提到數(shù)碼相機

1、提到數(shù)碼相機，不得不說到就是數(shù)碼相機的心臟感光元件。與傳統(tǒng)相機相比，傳統(tǒng)相機使用“膠卷”作為其記錄信息的載體，而數(shù)碼相機的“膠卷”就是其成像感光元件，而且是與相機一體的，是數(shù)碼相機的心臟。感光器是數(shù)碼相機的核心，也是最關(guān)鍵的技術(shù)。數(shù)碼相機的發(fā)展道路，可以說就是感光器的發(fā)展道路。目前數(shù)碼相機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，通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，數(shù)字信號經(jīng)過壓縮以后

2、由相機內(nèi)部的閃速存儲器或內(nèi)置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計算機，并借助于計算機的處理手段，根據(jù)需要和想像來修改圖像。CCD由許多感光單位組成，通常以百萬像素為單位。當(dāng)CCD表面受到光線照射時，每個感光單位會將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產(chǎn)生的信號加在一起，就構(gòu)成了一幅完整的畫面。 CCD和傳統(tǒng)底片相比，CCD 更接近于人眼對視覺的工作方式。只不過，人眼的視網(wǎng)膜是由負(fù)責(zé)光強度感應(yīng)的桿細(xì)胞和色彩感應(yīng)的錐細(xì)胞，分工合作組成視覺感應(yīng)。 CCD經(jīng)過長達(dá)35年的發(fā)展，大致的形狀和運作方式都已經(jīng)定型。CCD 的組成主要是由一個類似馬賽克的網(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)碼相機中可記錄光線變化的半導(dǎo)體。CMOS的制造技術(shù)和一般計算機芯片沒什么差別，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）級的半導(dǎo)體，這兩個互補效應(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的缺點就是太容易出現(xiàn)雜點, 這主要是因為早期的設(shè)計使CMOS在處理快速變化的影

4、像時，由于電流變化過于頻繁而會產(chǎn)生過熱的現(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，價格非常高昂。同時，這幾年來，CCD從30萬像素開始，一直發(fā)展到現(xiàn)在的600萬，像素的提高已經(jīng)到了一個極限。 在相同分辨率下，CMOS價格比CCD便宜，但是CMOS器件產(chǎn)生的圖像質(zhì)量相比CCD來說要低一些。到目前為止，市面上絕大多數(shù)的消費級別以及高端數(shù)碼相機都使用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、廠商一定會不遺余力地以其作為賣點大肆宣傳，甚至冠以“數(shù)碼相機”之名。一時間，是否具有CCD感應(yīng)器變成了人們判斷數(shù)碼相機檔次的標(biāo)準(zhǔn)之一。 CMOS影像傳感器的優(yōu)點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，電源消耗量比CCD低。CMOS影像傳感器的另一優(yōu)點，是與周邊電路的整合性高，可將ADC與訊號處理器整合在一起，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題就是降低噪聲的產(chǎn)生，未來CMOS影像傳感器是否可以改變長久以來被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 對于數(shù)碼相機來說，影像感光元件成像的因素主要有兩個方面：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)碼相機向時尚小巧化的方向發(fā)展，感光元件的面積也只能是越來越小。 除了面積之外，感光元件還有一個重要指標(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)字來記錄三種原色。非專

7、業(yè)型數(shù)碼相機的感光元件一般是24位的，高檔點的采樣時是30位，而記錄時仍然是24位，專業(yè)型數(shù)碼相機的成像器件至少是36位的，據(jù)說已經(jīng)有了48位的CCD。對于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，每一種原色用一個8位的二進(jìn)制數(shù)字來表示，最多能記錄的色彩是256x256x256約16,77萬種。對于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，每一種原色用一個12位的二進(jìn)制數(shù)字來表示，最多能記錄的色彩是4096x4096x4096約68.7億種。舉例來說，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)碼相機來拍攝的話

8、，如果按低光部位曝光，則凡是亮度高于256備的部位，均曝光過度，層次損失，形成亮斑，如果按高光部位來曝光，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，就不會有這樣的問題。感光元件的發(fā)展 CCD是1969年由美國的貝爾研究室所開發(fā)出來的。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年代制造出百萬像素之高分辨率CCD，此時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，CCD的單位面積也越來越小。但為了在CCD

9、面積減小的同時提高圖像的成像質(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)碼相機則采用了超級CCD（Super CCD）、Super CCD SR。 對于CMOS來說，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，高動態(tài)范圍CMOS器件已經(jīng)出現(xiàn)，這一技術(shù)消除了對快

10、門、光圈、自動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，并有希望在不久的將來成為主流的感光器。光學(xué)變焦英文名稱為Optical Zoom，數(shù)碼相機依靠光學(xué)鏡頭結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)變焦。數(shù)碼相機的光學(xué)變焦方式與傳統(tǒng)35mm相機差不多，就是通過鏡片移動來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)碼相機的時候，很多用戶都會問，什么是數(shù)碼變焦，什

