第三章 数字相机

1. 第三章　数字相机

2. 第三章　数字相机 本章基本内容： 第一节　数字相机的优势 第二节　数字相机的结构原理 第三节　数字照相机的分类 第四节 数字照相机的性能 第五节 数字照相机的附件 第六节 数字照相机的维护与维修

3. 数字相机是“静态式数字照相机”（Digital Still Camera）的简称，也称为数码相机；它是集光学、精密机械、电子、计算机技术结合于一体的产品，它的内部不但采用了许多数字控制芯片，并使用数字技术储存影像数据，更能直接使用计算机来处理所拍摄下来的影像。 第三章　数字相机

4. 　数字相机的发展已有二十多年的历史，SONY公司最早于1981年推出Mavica相机，当时由于影像压缩及半导体储存技术均尚未成熟，且为了能够直接透过彩色电视机显像，影像是以模拟的NTSC格式储存于2英寸的软式磁盘(Video Floppy)中，而且由于只能提供接近VHS的影像品质，并不能满足一般照相应用的需求。 第三章　数字相机

5. 80年代后期，数字信号处理IC化及记忆卡(memory card)技术逐渐成熟，Fuji公司首先在1988年推出全数字式的静态照相机，接着Olympus、 Ricoh、Canon、Konica及Minolta等公司陆续推出产品。这些早期的数字相机，虽然影像品质比模拟式的数字相机改进很多，不过仍采用NTSC的视频输出，在分辨率上并没有多大改善。 第三章　数字相机

6. 柯达DCS100 　一直到1990年Kodak以Nikon单反相机的机身为基础，使用130万像素的CCD (Charge Coupled Device)为影像感光器件，推出DCS系列相机，影像不再受限于NTSC的输出格式，数字相机的画质才大幅的提升。 第三章　数字相机

7. 90年代初期，CCD除了应用在消费及信息产品外，少数的美商如Kodak、EG&G等致力于发展大面积、超高分辨率的CCD影像传感器，以满足天文及基础科学研究上电子取像的需求，由于技术的成熟，这些高分辨率的CCD被用来制成专业用相机的数字后背，将数字影像带入专业摄影的领域。直至近年光电、半导体及数字处理技术的进步以及信息环境的逐渐成熟，才使了数字照相机大踏步地进入市场，几乎取代了传统的胶片相机，开启了数字相机的新时代。90年代初期，CCD除了应用在消费及信息产品外，少数的美商如Kodak、EG&G等致力于发展大面积、超高分辨率的CCD影像传感器，以满足天文及基础科学研究上电子取像的需求，由于技术的成熟，这些高分辨率的CCD被用来制成专业用相机的数字后背，将数字影像带入专业摄影的领域。直至近年光电、半导体及数字处理技术的进步以及信息环境的逐渐成熟，才使了数字照相机大踏步地进入市场，几乎取代了传统的胶片相机，开启了数字相机的新时代。 第三章　数字相机

8. 第一节　数字相机的优势 　数字相机与传统相机相比在制作工艺、拍摄效果、拍摄速度、存储介质、输入输出方式上有很多不同点。它的优势体现在以下几个方面： 一、不用考虑拍摄费用 二、随时看到拍摄结果 三、方便地进行编辑和传送 四、长期保持影像品质 五、节省储存空间 第三章　数字相机

9. 一、不用考虑拍摄费用 第 一 节　　 数 字 相 机 的 优 势 　　用传统相机拍摄,你会考虑到胶卷和冲印的费用。不会随意拍摄。但用数码相机就可以不考虑这些因素,拍摄后的影像可储存到计算机硬盘，然后，将存储卡文件删除后继续拍照。 第三章　数字相机

10. 二、随时看到拍摄结果 第 一 节　　 数 字 相 机 的 优 势 　　数字相机都有液晶显示器(LCD),它可以立即看到刚拍下的影像,如果拍的得不好,可以把影像删除,再重新拍摄。 第三章　数字相机

