数码相机原理

一、数码相机原理

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。

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。下面，让我们来详细地谈一谈：

几乎所有的数码相机镜头的焦距都比较短，当你观察数码相机镜头上的标识时也许会发现类似"f=6mm"的字样，它的焦距仅为6毫米！其实，这个焦距和传统相机还是有所区别的。f=6mm相当于普通相机的50mm镜头（因相机不同而不同）。这是怎么回事呢？原来我们印象中的标准镜头、广角镜头、长焦镜头以及鱼眼镜头都是针对35mm普通相机而言的。它们分别用于一般摄影、风景摄影、人物摄影和特殊摄影。各种镜头的焦距不同使得拍摄的视角不同，而视角不同产生的拍摄效果也不相同。但是焦距决定视角的一个条件是成像的尺寸，35mm普通相机成像尺寸是24mm×36mm（胶卷），而数码相机中CCD的成像尺寸小于这个值两倍甚至十倍，在成像尺寸变小焦距也变小的情况下，就有可能得到相同的视角。所以说上面提及的6mm镜头相当普通相机50mm焦距镜头。因此在选购数码相机时，我们不用关心数码相机的实际焦距是多少，而只要参考换算到35毫米相机镜头的焦距就可以了。

数码相机使用CCD代替传统相机的胶卷，因此CCD技术成为数码相机的关键技术，CCD的分辨率被作为评价数码相机档次的重要依据。CCD是Charge Couple Device的缩写，被称为光电荷耦合器件，它是利用微电子技术制成的表面光电器件，可以实现光电转换功能。在摄像机、数码相机和扫描仪中被广泛使用。摄像机中使用的是点阵CCD，扫描仪中使用的是线阵CCD，而数码相机中既有使用点阵CCD的又有使用线阵CCD的，而一般数码相机都使用点阵CCD，专门拍摄静态物体的扫描式数码相机使用线阵CCD，它牺牲了时间换取可与传统胶卷相媲美的极高分辨率（可高达8400×6000）。CCD器件上有许多光敏单元，它们可以将光线转换成电荷，从而形成对应于景物的电子图像，每一个光敏单元对应图像中的一个像素，像素越多图像越清晰，如果我们想增加图像的清晰度，就必须增加CCD的光敏单元的数量。数码相机的指标中常常同时给出多个分辨率，例如640×480和1024×768。其中，最高分辨率的乘积为786432（1024×768），它是CCD光敏单元85万像素的近似数。因此当我们看到"85万像素CCD"的字样，就可以估算该数码相机的最大分辨率。

许多早期的数码相机都采用上述的分辨率，它们可为计算机显示的图片提供足够多的像素，因为大多数计算机显卡的分辨率是640×480、800×600、1024×768、1152×864等。CCD本身不能分辨色彩，它仅仅是光电转换器。实现彩色摄影的方法有多种，包括给CCD器件表面加以CFA（Color Filter Array，彩色滤镜阵列），或者使用分光系统将光线分为红、绿、蓝三色，分别用3片CCD接收。

A/D转换器又叫做ADC（Analog Digital Converter），即模拟数字转换器。它是将模拟电信号转换为数字电信号的器件。A/D转换器的主要指标是转换速度和量化精度。转换速度是指将模拟信号转换为数字信号所用的时间，由于高分辨率图像的像素数量庞大，因此对转换速度要求很高，当然高速芯片的价格也相应较高。量化精度是指可以将模拟信号分成多少个等级。如果说CCD是将实际景物在X和Y的方向上量化为若干像素，那么A/D转换器则是将每一个像素的亮度或色彩值量化为若干个等级。这个等级在数码相机中叫做色彩深度。数码相机的技术指标中无一例外地给出了色彩深度值，那么色彩深度对拍摄的效果有多大的影响呢？其实色彩深度就是色彩位数，它以二进制的位（bit）为单位，用位的多少表示色彩数的多少。常见的有24位、30位和36位。具体来说，一般中低档数码相机中每种基色采用8位或10位表示，高档相机采用12位。三种基色红、绿、蓝总的色彩深度为基色位数乘以3，即8×3=24位、10×3=30位或12×3=36位。数码相机色彩深度反映了数码相机能正确表示色彩的多少，以24位为例，三基色（红、绿、蓝）各占8位二进制数，也就是说红色可以分为2^8=256个不同的等级，绿色和蓝色也是一样，那么它们的组合为256×256×256=16777216，即1600万种颜色，而30位可以表示10亿种，36位可以表示680亿种颜色。色彩深度值越高，就越能真实地还原色彩。

