碼相機(jī)的成像相關(guān)知識(shí)，希望能夠?qū)δ兴鶐椭?/p>
數(shù)碼相機(jī)的成像原理
當(dāng)打開(kāi)相機(jī)的電源開(kāi)關(guān)后，主控程序芯片開(kāi)始檢查整個(gè)相機(jī)，確定各個(gè)部件是否處于可工作狀態(tài)。如果一切正常，相機(jī)將處于待命狀態(tài);若某一部分出現(xiàn)故障，LCD屏上會(huì)顯示一個(gè)錯(cuò)誤信息，并使相機(jī)完全停止工作。
當(dāng)用戶對(duì)準(zhǔn)拍攝目標(biāo)，并將快門(mén)按下一半時(shí)，相機(jī)內(nèi)的微處理器開(kāi)始工作，以確定對(duì)焦距離、快門(mén)的速度和光圈的大小。當(dāng)按下快門(mén)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(jī)中膠卷的位置，它可將捕捉到的景物光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。
此時(shí)就得到了對(duì)應(yīng)于拍攝景物的電子圖像，由于這時(shí)圖像文件還是模擬信號(hào)，還不能被計(jì)算機(jī)識(shí)別，所以需要通過(guò)A/D(模/數(shù)轉(zhuǎn)換器)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，然后才能以數(shù)據(jù)方式進(jìn)行儲(chǔ)存。接下來(lái)微處理器對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)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(hào)存在的圖像文件會(huì)以指定的格式存儲(chǔ)到內(nèi)置存儲(chǔ)器中，那么一張數(shù)碼相片就完成拍攝了，此時(shí)通過(guò)LCD(液晶顯示器)可以查看所拍攝到的照片。
(1)當(dāng)使用數(shù)碼相機(jī)拍攝景物時(shí)，景物反射的光線通過(guò)數(shù)碼相機(jī)的鏡頭透射到CD上。
(2)當(dāng)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(hào)。
(3)CCD控制芯片利用感光元件中的控制信號(hào)線路對(duì)發(fā)光二極管產(chǎn)生的電流進(jìn)行控制，由電流傳輸電路輸出，CCD會(huì)將一次成像產(chǎn)生的電信號(hào)收集起來(lái)，統(tǒng)一輸出到放大器。
(4)經(jīng)過(guò)放大和濾波后的電信號(hào)被傳送到ADC，由ADC將電信號(hào)(模擬信號(hào))轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，數(shù)值的大小和電信號(hào)的強(qiáng)度與電壓的高低成正比，這些數(shù)值其實(shí)也就是圖像的數(shù)據(jù)。
(5)此時(shí)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(hào)處理器)中，在DSP中，將會(huì)對(duì)這些圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行色彩校正、白平衡處理，并編碼為數(shù)碼相機(jī)所支持的圖像格式、分辨率，然后才會(huì)被存儲(chǔ)為圖像文件。
(6)當(dāng)完成上述步驟后，圖像文件就會(huì)被保存到存儲(chǔ)器上,我們就可以欣賞了。
基本部件
1 鏡頭
鏡頭是一部相機(jī)的重要組件之一，可以說(shuō)是相機(jī)的靈魂，數(shù)碼相機(jī)采用什么鏡頭是一個(gè)非常重要的參數(shù)，也是區(qū)分不同檔次相機(jī)的重要指標(biāo)。
雖然由于感光元件分辨率有限，對(duì)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(jī)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(lái)說(shuō)，數(shù)碼相機(jī)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(duì)于某一確定的被攝目標(biāo)，水平方向需要100個(gè)像素才能完美再現(xiàn)其細(xì)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(chǎng)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(jī)的內(nèi)置閃光燈。