⑴ 数码相机成像原理的介绍和结构
物体放在焦点之外,在凸透镜另一侧成倒立的实像,实像有缩小、等大、放大三种。物距越小,像距越大,实像越大。物体放在焦点之内,在凸透镜同一侧成正立放大的虚像。物距越小,像距越小,虚像越小。下面是我给大家带来的数码相机成像原理的介绍和结构,希望你帮到大家!
1、数码相机成像原理——简介
数码相机,英文全称:Digital Still Camera ,是一种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机。与普通照相机在胶卷上靠溴化银的化学变化来记录图像的原理不同,数码相机的传感器是一种光感应式的电荷耦合器件(CCD)或互补性氧化金属半导体(CMOS)。在图像传输到电脑以前,通常会先储存在数码存储设备中。通常是使用闪存;软磁盘与可重复擦写光盘(CD-RW)已很少用于数码相机设备。
2、数码相机成像原理——结构
无论是哪种款式的数码相机,大都包括镜头、闪光灯、劝器、影像传感器以及按键几部分。
镜头——是一部相机的重要组件之一,可以说是相机的灵魂,数码相机采用什么镜头是一个非常重要的参数,也是区分不同档次相机的重要指标。
闪光灯——是增加曝光量的方式之一,尤其在光线较暗的场合,利用闪光灯可以使景物更加明亮。数码相机内置的闪光灯一般有三种模式,即自动闪光、强制闪光和关闭闪光,有的相机还具有消除红眼、慢速同步闪光等功能。
劝器——数码相机上使用的劝器有多种类型,包括LCD劝器、单反式劝器、旁轴式劝器等,现在数码相机几乎同时配备有普通光学劝和LCD劝,用户可根据具体的情况进行选择。
影像传感器——目前数码相机所使用的影像传感器有CCD和CMOS两种类型。CCD被广泛应用于大部分数码相机上,它由大量独立的光敏元件组成,这些光敏元件通常按矩阵排列。
按键——在进行拍摄工作时,传统相机大都通过按键或者转动转盘来实现,而数码相机是通过菜单来选择功能的,若在进行抓拍时,直接按按键比使用菜单进行设置更加快捷。
3、数码相机成像原理
数码相机是集光学、机械、电子一体化的产品。它集成了影像信息的转换、存储和传输等部件,具有数字化存取模式,与电脑交互处理和实时拍摄等特点。
当打开相机的电源开关后,主控程序芯片开始检查整个相机,确定各个部件是否处于可工作状态。如果一切正常,相机将处于待命状态;若某一部分出现故障,LCD屏上会显示一个错误信息,并使相机完全停止工作。
当你对准拍摄目标,并将快门按下一半时,相机内的微处理器开始工作,以确定对焦距离、快门的速度和光圈的大小。当按下快门后,光学镜头可将光线聚焦到影像传感器上,这种CCD/CMOS半导体器件代替了传统相机中胶卷的位置,它可将捕捉到的景物光信号转换为电信号。
此时就得到了对应于拍摄景物的电子图像,由于这时图像文件还是模拟信号,所以还不能被计算机识别,需要通过A/D转换成数字信号,接下来微处理器对数字信号进行压缩,并转换为特定的图像格式,最后以数字信号存在的图像文件会以指定的格式存储到内置存储器中,此时通过LCD可以查看所拍摄到的照片。
拓展:数码相机常见问题
1、问: 买数码相机时,什么是像素的基本考虑?
答: 你的需求,你会用多少的分辨率去照,就用多少像素的相机。比方说,你永远不想要用超过1600 x 1200的分辨率,那你只要买到两百万像素的相机。不需要三百万或更高的。因为购买数码相机花费的钱很重要的一部份就是在这X百万像素上,这也是为什么很多数码相机产商通常都会同时推出性能功能配置一样、而仅仅在像素方面有差别的所谓“姐妹机”的理由,例如三星V4和V3,奥林巴斯的U300和U400以及佳能A60和A70都属于这类情况。如果你用不到更多的像素,大可买低一点的产品,省下的钱可以买更好功能或是一些配备。
2、问: 三百万像素不是一定比两百万像素好吗?
