数码相机的基础

数码相机的基础－数码相机原理胶卷相机和数码相机，虽然核心组件不同，但拍摄某特定场景的方式是相同的。下面就介绍相机的基本原理。数码相机与胶卷相机都是拍照用的工具。数码相机和胶卷相机的机械性能有所差异，但是也有相同点，那就是均利用光形成瞬间的影像。人们总是说，照片是光的艺术。就是说，摄影的关键在于怎么利用光效。两者的最大区别在于，胶卷相机把图像存储在胶卷上，而数码相机利用CCD这个半导体解析图像，然后把数字化的图像保存到存储卡上。数码相机形成照片的过程如下。照片的形成原理是，由镜头收集被摄体的反射光并形成焦点，而这些光通过调整进光量的快门，以及可以改变口径的光圈，最后在CCD或胶卷上形成影像。CCD是区别胶卷相机和数码相机的决定性器件。CCD是ChargeCoupledDevice的缩写，是“电荷耦合器件”。CCD是特殊的半导体器件，上面有很多感光元件，它起到将光线转换成电信号的作用。各个感光元件分别接受由镜头聚集并对焦形成的影像。CCD也是决定照片分辨率的核心要素。数码相机的CCD只识别图像的黑白，为了获得色彩信息，在镜头和CCD之间安装颜色滤镜，从滤镜中获取色彩信息，并最终获得颜色。使用较多的滤镜包括RGB原色滤镜和CMY补色滤镜。就这样，形成照片的过程中镜头和光圈以及快门之间的相互作用，会使图像发生很大的差异。CCD的实际大小从数码相机性能参数表的CCD部分可以看到，它有像素和大小两种基本指标。一般都写为1/1.8英寸，有效像素380万（总像素400万）这样的形式。这里的1/1.8英寸指的就是CCD的大小，有效像素380万（总像素400万）指的就是CCD的像素数。如果这样的话，CCD的实际大小果真就是1/1.8英寸么？许多用户都觉得给出的产品参数应该不会有问题，所以丝毫不加怀疑，但实际上并不是这样。我们以标记为1/1.8英寸的CCD为例。1/1.8英寸换算成实际单位的话约为0.555英寸大小，换算成毫米（mm）单位的话约为14.1mm。但1/1.8英寸CCD的对角线真的有14.1mm么？如果说实际长度真有14.1mm的话就没有问题了，可偏偏1/1.8英寸CCD的对角线的实际长度只有8.93mm。那剩下的1/3，即5.17mm到底跑哪儿去了呢？其实，以这种方式标示出来的大小和实际大小的差异在于，1/1.8英寸不是传感器的大小，而是真空管的尺寸。1/1.8英寸的形式是从1950年开始，为了表示真空管的尺寸而使用的，所以这1/1.8英寸指的不是传感器对角线的长度，而是它周围一圈真空管的直径长度。为了帮助理解，下面就让我们来看看图例吧。下面左图中，黑色部分为真空管，绿色长方形部分为传感器。1/1.8英寸（14.1mm）指的是围绕在传感器周围的真空管（圆）的直径，而绿色传感器的对角线长只有8.93mm，所以会有5.71mm的误差。另外还要注意的一点就是，传感器的宽度（绿色长方形）约为周围真空管（圆）直径的2/3。粗粗看的话并不会觉得真空管和传感器在尺寸上有什么数学关系。但CCD的面积也约为真空管实际有效面积的2/3，所以至今仍采用的是真空管直径表示方法。但为什么不直接用mm来表示CCD大小呢、因为和电视机、电脑屏幕一样，表示对角线长度时习惯上使用英寸。另外，用表示真空管直径的方式还能覆盖CCD的实际大小，所以自然而然地把这种1/1.8英寸的表示方式沿用至今。数码相机的基础－感光度、焦点、曝光的调整摄影过程中能够对准焦点和曝光度就可认为成功了一半。焦点和曝光度是最基本的，也是最难调整的。普通的数码相机快门按下一半就可固定焦点和曝光度，我们可以先固定焦点和曝光度，再完全按下去拍摄照片。•ISO感光度：感光度表示对光的敏感程度，提高感光度就可在光线不足的地方拍摄照片。但是感光度越高，粒子越粗糙，画质就越差，因此要合理设置感光度。我们可以利用菜单按钮设置感光度，通常设为自动或ISO100。•自动对焦（AutoFocus）、手动对焦（ManualFocus）：半按快门属于自动对焦，支持手动功能的相机中可以手动对准焦点。