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一、数码相机简史

1981年7月，日本索尼公司试制成了一种模拟静像相机，在德国科隆举办的国际摄影器材博览会上进行展出，从此相机进入了电子新时代。该款式的相机最早被称为（Electronic Still Camera）电子式静像相机。数码相机的{dy}次实战是在1984年的美国洛杉矶奥运会的新闻报道中，日本的新闻记者用这种相机即时进行体育比赛的拍摄后将体育比赛图片通过网络传回本国新闻总社，马上在总社还原成单色和彩色照片刊登在当日的报纸上。日本新闻记者在实战中首次验证了数码相机的方便快捷以及它和网络相结合后所产生的巨大潜力，xx改变了传统相机进行新闻拍摄的模式。由于这次新闻报道的巨大成功，数码相机具备了商业价值，鉴于广阔的市场需求，日本富士和东芝公司在1988年共同开发了DS-IP型相机，这款相机带有内置存储卡可满足十几万像素的新闻拍摄的要求。以该型号相机为代表，数码相机正式进入市场，开始批量生产。几年之后，数码相机的应用邻域迅速涵盖了新闻、文艺、印刷、教育、公安、商业、科技、广告、卫生、家用等各个方面。

随着科学技术的飞速发展，以及中国国力的日益强盛，数码相机已经迅速走入了中国的寻常百姓家。

二、数码相机的优点

数码相机在刚刚进入市场时，画面质量粗糙、存储卡容量极小、色彩还原也不准确、价格极其昂贵，这些都限制了数码相机的普及。可是短短十几年间，数码相机的已经变成质量高级化、功能智能化、操作简便化、品种多样化、价格平民化。

数码相机和传统相机一样，充分吸收了当代的{zx1}科学技术并加以创新利用，这就使得数码相机具备了以下的优点：

１、不用胶片、不用暗房

传统相机在拍摄时要携带大量的各种类型的胶片，而且在拍摄后要在专业暗房中才能进行冲洗，这些对于摄影人来讲都需要高额投入。可是数码相机的拍照只需要携带几块存储卡或是数码伴侣就可以了，回来后自已在电脑上进行后期创作，根本不需要暗房，大大提高了工作效率，降低了成本投入。

512MB的存储卡的价格是200元左右，可以拍摄高画质的照片600张左右，可以反复擦写十几万次。600×100,000=60,000,000张照片。

２、即拍即得，反馈快速

传统相机在拍摄后不能马上知道拍摄的效果，要在暗房冲洗后才能看到所拍摄的照片是否成功，这就加大了成本了的投入。在数码相机中可以在拍摄后马上在显示屏上看到所拍摄照片的效果。如果效果很好则予以保存，效果不好马上删掉进行重拍，这样不仅提高了拍摄质量，也节省了大量的金钱投入。而且一些重要瞬间是不可能重来的，所以即拍即得，可以保证我们把遗憾减至最小。

３、存储卡可以反复擦写利用

传纺相机所使用的胶片利用化学原理进行显影只可以使用一次；而数码相机的闪存卡是物理方式的存储，可以反复擦写十几万次或是几十万次。

４、画面演示多样、快捷

传统相机只能在拍照完成后等待冲洗出照片后方可与人共赏，数码相机不仅可以在拍摄的同时与人欣赏，还可以连接上电视、电脑、投影仪等演示设备进行放映，可以保证多人、多地同时欣赏。

５、图像{yj}保存并可以无限复制

传统胶片只能在特定的温度下才能保存至二十或三十年左右，而且每一次利用胶片冲洗照片都是对胶片的一次破坏，霉变及彩色失真更是不可避免。而数码相机的图像的存储多为物理性存储，可以在常温下无限期保存，无限制的多次复制也不会有色彩的衰减和色彩失真的事情发生。

６、后期创作更是锦上添花

数码相机的生产厂家都会在随机软件中添加后期制作的程序，市场上的一些成熟的后期制作软件更是多得不可胜数，这些后期制作软件的功能极其强大，真可谓：“只有您想不到，没有我做不到。”

７、可随时打印样张

数码相机可以通过专业冲洗店有选择的打印四寸样张，或是利用便携式小型打印机打印二寸小样来分析改正照片的色彩还原、曝光等技术参数的设定　　　　　　

８、有利于环保

传统胶片利用银盐显影，对环境会造成重大污染。而数码相机所使用的存储介质都为可降解材料对环境不产生污染，有利于环保。

三、数码相机的工作原理

景物――镜头（光学系统）――CCD芯片或CMOC芯片（图像传感系统）――ADC模数转换器――DSP数字处理器（微电脑处理器）――存储卡――显示屏――电脑――打印机

