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數(shù)碼相機(jī)技術(shù)探討
發(fā)布時間：2017-09-01
1概述
隨著計算機(jī)的普及，越來越多數(shù)字化產(chǎn)品進(jìn)入我們的生活，MP3 , U盤、攝像機(jī)、掃描儀等己經(jīng)隨處可見，擁有一件數(shù)字化產(chǎn)品也成為了一種時尚，照相機(jī)毫無疑問是最貼近我們?nèi)粘Ｉ畹挠闷罚鴶?shù)碼相機(jī)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(tǒng)相機(jī)的趨勢。據(jù)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(shù)碼相機(jī)的銷售收入到2007年預(yù)計將達(dá)到118億美元。2002年，全球低端數(shù)碼相機(jī)出貨量達(dá)到2400萬部。占全球照相機(jī)(不含一次性相機(jī))總銷量的28%。數(shù)碼相機(jī)銷售量的復(fù)合年增長率己達(dá)到16%，到2007年的銷售量將達(dá)到5100萬臺。
所謂數(shù)碼相機(jī)，是一種能夠進(jìn)行拍攝，并通過內(nèi)部處理把拍攝到的景物轉(zhuǎn)換成以數(shù)字格式存放的圖像的特殊照相機(jī)l2]。與普通相機(jī)不同，數(shù)碼相機(jī)并不使用膠片，而是使用固定的或者是可拆卸的半導(dǎo)體存儲器來保存獲取的圖像。數(shù)碼相機(jī)可以直接連接到計算機(jī)、電視機(jī)或者打印機(jī)上。在一定條件下，數(shù)碼相可以直接接到移動式電話機(jī)或者手持PC機(jī)上。由于圖像是內(nèi)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(tǒng)相機(jī)相比，數(shù)碼相機(jī)具有如下優(yōu)點:
1.1即拍即見:傳統(tǒng)相機(jī)最大的缺陷就是當(dāng)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(fā)現(xiàn)拍攝的品質(zhì)不對勁，就極為令人遺憾。但用數(shù)碼相機(jī)就不會發(fā)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(tǒng)相機(jī)拍攝，為了避免沖印費(fèi)用不必要的增加，一般在同一背景下通常都不會重復(fù)拍攝。但用數(shù)碼相機(jī)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(zhì)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(zhì)量。而由數(shù)碼相機(jī)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(jī)硬盤及其它儲存媒體中，所以數(shù)碼影像不論被復(fù)制多少次，都可以保持品質(zhì)一致。
1.4儲存空間少:相比傳統(tǒng)相機(jī)要用大量的空間來放底片及照片，數(shù)碼相機(jī)就很靈巧省事，一張照片大約50-150K，傳統(tǒng)相機(jī)的一卷(36張)大概只需3M的空間，所以即使一些細(xì)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(jī)傳輸和加工處理:在家里拍的家庭照片立即可以在電視機(jī)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(yuǎn)方的親戚朋友，省事省錢。另外也可以將數(shù)碼影像應(yīng)用在網(wǎng)頁設(shè)計中，把公司的產(chǎn)品通過自身的網(wǎng)站推廣到世界每一地方，實為電子商務(wù)的必備器。
2數(shù)碼相機(jī)的組成及工作原理
數(shù)碼相機(jī)是由鏡頭、CCD,A/D(模/數(shù)轉(zhuǎn)換器)、MPU(微處理器)、內(nèi)置存儲器、LCD(液晶顯示器)、PC卡(可移動存儲器)和接口(計算機(jī)接口、電視機(jī)接口)等部分組成，通常它們都安裝在數(shù)碼相機(jī)的內(nèi)部，當(dāng)然也有一些數(shù)碼相機(jī)的液晶顯示器與相機(jī)機(jī)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(chǎn)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(jī)成像尺寸是24 mmx36 mm(膠卷)，而數(shù)碼相機(jī)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(shù)碼相機(jī)鏡頭的焦距都比較短，數(shù)碼相機(jī)鏡頭上的標(biāo)識“f=6 mm”的字樣相當(dāng)普通相機(jī)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(shù)制成的表面光電器件，可以實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換功能。數(shù)碼相機(jī)使用CCD傳器代替了傳統(tǒng)相機(jī)中膠卷的位置，它的面積有好幾種規(guī)格，從高檔專業(yè)相機(jī)的18.4x27.6 mm到普通數(shù)碼相機(jī)的2/3,1/2,1/3甚至1/4英寸各不相同。CCD技術(shù)是數(shù)碼相機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，CCD的分辨率作為評價數(shù)碼相機(jī)檔次的重要依據(jù)。