介绍关于数码影像的某项新技术
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发布时间：2022-05-11 06:35
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时间：2023-10-03 08:29
数码相机作为一种计算机输入设备，近年取得了长足的发展和进步。首先是由于技术及工艺的进步，现在作为计算机输入设备的数码相机主流机型分辨率一般已在百万像素级。其外观造形与传统相机几无差别。其次由于产量、销量的增加以及技术进步等因素，现在数码相机的价格也正以很快的速度下降。这些都促进了数码相机应用的普及，普及反过来又促使厂商在技术及工艺上作更大的投入。这种良*互正在使得数码相机成为计算机应用一个不可或缺的设备。
数码相机的外观、部分功能及操作与普通的相机差不多。但数码相机与传统相机还有以下几个不同点：
制作工艺不同：数码相机作为一种摄影工具，它的外形与传统的相机基本相似，只是传统相机使用银盐感光材料即胶卷作为载体，拍摄后的胶卷要经过冲洗才能得到照片，刚拍摄后操作者无法知道照片拍摄效果的好坏并对拍摄得不好的照片进行删除，一般情况下，通过暗房加工出来的照片的效果是不能再改变的。数码相机不使用胶卷，而是使用电荷耦合器CCD元件感光，然后将光信号转变为电信号，再经模/数转换后记录于存储卡上，存储卡可反复使用。由于数码相机拍摄的照片要经过数字化处理再存储，拍摄后的照片可以回放观看效果，对不满意的照片可以立即删除重拍。拍摄后把数码相机与电脑连接，可以方便地将照片传输到电脑中并进行各种处理，再通过打印机打印出来，这是数码相机与传统相机的主要区别。
拍摄效果不同：传统相机的卤化银胶片可以捕捉连续的色调和色彩，而 数码相机的CCD元件在较暗或较亮的光线下会丢失部分细节，更重要的是，数码相机CCD元件所采集图像的像素远远小于传统相机所拍摄图像的像素。一般而言，传统35毫米胶片解析度为每英寸2500线，相当于1800万像素甚至更高，而目前数码相机使用的最好的CCD所能达到的像素还不足1000万。在现阶段，数码相机拍摄的照片，不论在影像的清晰度、质感、层次、色彩的饱和度等方面，都无法与传统相机拍摄的照片相媲美。
拍摄速度不同：在按下快门即数码相机真正记录数据之前，需要等待1.5秒，这是因为数码相机要进行调整光圈、改变快门速度、检查自动聚焦、打开闪光灯等操作。数码相机每拍摄完一张照片，要等待3至7秒才能拍摄下一张照片，这是因为数码相机要对已拍摄的照片进行图像压缩处理并存储起来，由于存储卡的存储速度较慢，故数码相机的拍摄速度，特别是连拍速度还无法达到专业摄影的要求，再由于相机的每个动作都需要耗电，故数码相机的耗电量较大，这些都是数码相机存在的缺点
存储介质不同：数码相机的图像以数字方式存储在磁介质上，而传统相机的影像是以化学方法记录在卤化银胶片上。
输入输出方式不同：数码相机的影像可直接输入计算机，处理后打印出来。传统相机的影像必须在暗房里冲洗，要想进行处理必须通过扫描仪扫描进计算机，而扫描后得到的图像的质量必然会受到扫描仪精度的影响。这样，即使它的原样质量很高，经过扫描以后得到的图像就差得远了。 数码相机可将自然界的一切瞬间轻而易举地拍摄为供电脑直接处理的数码影像，并可在电视上显示，因而众多的生产电脑或家电的厂商如惠普、索尼、苹果、夏普等都竞相生产数码相机，它已不再只是柯达或富士公司等摄影器材厂的专营产品。目前，日本的几家摄影器材公司正努力钻研，准备5年内淘汰溴银胶卷。据预测，今后10年全球大多数人将会使用数码相机。众多的*公司角逐数码相机市场，正是由于他们看准了数码相机的突出优点，即它可在速度、方便性、降低图片的成本及提高效率方面使用户获益。
我国数码相机市场只是近几年才悄然兴起的。从经销的品牌来看，主要是以名牌产品为主，其中最为主流的品牌有如FujiFilm、Kodak、Olympus、SONY等。98年度我国数码相机的总体销量在4万台左右，预计99年度将突破6万台，目前市面上主流的商用级数码相机型号有：FujiFilm MX-500/MX-600/MX-2900,Olympus 1400XL/2000zoom, KODAK DC240/DC265/DC280, SONY FD81/FD88C/FD91等，它们的价格一般在在4000～9000元人民币之间。
