1、1.1  數碼相機的成像原理在對數碼相機的特點和基本組件了解之前，下面來了解一下數碼相機是如何工作的，這有利于更好地理解和掌握相機的各項關鍵參數，深入了解相機的性能。當打開相機的電源開關后，主控程序芯片開始檢查整個相機，確定各個部件是否處于可工作狀態。如果一切正常，相機將處于待命狀態；若某一部分出現故障，LCD屏上會顯示一個錯誤信息，并使相機完全停止工作。當用戶對準拍攝目標，并將快門按下一半時，相機內的微處理器開始工作，以確定對焦距離、快門的速度和光圈的大小。當按下快門后，光學鏡頭可將光線聚焦到影像傳感器上，這種CCD/CMOS半導體器件代替了傳統相機中膠卷的位置，它可將捕捉到的景物

2、光信號轉換為電信號。此時就得到了對應于拍攝景物的電子圖像，由于這時圖像文件還是模擬信號，還不能被計算機識別，所以需要通過A/D（模/數轉換器）轉換成數字信號，然后才能以數據方式進行儲存。接下來微處理器對數字信號進行壓縮，并轉換為特定的圖像格式，常用的用于描述二維圖像的文件格式包括Tag TIFF（Image File Format）、RAW（Raw data Format）、FPX（Flash Pix）、JFIF（JPEG File Interchange Format）等，最后以數字信號存在的圖像文件會以指定的格式存儲到內置存儲器中，那么一張數碼相片就完成拍攝了，此時通過LCD（液晶顯示器）

3、可以查看所拍攝到的照片。前面只是簡單介紹了其大致的過程，下面結合圖1-1來詳細地介紹相片成像的整個過程。圖1-1  成像原理示意圖（1）當使用數碼相機拍攝景物時，景物反射的光線通過數碼相機的鏡頭透射到CD上。（2）當CCD曝光后，光電二極管受到光線的激發而釋放出電荷，生成感光元件的電信號。（3）CCD控制芯片利用感光元件中的控制信號線路對發光二極管產生的電流進行控制，由電流傳輸電路輸出，CCD會將一次成像產生的電信號收集起來，統一輸出到放大器。（4）經過放大和濾波后的電信號被傳送到ADC，由ADC將電信號（模擬信號）轉換為數字信號，數值的大小和電信號的強度與電壓的高低成正比，這些數值

4、其實也就是圖像的數據。（5）此時這些圖像數據還不能直接生成圖像，還要輸出到DSP（數字信號處理器）中，在DSP中，將會對這些圖像數據進行色彩校正、白平衡處理，并編碼為數碼相機所支持的圖像格式、分辨率，然后才會被存儲為圖像文件。（6）當完成上述步驟后，圖像文件就會被保存到存儲器上,我們就可以欣賞了。1.2  數碼相機的基本部件無論是哪種款式的數碼相機，大都包括圖1-2、圖1-3出示的基本組件。圖1-2  數碼相機正面圖1-3  數碼相機背面鏡頭鏡頭是一部相機的重要組件之一，可以說是相機的靈魂，數碼相機采用什么鏡頭是一個非常重要的參數，也是區分不同檔次相機的重要指標。

5、如圖1-4所示為索尼DSC-F828機型上采用的卡爾·蔡司鏡頭。圖1-4  索尼DSC-F828機型上采用的卡爾·蔡司鏡頭雖然由于感光元件分辨率有限，對鏡頭的光學分辨率要求也比較低，但由于普通數碼相機的影像傳感器要比傳統膠片的面積小得多，因此鏡頭的解析度需要很高，一般來說，數碼相機采用的光學鏡頭的解析能力一定要優于感光元件的分辨率。例如，對于某一確定的被攝目標，水平方向需要100個像素才能完美再現其細節，如果成像寬度為10mm，則光學分辨率為10線/mm的鏡頭完全能夠勝任；若成像寬度為1mm，則要求鏡頭的光學分辨率必須在100線/mm以上。傳統膠卷對紫外線比較敏感

6、，進行外拍時經常需要加裝UV鏡，而CCD對紅外線比較敏感，在鏡頭上增加特殊的鍍層或外加濾鏡會大大提高成像質量。另外，鏡頭的物理口徑也是一個需要考慮的因素，無論鏡頭的相對口徑如何，其物理口徑越大，光通量就越大，成像質量也就越好。一個好的鏡頭可以使影像清晰細膩、色彩準確、減小變形，若要想得到較高品質的圖像效果，可選擇具備大口徑、多片多組、包含非球面透鏡和優質鍍膜的高質量鏡頭，可加裝濾鏡的數碼相機。鏡頭表面的標志如圖1-5所示。圖1-5  鏡頭目前市場上數碼相機的鏡頭主要包括兩個系列，一個是佳能、尼康等品牌的日本鏡頭，其性能好，價格高；另一個是卡爾·蔡司、萊卡等品牌的德國鏡頭，該