答: 如果您真的用到完全的分辨率,其它的条件又一样,那是对的。但是呢,如果您根本不用最高分辨率,那用三百万像素的相机只拍1600 x 1200或更低,和用两百万像素相机是一样的。但是,您又多花了不少钱去买三百万像素的相机。
3、问:怎么会有人比较喜欢用低像素的相机?
答: 原因很多。首要原因是,这样图档占内存大小小,可以多拍几张,另外呢,计算机处理也比较容易方便。如果只是为了流行,买了三百万,四百万,甚至更高像素的,最后发现用最高分辨率拍没几张,您就知道最高分辨率的相机,不一定最适合您。
4、问:如果我照片要洗出来,大概要多少?
答: 这是很主观的。目前数码冲印主流尺寸是6吋的照片(全国普遍价格是1.8—2.5元一张,网上冲印价格更便宜些),一般建议一定要130万像素以上的水平,2百万像素是最合适的,3百万像素当然更好。对于风景照片其差别可能比较明显一些,但是一般人像不一定能够强烈感受出差别来,在一些要求不高的情况下,100万像素都可以冲印出7吋的照片,而且效果还是基本可以接受的。我们再给出一个底线给大家:冲印5吋照片,80万像素是可行的。
5、 问: 如果我只要某个大小的相片,比方说800 x 600好了,或是更小的。我是不是买个分辨率刚好一样的数码相机就好了呢?
答: 当然不是,高分辨率的效果提升还是很显着的,通过大分辨率照片缩小后得到的照片,其清晰度还是比直接就用这样的分辨率去拍来得清楚,例如把2048×1056分辨率(300万像素级别)拍摄的照片缩小到640×480分辨率的效果,要比直接用640×480拍摄的效果好哦。
6、问: 我首要的就是品质,而且不在乎图占内存很大,是不是越高像素的越好?
答: 基本上是的。但是您真的要确定您真的就需要这么高的像素,因为您的钱很多是花费到这上面。高像素还有不少好处。比方说因为像素多,您要裁切的自由度就变大了等等。高像素是值得的,如果您真的需要,真的会去使用这在数码相机是个很基本的问题。不过呢,很多初学者会有点点困惑或是迷思,因为需求不会总是一成不变的。
7、问:我跟朋友在户外照相时,她拍的就很清楚,为什么我拍的就是很“花花” ?明明是大白天,拍起来却像是恐怖片?
答: 加强数码相机基本功训练,要知道DC的快门操作是有诀窍的哦。首先你要了解长在相机头顶那个圆圆的快门钮,通常是两段式的设计,轻轻地半按,相机就会进行所谓的“对焦”或是“合焦”的动作,目的是调整让你朋友进入清楚的拍摄范围,全按时开始拍摄。
你如果一按就到底,它来不及对焦,拍的结果,拍摄的对象就会因为对焦不准而变得模糊
这里讲一个“安全快门”的观念,傻瓜数码相机的安全快门通常在 1/30s 或是 1/60s ,相机“喀嚓”的瞬间,相机就执行曝光过程,这个时间如果低于 1/60s(当然对于高手来说,可以达到1s的稳定拍摄) ,便很容易因为手的晃动,而让画面变的很模糊。在一开始,应该先找光线明亮、充足的地方拍照,快门就会跳至 1/60s 以上。其次,拍摄时不要太激动,要屏气凝神,稳定双手,否则就会拍出“恐怖片”了!
8、问:快门速度代表什么?B快门又是什么意思!
答: 快门速度代表的是曝光时间的长短,光线越充足,所需的曝光时间越短,光线不足的`状下,所需的曝光时间越长,在长时间的曝光,需注意的是手震的问题,通常长时间曝光需要搭配脚架来稳定相机,让画面不会产生晃动的残影!