一般數(shù)碼相機(jī)都使用點陣CCD，專門拍攝靜態(tài)物體的掃描式數(shù)碼機(jī)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(zhuǎn)換成電荷，從而形成對應(yīng)于景物的電子圖像，每一個光敏單元對應(yīng)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(shù)量。數(shù)碼相機(jī)的指標(biāo)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(shù)。因此當(dāng)我們看到“85萬像素CCD”的字樣，就可以估算該數(shù)碼相機(jī)的最大分辨率。許多早期的數(shù)碼相機(jī)都采用上述的分辨率，它們可為計算機(jī)顯示的圖片提供足夠多的像素，因為大多數(shù)計算機(jī)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(zhuǎn)換器。實現(xiàn)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(tǒng)將光線分為紅、綠、藍(lán)三色，分別用3片CCD接收。
2.3 ADC ;ADC (Analog Digital Converter，即模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器。它是將模擬電信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號的器件。A/D轉(zhuǎn)換器的主要指標(biāo)是轉(zhuǎn)換速度和量化精度。轉(zhuǎn)換速度是指將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號所用的時間，由于高分辨率圖像的像素數(shù)量龐大，因此對轉(zhuǎn)換速度要求很高，當(dāng)然高速芯片的價格也相應(yīng)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(zhuǎn)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(shù)碼相機(jī)中叫做色彩深度。數(shù)碼相機(jī)的技術(shù)指標(biāo)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(shù)，數(shù)的多少。常見的有24位、30位和36位。具體來說，一般中低檔數(shù)碼相機(jī)中每種基色采用8位或10位表示，高檔相機(jī)采用12位。三種基色紅、綠、藍(lán)總的色彩深度為基色位數(shù)乘以3，即8x3=24位、10x3=30位或12x3=36位。數(shù)碼相機(jī)色彩深度反映了數(shù)碼相機(jī)能正確表示色彩的多少，以24位為例，三基色(紅、綠、藍(lán))各占8位二進(jìn)制數(shù)，也就是說紅色可以分為256個不同的等級，綠色和藍(lán)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(shù)碼相機(jī)要實現(xiàn)測光、運(yùn)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(shù)碼相機(jī)通過MPU ( Microprocessor Unit)實現(xiàn)對各個操作的統(tǒng)一協(xié)調(diào)和控制。和傳統(tǒng)相機(jī)一樣，數(shù)碼相機(jī)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(diào)節(jié)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(yōu)先式曝光和快門優(yōu)先式曝光。MPU通過對CCD感光強(qiáng)弱程度的分析，調(diào)節(jié)光圈和快門，又通過機(jī)械或電子控制調(diào)節(jié)曝光。
2.5存儲介質(zhì):數(shù)碼相機(jī)給我們帶來了方便快捷的數(shù)字影像，這些數(shù)字影像是以文件形式存儲在特定的介質(zhì)上的。常見的有CompactFlash, SmartMedia,MemoryStick甚至軟盤，新的型號相機(jī)可以使用MocroDrive硬盤，Click磁盤甚至有的數(shù)碼相機(jī)可以通過PCMCIA插槽獲得更廣泛的擴(kuò)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(zhì)還有不同的存儲容量，但它們?nèi)疾患嫒荨Ｋ鼈兊淖饔枚际窍嗤?保存數(shù)據(jù)和轉(zhuǎn)移數(shù)據(jù)。為了在離開宿主設(shè)備時仍然能夠保存數(shù)據(jù)，它們都使用非易失性存儲技術(shù)，不依靠電源仍然能夠保證數(shù)據(jù)不會被丟失。大多數(shù)體積較小的儲存介質(zhì)使用FLASHMEMORY ,利用電子技術(shù)保存數(shù)據(jù)，目前它們可以在相當(dāng)小的體積內(nèi)實現(xiàn)多達(dá)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(zhì)往往利用成熟的磁介質(zhì)，這樣能夠以相對較低的成本保存大量數(shù)據(jù)，IBM的MocroDriv。硬盤在CompactFlash II插槽內(nèi)可以達(dá)到數(shù)百兆的存儲容量，而早己出現(xiàn)的PCMCIA硬盤更是己經(jīng)應(yīng)用在許多專業(yè)數(shù)字相機(jī)上，一般來說，使用閃存的存儲介質(zhì)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(shù)碼相機(jī)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(shù)碼相機(jī)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(shù)碼相機(jī)的輸出接口主要有計算機(jī)通訊接口、連接電視機(jī)的視頻接口和連接打印機(jī)的接口。常用的計算機(jī)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(jī)安裝相應(yīng)的紅外接收器及其驅(qū)動程序。如果你的數(shù)碼相機(jī)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(jīng)濟(jì)的存儲介質(zhì)，有些數(shù)碼相機(jī)就使用軟盤作為存儲介質(zhì)。直接把軟盤從數(shù)碼相機(jī)中取出，插入計算機(jī)軟盤驅(qū)動器即可把圖像文件傳送到計算機(jī)中。