11. 三、 方便地进行编辑和传送： 第 一 节　　 数 字 相 机 的 优 势 　　数字影像可以通过软件方便地进行调整和修改。还可以通过E-mail的方式传送给世界的各个地方，是目前新闻、电子商务等领域中重要应用方式。 第三章　数字相机

12. 四、长期保持影像品质： 第 一 节　　 数 字 相 机 的 优 势 　　数字相机拍摄的图像不像用底片或照片记录影像,时间久了,都会褪色,无法保持原有的质量。数码图像只记录"0"和"1"的数据,可以被储存在计算机硬盘及其它储存媒体中,无论被复制多少次,都可以保持品质一致。长期保存也不会改变质量。 第三章　数字相机

13. 五、节省储存空间： 第 一 节　　 数 字 相 机 的 优 势 　　由于数字影像只是存储了一些数据,可以用一些小的储存装置,如硬盘,光盘，记忆卡等等,便可存放大量的影像,比用传统相机要用大量的空间来放底片及照片节省得多。 第三章　数字相机

14. 第二节 数字相机的结构原理 　　数字相机与传统胶片相机的最大区别在于图像的感光和存储介质不同，因此单从外观上看，数码相机与传统胶片相机并没有大的区别。然而数字相机与传统胶片相机的各自结构原理是截然不同的。 第三章　数字相机

15. 第二节　数字相机的结构原理 　　数字相机的系统工作过程。就是把光信号转化为数字信号的过程。数字相机使用图像传感器代替胶卷感光成像。光线通过透镜系统和滤色器(滤光器)投射到图像传感器上，图像传感器将其光强和色彩转换为电信号记录到数字相机的存储器中，形成计算机可以处理的数字信号。 第三章　数字相机

16. 一、数字相机的工作过程 数字相机的工作过程按操作顺序大致包括以下几个环节： 第二节　数字相机的结构原理 开机准备 聚焦及测光 拍　照 图像处理 存　储 图像压缩 图像合成 图像后期处理 输　出 第三章　数字相机

17. 二、数字相机的结构原理 第二节　数字相机的结构原理 　　数字相机是主要由光学系统、图像传感器、模/数转换器（A/D）、信号处理电路、MPU（微处理器）、系统控制电路、存储器（可移动存储器）、电子取景器（LCD和EVF）、和输出接口（计算机接口、电视机接口）等部分组成，下面分别对它们的结构原理加以介绍： 第三章　数字相机

18. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 数字相机的光学系统有镜头和光学取景器 1.镜头 　在摄影中镜头具有重要的作用： (１) 聚焦，照片的主体一般情况下必须在焦点上。这可以通过镜头来控制。 (２) 视角是镜头的另一个主要作用，拍摄到景物的多少由镜头的视角决定。镜头的焦距越短，视角越大，镜头的焦距越长，视角越小。 第三章　数字相机

19. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （1）光学镜头系统的基本结构 第三章　数字相机

20. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （2）镜头的种类和特点 　 镜头的种类主要有四种：标准镜头、广角镜头、望远镜头和变焦镜头。通常低档相机和中档的镜头与机芯制成一体化的结构，不能随便更换。对于专业用相机，其镜头部分是可更换的，在相机上具有机械接口，便于在不同的场合更换相应的镜头。 第三章　数字相机

21. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （2）镜头的种类和特点 标准镜头，习惯上指普通胶卷相机(35 mm胶卷)所用的焦距为50 mm的镜头。其视角与人眼的视角基本相同，所拍摄的景物和人看到的景物非常相似。适合于拍摄一般的纪念照片。 第三章　数字相机

22. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （2）镜头的种类和特点 广角镜头比标准镜头的焦距短，其特点是对近景的范围有扩展功能，它所拍摄的景物范围较宽。适合于拍摄风景照片。 第三章　数字相机

23. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （2）镜头的种类和特点 望远镜头比标准镜头的焦距长，其特点是像望远镜一样能将远处的景物放大，可以将远处的景物推近，拍摄特写照片。 第三章　数字相机

24. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （2）镜头的种类和特点 变焦镜头可以提供一系列不同的焦距。 另外还有超广角镜头、鱼眼镜头和超望远镜头等。 第三章　数字相机

25. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 　 镜头是由一组透镜组成的，透镜的聚焦功能将景物的图像聚焦到图像传感器的成像面上。平行的入射光经过透镜在透镜后面聚焦于一点，这个点被称为聚焦点，由聚焦点到镜头组的像方主平面的距离就是焦距，通常用 f 表示，单位使用毫米。 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （3）镜头的焦距 ① 焦距 第三章　数字相机

26. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （3）镜头的焦距 ① 焦距 　数字相机在拍摄景物图像时，通过聚焦控制系统使镜头的聚焦点落到图像传感器的感光面上。如果聚焦不准会使拍摄照片的图像模糊不清。 第三章　数字相机

27. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （3）镜头的焦距 ① 焦距 　　数字照相机的镜头相当于一块凸透镜，它的主要作用是把光线汇聚起来，在影像传感器中形成一个清晰的“影像”。在照相机镜头上一般都标有“7.1-41.3 mm”或“8.9-89mm”的字样，它指的是镜头的焦距，就是指数码照相机对准无限远的位置时镜头中心到图像传感器的距离。 　　照相机镜头的焦距决定被摄景物在图像传感器上成像的大小。 第三章　数字相机

28. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （3）镜头的焦距 ① 焦距 89mm镜头拍摄的照片 用8.9mm焦距拍摄的照片 　　从上图中可以看出：用不同焦距的镜头对同一距离位置的景物拍摄时，焦距长的，成像大；焦距短的，成像小。焦距还决定被摄景物在影像传感器上成像的景深范围。焦距越长，景深越小；焦距越短，景深越大。 第三章　数字相机

29. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （3）镜头的焦距 ① 焦距 　 民用数字相机图像传感器的尺寸一般都比传统相机胶片的尺寸小，有的相机使用1／2英寸，有的使用2／3英寸，还有的使用3／4英寸。镜头焦距也就比较短。如数字相机标识为f=6mm焦距的镜头大约相当于传统相机的50mm镜头。 第三章　数字相机

30. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （3）镜头的焦距 ① 焦距 　　一般所说的标准镜头、广角镜头、长焦镜头以及鱼眼镜头都是针对35mm胶片传统相机而言的。各种镜头的焦距不同使得拍摄的视角不同 。 第三章　数字相机

31. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （3）镜头的焦距 ① 焦距 胶片和CCD成像面的比较 第三章　数字相机

32. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （3）镜头的焦距 ② “等效焦距”的计算 　 数字相机由于其感光面(CCD或CMOS)的尺寸是随相机机型不同而不同的，比如常见的1／1.8英寸和1／2.5英寸。仅以相机镜头的真实焦距是难以比较不同相机的拍摄范围的，所以要换算到等价的135相机的镜头焦距，然后才能进行比较。这种换算后的焦距称为“等效焦距”。 第三章　数字相机

33. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （3）镜头的焦距 ② “等效焦距”的计算 　 在了解“等效焦距”前．需要了解一个很重要的概念“等效倍率”。 由于数码单反相机的CCD比传统135相机的画幅要小，所以就出现了相对135画幅的倍率一词，它的换算可以按照以下公式来估算： 等效倍率=135画幅对角线长度／感光器件对角线长度 第三章　数字相机

34. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （3）镜头的焦距 ② “等效焦距”的计算 　等效焦距是数码相机相当于135全幅相机的焦距值，它的计算公式是： 等效焦距=真实焦距×等效倍率。 第三章　数字相机

35. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （3）镜头的焦距 ② “等效焦距”的计算 135传统相机的标准镜头计算也就135全画幅胶片对角线的长度(是个约数)，大约43mm左右，一般取50mm为标准镜头(简称标头)。相机片幅越大则标准镜头的焦距越大。 第三章　数字相机