数码相机要实现测光、运算、曝光、闪光控制、拍摄逻辑控制以及图像的压缩处理等操作必须有一套完整的控制体系。数码相机通过MPU（Microprocessor Unit）实现对各个操作的统一协调和控制。和传统相机一样，数码相机的曝光控制可以分为手动和自动，手动曝光就是由摄影者调节光圈大小、快门速度。自动曝光方式又可以分为程序式自动曝光、光圈优先式曝光和快门优先式曝光。MPU通过对CCD感光强弱程度的分析，调节光圈和快门，又通过机械或电子控制调节曝光。

数码相机中存储器的作用是保存数字图像数据，这如同胶卷记录光信号一样，不同的是存储器中的图像数据可以反复记录和删除，而胶卷只能记录一次。存储器可以分为内置存储器和可移动存储器，内置存储器为半导体存储器，安装在相机内部，用于临时存储图像，当向计算机传送图像时须通过串行接口等接口。它的缺点是装满之后要及时向计算机转移图像文件，否则就无法再往里面存入图像数据。早期数码相机多采用内置存储器，而新近开发的数码相机更多地使用可移动存储器。这些可移动存储器可以是3.5英寸软盘、PC（PCMCIA）卡、CompactFlash卡、SmartMedia卡等。这些存储器使用方便，拍摄完毕后可以取出更换，这样可以降低数码相机的制造成本，增加应用的灵活性，并提高连续拍摄的性能。存储器保存图像的多少取决于存储器的容量（以MB为单位），以及图像质量和图像文件的大小（以KB为单位）。图像的质量越高，图像文件就越大，需要的存储空间就越多。显然，存储器的容量越大，能保存的图像就越多。一般情况下，数码相机能保存10到200幅图像。我们在这里为大家介绍一些常用的存储方案：

从2兆到32兆，是最常见的数码相机存储卡，由于没有内置控制部分，成本最低，但是暂时无法突破64兆的极限，但今年可能会有64兆的卡推出。目前大部分的数码相机用了SM卡，速度上和其他存储方式差不多，其实内核都是FlashMemory。常见的数码相机支持品牌，奥林帕斯、富士、东芝等诸多品牌。另外由于MP3播放器也需要存储卡，由于成本问题也选择了SM卡，导致SM的需求量增加，所以其价格由于是量产的缘故，跌得很快，是目前最佳性价比的存储方案。

二、数字相机和数码相机的区别

1.录像功能差异：数字相机具备录像功能，能够捕捉高清视频画面。而数码相机通常仅限于拍摄静态图片，不具备视频录制能力。因此，数字相机在摄影和摄像方面表现得更为全能。

2.存储介质不同：数字相机使用可移动存储介质，如SD卡或CF卡，便于用户随时扩展存储空间或进行数据备份。相比之下，数码相机通常内置存储器，用户无法更换或扩展其存储容量，需通过电脑或其他设备进行照片传输和备份。

3.操作界面多样：数字相机提供多种手动设置选项，具有较为复杂的操作界面。用户可以根据需要调整光圈、快门速度、ISO等参数，以实现更精确的拍摄控制。而数码相机通常具有简化的操作界面，更强调自动操作和用户便捷性，适合不熟悉摄影技术的用户使用。

三、数码相机的知识

很多用户都不喜欢厚而繁琐的产品说明书，一般买数码相机购回后都喜欢自行摸索。当然，在摸索过程中会出现一些惊喜，但这会花费的不少时间，而且也不能以最短的时间系统了解你手中的产品的特性；如果看过说明说后再操作的话还可以避免一些错误操作。因此在初接触新品时，应简要先浏览一回厂家为大家用心汇编的说明书，熟悉一下数码相机的基本菜单与功能。以后再有所不明时也可以翻一翻它，会有所收获的。

说到现在的数码图片格式，主要有JPEG、TIFF和RAW三种，前两种主要应用于家用数码相机。JPEG（Joint Photographic Experts Group）压缩格式，可以用不同的压缩比对图象文件进行压缩，其技术十分先进，对图像质量影响不大，所以得到了广泛的应用，尤其是在网络上。对于那些要求高质量图像处理的用户来说，TIFF格式是首选格式，采用无损压缩方式进行存储。RAW格式是直接读取传感器（CCD或者CMOS）上的原始记录数据，也就是说这些数据尚未经过曝光补偿、色彩平衡等处理，因此深受专业人士的青睐，而在非压缩和非破坏性格式中，它的存储容量要小于TIFF格式，并且能提高拍摄效率（存储时间、单张拍摄间隔时间等）。