数码相机用户主要分布于计算机、通信、电子、金融、交通、文化、商业、旅游、建筑、军警及*等部门。数码相机对于个人用户来说，主要用于旅游、摄影等方面，占近半数的用户是用于专业摄影及为工作提供便利；而作为单位用户，最主要用于工作所需的拍摄，其次用作产品介绍及广告设计、新闻采访、桌面排版及建筑方面的装璜设计。
随着全球日益高涨的数码热潮，加上数码相机的技术逐渐成熟，以及价格的逐渐下降，数码相机将成为IT行业增长最为迅速的产业之一。
第二章 影响数码相机拍摄品质的主要性能指标
数码相机是集光学、机械、电子于一体的产品，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。数码相机的许多性能指标都借助了传统相机的概念，但由于数码相机与传统相机在构造上的不同，一般厂家都使用“相当与传统相机”的概念进行描述，本章将详细介绍影响数码相机拍摄品质的性能指标（本部分在许多概念上与传统相机相似）
数码相机的分辨率
数码相机的色彩深度
数码相机的光学镜头
数码相机的镜头焦距
数码相机的光圈与快门
数码相机的白平衡
数码相机的感光度
数码相机的曝光补偿
数码相机的曝光模式
1 数码相机的分辨率
与传统的相机相比，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”就是其成像器件，而且是与相机一体的，是数码相机的心脏。数码相机使用光敏元件作为成像器件，将图像中的光学信息转化为数字信号。目前光敏元件有两种：一种是广泛使用的CCD（电荷耦合）元件；另一种是新兴的CMOS（互补金属氧化物半导体）器件。数码相机的分辨率是指相机中光敏元件的数目。在相同分辨率下，CMOS比CCD便宜，但是CMOS光敏器件产生的图像质量要低一些。
目前市场上常见数码相机的成像器件是CCD（电荷耦合器件），CCD图像传感器，它用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变为电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字相机的CCD内含的晶体管数量越多，分辨率也越高。CCD的分辨率—
——像素数常被用作划分数码相机档次的主要依据。诚然，CCD的分辨率在一定意义上决定了数码相机成像的质量，但正像颗粒度不能完全概括胶卷的质量一样，分辨率也不是评价CCD质量的唯一标准。其色彩深度，芯片本身的制造水平等，对最终成像质量带来的影响都不容低估。
但与数码相机其它指标相比，分辨率依然是数码相机最重要的性能指标。数码相机的分辨率使用图像的绝对像素数来衡量（而不采用每英寸多少像素DPI的指标），这是由于数码照片大多数采用面阵CCD。数码相机拍摄图像的像素数取决于相机内CCD芯片上光敏元件的数量，数量越多则可产生的图象分辨率越高，所拍图像的质量也就越高，当然，相机的价格也会大致成正比地增加。数码相机的分辨率还直接反映出能够打印出的照片尺寸的大小。分辨率越高，在同样的输出质量下可打印出的照片尺寸越大。同类数码相机而言，分辨率越高，档次越高，但占用的存储器空间就越多，另外还对加工、处理的计算机的速度、内存和硬盘的容量以及相应软件都有高的要求。
若单从CCD芯片制造工艺的角度考察，其芯片面积越小、集成度越高越好，虽然有人认为，在镜头光学分辨率有限，CCD像素数一定时，芯片面积越大，成像质量越好。但从目前数码相机的实际拍摄效果来看，一般使用小芯片CCD的数码相机相对图象偏好，也许是因为集成度高的CCD，在原始材料及工艺更优的缘故。
在了解数码相机的分辨率时，一定要区分两个分辨率的概念，一个是CCD的分辨率（或像素值），另外是拍摄图象的分辨率（一般厂家标明的图象的最大分辨率）。这两个分辨率，原则上是CCD的分辨率决定了图象的最大分辨率，但这两个分辨率一般情况下不相等。
如果您在选择数码相机，一定要注意，CCD的分辨率（像素点）是最为重要的指标，在同样的最大拍摄图象的分辨率下，CCD的分辨率越大越好。例如对于同样可以拍摄图象分辨率如（1280*1024）的相机，150万像素的CCD相机的拍摄质量会好于141万像素CCD的数码相机。这是因为，CCD作为感光器件，CCD边缘的像素点在拍摄时，由于边缘光的影响，一般会出现一定的偏色和眩晕，数码相机在CCD像素大于图象拍摄像素时，会自动切除边缘像素，从而去除眩晕和偏色，并且边缘切除越多越好。