B(Bulb)快门是自己控制快门开启的时间长短,在按下快门键时,快门就开启,直到你的手放开后,快门才会合上,使用B快门时通常会配合快门线一起使用!
9、问:我用数码相机拍照时,储存JPG时,FINE NORMAL BASIC有什么不一样,TIF又有什么不同?
答: FINE NORMAL BASIC分别代表JPG格式照片的压缩率,通常FINE为1/4的压缩率,NORMAL为1/8,BASIC为1/16,在画质上,压缩的越小,损失的细节会较多,所以一般来说,都建议使用FINE的压缩率来达到一定的品质!
TIF是非压缩储存格式,不会有因为压缩后,照片细节的部份损失,但相对的,一张照片的大小也会变得很大,以3百万像素的相机来说,一张未压缩的TIF照片的大小高达10MB左右!
10、问: 为什么我用夜景模式拍摄,每张照片都是模糊的?
答: 一般相机的夜景模式,是借由拍摄夜景的习惯,去作调整,所以通常夜景模式会把光圈缩小,曝光时间拉长,在长时间曝光下,只用手持难保相机不会晃动,所以会造成影响是模糊的!
使用夜景模式拍照时,最好搭配脚架的使用,这样才不会因为手震而影响到画面的品质!
11、问: 光学变焦和数字变焦有什么不同?
答: 光学变焦是只由光学镜片的折射,把相机的焦距有广角和望远的变换,但由于一般相机的望远倍率不足,所以在数码相机上有数字变焦!
数字变焦是将画面以软件仿真的方式去放大,相当于我们使用绘图软件去放大画面一样,这样可以用最少的成本去换取长焦距的摄影,但是由软件放大的影像会影响到画质,放的越大越明显,所以一般数码相机都不建议采用数字变焦,反而各家厂商推出加倍镜,以光学的方式来达到望远摄影的目地!
12、 问:前些时候我购买了一台数码相机,但是在使用时却发现用数码相机拍出的照片中总会有一些杂点出现,这是为什么呢?
答:你可以用相同的图像设置再拍几张照片试试,如果杂点总是出现在同一个位置,就说明这台数码相机存在坏点,一般厂家对坏点的数量有规定,如果坏点数量超过了规定的数量,可以向经销商和厂家更换相机。假如杂点并不是出现在相同的位置,则说明这些杂点是由于使用时形成的噪点,这种情况可以通过下面的方法来减少噪点的数量:
1、远离手机收音机等电磁源,因为它们所发射的电波会干扰数码相机中的电子元件的工作。
2、保证电池电力充足,因为当电池电力不足时,相机的机械运动部分会发出较大的噪声,从而产生更多的噪点。
13、问:因为我原来的数码相机只能存础8M的图片,于是我便添加了一张CF卡,但是使用CF卡以后发现拍摄的照片没有以前的效果好了,很多照片中出现马塞克现象,这是为什么呢?是不是扩充的CF卡损坏了相机。
答:如果是在扩充CF卡之后才出现的问题,那就便是由于CF卡的质量问题所造成的。尽管CF卡采用的是标准的ATA接口,兼容性要比SM卡和MMC要好得多,但是某些小厂生产的CF卡可能会因为加工粗糙,使得在相机内无法正常工作,造成存贮的数据出错,造成了图像的损坏。这种情况下只要更换CF卡就可以解决问题了。一般低质量的CF卡外观都比较差,建议大家购买一些大厂的产品,比如SanDisk、Lexar、Simple等,它们的质量都相当可*的,另外还有一些CF卡是由数码相机厂商请别的厂家代工的,质量也很也有保证。在购买时最好用自己的相机实际使用一下,这样可以避免发生发生这种情况。
14、问:我购买了一台数码相机,相机上带有"日光"、"阴天"、"白炽灯"和"日光灯"等预定义的白平衡,但是在有些时候使用这几种白平衡的效果也并不太好,有没有一个办法可以手工来设置白平衡呢?