数码相机的工作可以分为以下三个阶段：

（一、）{dy}个阶段为“获取景物”阶段

数码相机获取景物的原理和传统相机是xx一样的，都需要有一个实际的景物在那里，通过镜头将该景物反射出来的强度、明暗度各异的光线照射到图像传感器上。

（二、）第二个阶段为“数字处理”阶段

（强光、弱光、明亮的光、暗光、明暗之间的光）光→电荷→数字信号→可视图像

１、光图像捕捉与光电转换

当数码相机将被摄景物的影像聚焦在CCD芯片的传感器上，CCD芯片中的图像传感器中的光电二极管开始记录亮光、暗光和明暗之间的光。每一个传感器又是一个光的捕捉器，其中的光电二极管把投射到它上面的光脉冲通过光电效应转化成电荷，当数码相机曝光结束时，传感器中存储了各种光的分布。

数码相机的传感器中的光电二极管在捕捉强光上要比捕捉暗光和明暗之间的光的数量要多得多，这就使得强光被转换成的电荷比其它两个光线的电荷数量多许多，因此，在{zh1}重组图像时表现亮光部分的细节、颜色、质感等方面比其它光线部分要好出许多。光电二极管比传统胶片捕捉光线的能力更强而且对亮光尤其敏感，数码相机因为有这个特点，所以在曝光中要注意曝光量的组合，宁可让曝光不足也尽量不要过，不要让传感器中的光电二极管存储过量的亮光以免其进入饱合状态。

随着科学技术的不断进步，光电二极管也变得更敏感，即使光线很弱也能够快速捕捉，光电转换的速度大幅度提高，大大降低了数码相机的延迟速度。

２、CCD信号的传输

当光线经镜头成像在CCD上时，每个光电二极管会因其感受到的光的强度不同而耦合出不同数量的电荷，通过译码后电路收取每一个光电二极管上耦合出的电荷并形成电流，然后由CCD传输和读出到模拟信号处理器。CCD的信号传输方式有FT帧式传输和IT插写传输这两种方式。FT帧式传输方式像小桶的接力一样来传输信号，因此FT帧式传输方式可以确保像素尺寸，感光比较优秀，可是生产成本偏高，应用范围不广。在目前使用的所有数码相机中都几乎使用IT插写传输方式，IT插写传输方式对于数据的传输速度而言比FT帧式传输方式速度要快很多，目前数码相机专用的CCD芯片采用的IT传输方式都能够将所有的数据一次性全部传输出来，使用的是逐行扫描方式。

３、信号的放大

电荷信号被收集到CCD芯片后，它被转换出CCD阵列，模拟信号处理器电路对信号进行放大和滤波处理。因为原始信号很微弱，在CCD芯片上的光电二极管中储存的暗光信号只有几毫伏，而且有噪音信号伴随，要想达到取得最终高品质的影像，要对信号进行信号的放大。

滤波，是指把不同频率的电磁波振荡分离开，只让所要的频率通过。

要想达到最标准的静态图像，信噪比应在42比特左右，大多数的CCD芯片信噪比可达60比特，对画质的影响不大。

４、模数转换

在对模拟信号进行滤波、放大之后，模拟数字信号要通过ADC模数转换器转换为二进制数值，ADC模数转换通常有8位或10位二进制位，可以覆盖整个信号的动态范围。

CCD芯片只能感应光信号不能生成数字信号，而电子产品又只能存储数字形式的信息，因此，数码相机必须通过ADC模数转换器将CCD捕捉到的光信号转化为相机可解读的数字信号。

５、单色数字影像的彩色化

因为CCD芯片上的图像传感器是一种只能感受黑白颜色的传感器，因此被转换成数字信号影像的还只是单色的，只有灰度的变化。为了能够增加颜色信息，通常在CCD芯片的钜阵上镶嵌彩色滤镜或用三棱镜、五棱镜分光再由多块CCD芯片分别感光这两种方法。