36. . 等效倍率= 50 / 35 = 1.5X 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （3）镜头的焦距 ② “等效焦距”的计算 以尼康D70数码单反相机为例，它的CCD大小是23.0mm×15.5mm，可以得出它的对角线长度是35mm。 第三章　数字相机

37. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （3）镜头的焦距 ② “等效焦距”的计算 　 如果一只标有50mm焦距的镜头，安在尼康D70数字单反相机上，它的等效焦距是： 50 X 1.5=75mm。 也就说它相当于一只75mm的镜头。 第三章　数字相机

38. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （3）镜头的焦距 ② “等效焦距”的计算 常见的影像传感器尺寸 第三章　数字相机

39. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （3）镜头的焦距 ② “等效焦距”的计算 　 等效倍率的出现除了改变有效视角外，不改变三个主要参数：最大光圈、景深和透视关系。因为感光器件面积的减小，实际上相当于在全画幅中切割下中央部分，对于所使用镜头的光圈没有影响，也就是说，使用镜头的实际最大光圈不受该等效倍率的影响。 第三章　数字相机

40. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （3）镜头的焦距 ② “等效焦距”的计算 第三章　数字相机

41. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （4）镜头的光圈 镜头的光圈(Aperture)，是由许多活动的金属叶片组成的，装在镜头的透镜中间,用来控制光线透过镜头进入机身内感光面的光量的装置，它通常是在镜头内。 第三章　数字相机

42. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （4）镜头的光圈 　 如果把镜头比成数字照相机的眼睛，那么光圈就起着瞳孔的作用。光圈的作用与瞳孔一样，通过调节光圈的大小，控制进入镜头光线的多少，以获得正确曝光。 第三章　数字相机

43. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （4）镜头的光圈 　我们平时所说的光圈值F2.8、F8、F16等是光圈“系数”，是相对光圈，并非光圈的物理孔径，与光圈的物理孔径及镜头到影像传感器（CCD或CMOS）的距离有关。 第三章　数字相机

44. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （4）镜头的光圈 光圈系数是指镜头的焦距与镜头通光孔直径之比： 光圈系数（F） = 镜头焦距(f) /通光孔直径(D) 第三章　数字相机

45. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （4）镜头的光圈 　 光圈系数是一个相对值，如焦距为100mm的镜头，通光孔直径为50mm。它的光圈系数为F/2。 光圈系数（F） = 100 / 50 = 2 第三章　数字相机

46. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （4）镜头的光圈 　 数字相机镜头的焦距一般比较短，如7.6mm，通光孔直径为0.96mm。光圈系数是F/8 光圈系数（F）= 7.6/ 0.96= 8 第三章　数字相机

47. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （4）镜头的光圈 完整的光圈值系列为： F1， F1.4， F2， F2.8， F4， F5.6， F8， F11， F16， F22， F32， F44， F64。 第三章　数字相机

48. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （4）镜头的光圈 光圈系数的数字愈大，光圈孔径愈小，如F/16； 光圈系数的数字愈小，光圈孔径愈大，如F/2.8。 光圈系数越小，光圈越大，进入镜头到达影像传感器的光线就越多。光圈系数越大，光圈越小，进入镜头到达影像传感器的光线越少。 光圈变化一级(挡)，影像传感器接受的曝光量也变化一级(挡)。 要达到相同的光圈F值，长焦距镜头的口径要比短焦距镜头的口径大。 第三章　数字相机

49. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （4）镜头的光圈 在数字照相机的菜单或设置中设定光圈系数大小能使其均匀地开合，调整成大小不同的光孔，控制进入镜头到达影像传感器的光线，以适应不同的拍摄需要。 第三章　数字相机的结构原理与分类

50. 二、数字相机的结构原理 （一）光学系统 第二节　数字相机的结构原理 1.镜头 （5）景深和焦点范围 在一定范围内的景物可以得到清晰的图像。这种聚焦面相对清晰的范围被称为焦点深度，即焦点范围。 第三章　数字相机