答:数码相机的白平衡是一个很重要的设置,只有正确设置了白平衡才可以得到准确的色彩还原,大多数具有手动白平衡调节的数码相机设置方法都是切换到白平衡设置,然后选择"手动设置",再将镜头对着一个具有纯白色表面的物体(最方便的方法是找一张白纸,最好白纸本身不要太反光,这是手工设置白平衡最关键的地方),按下"*"按钮,即可手工设置白平衡。
⑵ 数码相机的成像原理是什么
通俗的讲
数码相机采用电子元器件成像而非胶卷——这是数码相机与传统相机最本质的区别所在。数码相机的成像器件主要分为两类:
CCD——英文ChargeCoupleDevice的缩写,中文名称“电荷耦合器件”。
CMOS——英文ComplementaryMetal-OxideSemiconctor的缩写,中文名称为“互补金属氧化物半导体”。
2、1)CCD是目前主流的成像器件,主要分为:
(1)R-G-B原色CCD:这是数码相机上应用的最多的CCD。
(2)C-Y-G-M补色CCD:早些时候尼康部分数码相机使用过这种补色CCD。
(3)R-G-B-E四色CCD:这是索尼最新发布的CCD,它比RGB原色CCD多出一个E(Emerale,翠绿)的颜色。
2)SuperCCD:是日本富士公司的专利技术,中文名称为超级CCD,由CCD演变而成,目前已经发展到第4代。
3)CMOS:作为数码相机成像器件出现的时间并不长,但发展却非常迅速,大有与CCD分庭抗争之势,其基本结构中的像素排列方式与R-G-B原色CCD并没有本质差别。佳能是CMOS阵营的主要支持者。
3、数码相机是怎样成像的?
a)光线透过镜头投射到感光元件表层;
b)光线被感光元件表层上滤镜分解成不同的色光;
c)色光被各滤镜相对应的感光单元感知,并产生不同强度的模拟电流信号,再由感光元件的电路将这些信号收集起来;
d)模拟信号通过数模转换器转换成为数字信号,再由DSP对这些信号进行处理,还原成为数字影象;
e)数字影象再被传输到存储卡上保存起来。
4、CCD有何特点?
CCD技术成熟,成像质量好,毕竟它是现在应用的最广泛的成像元件,但它也有其缺点:
1)耗电量大。早期的数码相机有“电老虎”的“美誉”,主要原因之一便来自CCD。虽然现在采用低温多晶硅显示屏等低能耗的部件在一定程度上降低了相机的功率,但CCD依然是数码相机的耗电大户——CCD从数码相机一开机便随时保持着工作状态,更是无谓地消耗大量的电能。
2)工艺复杂,成本较高。CCD复杂的结构决定了它制造工艺的复杂性,因而到目前为止,CCD还只有为数不多的几家电子产业巨头能生产。
3)像素提升难度大。CCD前两个缺点也直接导致了这一个缺点,CCD像素提升无非是通过两个途径:第一,保持感光元件单位面积不变而增大CCD面积,在大面积CCD上集成更多的感光元件。但是这种方式会导致CCD成品率降低,制造成本更高,功耗更大,在民用领域这是不现实的;第二,缩小感光元件单位面积,在现有水平的CCD面积上集成更多感光元件。但是这种方法会减少感光元件的单位感光面积,降低CCD整体的灵敏度和动态范围,影响画质。
5、CMOS有何特点?
CMOS在最近几年的发展速度相当不错,大有与CCD分庭抗争之势——就连目前最顶级的DSLR(单镜头反光数码相机)柯达(Kodak)DCS14n与佳能(Canon)EOS1Ds均是采用CMOS成像。
相比CCD,CMOS有两个最突出的优点:
1)价格低廉,制造工艺简单。CMOS可以利用普通半导体生产线进行生产,不象CCD那样要求特殊的生产工艺,所以制造成本低得多。而且CMOS尺寸与成品率都不如CCD有很多限制。
2)耗电量低。虽然CMOS的滤镜布局与CCD差别不大,但在感光单元的电路结构上却有很大差别。CMOS每个感光元件都具备独立的电荷/电压转换电路,可将光电转换后的电信号独立放大输出——这比起CCD将所有的信号全部收集起来再放大输出,速度快了很多。而且CMOS的感光元件只在感光成像时才会工作,所以比CCD更省电。但CMOS同样存在缺点,如果在使用数码相机时成像动作较多,那么CMOS在频繁的启动过程中会因为多变的电流而产生热量,导致杂波并影响画质。
6、怎样理解成像元件的基本参数?
