提到數(shù)碼相機(jī)

1、提到數(shù)碼相機(jī)，不得不說(shuō)到就是數(shù)碼相機(jī)的心臟感光元件。與傳統(tǒng)相機(jī)相比，傳統(tǒng)相機(jī)使用“膠卷”作為其記錄信息的載體，而數(shù)碼相機(jī)的“膠卷”就是其成像感光元件，而且是與相機(jī)一體的，是數(shù)碼相機(jī)的心臟。感光器是數(shù)碼相機(jī)的核心，也是最關(guān)鍵的技術(shù)。數(shù)碼相機(jī)的發(fā)展道路，可以說(shuō)就是感光器的發(fā)展道路。目前數(shù)碼相機(jī)的核心成像部件有兩種：一種是廣泛使用的CCD（電荷藕合）元件；另一種是CMOS（互補(bǔ)金屬氧化物導(dǎo)體）器件。感光元件工作原理 電荷藕合器件圖像傳感器CCD（Charge Coupled Device），它使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷，通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)壓縮以后

2、由相機(jī)內(nèi)部的閃速存儲(chǔ)器或內(nèi)置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，并借助于計(jì)算機(jī)的處理手段，根據(jù)需要和想像來(lái)修改圖像。CCD由許多感光單位組成，通常以百萬(wàn)像素為單位。當(dāng)CCD表面受到光線照射時(shí)，每個(gè)感光單位會(huì)將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產(chǎn)生的信號(hào)加在一起，就構(gòu)成了一幅完整的畫面。 CCD和傳統(tǒng)底片相比，CCD 更接近于人眼對(duì)視覺(jué)的工作方式。只不過(guò)，人眼的視網(wǎng)膜是由負(fù)責(zé)光強(qiáng)度感應(yīng)的桿細(xì)胞和色彩感應(yīng)的錐細(xì)胞，分工合作組成視覺(jué)感應(yīng)。 CCD經(jīng)過(guò)長(zhǎng)達(dá)35年的發(fā)展，大致的形狀和運(yùn)作方式都已經(jīng)定型。CCD 的組成主要是由一個(gè)類似馬賽克的網(wǎng)格、聚光鏡片以及墊于最底下的電子線路矩陣所組成。

3、目前有能力生產(chǎn) CCD 的公司分別為：SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp，大半是日本廠商。 互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）和CCD一樣同為在數(shù)碼相機(jī)中可記錄光線變化的半導(dǎo)體。CMOS的制造技術(shù)和一般計(jì)算機(jī)芯片沒(méi)什么差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶電） 和 P（帶+電）級(jí)的半導(dǎo)體，這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀(jì)錄和解讀成影像。然而，CMOS的缺點(diǎn)就是太容易出現(xiàn)雜點(diǎn), 這主要是因?yàn)樵缙诘脑O(shè)計(jì)使CMOS在處理快速變化的影

4、像時(shí)，由于電流變化過(guò)于頻繁而會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱的現(xiàn)象。兩種感光元件的不同之處 由兩種感光元件的工作原理可以看出，CCD的優(yōu)勢(shì)在于成像質(zhì)量好，但是由于制造工藝復(fù)雜，只有少數(shù)的廠商能夠掌握，所以導(dǎo)致制造成本居高不下，特別是大型CCD，價(jià)格非常高昂。同時(shí)，這幾年來(lái)，CCD從30萬(wàn)像素開始，一直發(fā)展到現(xiàn)在的600萬(wàn)，像素的提高已經(jīng)到了一個(gè)極限。 在相同分辨率下，CMOS價(jià)格比CCD便宜，但是CMOS器件產(chǎn)生的圖像質(zhì)量相比CCD來(lái)說(shuō)要低一些。到目前為止，市面上絕大多數(shù)的消費(fèi)級(jí)別以及高端數(shù)碼相機(jī)都使用CCD作為感應(yīng)器；CMOS感應(yīng)器則作為低端產(chǎn)品應(yīng)用于一些攝像頭上，若有哪家攝像頭廠商生產(chǎn)的攝想頭使用CCD感應(yīng)器，