數(shù)碼相機(jī)內(nèi)置的閃光燈一般有三種模式，即自動(dòng)閃光、強(qiáng)制閃光和關(guān)閉閃光，有的相機(jī)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(jī)上使用的取景器有多種類(lèi)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(lèi)型，彩色又分為偽彩和真彩兩種，其中偽彩價(jià)格便宜，但顯示效果差;數(shù)碼相機(jī)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(jià)低等優(yōu)點(diǎn);透射式依靠背后的燈光進(jìn)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(jī)必備的取景方式，利用LCD取景可以改正傳統(tǒng)相機(jī)取景的缺點(diǎn)，它可以回放照片，隨時(shí)顯示相機(jī)存儲(chǔ)器中記錄的全部照片影像，對(duì)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(chǔ)空間，并且可以及時(shí)地發(fā)現(xiàn)諸如構(gòu)圖取景、用光等方面較明顯的問(wèn)題。有的數(shù)碼相機(jī)還設(shè)計(jì)了可以旋轉(zhuǎn)的LCD屏幕，這樣使原來(lái)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(xiě)鏡頭時(shí)，不用像使用傳統(tǒng)相機(jī)一樣趴在地上，只需將相機(jī)放低，然后將LCD屏幕翻過(guò)來(lái)即可。而一個(gè)人獨(dú)立外出旅行時(shí)，可以將鏡頭對(duì)準(zhǔn)自己，將LCD屏幕轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)，自己給自己來(lái)個(gè)特寫(xiě)。
4 影像傳感器
目前數(shù)碼相機(jī)所使用的影像傳感器有CCD和CMOS兩種類(lèi)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(lái)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?jǐn)?shù)碼相機(jī)上，這是一種特殊的半導(dǎo)體材料，它由大量獨(dú)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(guò)鏡頭照射到CCD上，并轉(zhuǎn)換成電荷，每個(gè)元件上的電荷量取決于其受到的光照強(qiáng)度。當(dāng)攝影者按動(dòng)快門(mén)時(shí)，CCD可將各個(gè)元件的信息傳送到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器上，然后將模擬電信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)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(gè)拍攝。
5 按鍵
在進(jìn)行拍攝工作時(shí)，傳統(tǒng)相機(jī)大都通過(guò)按鍵或者轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)盤(pán)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而數(shù)碼相機(jī)是通過(guò)菜單來(lái)選擇功能的，某些專(zhuān)業(yè)數(shù)碼單反相機(jī)為了適應(yīng)傳統(tǒng)相機(jī)用戶的使用習(xí)慣，將一些常用功能設(shè)計(jì)成與傳統(tǒng)相機(jī)大體一致的方式。若在進(jìn)行抓拍時(shí)，直接按按鍵比使用菜單進(jìn)行設(shè)置更加快捷。
單反相機(jī)介紹
單反的全稱(chēng)是“單鏡頭反光相機(jī)”(Single Lens Reflex Camera，縮寫(xiě)為SLR camera)，又稱(chēng)作單反相機(jī)，臺(tái)灣及香港地區(qū)將單反相機(jī)稱(chēng)作“單眼”相機(jī)。它是用一只鏡頭并通過(guò)此鏡頭反光取景的相機(jī)。所謂“單鏡頭”是指攝影曝光光路和取景光路共用一個(gè)鏡頭，不像旁軸相機(jī)或者雙反相機(jī)那樣取景光路有獨(dú)立鏡頭。“反光”是指相機(jī)內(nèi)一塊平面反光鏡將兩個(gè)光路分開(kāi)：取景時(shí)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(shí)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(shí)代的產(chǎn)物，早在膠片時(shí)代就已經(jīng)存在單反相機(jī)。隨著照片的載體走向數(shù)碼化，單反也隨同進(jìn)入數(shù)碼時(shí)代，現(xiàn)在我們所說(shuō)的單反通常都是說(shuō)單反數(shù)碼相機(jī)。
單反的內(nèi)部結(jié)構(gòu)中，有一個(gè)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(guò)物理反射的方式送達(dá)取景器的反光鏡和五棱鏡(或五面鏡)成為單反相機(jī)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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