7、類產品的成像質量很高，其價格也相對較昂貴。閃光燈閃光燈是增加曝光量的方式之一，尤其在光線較暗的場合，利用閃光燈可以使景物更加明亮。圖1-6、圖1-7示出了數碼相機的內置閃光燈。數碼相機內置的閃光燈一般有三種模式，即自動閃光、強制閃光和關閉閃光，有的相機還具有消除紅眼、慢速同步閃光等功能，下面分別介紹一下這些閃光燈的不同模式。1自動閃光一般情況下，普通數碼相機在默認設置時，閃光燈模式都預置在“自動閃光”模式下。這時，相機會自動判斷拍攝周圍的光線是否充足，如果檢測到光線不足，在拍攝時就會自動打開閃光燈進行閃光，以彌補光線不足。在該模式下可以完成大部分的拍攝任務。2強制閃光它是指無論在強光或弱光環境

8、中，都開啟閃光燈進行閃光。該模式常用于對背對光源的人物進行拍攝。例如拍攝一個光線較暗房間內的人物，若人物背對著明亮的窗戶，人物正面的光線不足，這樣拍攝出來人物可能處于陰影中，圖像不太清晰，遇到這種情況時，可以啟動強制閃光模式，給主體正面補光，這樣就可以得到受光均勻的照片。圖1-6  索尼數碼相機的內置閃光燈圖1-7  內置閃光燈3關閉閃光它是指無論周圍拍攝環境的光線強度如何，都不啟動閃光燈，該功能適用于一些禁止使用閃光的場合，如音樂會、博物館等。如果需要拍攝一些特殊效果的相片，關閉閃光燈后在黃昏或光線微弱的環境中拍攝，可以得到氛圍自然的畫面。4消除紅眼所謂紅眼，是指數碼相機

9、在閃光燈模式下拍攝人物特寫時，在照片上人眼的瞳孔呈現紅色斑點的現象。要避免紅眼發生，可打開數碼相機的“消除紅眼”模式，先讓閃光燈快速閃爍一次或數次，使人眼瞳孔縮小并適應之后，再進行正式的閃光與拍攝。5慢速同步閃光慢速同步閃光是相機與閃光燈配合而實現的一種高級功能，當在光線較暗的環境下拍照時，如早晨、傍晚或者有一定燈光照明的晚上，如果使用閃光燈加較快的快門速度進行拍攝，可能會出現前景主體太亮，而背景灰暗，無法辨認更多細節的現象，而啟用慢速同步閃光功能則會降低相機的快門釋放速度，以閃光燈照明前景，配合慢速快門為弱光背景曝光，這樣，可以保證主體曝光正常的同時使背景適當曝光，以拍攝出前后景都和諧曝光的

10、照片。慢同步具有前同步和后同步兩種模式，前同步是指在快門完全開啟后立即閃光，它便于捕捉拍攝時機，適合于一般情況下使用，如拍攝人物的神態等；后同步是指在快門將要關閉的時候閃光，它可以拉出動態物體的運動軌跡，形成強烈的動感效果，所以適合于拍攝動態的對象。數碼相機內置的閃光燈覆蓋范圍有限，只能滿足普通的拍攝需要，若用戶需要獲得更寬廣的閃光燈覆蓋范圍，并且相機上又有閃光燈熱靴接口的話，可以考慮購買大指數的外接閃光燈。取景器數碼相機上使用的取景器有多種類型，包括LCD取景器、單反式取景器、旁軸式取景器等，下面分別進行介紹。1LCD取景器LCD（Liquid Crystal Display），即液晶顯示屏

11、。數碼相機上的LCD屏幕可以顯示所選定光圈、快門等各種拍攝參數，以及相機目前的狀態及模式，如電池的電量、閃光燈的模式等。圖1-8出示了佳能PowerShot G6相機機背的高亮度液晶顯示屏。圖1-8  佳能PowerShot G6LCD屏幕有黑色和白色兩種類型，彩色又分為偽彩和真彩兩種，其中偽彩價格便宜，但顯示效果差；數碼相機中用于取景和回放的LCD都是質量較高的TFT真彩。在TFT LCD中又包括反射和透射兩種，反射式反射正面的環境光工作，從不同角度觀察差別較大，顯示較暗，但具有省電、造價低等優點；透射式依靠背后的燈光進行工作，角度變化小，顯示較亮，但耗電量較大。作為大多數數碼相機

12、必備的取景方式，利用LCD取景可以改正傳統相機取景的缺點，它可以回放照片，隨時顯示相機存儲器中記錄的全部照片影像，對于不滿意的作品可以刪除后重新拍攝，這樣可最大限度地節省存儲空間，并且可以及時地發現諸如構圖取景、用光等方面較明顯的問題。有的數碼相機還設計了可以旋轉的LCD屏幕，這樣使原來很困難的取景工作變得十分輕松，例如要拍攝靠近地面的植物的特寫鏡頭時，不用像使用傳統相機一樣趴在地上，只需將相機放低，然后將LCD屏幕翻過來即可。而一個人獨立外出旅行時，可以將鏡頭對準自己，將LCD屏幕轉過來，自己給自己來個特寫。但使用LCD取景也是有缺點的，首先是它耗電量非常大，幾乎要占據整部相機的1/3以上的