5、廠商一定會(huì)不遺余力地以其作為賣點(diǎn)大肆宣傳，甚至冠以“數(shù)碼相機(jī)”之名。一時(shí)間，是否具有CCD感應(yīng)器變成了人們判斷數(shù)碼相機(jī)檔次的標(biāo)準(zhǔn)之一。 CMOS影像傳感器的優(yōu)點(diǎn)之一是電源消耗量比CCD低，CCD為提供優(yōu)異的影像品質(zhì)，付出代價(jià)即是較高的電源消耗量，為使電荷傳輸順暢，噪聲降低，需由高壓差改善傳輸效果。但CMOS影像傳感器將每一畫素的電荷轉(zhuǎn)換成電壓，讀取前便將其放大，利用3.3V的電源即可驅(qū)動(dòng)，電源消耗量比CCD低。CMOS影像傳感器的另一優(yōu)點(diǎn)，是與周邊電路的整合性高，可將ADC與訊號(hào)處理器整合在一起，使體積大幅縮小，例如，CMOS影像傳感器只需一組電源，CCD卻需三或四組電源，由于ADC與訊號(hào)處理

6、器的制程與CCD不同，要縮小CCD套件的體積很困難。但目前CMOS影像傳感器首要解決的問(wèn)題就是降低噪聲的產(chǎn)生，未來(lái)CMOS影像傳感器是否可以改變長(zhǎng)久以來(lái)被CCD壓抑的宿命，往后技術(shù)的發(fā)展是重要關(guān)鍵。影響感光元件的因素 對(duì)于數(shù)碼相機(jī)來(lái)說(shuō)，影像感光元件成像的因素主要有兩個(gè)方面：一是感光元件的面積；二是感光元件的色彩深度。 感光元件面積越大，成像較大，相同條件下，能記錄更多的圖像細(xì)節(jié)，各像素間的干擾也小，成像質(zhì)量越好。但隨著數(shù)碼相機(jī)向時(shí)尚小巧化的方向發(fā)展，感光元件的面積也只能是越來(lái)越小。 除了面積之外，感光元件還有一個(gè)重要指標(biāo)，就是色彩深度，也就是色彩位，就是用多少位的二進(jìn)制數(shù)字來(lái)記錄三種原色。非專

7、業(yè)型數(shù)碼相機(jī)的感光元件一般是24位的，高檔點(diǎn)的采樣時(shí)是30位，而記錄時(shí)仍然是24位，專業(yè)型數(shù)碼相機(jī)的成像器件至少是36位的，據(jù)說(shuō)已經(jīng)有了48位的CCD。對(duì)于24位的器件而言，感光單元能記錄的光亮度值最多有28=256級(jí)，每一種原色用一個(gè)8位的二進(jìn)制數(shù)字來(lái)表示，最多能記錄的色彩是256x256x256約16,77萬(wàn)種。對(duì)于36位的器件而言，感光單元能記錄的光亮度值最多有212=4096級(jí)，每一種原色用一個(gè)12位的二進(jìn)制數(shù)字來(lái)表示，最多能記錄的色彩是4096x4096x4096約68.7億種。舉例來(lái)說(shuō)，如果某一被攝體，最亮部位的亮度是最暗部位亮度的400倍，用使用24位感光元件的數(shù)碼相機(jī)來(lái)拍攝的話