①镶嵌式彩色滤镜的方式

这种方法是将彩色滤镜嵌在CCD芯片的钜阵中，相近的像素使用不同颜色的滤镜，只让特定颜色的光线通过，从而获得颜色信息。

镶嵌式滤镜一种是镶嵌色彩还原力较好的原色系滤镜，一种是镶嵌解析度较高的补色系滤镜。镶嵌式滤镜都是四个一组，覆盖在每一个像素上。

原色系滤镜包括1个红（R），2个绿（G），1个蓝（B）构成。

补色系滤镜包括黄（R+B），青（G+B），洋红（B+R），绿（G）四种各一个构成。

原色系滤镜由于是将光线的三种原色分别加以识别，因此在色彩还原上很优异。补色系滤镜使用绿色换算得到三原色的信息，和原色系滤镜相比分光性比较差，但是解像力优于原色系滤镜。此外，从分光特性来看，滤色镜灵敏的高低要受到CCD芯片受光面积大小的影响，还受CCD芯片透光量的影响，根据测试，补色系滤镜能够透过的光量是原色系滤镜的1.5倍，所以在分光的灵敏度上也是补色系滤镜比较优秀。

补色系与原色系滤镜成像的原理是一样的。在记录照片的过程中，相机从每个像素获得信号，微电脑处理器对相邻的传感器的信号强度值进行插值运算，并将相邻的四个滤镜的三原色信号合成一个，最终得出每一个像素点的RGB色彩值来。但这种方式产生的图像无法达到专业极的锐利度。

②三棱镜、五棱镜分光方式

三棱镜、五棱镜分光方式是使用三棱镜或五棱镜，将从镜头射入的光分成几束，每束光都由不同的内置光栅来过滤出某一种三原色或补色，然后使用多块CCD芯片分别感光，再将这些CCD芯片上的图像合成出一个高分辨率、色彩还原精准的图像。

该方式可以做到同点合成，因此拍摄的照片清晰度极高，但图像的数据太多，对相机的缓冲区以及微电脑处理器等一系列部件要求都非常高，价格也就非常昂贵，多在三、五万元左右。

６、数字彩色影像的形成

在影像彩色化完成后，DSP数字信号处理器解读由ADC模数转换器所传来的彩色图像数字资料，并将其生成最终的彩色图像。

DSP数字信号处理器是生成数码图像的最关键的部件。它能够改善影像质量和减少色差、进行曝光修正、影像增强、调整白平衡、密度校正、自动聚焦、影像锐度修正、自动测光等等大量的功能处理。

DSP就是俗称的微电脑处理器，所有关于数码相机的种种功能、设置都存储在这里。

（三、）第三个阶段为“影像的存储与输出”阶段

数码相机在存储图像时绝大多数采用JPEG有损压缩格式存储，以便能在有限的存储空间存储更多照片。专业级的数码相机多采用TIFF无损压缩存储格式。最近柯达公司采用了其专用的RADC压缩方式，这种存储方式可以使失真度减至{zd1}，但是许多其它厂家的做图软件无法解读这种格式。

图像经过存储后可以通过电脑、电视、打印机、投影仪等多种方式进行输出。

四、数码相机的工作系统

数码相机有光学调焦系统、曝光系统、光学取景系统、图像传感系统、信号处理系统、影像存储系统、功能操作系统、闪光系统、LCD显示屏系统、电池供给系统、输出系统、相机附件系统。

  光学调焦系统

光学调焦系统又称镜头系统。镜头是数码相机的重要组成部分，被摄景物必须通过镜头才能成像到CCD芯片上，一个性能优良的光学镜头是获取高质量的图片的重要保证。数码相机的镜头充分吸取了传统相机镜头的高分辨率、准确的色彩还原力、丰富的层次质感等诸多优点，所以现在专业型的数码相机多采用传统相机的镜头。

由于数码相机的镜头系统和传统相机的镜头作用相同，结构相同，因此在镜头的构成、镜头的焦距、镜头的分辨力、镜头的有效口径等衡量标准上xx相同。

１、镜头的构造

由于数码相机的CCD芯片比传统相机的胶片要小得多，所以要求镜头的构成方面、材质的要求方面也就更高。

①镜头的材质

镜头的材质多为磨光玻璃组成，也有用透明塑料压制而成的。

②镜头的构成

好的镜头由多组、多片透镜组成。

透镜又分为凹透镜和凸透镜两种，凹透镜中心部分薄，边缘部分厚，它只能发散光线；凸透镜中心部分厚，边缘部分薄，它有汇聚光线的能力。用这两种透镜粘合成的透镜组合，又称为复式透镜。

现在的相机镜头的构成有单片结构、对称式结构、非对称式结构这三种。低档相机多采用单片式结构。其余类型的相机多采用对称式结构、非对称式结构来组成镜头，这种镜头能较好的校正球面差、像散引起的像差等缺陷。