这就是厂家用141万像素甚至150万像素的CCD制造最大拍摄1280*1024（131万像素）的图象数码相机的原因。所以追求品质的厂家一般都用CCD的精度都远高于拍摄图象的最大精度。
目前还有不少相机，拍摄图象的精度（如1200*1800）远高于CCD的精度（131万像素）。这是通过软件插值处理（任何一个图象软件下都有的功能），因而这个图象精度完全是不可取的。软件加大精度只能够让图象细节模糊，如果打印成大幅画面，则清晰度往往难以令人满意，尤其是细节表现非常低劣。因而您在购买数码相机时，只能以CCD的精度为衡量相机好坏的标准。否则您可能会将131万像素的数码相机，当200万像素的相机买回家。
照片分辨率厂家都会标明其相机的最大分辨率如1280×1024。用户也可以调低分辨率从而在相同的存储卡上保存更多数量的照片。不同用途的照片可以选用不同的分辨率以及压缩比。这种选择应当是越多越好。这里要说明一点，同一分辨率下可以有不同的压缩比，分辨率和压缩比同时决定照片的质量，这一点须请各位读者注意。当然，质量和数量在同一存储卡上就是一对矛盾，这就要求用户适当选择。
2．数码相机的色彩位数
色彩位数又称彩色深度，数码相机的彩色深度指标反映了数码相机能正确记录色调有多少，色彩位数的值越高，就越可能更真实地还原亮部及暗部的细节。目前几乎所有的数码相机的色彩位数都达到了24位，可以生成真彩色的图象。一些号称30或36位，实际的CCD也是24位，目前商用级的数码相机CCD都是24位。因而这一指标目前并不是衡量数码相机的关键指标，在一般应用场合下，可不必多加考虑。
3．数码相机的光学镜头
对于相机，镜头的好坏一直是影响成像质量的关键因素，数码相机当然也不例外。虽然由于数码相机的CCD分辨率有限，原则上对镜头的光学分辨率要求较低；但另一方面，由于数码相机的成像面积较小（因为数码相机是成像在CCD上，而CCD的面积较传统35毫米相机的胶片小很多），因而需要镜头保证一定的成像素质。举例来说，对某一确定的被摄体，水平方向需要200个像素才能完美再现其细节，如果成像宽度为10mm，则光学分辨率为20线／mm的镜头就能胜任，如果成像宽度为1mm，则要求镜头的光学分辨率必须在2000线／毫米以上。另一方面，传统胶卷对紫外线比较敏感，外拍时常需要加装UV镜，而CCD对红外线比较敏感，镜头增加特殊的镀层或外加滤镜也会大大提高成像质量。镜头的物理口径也是必须要考虑的，且不管其相对口径如何，其物理口径越大，光通量就越大，数码相机对光线的接受和控制就会更好，成像质量也就越好。
目前商用或家用数码相机的镜头，部分厂家采用了相对比较好的镜头。富士相机采用了170线/毫米解析度的专业富士龙镜头，这种内置的新型富士龙镜头比大多数SLR镜头更清晰。不仅在精度上保证了图象拍摄的品质，而且其镜头错误率也达到令人惊异的0.3%, 较一般的数码相机低2/3。
另外在部分数码相机中，还提供了远距及广角两种镜头方式。这在您选择数码相机时，也是一个参考的指标。
在传统的数码相机中，广角镜头是一种焦距短于标准镜头、视角大于标准镜头、距长于鱼眼镜头、视角小于鱼眼镜头的摄影镜头。广角镜头又分为普通广角镜头和超广角镜头两种。135照相机普通广角镜头的焦距一般为38－24毫米，视角为60－84度；超广角镜头的焦距为20－13毫米，视角为94-118度。由于广角镜头的焦距短，视角大，在较短的拍摄距离范围内，能拍摄到较大面积的景物。所以，广泛用于大场面风摄影作品的拍摄。在摄影创作中，使用广角镜头拍摄，能获得以下几个方面的效果：一是能增加摄影画面的空间纵深感；二是景深较长，能保证被摄主体的前后景物在画面上均可清晰的再现。所以，现代绝大多数的袖珍式自动照相机（俗称傻瓜照相机）采用38－35毫米的普通广角镜头；三是镜头的涵盖面积大，拍摄的景物范围宽广；四是在相同的拍摄距离处所拍摄的景物，比使用标准镜头所拍摄的景物在画面中的影像小；五是在画面中容易出现透视变形和影像畸变的缺陷，镜头的焦距越短，拍摄的距离越近，这种缺陷就越显著。
