數(shù)碼相機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理

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)中的工作原理如下：當(dāng)按下快門時(shí)，鏡頭將光線會(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）

2、器件用來(lái)執(zhí)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。下面，讓我們來(lái)詳細(xì)地談一談： 1鏡頭： 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！其實(shí)，這個(gè)焦距和傳統(tǒng)相機(jī)還是有所區(qū)別的。f=6mm相當(dāng)于普通相機(jī)的50mm鏡頭

3、（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24mm×36mm（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

4、毫米相機(jī)鏡頭的焦距就可以了。 2.CCD: 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)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)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(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，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(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

6、的像素，因?yàn)榇蠖鄶?shù)計(jì)算機(jī)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(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，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。 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(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)

7、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)。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

8、、藍(lán)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(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256×256×256=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。 4MPU（微 處理器）: 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

9、的控制體系。數(shù)碼相機(jī)通過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通過對(duì)CCD感光強(qiáng)弱程度的FP8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。 5存儲(chǔ)設(shè)備： 數(shù)碼相機(jī)中存儲(chǔ)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(hào)一樣，不同的是存儲(chǔ)器中的圖像數(shù)據(jù)可以反復(fù)記錄和刪除，而膠卷只能記錄一次。存儲(chǔ)器可以分為內(nèi)置存儲(chǔ)器和可移動(dòng)存儲(chǔ)器，內(nèi)置存儲(chǔ)器為半導(dǎo)體存儲(chǔ)器，安裝在相機(jī)內(nèi)部，用于臨

10、時(shí)存儲(chǔ)圖像，當(dāng)向計(jì)算機(jī)傳送圖像時(shí)須通過串行接口等接口。 它的缺點(diǎn)是裝滿之后要及時(shí)向計(jì)算機(jī)轉(zhuǎn)移圖像文件，否則就無(wú)法再往里面存入圖像數(shù)據(jù)。早期數(shù)碼相機(jī)多采用內(nèi)置存儲(chǔ)器，而新近開發(fā)的數(shù)碼相機(jī)更多地使用可移動(dòng)存儲(chǔ)器。這些可移動(dòng)存儲(chǔ)器可以是3.5英寸軟盤、PC（PCMCIA）卡、CompactFlash卡、SmartMedia卡等。這些存儲(chǔ)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(jī)的制造成本，增加應(yīng)用的靈活性，并提高連續(xù)拍攝的性能。存儲(chǔ)器保存圖像的多少取決于存儲(chǔ)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(chǔ)空間就越多。顯然

11、，存儲(chǔ)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(jī)能保存10到200幅圖像。我們?cè)谶@里為大家介紹一些常用的存儲(chǔ)方案： ·SmartMedia卡， 從2兆到32兆，是最常見的數(shù)碼相機(jī)存儲(chǔ)卡，由于沒有內(nèi)置控制部分，成本最低，但是暫時(shí)無(wú)法突破64兆的極限，但今年可能會(huì)有64兆的卡推出。目前大部分的數(shù)碼相機(jī)用了SM卡，速度上和其他存儲(chǔ)方式差不多，其實(shí)內(nèi)核都是FlashMemory。常見的數(shù)碼相機(jī)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(chǔ)卡，由于成本問題也選擇了SM卡，導(dǎo)致SM的需求量增加，所以其價(jià)格由于是量產(chǎn)的緣故，跌得很快，是目前最佳性價(jià)比的存儲(chǔ)方案

12、。 ·CompactFlash卡， 分別有CF1和CF2格式，這是和SM卡齊名的存儲(chǔ)卡，和SM卡的區(qū)別是自帶控制模塊，厚度也厚多了。同時(shí)除了FlashMemory外還支持其他存儲(chǔ)模式。主要的存儲(chǔ)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(dá)、卡西歐、尼康、佳能等數(shù)碼相機(jī)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(jī)準(zhǔn)備的優(yōu)秀存儲(chǔ)方案采用CF2接口，兼容CF2存儲(chǔ)卡，只要能插入CF2存儲(chǔ)卡的數(shù)碼相機(jī)都能使用它，同時(shí)

13、有PC卡的接口，在支持PC卡接口的專業(yè)數(shù)碼相機(jī)中也能使用它。它的容量為340兆；另外因?yàn)橛脖P，所有它的速度也很快，而FlashMemory的速度是無(wú)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(jià)格和128兆的CF卡差不多。 Click: 生產(chǎn)移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備的著名公司Iomega推出的獨(dú)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(chǔ)40MB的數(shù)據(jù)，但成本遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于使用閃存技術(shù)的產(chǎn)品。而且，Click可以被計(jì)算機(jī)存取。 MemoryStick： 由索尼公司推出的存儲(chǔ)設(shè)備，體積大概相當(dāng)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(dá)到了64MB。為了進(jìn)不步擴(kuò)展其應(yīng)用范圍，索尼推出的使用軟盤的數(shù)碼相機(jī)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(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-LCD。LCD的作用有三個(gè)，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(jī)的