數碼相機技術探討
發布時間：2017-09-01
1概述
隨著計算機的普及，越來越多數字化產品進入我們的生活，MP3 , U盤、攝像機、掃描儀等己經隨處可見，擁有一件數字化產品也成為了一種時尚，照相機毫無疑問是最貼近我們日常生活的用品，而數碼相機憑借它獨特的性能和特征，越來越深受人們的喜愛，大有取代傳統相機的趨勢。據海外媒體報道，信息趨勢研究公司最新的研究報告顯示，全球低端(1000美元以下)數碼相機的銷售收入到2007年預計將達到118億美元。2002年，全球低端數碼相機出貨量達到2400萬部。占全球照相機(不含一次性相機)總銷量的28%。數碼相機銷售量的復合年增長率己達到16%，到2007年的銷售量將達到5100萬臺。
所謂數碼相機，是一種能夠進行拍攝，并通過內部處理把拍攝到的景物轉換成以數字格式存放的圖像的特殊照相機l2]。與普通相機不同，數碼相機并不使用膠片，而是使用固定的或者是可拆卸的半導體存儲器來保存獲取的圖像。數碼相機可以直接連接到計算機、電視機或者打印機上。在一定條件下，數碼相可以直接接到移動式電話機或者手持PC機上。由于圖像是內部處理的，所以使用者可以馬上檢查圖像是否正確，而且可以立刻打印出來或是通過電子郵件傳送出去。和傳統相機相比，數碼相機具有如下優點:
1.1即拍即見:傳統相機最大的缺陷就是當照片洗出來才知道照的好與不好，如果你旅游或一些重要的約會時拍的照片，回來沖洗后，赫然發現拍攝的品質不對勁，就極為令人遺憾。但用數碼相機就不會發生這種情況，因為一張照片拍完之后立刻可以在液晶顯示屏上看到，好就保存，不好就刪除重拍，直到滿意為止。
1.2無須考慮拍攝成本:用傳統相機拍攝，為了避免沖印費用不必要的增加，一般在同一背景下通常都不會重復拍攝。但用數碼相機就沒有此煩惱，因為拍攝完后可慢慢挑選，將最好的影像拿去打印，其余可刪除或儲存到硬盤。
1.3影像品質持久:用底片或照片記錄影像，時間久了，都會褪色及變壞，無法保持原有的質量。而由數碼相機拍下的影像只記錄“0”和“1”的資料，可以被正確的儲存在計算機硬盤及其它儲存媒體中，所以數碼影像不論被復制多少次，都可以保持品質一致。
1.4儲存空間少:相比傳統相機要用大量的空間來放底片及照片，數碼相機就很靈巧省事，一張照片大約50-150K，傳統相機的一卷(36張)大概只需3M的空間，所以即使一些細小的儲存裝置，快閃記憶卡，MO等等，也可存放大量的影像，很方便。
1.5圖像可立即用計算機傳輸和加工處理:在家里拍的家庭照片立即可以在電視機或電腦上顯示，通過電腦還可以隨意編輯加工處理，通過電子郵件將圖像傳送給遠方的親戚朋友，省事省錢。另外也可以將數碼影像應用在網頁設計中，把公司的產品通過自身的網站推廣到世界每一地方，實為電子商務的必備器。
2數碼相機的組成及工作原理
數碼相機是由鏡頭、CCD,A/D(模/數轉換器)、MPU(微處理器)、內置存儲器、LCD(液晶顯示器)、PC卡(可移動存儲器)和接口(計算機接口、電視機接口)等部分組成，通常它們都安裝在數碼相機的內部，當然也有一些數碼相機的液晶顯示器與相機機身分離。
2.1鏡頭:各種鏡頭的焦距不同使得拍攝的視角不同，而視角不同產生的拍攝效果也不相同。但是焦距決定視角的一個條件是成像的尺寸，35 mm普通相機成像尺寸是24 mmx36 mm(膠卷)，而數碼相機中CCD的成像尺寸小于這個值兩倍甚至十倍，在成像尺寸變小焦距也變小的情況下，就有可能得到相同的視角。幾乎所有的數碼相機鏡頭的焦距都比較短，數碼相機鏡頭上的標識“f=6 mm”的字樣相當普通相機50 mm焦距鏡頭。
2.2 CCD ; CCD (Charge Couple Device，被稱為光電荷藕合器件，它是利用微電子技術制成的表面光電器件，可以實現光電轉換功能。數碼相機使用CCD傳器代替了傳統相機中膠卷的位置，它的面積有好幾種規格，從高檔專業相機的18.4x27.6 mm到普通數碼相機的2/3,1/2,1/3甚至1/4英寸各不相同。CCD技術是數碼相機的關鍵技術，CCD的分辨率作為評價數碼相機檔次的重要依據。一般數碼相機都使用點陣CCD，專門拍攝靜態物體的掃描式數碼機使用線陣CCD o CCD器件上有許多光敏單元，它們可以將光線轉換成電荷，從而形成對應于景物的電子圖像，每一個光敏單元對應圖像中的一個像素，像素越多圖像越清晰，如果我們想增加圖像的清晰度，就必須增加CCD的光敏單元的數量。