8、，如果按低光部位曝光，則凡是亮度高于256備的部位，均曝光過(guò)度，層次損失，形成亮斑，如果按高光部位來(lái)曝光，則某一亮度以下的部位全部曝光不足，如果用使用了36位感光元件的專業(yè)數(shù)碼相機(jī)，就不會(huì)有這樣的問(wèn)題。感光元件的發(fā)展 CCD是1969年由美國(guó)的貝爾研究室所開發(fā)出來(lái)的。進(jìn)入80年代，CCD影像傳感器雖然有缺陷，由于不斷的研究終于克服了困難，而于80年代后半期制造出高分辨率且高品質(zhì)的CCD。到了90年代制造出百萬(wàn)像素之高分辨率CCD，此時(shí)CCD的發(fā)展更是突飛猛進(jìn)，算一算CCD 發(fā)展至今也有二十多個(gè)年頭了。進(jìn)入90年代中期后，CCD技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，同時(shí)，CCD的單位面積也越來(lái)越小。但為了在CCD

9、面積減小的同時(shí)提高圖像的成像質(zhì)量，SONY與1989年開發(fā)出了SUPER HAD CCD，這種新的感光元件是在CCD面積減小的情況下，依靠CCD組件內(nèi)部放大器的放大倍率提升成像質(zhì)量。以后相繼出現(xiàn)了NEW STRUCTURE CCD、EXVIEW HAD CCD、四色濾光技術(shù)（專為SONY F828所應(yīng)用）。而富士數(shù)碼相機(jī)則采用了超級(jí)CCD（Super CCD）、Super CCD SR。 對(duì)于CMOS來(lái)說(shuō)，具有便于大規(guī)模生產(chǎn)，且速度快、成本較低，將是數(shù)字相機(jī)關(guān)鍵器件的發(fā)展方向。目前，在CANON等公司的不斷努力下，新的CMOS器件不斷推陳出新，高動(dòng)態(tài)范圍CMOS器件已經(jīng)出現(xiàn)，這一技術(shù)消除了對(duì)快

10、門、光圈、自動(dòng)增益控制及伽瑪校正的需要，使之接近了CCD的成像質(zhì)量。另外由于CMOS先天的可塑性，可以做出高像素的大型CMOS感光器而成本卻不上升多少。相對(duì)于CCD的停滯不前相比，CMOS作為新生事物而展示出了蓬勃的活力。作為數(shù)碼相機(jī)的核心部件，CMOS感光器以已經(jīng)有逐漸取代CCD感光器的趨勢(shì)，并有希望在不久的將來(lái)成為主流的感光器。光學(xué)變焦英文名稱為Optical Zoom，數(shù)碼相機(jī)依靠光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)變焦。數(shù)碼相機(jī)的光學(xué)變焦方式與傳統(tǒng)35mm相機(jī)差不多，就是通過(guò)鏡片移動(dòng)來(lái)放大與縮小需要拍攝的景物，光學(xué)變焦倍數(shù)越大，能拍攝的景物就越遠(yuǎn)。 在買數(shù)碼相機(jī)的時(shí)候，很多用戶都會(huì)問(wèn)，什么是數(shù)碼變焦，什

11、么是光學(xué)變焦，下面，我們就用圖示來(lái)解釋一下。 光學(xué)變焦是通過(guò)鏡頭、物體和焦點(diǎn)三方的位置發(fā)生變化而產(chǎn)生的。當(dāng)成像面在水平方向運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，如下圖，視覺(jué)和焦距就會(huì)發(fā)生變化，更遠(yuǎn)的景物變得更清晰，讓人感覺(jué)像物體遞進(jìn)的感覺(jué)。 顯而易見(jiàn)，要改變視角必然有兩種辦法，一種是改變鏡頭的焦距。用攝影的話來(lái)說(shuō)，這就是光學(xué)變焦。通過(guò)改變變焦鏡頭中的各鏡片的相對(duì)位置來(lái)改變鏡頭的焦距。另一種就是改變成像面的大小，即成像面的對(duì)角線長(zhǎng)短在目前的數(shù)碼攝影中，這就叫做數(shù)碼變焦。實(shí)際上數(shù)碼變焦并沒(méi)有改變鏡頭的焦距，只是通過(guò)改變成像面對(duì)角線的角度來(lái)改變視角，從而產(chǎn)生了“相當(dāng)于”鏡頭焦距變化的效果。 所以我們看到，一些鏡頭越長(zhǎng)的數(shù)碼相