11、么是光學(xué)變焦，下面，我們就用圖示來解釋一下。 光學(xué)變焦是通過鏡頭、物體和焦點三方的位置發(fā)生變化而產(chǎn)生的。當(dāng)成像面在水平方向運動的時候，如下圖，視覺和焦距就會發(fā)生變化，更遠(yuǎn)的景物變得更清晰，讓人感覺像物體遞進(jìn)的感覺。 顯而易見，要改變視角必然有兩種辦法，一種是改變鏡頭的焦距。用攝影的話來說，這就是光學(xué)變焦。通過改變變焦鏡頭中的各鏡片的相對位置來改變鏡頭的焦距。另一種就是改變成像面的大小，即成像面的對角線長短在目前的數(shù)碼攝影中，這就叫做數(shù)碼變焦。實際上數(shù)碼變焦并沒有改變鏡頭的焦距，只是通過改變成像面對角線的角度來改變視角，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，一些鏡頭越長的數(shù)碼相

12、機，內(nèi)部的鏡片和感光器移動空間更大，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，一般沒有光學(xué)變焦功能，因為其機身內(nèi)根部不允許感光器件的移動，而像索尼F828、富士S7000這些“長鏡頭”的數(shù)碼相機，光學(xué)變焦功能達(dá)到5、6倍。 如今的數(shù)碼相機的光學(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)碼相機擁有10倍的光學(xué)變焦效果。家用攝錄機的光學(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，其計算方法是這樣的，一個2倍的增距鏡，套在一個原來有4倍光學(xué)變焦的數(shù)碼

13、相機上，那么這臺數(shù)碼相機的光學(xué)變焦倍數(shù)由原來的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，光圈是一個用來控制光線透過鏡頭，進(jìn)入機身內(nèi)感光面的光量的裝置，它通常是在鏡頭內(nèi)。我們平時所說的光圈值F2.8、F8、F16等是光圈“系數(shù)”，是相對光圈，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，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，在同一單位時間內(nèi)的進(jìn)光量便愈多，而且上一級的進(jìn)光量剛是下一級的一倍，例如光圈從F8調(diào)整到F5.6，進(jìn)光量便多一倍，我們也說光圈開大了一級。多數(shù)非專業(yè)數(shù)碼相機鏡頭的焦距短、物理口徑很小，F(xiàn)8時光圈的物理孔徑已經(jīng)很小了，繼續(xù)縮小就會發(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)碼相機的最小光圈都在F8至F11，而

15、專業(yè)型數(shù)碼相機感光器件面積大，鏡頭距感光器件距離遠(yuǎn)，光圈值可以很小。對于消費型數(shù)碼相機而言，光圈F值常常介于F2.8 - F16。此外許多數(shù)碼相機在調(diào)整光圈時，可以做1/3級的調(diào)整。曝光補償也是一種曝光控制方式，一般常見在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)碼相機在拍攝的過程中，如果按下半截快門，液晶屏上就會顯示和最終效果圖差不多的圖片，對焦，曝光一切啟動。這個時候的曝光，正是最終圖片的曝光度。圖片如果明顯偏亮或偏暗，說明相機的自動測光準(zhǔn)確度有較大偏差，要強制進(jìn)行曝光補償，不過有的時候，拍攝時顯示的亮度與實際拍攝結(jié)果有一定出入。

16、數(shù)碼相機可以在拍攝后立即瀏覽畫面，此時，可以更加準(zhǔn)確地看到拍攝出來的畫面的明暗程度，不會再有出入。如果拍攝結(jié)果明顯偏亮或偏暗，則要重新拍攝，強制進(jìn)行曝光補償。 拍攝環(huán)境比較昏暗，需要增加亮度，而閃光燈無法起作用時，可對曝光進(jìn)行補償，適當(dāng)增加曝光量。進(jìn)行曝光補償?shù)臅r候，如果照片過暗，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。按照不同相機的補償間隔可以以1/2（0.5）或1/3（0.3）的單位來調(diào)節(jié)。 被拍攝的白色物體在照片里看起來是灰色或不夠白的時候，要增加曝光量，簡單的說就是“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，其實不然，這是因為相機的測光往往以中心的主體為偏重，白色的主體會讓相機誤以為很環(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，上面的是曝光補償?shù)扔?時候所拍的，而后者是等于+1時所拍的，可見區(qū)別明顯。 由于相機的快門時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，因此曝光補償也不是萬能的，在過于暗的環(huán)境下仍然可能曝光不足，此時要考慮配合閃光燈或增加相機的ISO感光靈敏度來提高畫面亮度。 幾乎所有的數(shù)碼相機的曝光補償范圍都是一樣的，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個檔次，而目前主流的數(shù)碼相機分檔要更細(xì)一些，是以1/3EV為間隔的，于是就有-2.0、-