數(shù)碼相機的結構和原理

1、數(shù)碼相機的原理與結構 數(shù)碼相機是由鏡頭、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（計算機接口、電視機接口）等部分組成，通常它們都安裝在數(shù)碼相機的內(nèi)部，當然也有一些數(shù)碼相機的液晶顯示器與相機機身分離。 數(shù)碼相機中的工作原理如下：當按下快門時，鏡頭將光線會聚到感光器件CCD（電荷耦合器件）上, CCD是半導體器件，它代替了普通相機中膠卷的位置，它的功能是把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?。這樣，我們就得到了對應于拍攝景物的電子圖像，但是它還不能馬上被送去計算機處理，還需要按照計算機的要求進行從模擬信號到數(shù)字信號的轉(zhuǎn)換，ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）

2、器件用來執(zhí)行這項工作。接下來MPU（微處理器）對數(shù)字信號進行壓縮并轉(zhuǎn)化為特定的圖像格式，例如JPEG格式。最后，圖像文件被存儲在內(nèi)置存儲器中。至此，數(shù)碼相機的主要工作已經(jīng)完成，剩下要做的是通過LCD（液晶顯示器）查看拍攝到的照片。有一些數(shù)碼相機為擴大存儲容量而使用可移動存儲器，如PC卡或者軟盤。此外，還提供了連接到計算機和電視機的接口。下面，讓我們來詳細地談一談： 1鏡頭： 幾乎所有的數(shù)碼相機鏡頭的焦距都比較短，當你觀察數(shù)碼相機鏡頭上的標識時也許會發(fā)現(xiàn)類似"f=6mm"的字樣，它的焦距僅為6毫米！其實，這個焦距和傳統(tǒng)相機還是有所區(qū)別的。f=6mm相當于普通相機的50mm鏡頭

3、（因相機不同而不同）。這是怎么回事呢？原來我們印象中的標準鏡頭、廣角鏡頭、長焦鏡頭以及魚眼鏡頭都是針對35mm普通相機而言的。它們分別用于一般攝影、風景攝影、人物攝影和特殊攝影。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，35mm普通相機成像尺寸是24mm×36mm（膠卷），而數(shù)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。所以說上面提及的6mm鏡頭相當普通相機50mm焦距鏡頭。因此在選購數(shù)碼相機時，我們不用關心數(shù)碼相機的實際焦距是多少，而只要參考換算到35

4、毫米相機鏡頭的焦距就可以了。 2.CCD: 數(shù)碼相機使用CCD代替?zhèn)鹘y(tǒng)相機的膠卷，因此CCD技術成為數(shù)碼相機的關鍵技術，CCD的分辨率被作為評價數(shù)碼相機檔次的重要依據(jù)。CCD是Charge Couple Device的縮寫，被稱為光電荷耦合器件，它是利用微電子技術制成的表面光電器件，可以實現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換功能。在攝像機、數(shù)碼相機和掃描儀中被廣泛使用。攝像機中使用的是點陣CCD，掃描儀中使用的是線陣CCD，而數(shù) 碼相機中既有使用點陣CCD的又有使用線陣CCD的，而一般數(shù)碼相機都使用點陣CCD，專門拍攝靜態(tài)物體的掃描式數(shù)碼相機使用線陣CCD，它犧牲了時間換取可與傳統(tǒng)膠卷相媲美的極高分辨率（可高達8400

5、×6000）。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(shù)量。數(shù)碼相機的指標中常常同時給出多個分辨率，例如640×480和1024×768。其中，最高分辨率的乘積為786432（1024×768），它是CCD光敏單元85萬像素的近似數(shù)。因此當我們看到"85萬像素CCD"的字樣，就可以估算該數(shù)碼相機的最大分辨率。 許多早期的數(shù)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

6、的像素，因為大多數(shù)計算機顯卡的分辨率是640×480、800×600、1024×768、1152×864等。CCD本身不能分辨色彩，它僅僅是光電轉(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、藍三色，分別用3片CCD接收。 3 A/D轉(zhuǎn)換器: A/D轉(zhuǎn)換器又叫做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)

7、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(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)碼相機中叫做色彩深度。數(shù)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(shù)，它以二進制的位（bit）為單位，用位的多少表示色彩數(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

8、、藍總的色彩深度為基色位數(shù)乘以3，即8×3=24位、10×3=30位或12×3=36位。數(shù)碼相機色彩深度反映了數(shù)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(shù)，也就是說紅色可以分為28=256個不同的等級，綠色和藍色也是一樣，那么它們的組合為256×256×256=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。 4MPU（微 處理器）: 數(shù)碼相機要實現(xiàn)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