成像元件是数码相机的核心,因而正确认识它的一些重要的参数是很必要的,这对了解数码相机的基本性能、如何选购数码相机都能带来不少帮助。
总像素——总像素是指数码相机成像元件上成像单元的数量,总像素为524万的CCD,就表示其上集成有524万个成像单元。数码相继在标示其性能时基本上都采用总像素。
有效像素——数码相机在成像时,感光元件边缘部分会因为光线的衍射而导致成像模糊,为保证成像的质量,感光元件上这部分的成像会被舍弃,所以感光单元不能100%被利用。而被利用起来的,即得到最终图象的这部分像素就成为有效像素。
尺寸——是指感光元件对角线的长度,常用单位为英寸。常见的有1/1.8英寸、1/2.7英寸、2/3英寸等。一般来说,感光元件尺寸越大,元件的性能与成像效果就越好。另外,数码相机的感光元件一般采用4:3的长宽比,比较特殊的则有3:2。
ISO——是指感光元件对光线感应的灵敏程度。数值越大,灵敏度越高,常见的数值有50、80、100、160、200、400等,目前数码相机感光元件最高ISO值可达3200。须要说明的是,虽然高ISO值可以提高数码相机在黑暗环境中的成像质量,但ISO越高,对画面质量的影响就越明显,出现的噪点就越多。
不通俗的讲
在对数码相机的特点和基本组件了解之前,下面来了解一下数码相机是如何工作的,这有利于更好地理解和掌握相机的各项关键参数,深入了解相机的性能。
当打开相机的电源开关后,主控程序芯片开始检查整个相机,确定各个部件是否处于可工作状态。如果一切正常,相机将处于待命状态;若某一部分出现故障,LCD屏上会显示一个错误信息,并使相机完全停止工作。
当用户对准拍摄目标,并将快门按下一半时,相机内的微处理器开始工作,以确定对焦距离、快门的速度和光圈的大小。当按下快门后,光学镜头可将光线聚焦到影像传感器上,这种CCD/CMOS半导体器件代替了传统相机中胶卷的位置,它可将捕捉到的景物光信号转换为电信号。
此时就得到了对应于拍摄景物的电子图像,由于这时图像文件还是模拟信号,还不能被计算机识别,所以需要通过A/D(模/数转换器)转换成数字信号,然后才能以数据方式进行储存。接下来微处理器对数字信号进行压缩,并转换为特定的图像格式,常用的用于描述二维图像的文件格式包括TagTIFF(ImageFileFormat)、RAW(RawdataFormat)、FPX(FlashPix)、JFIF(JPEGFileInterchangeFormat)等,最后以数字信号存在的图像文件会以指定的格式存储到内置存储器中,那么一张数码相片就完成拍摄了,此时通过LCD(液晶显示器)可以查看所拍摄到的照片。
前面只是简单介绍了其大致的过程,下面结合图1-1来详细地介绍相片成像的整个过程。
(1)当使用数码相机拍摄景物时,景物反射的光线通过数码相机的镜头透射到CD上。
(2)当CCD曝光后,光电二极管受到光线的激发而释放出电荷,生成感光元件的电信号。
(3)CCD控制芯片利用感光元件中的控制信号线路对发光二极管产生的电流进行控制,由电流传输电路输出,CCD会将一次成像产生的电信号收集起来,统一输出到放大器。
(4)经过放大和滤波后的电信号被传送到ADC,由ADC将电信号(模拟信号)转换为数字信号,数值的大小和电信号的强度与电压的高低成正比,这些数值其实也就是图像的数据。