12、機(jī)，內(nèi)部的鏡片和感光器移動(dòng)空間更大，所以變焦倍數(shù)也更大。我們看到市面上的一些超薄型數(shù)碼相機(jī)，一般沒(méi)有光學(xué)變焦功能，因?yàn)槠錂C(jī)身內(nèi)根部不允許感光器件的移動(dòng)，而像索尼F828、富士S7000這些“長(zhǎng)鏡頭”的數(shù)碼相機(jī)，光學(xué)變焦功能達(dá)到5、6倍。 如今的數(shù)碼相機(jī)的光學(xué)變焦倍數(shù)大多在2倍5倍之間，即可把10米以外的物體拉近至5-3米近；也有一些數(shù)碼相機(jī)擁有10倍的光學(xué)變焦效果。家用攝錄機(jī)的光學(xué)變焦倍數(shù)在10倍22倍，能比較清楚的拍到70米外的東西。使用增倍鏡能夠增大攝錄機(jī)的光學(xué)變焦倍數(shù)。如果光學(xué)變焦倍數(shù)不夠，我們可以在鏡頭前加一增倍鏡，其計(jì)算方法是這樣的，一個(gè)2倍的增距鏡，套在一個(gè)原來(lái)有4倍光學(xué)變焦的數(shù)碼

13、相機(jī)上，那么這臺(tái)數(shù)碼相機(jī)的光學(xué)變焦倍數(shù)由原來(lái)的1倍、2倍、3倍、4倍變?yōu)?倍、4倍、6倍和8倍，即以增距鏡的倍數(shù)和光學(xué)變焦倍數(shù)相乘所得。 光圈英文名稱為Aperture，光圈是一個(gè)用來(lái)控制光線透過(guò)鏡頭，進(jìn)入機(jī)身內(nèi)感光面的光量的裝置，它通常是在鏡頭內(nèi)。我們平時(shí)所說(shuō)的光圈值F2.8、F8、F16等是光圈“系數(shù)”，是相對(duì)光圈，并非光圈的物理孔徑，與光圈的物理孔徑及鏡頭到感光器件（膠片或CCD或CMOS）的距離有關(guān)。 表達(dá)光圈大小我們是用F值。光圈F值 = 鏡頭的焦距 / 鏡頭口徑的直徑從以上的公式可知要達(dá)到相同的光圈F值，長(zhǎng)焦距鏡頭的口徑要比短焦距鏡頭的口徑大。 當(dāng)光圈物理孔徑不變時(shí)，鏡頭中心與感光

14、器件距離愈遠(yuǎn)，F(xiàn)數(shù)愈小，反之，鏡頭中心與感光器件距離愈近，通過(guò)光孔到達(dá)感光器件的光密度愈高，F(xiàn)數(shù)就愈大。完整的光圈值系列如下： F1， F1.4， F2， F2.8， F4， F5.6， F8， F11， F16， F22， F32， F44， F64。 這里值得一題的是光圈F值愈小，在同一單位時(shí)間內(nèi)的進(jìn)光量便愈多，而且上一級(jí)的進(jìn)光量剛是下一級(jí)的一倍，例如光圈從F8調(diào)整到F5.6，進(jìn)光量便多一倍，我們也說(shuō)光圈開大了一級(jí)。多數(shù)非專業(yè)數(shù)碼相機(jī)鏡頭的焦距短、物理口徑很小，F(xiàn)8時(shí)光圈的物理孔徑已經(jīng)很小了，繼續(xù)縮小就會(huì)發(fā)生衍射之類的光學(xué)現(xiàn)象，影響成像。所以一般非專業(yè)數(shù)碼相機(jī)的最小光圈都在F8至F11，而