目前商用级的数码相机中多使用与普通35 mm相机相同的普通广角镜头，由于其在景深深，拍摄范围广等优点，因而在选择数码相机时，同样性能的数码相机，能够具有广角和远距的数码相机将会性能更好一些。目前具有广角拍摄功能的数码相机有富士的MX-600，KODAK的DC265，OLYMPUS的1400XL等。
4．数码相机的镜头焦距
与人类的眼睛一样，数码照相机通过镜头来摄取世界万物，人类的眼睛如果焦距出现误差（近视眼），则会出现无法正确的分辨事物，同样作为数码相机的镜头，其最主要的特性也是镜头的焦距值。镜头的焦距不同，能拍摄的景物广阔程度就不同，照片效果也迥然相异。如果您经常使用普通的35毫米相机，对相机的镜头焦距应该会有基本的认识，比如一般使用35毫米左右的镜头拍摄风景、纪念照，而用80毫米左右的镜头拍证件照所需要的“大头像”。与传统的相机相比，由于数码相机使用CCD感光器件，因而其镜头上标明的焦距通常是5.0毫米、10毫米等等，在普通的35毫米相机上一般都使用超广角或鱼眼镜头了，而数码相机厂家一般使用的镜头只是相当于35毫米相机的小广角镜头。
要说明这个问题，首先就得从镜头视角与焦距的关系谈起。从镜头的中心节点到成像平面对角线两端所张的夹角就是镜头的对角线视角（参见附图）。
我们不难看出，对于相同的成像面积，镜头焦距越短视角就越大；而对于同样焦距的镜头而言，成像面积越小，镜头的视角也越小。35毫米相机的成像面积等于135胶卷的感光面积———标准的36×24毫米，数码相机使用CCD传感器代替了传统相机中胶卷的位置，它的面积却有好几种规格，从高档专业相机的18．4×27．6毫米到普通数码相机的2／3、1／2、1／3甚至1/4英寸各不相同。也就是说，同样的镜头，在有的数码相机上是广角效果，但在别的相机上可能就变成了标准镜头。看来，我们要依靠焦距值来区分数码相机镜头的视角是很不方便的，所以数码相机厂家通常都会提供一个容易比较的相对值，也就是标出与数码相机镜头视角相同的35毫米相机镜头焦距，这样的对应焦距值我们就很容易理解了。像富士MX－500的镜头焦距是7．6毫米，对角线视角70度，相当于35毫米镜头，是个小广角；富士的MX-600装有相当于35－105毫米的小广角变焦镜头。我们在评价与选购数码相机时，也只要参考换算到35毫米相机的镜头焦距就可以了，镜头具体的实际焦距是多少，与我们基本无关，您也无法去具体核算，其实数码相机得光学变焦的倍数就基本上能够反应这个指标，虽然不同型号的数码相机会有一定的差别，但差别不会太大，如果您不是很刻意的追求具体的相当于35毫米相机的对应焦距，参照数码相机的光学变焦的倍数，一般就可以了。
也许有的用户对数码相机的镜头的实际焦距还是不很理解，因为如果是35毫米相机上的7.6毫米焦距，就属于极为罕见的鱼眼镜头，必然是体积庞大、价格不菲，而且拍出的照片畸变严重，有很强烈的透视感。但数码相机上的7.6毫米镜头也就是拇指大小，加上整个数码相机也比传统镜头便宜得多，虽说成像只用了中心的一小块，但一联想起夸张的鱼眼效果就让人对它的画质心里打鼓。实际上这种担心是不必的，35毫米相机的镜头口径很大，是为了保证画面周边的成像质量，而CCD的面积远小于胶片，要实现小面积的优质成像，只要很小的透镜尺寸就足够了。而且，实际上决定镜头结构的是它的有效视角，而不是简单的焦距值，数码相机上的7.6毫米镜头采用的是传统相机上35毫米小广角镜头的设计，而不是7.6毫米鱼眼镜头的结构。因此，数码相机镜头的焦距值与实际成像效果并无直接联系。由于透镜的体积小了，相对成本也降低了，反而可以轻松地实现较高的成像质量。
5．光圈与快门
与传统的相机一样，数码相机的光圈范围与快门速度在拍摄时相当重要，但对于目前普通的商用及家用级的数码相机，因为相机的全自动化，使得人们只关心如何选择拍摄景物，而不太注意相机自动控制的光圈及快门速度。但如果您在购买数码相机时，最好能够对比一下各种数码相机的光圈范围及快门速度，因为光圈和快门将配合控制您的数码相机的光线摄入量的总体范围值，也就是说它将影响到您的相机是否能够在各种光线情况下获得很好的效果。同时快门速度也将直接影响到您在拍摄动态图象时的效果，而光圈范围将影响到您拍摄图象的景深。