２、镜头的焦距

由无限远射来的平行光线通过镜头折射在主轴上汇聚成清晰的一点，这个汇聚点就是镜头的焦点，由焦点至镜头中心的距离，称为焦点距离，简称为焦距。

焦距用F表示，单位为mm。8mm,18mm,28mm,50mm,105mm,200mm……

焦距的长短和成像的大小有密切的关系。在同一距离拍摄景物，用不同焦距的镜头，则焦距长的镜头拍摄的景物成像大，焦距短的镜头成像小。

从镜头中心到景像之间的距离叫像距，被摄景物到镜头中心之间的距离叫物距。

在使用标准焦距镜头时，物距远则像距近，物距近则像距远；物距远，成像小，物距近，成像大。

３、镜头的视角

镜头的视角大小取决于镜头焦距的长短。

①标准镜头的视角相当于人的眼睛的视角，为45度角左右。

②广角镜头的视角大于45度角，为75度角左右。

③望远镜头的视角小于45度角，为30——5度角左右。

④鱼眼镜头的视角为230——180度角左右。

４、镜头的种类及其用途

①标准镜头

标准镜头视角为45度角，焦距为45-55mm之间。

标准镜头拍摄出来的图像xx效果与人眼观看的实际景物的xx效果极其接近，拍摄的景物没有变形，符合人的欣赏习惯。

②广角镜头

广角镜头视角为75度角，焦距为24-38mm之间。

广角镜头景深长，适合于拍摄前后景深都清晰的图像；广角镜头视角大，也适合于拍摄范围广的场面。综合以上两个特点，可以在受限制的距离内拍摄景深长，视角大的图像。

广角镜头在近处拍摄景物时，景物会产生大的变形。会出现前大后小的现象。因为广角镜头的这个特点，所以常被用来突出前景，夸张景物的空间纵深感。

③望远镜头

望远镜头视角为30-5度角，焦距为80mm以上。

望远镜头与广角镜头的效果相反。焦距长，视角窄，在相同距离拍摄，望远镜头只能拍到很小范围内的部分景物。用它拍摄的景物，xx关系被压缩，好像缩短了前后景物的实际距离。望远镜头的景深短，在实际拍摄时，超出被摄物前后景深范围的物体都被虚化成模糊的景像，利于突出主体。

④鱼眼镜头

鱼眼镜头的视角为180-230度角，焦距为20-8mm之间。

鱼眼镜头分为圆形鱼眼和矩形鱼眼两种镜头。圆形鱼眼拍摄出来的图像呈圆球形，而矩形鱼眼拍摄出来的图像中间呈矩形圆。

鱼眼镜头的景深特别长，从一米远至无限远都可以拍摄出清晰的景象。

鱼眼镜头拍摄的景物畸变严重，不适合表现直线，适合于拍摄圆形的景物，它拍出的画面，中心部分曝光略过，而四周曝光不足。利用它的极不正常的xx规律，可以拍摄出特殊效果的图片。

⑤微距镜头

微距镜头是供近距离拍摄小物体的一种专用镜头。它可以在几厘米处对景物对焦，拍出１：１或是１：２倍率的景像。

微距镜头的景深范围极小，景物没有畸变，可以xx还原。

⑥变焦镜头

变焦镜头分双环变焦和单环变焦镜头两种。

变焦镜头的焦距范围很大，可以从28mm至200mm，涵盖了广角、标准、人像、望远。

目前单反数码相机可用变焦镜头最短焦距为16mm，最长焦距为1700mm，变焦范围越来越大，质量越来越好。目前数码相机的变焦镜头多采用单环变焦镜头。

变焦镜头由多组光学镜片组成，通常包括调焦组、变焦组、补偿组、快门及后固定组等基本部分。镜头内部设有光圈、电机、控制电路。

调焦组镜片主要实现聚焦功能。它沿着光轴方向前后移动其位置来达到聚焦目的。该组镜片与镜头外部的聚焦环相连接，通过调节聚焦环可以改变聚焦组镜片沿主光轴方向上的位置，从而改变成像景物的物距。

变焦组镜片是用来改变镜头的焦距，实现变焦以获得不同图像的放大率。

补偿组镜片在变焦组的变焦过程中仍要保持图像清晰，使变焦过程中成像面偏离CCD的距离限制在允许的范围内。

后固定组镜片是把成像转换至CCD上。

⑦数字变焦镜头

数字变焦镜头不是镜头可以进行变焦，而是利用自身的微电脑处理器，将照片数据通过插值方式放大后显示出来的倍率放大。该方法是数学方式获得的放大效果，随着倍率的放大，画质和分辨率都随之降低。因此，该方式只适用于低档数码相机使用。