15、專業(yè)型數(shù)碼相機(jī)感光器件面積大，鏡頭距感光器件距離遠(yuǎn)，光圈值可以很小。對(duì)于消費(fèi)型數(shù)碼相機(jī)而言，光圈F值常常介于F2.8 - F16。此外許多數(shù)碼相機(jī)在調(diào)整光圈時(shí)，可以做1/3級(jí)的調(diào)整。曝光補(bǔ)償也是一種曝光控制方式，一般常見(jiàn)在2-3EV左右，如果環(huán)境光源偏暗，即可增加曝光值(如調(diào)整為+1EV、+2EV)以突顯畫面的清晰度。 數(shù)碼相機(jī)在拍攝的過(guò)程中，如果按下半截快門，液晶屏上就會(huì)顯示和最終效果圖差不多的圖片，對(duì)焦，曝光一切啟動(dòng)。這個(gè)時(shí)候的曝光，正是最終圖片的曝光度。圖片如果明顯偏亮或偏暗，說(shuō)明相機(jī)的自動(dòng)測(cè)光準(zhǔn)確度有較大偏差，要強(qiáng)制進(jìn)行曝光補(bǔ)償，不過(guò)有的時(shí)候，拍攝時(shí)顯示的亮度與實(shí)際拍攝結(jié)果有一定出入。

16、數(shù)碼相機(jī)可以在拍攝后立即瀏覽畫面，此時(shí)，可以更加準(zhǔn)確地看到拍攝出來(lái)的畫面的明暗程度，不會(huì)再有出入。如果拍攝結(jié)果明顯偏亮或偏暗，則要重新拍攝，強(qiáng)制進(jìn)行曝光補(bǔ)償。 拍攝環(huán)境比較昏暗，需要增加亮度，而閃光燈無(wú)法起作用時(shí)，可對(duì)曝光進(jìn)行補(bǔ)償，適當(dāng)增加曝光量。進(jìn)行曝光補(bǔ)償?shù)臅r(shí)候，如果照片過(guò)暗，要增加EV值，EV值每增加1.0，相當(dāng)于攝入的光線量增加一倍，如果照片過(guò)亮，要減小EV值，EV值每減小1.0，相當(dāng)于攝入的光線量減小一倍。按照不同相機(jī)的補(bǔ)償間隔可以以1/2（0.5）或1/3（0.3）的單位來(lái)調(diào)節(jié)。 被拍攝的白色物體在照片里看起來(lái)是灰色或不夠白的時(shí)候，要增加曝光量，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是“越白越加”，這似乎與曝

17、光的基本原則和習(xí)慣是背道而馳的，其實(shí)不然，這是因?yàn)橄鄼C(jī)的測(cè)光往往以中心的主體為偏重，白色的主體會(huì)讓相機(jī)誤以為很環(huán)境很明亮，因而曝光不足，這也是多數(shù)初學(xué)者易犯的通病。 以下面兩幅圖片為例，上面的是曝光補(bǔ)償?shù)扔?時(shí)候所拍的，而后者是等于+1時(shí)所拍的，可見(jiàn)區(qū)別明顯。 由于相機(jī)的快門時(shí)間或光圈大小是有限的，因此并非總是能達(dá)到2EV的調(diào)整范圍，因此曝光補(bǔ)償也不是萬(wàn)能的，在過(guò)于暗的環(huán)境下仍然可能曝光不足，此時(shí)要考慮配合閃光燈或增加相機(jī)的ISO感光靈敏度來(lái)提高畫面亮度。 幾乎所有的數(shù)碼相機(jī)的曝光補(bǔ)償范圍都是一樣的，可以在正負(fù)2EV內(nèi)加、減，但是加減并不是連續(xù)的，而是以1/2EV或者1/3EV為間隔跳躍式的。早期的老式數(shù)碼相機(jī)比如柯達(dá)的DC215就是以1/2EV為間隔的，于是有-2.0、-1.5、-1、-0.5和+0.5、+1、+1.5、+2共8個(gè)檔次，而目前主流的數(shù)碼相機(jī)分檔要更細(xì)一些，是以1/3EV為間隔的，于是就有-2.0、-