拍摄照片的过程，是相机开启快门后，让眼前的影像透过镜头后投影到数码相机的CCD感光器上，感光器在通过数模转化器，将图象的信息在相机的存储卡上记录下来，这个过程与传统的相机的曝光过程一样。然而想要获得层次丰富的影像，就要控制投射在CCD感光器的光量值，照片上的细节都可以得到正确的描述，从颜色最深到最淡的区域，都有丰富的层次表现，明暗之间有渐变过渡，不是截然的黑白分明，另外作品的反差和鲜锐度也都有最佳的表现。过多的光线，导致曝光过渡，影像明显偏亮；反过来说，若CCD吸收的光线太少，则会曝光不足，整张照片会偏暗，细节的地方会流失，照片效果会相当不好，所以在拍摄时，要得到合适的曝光量是非常重要的环节。
数码相机与传统相机一样，用来控制曝光量的就是「光圈」与「快门」，「光圈」是光线通过镜头的口径，口径越大，自然在单位时间内，所能投射的光线越多，快门就是光线通过镜头的时间，时间越短，曝光量越小。
数码相机与传统相机一样，光圈就安放在镜头的几片透镜中，由几片金属薄片组合而成，利用金属薄片的移动而调节光圈的大小。使用过传统的反光相机的人都知道，在镜头上，我们可以找到光圈值ｆ，通常所见的光圈刻度为：1.4、2、2.8、4、5.6、8、11、16、22……，光圈级数f越大，表示镜头的口径越小，ｆ值是将镜头的焦距距离与光圈的口径(孔的大小)所除而得的数字,因此数值越大,口径也就愈小。而每一级的光圈级数之间的单位进光量都是相差两倍，但目前有的数码相机，并未按以上级数设置光圈，而是按f2.8,f.5.6,f11,这时，其上下级的进光量，就不仅仅差两倍。
前面说过，光圈是光线通过镜头时的口径大小，然而这只是笼统的说法，光圈的大小还要考虑到本身镜头镜头的焦距长短。长焦距的镜头(望远镜头)，其长度较长，从光线的进入达到CCD的距离长，因此投射到CCD上的光线比较弱，因此长焦距的镜头的光圈往往略小一点，若是要作较大的光圈的镜头，就必须把口径拉大，才能把单位进光量提高，但是因为制作大口径的镜头的级数有不少的困难，制作工艺也较高，因而这一类的镜头通常较贵。因为光圈级数f是靠口径的大小和焦距长短的比值计算而得，因此只要光圈级数一样，不管35毫米或是200毫米，其进光量都是一样的。
快门速度值通常标为：1、2、4、8、15、30、60、125、250、500……，这些所代表的实际意义是１秒的倒数，所以15是指1/15秒，250是指1/250秒，这比光圈要令人好理解多了，也是和光圈一样，每一格的快门速度间所相差的光量值也是２倍，例如，快门1/500秒的光量值为1/250秒的一半，是1/125秒的1/4而已。
因为光圈与快门都可以用来控制曝光量，只要决定了光圈值f，就可由快门速度来修正曝光量，相反地，你也可以先决定使用的快门速度后，然后借调整光圈来获得曝光量，所幸的是在光量的调正上，都是以２倍的概念进行控制，使我们更容易调整适当的曝光量，例如说：若测出的正确曝光量为f/11，快门1/30秒时，想要把快门提高到1/60秒时，那么光圈也就要开大到f/8，因为快门从1/30秒到1/60秒时，曝光时间减少一半，那么光圈就要大一级，以加倍单位时间得进光量，如此光圈与快门的一增一减，曝光量也就刚好达到平衡。
可是因为光圈与快门各有其独到特别的地方，因此每种搭配产生的效果都不一样，必须依据拍摄物体的需要个人想要表现的方式，选择最适合的组合，才能发挥光圈与快门的实际意义。
以快门速度来分，可分为高速快门与慢速快门。通常高速的快门能将移动中的物体给与「固定」，固定后的物体的动作细节和质感鲜明地加以描绘，使得物体更富有立体感。通常快门速度在1/30秒到1秒，甚至１秒以上的Ｂ快门都是属于慢速快门的范围，慢速快门常用的方法：第一种是将相机固定后，再由较慢的快门速度，使移动中的物体产生模糊图象，而让背景(静物)的清晰可以更加衬托主题的动感。第二种就是让相机随着物体运动的方向平移或是转移，如此，和第一种方法刚好相反，背景会变得相当模糊，而主题会有点模糊却带有清晰，同样也是能把主体和背景分离出来。第三种，就是一不作二不休，干脆整张照片都模糊不清，借着迅速摇晃相机器而得来的。这三种方法，各有其特色在，如何适时的运用看就各人喜好的所在。
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时间：2023-10-03 08:29