对比以上几种主要图片输出格式之后，我们知道，如果只是将照片放在网上，200万像素的数码相机完全能够满足要求；如果是冲印6寸以内的照片或者是A4幅面以内的打印，那么300万像素也足以完成任务；如果还有更高更专业的要求，就视具体需要而定啦。

对于摄影有一定了解的用户来说，都清楚明白准确构图的重要性。如：若不是拍摄特写，一般应把主体放在画面的1/3处，同时尽量避开杂乱的背景，从特别的视角来拍摄，尽量捕捉物体的细节与个性，利用一些斜线或曲线的背景构图会让整体画面看上去更为生动。

光是摄影的灵魂。因此我们要留心光线的变化，不仅是光的强度，还有光的方向，用心与光线对话。如：落日把晚霞染成红色，象征着浪漫；阴暗的天空呈现出灰色的冷色调，象征着忧郁；树荫中撤下一束阳光，透射出欢乐、愉悦的情绪……

首先，和传统相机另一个最大的差别是DC有一个白平衡。这有点类似于传统摄影中的色温，也正是由于初学者没有重视这白平衡，所以才会生产偏色。DC一般都提供有自动、室内、室外、手动四种模式，初学者都信赖AUTO，可往往拍出的图片偏了某一颜色，只要我们细心注意LCD取景窗是可以看出的。当我们刚拍摄到某一实物，该实物一般偏重某一颜色，假如蓝色，这时DC的白平衡会自动偏向于蓝色，再拍摄其它实物时自然也是会偏色的了。这点虽然在LCD中会体现出来，但初学者一般都没发觉。同时，有些模式也不尽完善，如：SONY的DC在室内模式下都有"蓝色综合症"现状，因此我们还是尽可能使用手动白平衡为好。而且，还要密切留意LCD的色彩变化，一发现该白色的不是白色，就得重新对白色的实物取光修正白平衡。另外，有些数码相机也具备了自动包围式白平衡的功能，以便记录准确的色彩信息。

其次，光圈、快门的控制。建议若有手动的也应使用手动模式，因为自动模式下通常拍出来的图片暗淡，特别是窗内，噪点也多。因为在室内拍摄时，DC一般会自动提升ISO值，而感光度与影像质量成反比关系，即选用的等效感光度越高，影像质量越差。这和传统感光材料的特性类似，只是在数码相机上这种特性表现更为明显。因为传统摄影中，我们通过选择不同的感光度胶卷或者通过"提速增感"来改变拍摄时的感光度，但是数码相机就不能这样做，它只能通过提高CCD的灵敏度以及电路的增益来提高CCD的反应速度，即牺牲滤波性能和分辨率指标为代价，这样做就会产生一个信号噪声的问题，并最终在画面上留下痕迹，这一点和传统的高感度胶卷的粗颗粒十分类似。所以在用数码相机拍摄时，若想获得好的成像质量应尽可能地选择低的等效感光度，或直接固定在最小值。

再次，DC都有微距模式，而且数码相机的光圈一般较大，达F2.0左右。在自动模式下，相机的程序也倾向于使用较大的光圈以缩短快门时间，防止震动。但摄影常识告诉我们，照相机镜头的收缩一般从最大光圈收缩两级左右拍摄的照片效果最好。尤其是在微距模式下，如：SONY DSC-S75在拍一些手机按键时，只有中间部份清晰细腻，周边的都带轻微的模糊。因此，我们最好使用光圈先决或全手动模式，使用较小的光圈以扩大景深。如果相机没有光圈优先功能，可以试着尽量提高环境亮度，让相机自动选择较小的光圈或者使用闪光灯，图像质量也能有所改善。

7、了解光圈、光圈优先和景深为摄影锦上添花

光圈的大小用来控制单位时间内镜头中的光通量，说得直白一些，光圈的大小将决定光线穿过镜头的强弱，它的大小也将直接影响到我们拍摄出的数码照片的成像质量。比如在快门时间相同的情况下，光圈越大则相片越亮，但是假如光圈过大的话，也会出现曝光过度的情况。无论是传统相机还是数码相机，光圈值都使用字母“f”来表示，光圈的数值越小，代表光圈的孔径越大，进光量越多，反之则进光量越少，所以，通常在拍摄时所说的“加大光圈”是指把光圈的数值调小，将光孔加大的意思。比如从f5．6调大一级到f4、或更大一级的f2．8等，请大家千万不要记错。

顾名思义，光圈优先就是以我们自行手动设定的光圈数值为准，再由数码相机根据当时的环境及光线自动给出快门参数加以配合，当在同一环境内，光圈越小所进入的光线也越少，此时相机便会自动延长快门的曝光时间，光圈优先在数码相机上一般用“A”来表示。