數碼相機的指標中常常同時給出多個分辨率，例如640 x480和1024 x768。其中，最高分辨率的乘積為786432(1024x768)，它是CCD光敏單元85萬像素的近似數。因此當我們看到“85萬像素CCD”的字樣，就可以估算該數碼相機的最大分辨率。許多早期的數碼相機都采用上述的分辨率，它們可為計算機顯示的圖片提供足夠多的像素，因為大多數計算機顯卡的分辨率是640 x480,800 x600,1024 x768,1152x864等。CCD本身不能分辨色彩，它僅僅是光轉換器。實現彩色攝影的方法有多種，包括給CCD器件表面加以CFA (Color Filter Array，彩色濾鏡陣列)，或者使用分光系統將光線分為紅、綠、藍三色，分別用3片CCD接收。
2.3 ADC ;ADC (Analog Digital Converter，即模擬數字轉換器。它是將模擬電信號轉換為數字電信號的器件。A/D轉換器的主要指標是轉換速度和量化精度。轉換速度是指將模擬信號轉換為數字信號所用的時間，由于高分辨率圖像的像素數量龐大，因此對轉換速度要求很高，當然高速芯片的價格也相應較高。量化精度是指可以將模擬信號分成多少個等級。如果說CCD是將實際景物在X和Y的方向上量化為若干像素，那么A/D轉換器則是將每一個像素的亮度或色彩值量化為若干個等級。這個等級在數碼相機中叫做色彩深度。數碼相機的技術指標中無一例外地給出了色彩深度值，那么色彩深度對拍攝的效果有多大的影響呢?其實色彩深度就是色彩位數，數的多少。常見的有24位、30位和36位。具體來說，一般中低檔數碼相機中每種基色采用8位或10位表示，高檔相機采用12位。三種基色紅、綠、藍總的色彩深度為基色位數乘以3，即8x3=24位、10x3=30位或12x3=36位。數碼相機色彩深度反映了數碼相機能正確表示色彩的多少，以24位為例，三基色(紅、綠、藍)各占8位二進制數，也就是說紅色可以分為256個不同的等級，綠色和藍色也是一樣，那么它們的組合為256x256x256 =16777216，即1600萬種顏色，而30位可以表示10億種，36位可以表示680億種顏色。色彩深度值越高，就越能真實地還原色彩。
2.4 MPU微處理器):數碼相機要實現測光、運算、曝光、閃光控制、拍攝邏輯控制以及圖像的壓縮處理等操作必須有一套完整的控制體系。數碼相機通過MPU ( Microprocessor Unit)實現對各個操作的統一協調和控制。和傳統相機一樣，數碼相機的曝光控制可以分為手動和自動，手動曝光就是由攝影者調節光圈大小、快門速度。自動曝光方式又可以分為程序式自動曝光、光圈優先式曝光和快門優先式曝光。MPU通過對CCD感光強弱程度的分析，調節光圈和快門，又通過機械或電子控制調節曝光。
2.5存儲介質:數碼相機給我們帶來了方便快捷的數字影像，這些數字影像是以文件形式存儲在特定的介質上的。常見的有CompactFlash, SmartMedia,MemoryStick甚至軟盤，新的型號相機可以使用MocroDrive硬盤，Click磁盤甚至有的數碼相機可以通過PCMCIA插槽獲得更廣泛的擴充能力。不僅如此，CompactFlash插槽可以有I型和II型，SmartMedia可能使用3V或者SV電壓，各種介質還有不同的存儲容量，但它們全都不兼容。它們的作用都是相同的:保存數據和轉移數據。為了在離開宿主設備時仍然能夠保存數據，它們都使用非易失性存儲技術，不依靠電源仍然能夠保證數據不會被丟失。大多數體積較小的儲存介質使用FLASHMEMORY ,利用電子技術保存數據，目前它們可以在相當小的體積內實現多達128 MB的存儲容量，但是成本較高。體積比較不受限制的存儲介質往往利用成熟的磁介質，這樣能夠以相對較低的成本保存大量數據，IBM的MocroDriv。硬盤在CompactFlash II插槽內可以達到數百兆的存儲容量，而早己出現的PCMCIA硬盤更是己經應用在許多專業數字相機上，一般來說，使用閃存的存儲介質容量和速度都難以和微型硬盤相比。
2.6 LCD ; LCD (Liquid Crystal Display)為液晶顯示屏，數碼相機使用的LCD與筆記本電腦的液晶顯示屏工作原理相同，只是尺寸較小。從種類上講，LCD大致可以分為兩類，即DSTN-LCD(雙掃扭曲向列液晶顯示器)和TFT-LCD(薄膜晶體管液晶顯示器)。與DSTN相比，TFT的特點是亮度高，從各個角度觀看都可以得到清晰的畫面，因此數碼相機中大都采用TFT-LCDoLCD的作用有三個，一為取景、二為顯示、三為顯示功能菜單。
