光學(xué)課程設(shè)計(jì)

1、數(shù)碼相機(jī)原理所謂數(shù)碼相機(jī)、是一種夠進(jìn)行拍攝,并通過(guò)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).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(chǔ)器來(lái)保存獲取的圖像.數(shù)碼相機(jī)可以直接連接到計(jì)算機(jī)、電視機(jī)或者打印機(jī)上.在一定條件下,數(shù)碼相機(jī)還可以直接接到移動(dòng)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(lái)或是通過(guò)電子郵件傳送出去. 與傳統(tǒng)的相機(jī)相比、數(shù)碼相機(jī)在拍攝質(zhì)量上還是有一定的差距的.但是,它也有傳統(tǒng)相機(jī)無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì):數(shù)碼相機(jī)與傳統(tǒng)相機(jī)相比存在以下五大區(qū)別:制作工藝不同、拍攝效果不同、拍攝速度

2、不同、存儲(chǔ)介質(zhì)不同、輸入輸出方式不同.其中最大分別在于記錄影像的方式,請(qǐng)先看看以下的流程:傳統(tǒng)相機(jī):鏡頭底片數(shù)碼相機(jī):鏡頭感光芯片數(shù)碼處理電路記憶卡數(shù)碼相機(jī)跟傳統(tǒng)相機(jī)在影像攝取部份大致相同、主要有拍攝鏡頭,取景鏡頭,閃光燈,感光器和自拍指示燈等、所以只看相機(jī)的前面外型,兩者可說(shuō)是沒多大分別、但在成像及記錄方面,兩者的分別就大了.傳統(tǒng)相機(jī)是利用底片這東西,而數(shù)碼相機(jī)主要靠感光芯片及記憶卡.雖然單從價(jià)錢方面去考慮,數(shù)碼相機(jī)的價(jià)錢比傳統(tǒng)相機(jī)貴,但它有很多優(yōu)點(diǎn)是傳統(tǒng)相機(jī)沒有的:1. 即拍即見:如果你旅游或參加一些重要的約會(huì)時(shí)用傳統(tǒng)相機(jī)拍攝,回來(lái)后沖洗,赫然發(fā)現(xiàn)拍攝的品質(zhì)不對(duì)勁,如太光、太暗,主題被擋甚

3、或完全沒有影像,這時(shí)的心情真是難以形容.但用數(shù)碼相機(jī)就不會(huì)發(fā)生這種情況,因?yàn)椴畈欢嗨械臄?shù)碼相機(jī)會(huì)有一個(gè)叫液晶顯示器(LCD)的東西,它可以立即顯示剛拍下的影像,如果發(fā)現(xiàn)不對(duì)勁,可以把影像刪除,再重新拍攝,直到您滿意為止.2.不必考慮拍攝成本:用傳統(tǒng)相機(jī)拍攝,您一般都會(huì)特別小心、在同一背景下通常都不會(huì)再拍、以免增加沖印費(fèi)用.但用數(shù)碼相機(jī)就不用擔(dān)心、因拍攝后可慢慢選擇,將最好的影像拿去打印,其余可刪除或儲(chǔ)存到硬盤.3.影像品質(zhì)永遠(yuǎn)不變:用底片或照片記錄影像,時(shí)間久了,都會(huì)褪色及變壞,無(wú)法保持原有的質(zhì)量.相反由數(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(chǔ)存在計(jì)算機(jī)硬盤及其它儲(chǔ)存媒體中、所以

4、數(shù)碼影像不論被復(fù)制多少次,都可以保持品質(zhì)一致.4.可以直接進(jìn)行編輯使用:用數(shù)碼相機(jī)拍下的影像可直接下載到計(jì)算機(jī)內(nèi)、然后可通過(guò)E-mail的方式把影像立即傳送給別人或客戶,不用花錢和時(shí)間在沖印方面.另外也可以將數(shù)碼影像應(yīng)用在網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)中、把公司的產(chǎn)品通過(guò)自身的網(wǎng)站推廣到世界每一地方、實(shí)為電子商務(wù)的必備利器.5.儲(chǔ)存空間少:數(shù)碼相機(jī)所拍下來(lái)的影像只是一堆數(shù)據(jù)而已,只要用一些細(xì)小的儲(chǔ)存裝置,如硬盤,快閃記憶卡,MO等等、便可存放大量的影像,比用傳統(tǒng)相機(jī)要用大量的空間來(lái)放底片及照片節(jié)省得多. 數(shù)碼相機(jī)是由鏡頭,CCD,AD(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

5、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)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

6、.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.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(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

7、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,

8、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,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

9、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640480,800864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. AD轉(zhuǎn)換器:AD轉(zhuǎn)換器又叫做ADC(Analog Digital 3=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

10、合為256256256=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.4.MPU(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的控制體系.數(shù)碼相機(jī)通過(guò) 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.5.存儲(chǔ)設(shè)備:數(shù)碼相機(jī)中存

11、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,用于臨時(shí)存儲(chǔ)圖像,當(dāng)向計(jì)算機(jī)傳送圖像時(shí)須通過(guò)串行接口等接口. 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

12、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.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

13、、同時(shí)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(guò)轉(zhuǎn)換器在其上保存數(shù)據(jù).6.LCD(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