城市房屋坼迁管理条例:数码摄影班摄影教程（3） - 绿岛乐曲的日志 - 网易博客

       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、第一个阶段为“获取景物”阶段

       数码相机获取景物的原理和传统相机是完全一样的，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，在最后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

       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

       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最低，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。