13、電量，長時間開啟的話，會使電池工作時間大大縮短；其次是某些數碼相機LCD顯示屏的亮度和色彩還原有些誤差，在LCD屏幕上顯示的效果與最終在計算機顯示器上的實際影像差異較大，即使是百萬像素的LCD看上去畫面依然很粗糙，無法查看拍攝主體的一些細節。另外，LCD取景器在取景時總會有一定的延遲現象，而且在強光下無法使用，色彩和亮度偏差也較大。不過現在數碼相機幾乎同時配備有普通光學取景和LCD取景，用戶可根據具體的情況進行選擇。2單反式取景器單鏡頭反光式（SLR）取景器，其光學結構比較復雜，制作成本較高，一般用于專業數碼單反相機上，是一種沒有誤差的光學取景方式，如圖1-9所示。在這種系統中，反光鏡和棱鏡采

14、用非常獨特的設計，使操作者可以從取景器中直接觀察到通過鏡頭選取的影像，取景器的取景范圍可達到實拍畫面的95%，但如果鏡頭的最小相對孔徑較小的話，取景器就會很暗，影響手動對焦，而相機上提供的自動對焦功能可以有效彌補這一不足。使用TTL單反取景器為了不至于過暗，廠家往往會使用大口徑的高級鏡頭，所以一般用于一些專業或半專業相機上，如奧林巴斯品牌的一些高端民用數碼相機上常用這種取景器。3旁軸式取景器普通數碼相機多采用旁軸式光學平視取景器，這種取景方式結構簡單、視野明亮、不影響拍攝過程，其生產成本較低、使用歷史悠久。如圖1-10所示，當使用此類取景器拍攝時，被拍攝景物的光線直接從相機正面的取景窗口射入，

15、然后從相機背面的取景器進入被觀察者的眼睛，相當于在機體上開個小孔，再裝上透鏡使眼睛能夠透過相機機體觀察前方的景物，其路線相當簡單明了。圖1-9  單反式取景器圖1-10  旁軸式取景器由于該類型取景器的取景窗口與鏡頭的位置是分開的，所以從取景器中看到的圖像和實際拍攝的圖像存在一定的誤差，這種大小和位置上的差異在攝影中稱為視差，在進行遠距離拍攝時視差較小，而近距離拍攝時視差就很明顯。4EVF電子取景器它是將一塊微型LCD放置到取景器內部，在取景時，相機機身、眼罩以及攝影師的頭部都會遮擋光線，所以外界光線對其影響不是太大，取景器還設置了一組取景目鏡，將微型LCD的顯示內容放大到

16、一定的倍數，以適應人的眼睛。如圖1-11所示，將這塊LCD的面積盡可能地縮小，可以降低耗電量和生產成本，雖然取景器中的畫面視角和色彩效果與最終效果存在一定的誤差，但在使用一段時間后還是能夠適應的。圖1-11  EVF電子取景器影像傳感器目前數碼相機所使用的影像傳感器有CCD和CMOS兩種類型，前者技術已經很成熟，后者是新興的技術，代表未來的發展方向。CCD（Chagre Couled Device），即電荷耦合器，如圖1-12所示。目前被廣泛應用于大部分數碼相機上，這是一種特殊的半導體材料，它由大量獨立的光敏元件組成，這些光敏元件通常按矩陣排列。光線透過鏡頭照射到CCD上，并轉換成電

17、荷，每個元件上的電荷量取決于其受到的光照強度。當攝影者按動快門時，CCD可將各個元件的信息傳送到模/數轉換器上，然后將模擬電信號轉變為數字信號，數字信號再以一定的格式壓縮后存入緩存內，這樣就完成了數碼相片的整個拍攝。CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor），即互補金屬氧化物半導體，它在微處理器和閃存等半導體技術上占有重要的地位，也是一種可用來感受光線變化的半導體，其組成元素主要是硅和鍺，通過CMOS上帶負電和帶正電的晶體管來實現基本功能。這兩個互補效應所產生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。由于CMOS結構相對簡單，與現有的大規模集成電路生產工藝相同，從而生產成本可以降低，理論上講，CMOS的信號是以點為單位的電荷信號，CCD是以行為單位的電流信號，相比較而言，前者更為敏感、速度更快、更為省電。圖1-12  CCD感光元件目前CMOS技術發展還不成熟，這種高質量的CMOS還只應用于一些專業的數碼相機上，而在一些低檔數碼相機上常使用廉價低檔的