9、的控制體系。數(shù)碼相機通過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)相機一樣，數(shù)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(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感光強弱程度的FP8分析，調(diào)節(jié)光圈和快門，又通過機械或電子控制調(diào)節(jié)曝光。 5存儲設備： 數(shù)碼相機中存儲器的作用是保存數(shù)字圖像數(shù)據(jù)，這如同膠卷記錄光信號一樣，不同的是存儲器中的圖像數(shù)據(jù)可以反復記錄和刪除，而膠卷只能記錄一次。存儲器可以分為內(nèi)置存儲器和可移動存儲器，內(nèi)置存儲器為半導體存儲器，安裝在相機內(nèi)部，用于臨

10、時存儲圖像，當向計算機傳送圖像時須通過串行接口等接口。 它的缺點是裝滿之后要及時向計算機轉(zhuǎn)移圖像文件，否則就無法再往里面存入圖像數(shù)據(jù)。早期數(shù)碼相機多采用內(nèi)置存儲器，而新近開發(fā)的數(shù)碼相機更多地使用可移動存儲器。這些可移動存儲器可以是3.5英寸軟盤、PC（PCMCIA）卡、CompactFlash卡、SmartMedia卡等。這些存儲器使用方便，拍攝完畢后可以取出更換，這樣可以降低數(shù)碼相機的制造成本，增加應用的靈活性，并提高連續(xù)拍攝的性能。存儲器保存圖像的多少取決于存儲器的容量（以MB為單位），以及圖像質(zhì)量和圖像文件的大?。ㄒ訩B為單位）。圖像的質(zhì)量越高，圖像文件就越大，需要的存儲空間就越多。顯然

11、，存儲器的容量越大，能保存的圖像就越多。一般情況下，數(shù)碼相機能保存10到200幅圖像。我們在這里為大家介紹一些常用的存儲方案： ·SmartMedia卡， 從2兆到32兆，是最常見的數(shù)碼相機存儲卡，由于沒有內(nèi)置控制部分，成本最低，但是暫時無法突破64兆的極限，但今年可能會有64兆的卡推出。目前大部分的數(shù)碼相機用了SM卡，速度上和其他存儲方式差不多，其實內(nèi)核都是FlashMemory。常見的數(shù)碼相機支持品牌，奧林帕斯、富士、東芝等諸多品牌。另外由于MP3播放器也需要存儲卡，由于成本問題也選擇了SM卡，導致SM的需求量增加，所以其價格由于是量產(chǎn)的緣故，跌得很快，是目前最佳性價比的存儲方案

12、。 ·CompactFlash卡， 分別有CF1和CF2格式，這是和SM卡齊名的存儲卡，和SM卡的區(qū)別是自帶控制模塊，厚度也厚多了。同時除了FlashMemory外還支持其他存儲模式。主要的存儲大小是4、8、15、30、40、64、96、128、224、400等，其中大于128的必須使用CF2的格式。目前的柯達、卡西歐、尼康、佳能等數(shù)碼相機都 使用CF卡。 ·IBM的MicroDrive， 什么是IBM的MicroDrive?IBM的MicroDrive是IBM專門為數(shù)碼相機準備的優(yōu)秀存儲方案采用CF2接口，兼容CF2存儲卡，只要能插入CF2存儲卡的數(shù)碼相機都能使用它，同時

13、有PC卡的接口，在支持PC卡接口的專業(yè)數(shù)碼相機中也能使用它。它的容量為340兆；另外因為硬盤，所有它的速度也很快，而FlashMemory的速度是無法和硬盤相提并論的，因此除了容量大外，速度也比CF卡快多了，而價格和128兆的CF卡差不多。 Click: 生產(chǎn)移動存儲設備的著名公司Iomega推出的獨特的磁盤。這種體積并不比CF卡大多少的小小磁盤可以存儲40MB的數(shù)據(jù)，但成本遠遠低于使用閃存技術的產(chǎn)品。而且，Click可以被計算機存取。 MemoryStick： 由索尼公司推出的存儲設備，體積大概相當于半塊口香糖的大小。其在索尼的全線產(chǎn)品中得到了廣泛的支持，容量也達到了64MB。為了進不步擴展其應用范圍，索尼推出的使用軟盤的數(shù)碼相機還能通過轉(zhuǎn)換器在其上保存數(shù)據(jù)。 6LCD（液晶顯示器）： LCD（Liquid Crystal Display）為液晶顯示屏，數(shù)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(shù)碼相機中大都采用TFT-LCD。LCD的作用有三個，一為取景、二為顯示、三為顯示功能菜單。 7輸出接口： 數(shù)碼相機的