數(shù)碼相機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)

1、數(shù)碼相機(jī)的原理與結(jié)構(gòu)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(chǔ)器、LCD（液晶顯示器）、PC卡（可移動(dòng)存儲(chǔ)器）和接口（計(jì)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)身分離數(shù)碼相機(jī)中只有鏡頭的作用與普通相機(jī)相同，它將光線會(huì)聚到感光器件CCD（電荷耦合器件）上, CCD是半導(dǎo)體器件，它代替了普通相機(jī)中膠卷的位置，它的功能是把光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)這樣，我們就得到了對(duì)應(yīng)于拍攝景物的電子圖像，但是它還不能馬上被送去計(jì)算機(jī)處理，還需要按照計(jì)算機(jī)的要求進(jìn)行從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的轉(zhuǎn)換，ADC（模數(shù)轉(zhuǎn)換器）器件用來(lái)執(zhí)

2、行這項(xiàng)工作接下來(lái)MPU（微處理器）對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)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(chǔ)在內(nèi)置存儲(chǔ)器中至此，數(shù)碼相機(jī)的主要工作已經(jīng)完成，剩下要做的是通過(guò)LCD（液晶顯示器）查看拍攝到的照片有一些數(shù)碼相機(jī)為擴(kuò)大存儲(chǔ)容量而使用可移動(dòng)存儲(chǔ)器，如PC卡或者軟盤此外，還提供了連接到計(jì)算機(jī)和電視機(jī)的接口幾乎所有的數(shù)碼相機(jī)鏡頭的焦距都比較短，當(dāng)你觀察數(shù)碼相機(jī)鏡頭上的標(biāo)識(shí)時(shí)也許會(huì)發(fā)現(xiàn)類似f=6mm的字樣，它的焦距僅為6毫米，這不是魚眼鏡頭嗎？答案是否定的說(shuō)明書中明確地指出f=6mm相當(dāng)于普通相機(jī)的50mm鏡頭（因相機(jī)不同而不同）這是怎么回事呢？原來(lái)我們印象中的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭、廣角鏡頭、長(zhǎng)焦鏡

3、頭以及魚眼鏡頭都是針對(duì)35mm普通相機(jī)而言的它們分別用于一般攝影、風(fēng)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(gè)條件是成像的尺寸，35mm普通相機(jī)成像尺寸是24mm36mm（膠卷），而數(shù)碼相機(jī)中CCD的成像尺寸小于這個(gè)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(shuō)上面提及的6mm鏡頭相當(dāng)普通相機(jī)50mm焦距鏡頭因此在選購(gòu)數(shù)碼相機(jī)時(shí)，我們不用關(guān)心數(shù)碼相機(jī)的實(shí)際焦距是多少，而只要參考換算到35毫數(shù)碼相機(jī)使用CCD代替?zhèn)鹘y(tǒng)相機(jī)的膠卷，因此CCD技術(shù)成為數(shù)碼相機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)，CCD的分辨率被作為評(píng)價(jià)

4、數(shù)碼相機(jī)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(shù)制成的表面光電器件，可以實(shí)現(xiàn)光電轉(zhuǎn)換功能在攝像機(jī)、數(shù)碼相機(jī)和掃描儀中被廣泛使用攝像機(jī)中使用的是點(diǎn)陣CCD，掃描儀中使用的是線陣CCD，而數(shù)碼相機(jī)中既有使用點(diǎn)陣CCD的又有使用線陣CCD的，而一般數(shù)碼相機(jī)都使用點(diǎn)陣CCD，專門拍攝靜態(tài)物體的掃描式數(shù)碼相機(jī)使用線陣CCD，它犧牲了時(shí)間換取可與傳統(tǒng)膠卷相媲美的極高分辨率（可高達(dá)84006000）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(duì)應(yīng)于景物的電子圖像，每一個(gè)光敏單元對(duì)應(yīng)圖像中的一個(gè)像素，像素越多圖像越清晰，

5、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(shí)給出多個(gè)分辨率，例如640480和1024768其中，最高分辨率的乘積為786432（1024768），它是CCD光敏單元85萬(wàn)像素的近似數(shù)因此當(dāng)我們看到85萬(wàn)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(jì)算機(jī)顯示的圖片提供足夠多的像素，因?yàn)榇蠖鄶?shù)計(jì)算機(jī)顯卡的分辨率是640480、800600、1024768、1152864等CCD本身不能分辨色彩，它僅僅是光電轉(zhuǎn)換器實(shí)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

6、，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，例如美能達(dá)RD-175單反數(shù)碼相機(jī)就采用3CCD方式 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(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字電信號(hào)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(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)所用的時(shí)間，由于高分辨率圖像的像素?cái)?shù)量龐大，因此對(duì)轉(zhuǎn)換速度要求很高，當(dāng)然高速芯片的價(jià)格也相應(yīng)較高量化精度是指可以將模擬信號(hào)分成多少個(gè)等級(jí)如果說(shuō)CCD是將實(shí)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(gè)像素的亮度或色彩值量化為若干個(gè)等級(jí)

7、這個(gè)等級(jí)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(wú)一例外地給出了色彩深度值，那么色彩深度對(duì)拍攝的效果有多大的影響呢？其實(shí)色彩深度就是色彩位數(shù)，它以二進(jìn)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(lái)說(shuō)，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83=24位、103=30位或123=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(shuō)紅色可以分為28=256個(gè)不同的等級(jí)，綠色和藍(lán)色也是一樣，那么它們的組合為2562

8、56256=16777216，即1600萬(wàn)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(shí)地還原色彩數(shù)碼相機(jī)要實(shí)現(xiàn)測(cè)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(guò)MPU（Microprocessor Unit）實(shí)現(xiàn)對(duì)各個(gè)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(dòng)和自動(dòng)，手動(dòng)曝光就是由攝影者調(diào)節(jié)光圈大小、快門速度自動(dòng)曝光方式又可以分為程序式自動(dòng)曝光、光圈優(yōu)先式曝光和快門優(yōu)先式曝光MPU通過(guò)對(duì)CCD感光強(qiáng)弱程度的分析，調(diào)節(jié)光圈和快門，又通過(guò)機(jī)械或電子控制調(diào)節(jié)曝光經(jīng)過(guò)A/D轉(zhuǎn)換器得到的

9、數(shù)字圖像信號(hào)在存儲(chǔ)之前還有一項(xiàng)工作，就是將占用大量存儲(chǔ)空間的原始圖像數(shù)據(jù)壓縮成特定的圖像格式圖像格式的種類繁多，加起來(lái)不下二三十種，各個(gè)廠家的標(biāo)準(zhǔn)也不統(tǒng)一，有的數(shù)碼相機(jī)干脆為用戶提供了六七種格式任用戶選擇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(diǎn)是亮度高，從各個(gè)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-LCDLCD的作用有三個(gè)，一為取景、二為顯示、三為顯示功能菜單數(shù)碼相機(jī)的輸出接口主要有計(jì)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(jì)算機(jī)通訊接口有串行接口、并行接口、USB接口和SCSI接口