2.7輸出接口數碼相機的輸出接口主要有計算機通訊接口、連接電視機的視頻接口和連接打印機的接口。常用的計算機通訊接口有串行接口、并行接口、USB接口和SCSI接口。若使用紅外線接口，則要為計算機安裝相應的紅外接收器及其驅動程序。如果你的數碼相機帶有PCMCIA存儲卡，那么可以將存儲卡直接插入筆記本電腦的PC卡插槽中。軟盤是最常見和最經濟的存儲介質，有些數碼相機就使用軟盤作為存儲介質。直接把軟盤從數碼相機中取出，插入計算機軟盤驅動器即可把圖像文件傳送到計算機中。
當啟動數碼相機后，其內部的核心控制芯片MPU就開始檢查相機的各個部分是否處于可工作狀態，由于它有自動聚焦和測光功能，因此，當對準物體按下快門時，圖像傳感器((CCD或CMOS對被測景物上反射的光照作出反應，并以紅、綠、藍三像素值存儲起來形成“電荷影像”;接著轉換成圖像信號;圖像信號又經過A/D轉換器轉換成數字圖像信號;數字圖像信號再經過MPU轉換成相機內部存儲格式(一般是壓縮圖像格式，如JPEG格式)，最后，圖像文件被存儲在內部存儲器中。
3如何挑選數碼相機
現時數碼相機的品種和規格非常豐富，如何進行選購，要把握以下幾個基本原則，即:夠用、適應面廣、有良好的擴展性等。在挑選的時候，尤其要注意像“像素數”、"CCD尺寸”、“變焦倍率”和“鏡頭亮度”等幾個關鍵參數。
3.1“像素數”和“CCD尺寸”:在數碼相機規格和廣告中最先映入眼簾的描述一般就是“多少多少百萬像素”。所謂像素數，可以理解為在攝影元件上設置的像柵格一樣的東西。而光線的顏色和強度則能夠以這種柵格為單位接收到相機中。所以，柵格越細(也就是說像素越多)，照片的顆粒就越細。相應地拍攝對像的細節部分就表現得越好。規格中經常標明有“總像素數”和“有效像素數”兩個數字。總像素數顧名思義是指數碼相機所具有的像素總數。但實際上，攝像元件外圍的像素生成圖像數據時并未使用。因此，除去不被使用的像素以外的可用于照片的像素數就是“有效像素數”。由于現有的規格肯定會標明“有效像素數”，因此最好以此加以比較。另外，攝影元件(CCD)尺寸也很重要。如果像素數相同，攝影元件越大，每個像素的尺寸就越大。像素尺寸越大，所能處理的數據量就會增加，從而就能夠區別微細光線的顏色和強度。也就是說就能夠生成層次感豐富的照片。中檔數碼相機一般使用1/2.7英寸一1/1.5英寸之間的CCD，但是高級單反相機有的會超過1英寸。
3.2“變焦倍率”和“F值”:對于數碼相機來說，變焦倍率越大，遠景拍攝就越方便。但相應地鏡頭就越大，價格也就越高。如果只是把數碼相機用作記錄用途，而采用盡可能輕便的產品的話，可以選擇無變焦功能的產品。而稍微需要一點變焦功能的話，有3倍左右的變焦功能也就足夠用了。"F值”表示鏡頭亮度。不用閃光燈在中午進行拍攝時，達到F4.5左右就足夠了。但是當經常在傍晚時分或光線昏暗的室內拍攝時，最好達到F3.5或F2.8左右。
3.3其他需要注意的地方:對相機的易用性影響較大的規格包括從打開電源到可以拍攝之間的啟動時間、可連續拍攝的最短時間，以及從按下快門到快門關閉之間的時滯。為了不放過任何拍攝時機，顯然這些指標的數值越小越好。
4數碼相機的發展趨勢
數碼相機的發展雖然只有幾十年的時間，但它的出現使圖像信息的轉換、存儲、處理等都發生了巨大的變革，數碼相機這種新型的計算機外部輸入設備正在迅速地變成一種主流技術，其發展趨勢為:
4.1數碼相機像素發展趨緩早在2000年時，普通用戶的數碼相機的像素就沖刺到400萬像素，但時至今日，盡管500萬像素級的數碼相機己經有好幾款在市場中捉對廝殺，但產品型號最多、競爭最為激烈的仍是400萬像素機型。事實上，對于普通家庭用戶而言，數碼相機目前的400萬像素己經夠用，以數碼沖印為例，普遍可以沖印出近12英寸大的照片，這對于家用來說己經非常合適了。
4.2雖然近幾年各款數碼相機的CCD傳感器變化不大，但數碼相機己實現從追求更高的像素到提高內部整體性能目的的轉變，這主要表現在數碼相機的操作越來越人性化、功能越來越實用化以及成像質量越來越出色等，而這將給使用數碼相機的用戶帶來越來越多的好處和實惠。
摘自：中國計量測控網