景深是指在一次镜头聚焦调节中，所成影像最远部分和最近部分之间的距离，而这部分画面应该具有可以接受的清晰细节，在实际操作中，光圈越大，景深越小，近景十分清晰，这对于获得高画质的特写相片有着决定性作用；光圈越小，景深越大，前后景中的物体都相对清楚，不过这对于拍摄运动物体就不大理想。

除此之外，景深还有两个重要的效应：一是微距拍摄时的景深比被摄体在较远的位置的时候要小；二是如果在光圈和景物距离都相同的情况下，镜头的焦距越长，得到的景深越小，由此，大家可以得知，景深大小（也被称为深浅）的控制其实也就是对光圈大小的控制。

快门的速度就是拍摄照片时控制曝光时间长短的参数，对于快门速度的表示方法，也是使用相应的数字来进行设定，比如1/4秒、1/60秒等，它们分别表示让当前设定的光圈孔径大小保持1/30秒、1/60秒的时间，因此，大家不难看出，使用不同的快门参数来保持单位光圈孔径的时间长短，也同样可以控制拍摄时的进光量，即曝光量，如上面提到的1/30秒便是1/60秒的两倍时间，而此时它们通过单位光圈孔径的光量也是成两倍的关系，那么反过来1/30秒则是1/15秒的二分之一时间，通过单位光圈孔径的光量则将会缩减一半。

在实际拍摄中，我们可以通过对快门速度的调节来实现不同的效果，比如看起来流动的“车河”或凝固的水滴等，它们便分别是使用慢速快门和高（快）速快门来实现的。当然，在使用时还要注意快门与光圈的合理配合。

首先，这要取决于我们的创作思路。比如我们打算抓拍动作较快的瞬间，那么第一个要保证的因素便是快门，比如1/125秒的快门速度便基本可以抓拍到行人的步行动作，而不会使人物变虚。在确定了快门的速度后，再根据当前的光线和想要达到的景深效果来选择光圈的大小。事实上，通过不同快门和光圈的组合，其所达到的曝光量是相同的，只是它们所适合的拍摄环境及拍摄出的效果不同而以。比如在充足的阳光下使用1/125秒快门和f11的光圈，其获得曝光量与快门和光圈分别为1/250秒、f8是相同的。

快门优先同光圈优先类似，是由我们手动来设定快门的速度，而光圈的大小则由相机自动加以配合。一般情况下，如果是手持拍摄，快门的速度最好不要低于1/60秒，不然很容易出现握不稳相机，而使画面模糊的情况。当然，假如定力足够或使用脚架，便不用担心稳定的问题了，在数码相机上，快门优先一般用“S”来表示。

快门的主要应用范围是拍摄运动中的物体及场合，而想拍摄的恰当则需要长时间的经验积累，比如，在拍摄行走或者快速移动时，快门速度设置在1/250秒左右合适，这样可以得到相对清晰并没有抖动的画面；要拍摄更快的自由落体或飞驰的物体，则需要将快门速度提高到1/400秒左右；而要拍摄极快速飞行，则要1/800秒以上了。相反，如果你想拍摄些刀光剑影等相对模糊且另有意境的照片时，相对降低快门会得到更佳的效果，比如使用1秒，1/2秒等。

对于整部相机来说，镜头是最容易损坏的部件。要保护镜头，一片UV镜头是必不可少的。另外镜头纸、镜头刷、吹气筒和镜头清洁液是清洁镜头的常用工具。

机身维护工具在整个机身的维护和保养方面，一个摄影包也是不可少的。除了放相机外还可以放电池、各种镜片、存储卡、镜头纸等物品。

三脚架号称“世界上最实用的防震系统”，确实，在光线环境不尽如人意的时候，三脚架的作用是非常大的。对于拥有一部较为高端的消费级数码相机的用户来说，三脚架在不少场合都需要使用，比如拍摄夜景、微距以及光线环境较差、容易手震等情况。

11、采用辅助设备增距镜和广角镜

不少用户在使用了自己的数码相机以后，往往感觉不是广角不够大就是长焦不够长，如果你经常为自己相机镜头的局限性而感到苦恼，那么建议你还是尽早选购一片合适的增距镜或者广角镜，但是不要盲目地买，如果你是经常使用长焦的，并不介意较小的广角端，那么选购一款合适倍数的增距镜就可以了，反之就只购买广角镜。当然如果两端都需要扩展的就只好购买两个了。