手动调焦的最理想的状态应是直接观察通过镜头产生的影像，并调整镜头的聚焦环（focusring），这是DSLR相机的典型做法。最近，部分普及化数码相机中也设置了菜单调焦功能。•调节曝光度：我们可以通过改变光圈值和快门速度调整曝光度。光圈值决定光照度，快门速度则决定被曝光的时间长短。以后我们会详细介绍曝光度的各个功能选项。调整白平衡白平衡决定照片的色彩。若拍摄出的照片颜色与被摄体有差异，那么我们就要调整白平衡。白平衡的关键因素是色温，摄影地点的照明，即色温决定了相片所表现的色彩。通常，预先调好白平衡，然后再去拍摄照片。半按快门的对焦手法多数人认为，DSLR相机的大部分功能都要手动调整，操作起来非常不方便。因此，很多人根本没有接触DSLR相机，就已经退缩了。要想手动调整所有功能确实消耗时间。先学会利用相机的自动功能摄影的技巧，然后学习手动操作，也是不错的选择。半按快门对焦，是指快门按下一半左右，而不是全部，这种自动对焦功能大大提高了摄影的便利性。先把被摄体安排在相机的中心，半按快门方式焦点对准到被摄体上。接着，半按快门的状态下重新调整构图，然后完全按下快门，这就可以拍出对焦后的被摄体照片。半按快门，对前面的人物对焦后，重新调整构图拍摄的照片半按快门，对后面的人物对焦后，重新调整构图拍摄的照片相机的正确手持方法基本设置好了相机，就要按下快门键拍摄照片。为了拍出不抖动的图像，一定要拿稳相机。拍摄照片时，应该收紧手臂，一手用于按动快门，另一只手托住相机，以最稳定的姿势拍摄照片。若能使用三脚架，更具稳定性。与传统相机相比，传统相机使用“胶卷”作为其记录信息的载体，而数码相机的“胶卷”就是其成像感光器件，而且是与相机一体的，是数码相机的心脏。感光器是数码相机的核心，也是最关键的技术。数码相机的发展道路，可以说就是感光器的发展道路。目前数码相机的核心成像部件有两种：一种是广泛使用的CCD（电荷藕合）元件；另一种是CMOS（互补金属氧化物导体）器件。电荷藕合器件图像传感器CCD（ChargeCoupledDevice），它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。互补性氧化金属半导体CMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor）和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带–电）和P（带电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。然而，CMOS的缺点就是太容易出现杂点,这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。在相同分辨率下，CMOS价格比CCD便宜，但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。到目前为止，市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为感应器；CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上，若有哪家摄像头厂商生产的摄想头使用CCD感应器，厂商一定会不遗余力地以其作为卖点大肆宣传，甚至冠以“数码相机”之名。一时间，是否具有CCD感应器变成了人们判断数码相机档次的标准之一。由于CMOS传感器便于大规模生产，且速度快、成本较低，将是数字相机关键器件的发展方向。目前，在佳能（CANON）等公司的不断努力下，新的CMOS器件不断推陈出新，高动态范围CMOS器件已经出现，这一技术消除了对快门、光圈、自动增益控制及伽玛校正的需要，使之接近了CCD的成像质量。另外由于CMOS先天的可塑性，可以做出高像素的大型CMOS感光器而成本却不上升多少。相对于CCD的停滞不前相比，CMOS作为新生事物而展示出了蓬勃的活力。作为数码相机的核心部件，CMOS感光器以已经有逐渐取代CCD感光器的趋势，并有希望在不久的将来成为主流的感光器。