當(dāng)啟動數(shù)碼相機(jī)后，其內(nèi)部的核心控制芯片MPU就開始檢查相機(jī)的各個部分是否處于可工作狀態(tài)，由于它有自動聚焦和測光功能，因此，當(dāng)對準(zhǔn)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(yīng)，并以紅、綠、藍(lán)三像素值存儲起來形成“電荷影像”;接著轉(zhuǎn)換成圖像信號;圖像信號又經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號;數(shù)字圖像信號再經(jīng)過MPU轉(zhuǎn)換成相機(jī)內(nèi)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(nèi)部存儲器中。
3如何挑選數(shù)碼相機(jī)
現(xiàn)時數(shù)碼相機(jī)的品種和規(guī)格非常豐富，如何進(jìn)行選購，要把握以下幾個基本原則，即:夠用、適應(yīng)面廣、有良好的擴(kuò)展性等。在挑選的時候，尤其要注意像“像素數(shù)”、"CCD尺寸”、“變焦倍率”和“鏡頭亮度”等幾個關(guān)鍵參數(shù)。
3.1“像素數(shù)”和“CCD尺寸”:在數(shù)碼相機(jī)規(guī)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(shù)，可以理解為在攝影元件上設(shè)置的像柵格一樣的東西。而光線的顏色和強(qiáng)度則能夠以這種柵格為單位接收到相機(jī)中。所以，柵格越細(xì)(也就是說像素越多)，照片的顆粒就越細(xì)。相應(yīng)地拍攝對像的細(xì)節(jié)部分就表現(xiàn)得越好。規(guī)格中經(jīng)常標(biāo)明有“總像素數(shù)”和“有效像素數(shù)”兩個數(shù)字。總像素數(shù)顧名思義是指數(shù)碼相機(jī)所具有的像素總數(shù)。但實際上，攝像元件外圍的像素生成圖像數(shù)據(jù)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(shù)就是“有效像素數(shù)”。由于現(xiàn)有的規(guī)格肯定會標(biāo)明“有效像素數(shù)”，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(shù)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(shù)據(jù)量就會增加，從而就能夠區(qū)別微細(xì)光線的顏色和強(qiáng)度。也就是說就能夠生成層次感豐富的照片。中檔數(shù)碼相機(jī)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(jī)有的會超過1英寸。
3.2“變焦倍率”和“F值”:對于數(shù)碼相機(jī)來說，變焦倍率越大，遠(yuǎn)景拍攝就越方便。但相應(yīng)地鏡頭就越大，價格也就越高。如果只是把數(shù)碼相機(jī)用作記錄用途，而采用盡可能輕便的產(chǎn)品的話，可以選擇無變焦功能的產(chǎn)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(jìn)行拍攝時，達(dá)到F4.5左右就足夠了。但是當(dāng)經(jīng)常在傍晚時分或光線昏暗的室內(nèi)拍攝時，最好達(dá)到F3.5或F2.8左右。
3.3其他需要注意的地方:對相機(jī)的易用性影響較大的規(guī)格包括從打開電源到可以拍攝之間的啟動時間、可連續(xù)拍攝的最短時間，以及從按下快門到快門關(guān)閉之間的時滯。為了不放過任何拍攝時機(jī)，顯然這些指標(biāo)的數(shù)值越小越好。
4數(shù)碼相機(jī)的發(fā)展趨勢
數(shù)碼相機(jī)的發(fā)展雖然只有幾十年的時間，但它的出現(xiàn)使圖像信息的轉(zhuǎn)換、存儲、處理等都發(fā)生了巨大的變革，數(shù)碼相機(jī)這種新型的計算機(jī)外部輸入設(shè)備正在迅速地變成一種主流技術(shù)，其發(fā)展趨勢為:
4.1數(shù)碼相機(jī)像素發(fā)展趨緩早在2000年時，普通用戶的數(shù)碼相機(jī)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(shù)碼相機(jī)己經(jīng)有好幾款在市場中捉對廝殺，但產(chǎn)品型號最多、競爭最為激烈的仍是400萬像素機(jī)型。事實上，對于普通家庭用戶而言，數(shù)碼相機(jī)目前的400萬像素己經(jīng)夠用，以數(shù)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(jīng)非常合適了。
4.2雖然近幾年各款數(shù)碼相機(jī)的CCD傳感器變化不大，但數(shù)碼相機(jī)己實現(xiàn)從追求更高的像素到提高內(nèi)部整體性能目的的轉(zhuǎn)變，這主要表現(xiàn)在數(shù)碼相機(jī)的操作越來越人性化、功能越來越實用化以及成像質(zhì)量越來越出色等，而這將給使用數(shù)碼相機(jī)的用戶帶來越來越多的好處和實惠。
摘自：中國計量測控網(wǎng)