(5)此时这些图像数据还不能直接生成图像,还要输出到DSP(数字信号处理器)中,在DSP中,将会对这些图像数据进行色彩校正、白平衡处理,并编码为数码相机所支持的图像格式、分辨率,然后才会被存储为图像文件。
(6)当完成上述步骤后,图像文件就会被保存到存储器上,我们就可以欣赏了。
⑶ 数码相机是怎样成像的
相机成像原理
相机
数码
发展史
组成
成像原理
一、发展史
照相机发展的第一阶段:
从
1839
年至
1924
年:
曝光时间长图像不清晰。
其中比较重大的事件有:
1861
年物理学家马克斯威发明了世界上第一张彩
色照片;
1866
年德国化学家肖特与光学家阿具在蔡司公司发明了钡冕光学
玻璃,产生了正光摄影镜头;
1888
年美国柯达公司生产出了新型感光材料
--柔软、可卷绕的“胶卷”
;同年,柯达公司发明了世界上第一台安装胶
卷的可携式方箱照相机。
第二阶段:从
1925
年至
1938
年:黑白感光胶片的感光度、分辨率和宽
容度不断提高;彩色感光片开始推广。其中比较重大的事件有:
1935
年,
德国出现了埃克萨克图单镜头反光照相机,
使调焦和更换镜头更加方便;
为
了使照相机曝光准确,
1938
年柯达照相机开始装用硒光电池曝光表。
第三个阶段:从
1939
至今:小巧化、自动化、电子化。其中比较重大的
事件有:
1956
年,联邦德国首先制成自动控制曝光量的电眼照相机
;
1960
年以后
,
照相机开始采用了电子技术,出现了多种自动曝光形式和电子程序
快门;
1975
年以后,照相机的操作开始实现自动化。
二、数码相机的组成
以前一般相机的基本组成:
1
)镜头
镜头使景物成倒象聚焦在胶片上。为使不同位置的被摄物体成象清晰,
除镜头本身需要校正。
2
)取景器
为了确定被摄景物的范围和便于进行拍摄构图,
照相机都应装有取景器。
现代照相机的取景器还带有测距、对焦功能。
3
)快门和光圈
为了适应亮暗不同的拍摄对象,以期在胶片上获得正确的感光量,必须
控制曝光时间的长短和进入镜头光线的强弱。于是照相机必须设置快门以控
制曝光时间的长短,并设置光圈通过光孔大小的调节来控制光量。
4
)输片计数机构
为了准备第二次拍摄,
曝光后的胶片需要拉走,
本曝光的胶片要拉过来,
因此现代照相机需要有输片机构。为了指示胶片已拍摄的张数,就需要有计
数机构。
5
)机身
它既是照相机的暗箱,又是照相机各组成部分的结合体。可用框图表示
照相机的最基本组成部分。
当今的数码相机是由镜头、
CCD
、
A/D
(模
/
数转换器)
、
MPU
(微处理器)
、
内置存储器、
LCD
(液晶显示器)
、
PC
卡(可移动存储器)和接口(计算机
接口、电视机接口)等部分组成,通常它们都安装在数码相机的内部,当然
也有一些数码相机的液晶显示器与相机机身分离。
三、成像原理
对胶片相机而言,景物的反射光线经过镜头的会聚,在胶片上形成潜应
影,
这个潜影是光和胶片上的乳剂产生化学反应的结果。
再经过显影和定影
处理就形成了影像。数码相机是通过光学系统将影像聚焦在成像元件
CCD/
CMOS
上,通过
A/D
转换器将每个像素上光电信号转变成数码信号,再经
DSP
处理成数码图像,存储到存储介质当中。
四、总结
相机的了解有助于我们对图像的形成过程的理解,从可以想到控制某些
因素来控制图像的各种特征。
(补充一下 照相机成像的原理简单的说就是在我们初中物理所学的知识 凸透镜 凹透镜 )