数码相机的工作原理。
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发布时间：2022-04-21 11:54
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时间：2023-01-28 23:17
镜头篇：
自然界存在许多种颜色的光线，但归纳起来，这些光线可以看作是红色、蓝色、绿色这三种基本颜色的不同强度的搭配。光我们可以简单地看作是一种“电磁波”，不同颜色的光有着不同的波长。
颜色是物体其本身的一种状态，我们经常说某东西是什么颜色。但是，严格说来，物体在我们的眼里呈现的颜色与环境照明条件有着因果关系。不同的物体反射的光谱不同，因而在我们的眼睛里有不同的颜色感觉。但这个是在用白色光的前提下才有的结论，如果我们换用不同颜色的光源来照射，那得到的结果肯定是不一样的。例如，我们平时所说的红色的布，如果用红色的光源来照射，那么它在我们的眼里就变成了白布！当包含各种颜色的光线束通过本身就有颜色的滤光镜片时，只有和它相同颜色的光线才能大量地通过，其他的光线都会被滤光镜吸收掉，转化为热能。
镜头的作用是将光线及聚集到感光期间上来。数码相机的感光器件很小，而且外部的光线有时无法产生足够的强度来使感光器件获得足够的光源信息。镜头就将外部的目标物体反射回来的光线通过其特定的形状，令光线折射到感光器件上。类似的工作状态有点像我们小时候在太阳光下用放大镜来烧蚂蚁。
镜头是由许多块镜片组成的，这些镜片的形状大都不相同，所以每一块镜片在镜头中的作用也不一定一样。一般来说，在不使镜头的透过率降低的情况下，采用多组的镜片可以使镜头的成像更接近现实世界。
上面我们提到一个“镜头的透过率”，简单讲来，就是光线可以有多少穿过镜头。镜头是由许多块表面光滑的镜片组成的，这些光滑的镜片本身就会对光线产生反射。这样会使进入镜头的光线总量减少，影响后面的CCD/CMOS感光器件的成像。现在的数码相机一般采用在镜片上镀一层特殊的膜来使镜片的反射尽可能减少。由于镀一种膜只能使某一种颜色的光线减少反射，而不可能使所有的光全部进入镜头。所以，我们一般的镀膜主要集中在减少绿色的反射，因为人的肉眼对绿色光非常敏感。还有一种镀膜是为了增强镜头的耐磨性，使物镜不那么容易被划伤。
采用多种镜片的作用主要是纠正单块镜片所造成的“失真”。由于透过镜片的光线有许多种，其本身在同一块镜片中的折射率就不同，透过镜片后会因为镜片的干扰而产生像差。像差有许多种，例如球面象差，晕光和失光。我们在一些手机或廉价的摄像头所拍摄的照片可以看到，照片*有一个小圆圈，这是因为他们采用了一块镜片而无法对镜片的衍射现象进行校正造成像差。还有就是图像变形，这也是因为没有对光线的路径进行校正。
在确认要拍摄的对象以后，我们把相机的镜头对准目标物体。这时，物镜或物镜组就会根据自动对焦系统（由相机的*控制器来完成，具体后面再介绍）的控制信号来调节它和感光器件的距离，使物体的像刚好落到CCD/CMOS上，这样才可以形成清晰的图像。镜头有一个非常重要的指标就是焦距。焦距就是镜头的“目镜”（最后的一块镜片）*到通过的光线刚好可以汇聚那一点的距离。现在一些数码相机自带的镜头是可以改变焦距的，这类型的镜头可以改变镜头内部的镜片的距离，使相机镜头可以像望远镜那样把物体拉近或放大。但是，由于这类型镜头的镜片本身设计时的最好工作状态是正常焦距，所以变焦以后会由于镜片本身的一些不可改变物理形状而导致成像变形或产生某种畸变。
在光线通过的路径中，必须对光线的强度加以控制，以适应不同的拍摄环境。这个“通过光线控制”就是由光圈来完成。光圈是一组在镜头内部的“阀”，它由几块不透光材料围成圆圈型，通过改变这个圆圈的直径大小来控制通过镜头的光线量。光圈的主要作用有：1.调节光线，控制光线通过量；2.收小光圈能减少镜头的残余象差；3.收小光圈能增长景深范围以及使入射的光线均匀，避免图像四角发暗的现象；4.利用大光圈可减小景深范围以达到虚化焦点以外的形象，达到突出主题的作用。景深通俗讲就是目标物体后面的景物能否清晰成像。光圈一般用F来表示，例如F8/F5.6等。后面的数值越大，表示可透过的光线越少，光圈的直径也越小。
光圈的控制一般是自动的，即*控制器通过测光系统来给出这个快门速度和感光度下的最佳的光圈数，然后驱动光圈改变数值。在一些相机上还有手动模式，用户自己可以改变光圈数。
CCD/CMOS传感器篇：
CCD/CMOS传感器是数码相机最重要的器件之一，也是数码相机根本区别于传统胶片相机的特征。CCD的全称是Charge Couple Device，译过来就是“光电荷耦合器件”，CMOS的全称是Complementary Metal-Oxide Semiconctor，有“互补金属氧化物半导体”的意思。CCD和CMOS的工作原理有一个共通点，那就是都是用光敏二极管来作为光-电信号的转化元件。
前面已经讲过，不同颜色的光线透过某一种颜色滤光镜的总量是不是一样的。当我们在一个光敏二极管上安装一个绿色滤镜时，穿过一定是绿色的光线，但它们的深浅可能因入射光线的颜色而有所不同。所以，我们用四个光敏二极管来获取某物体的反射光线。R单元可以获取红色的光线；B单元可以获取蓝色的光线；G单元可以获取绿色的光线。将四个单元的信号（两个G单元各取50%）进行处理就可以获得原始光线的颜色。
CCD传感器有一个重要的工作特征：CCD传感器输出的是连续的电流信号。CCD设计时没有像CMOS那样在周围设置信号放大器，而是设置一个缓冲器，将一行的信号按一定的时钟周期连接成连续变化的电流信号输出。在输出端由图像处理器依照时钟信号的周期来确定信号的物理位置。
光敏二极管属于模拟元件，对于它所接收的强弱不同的光信号可以输出不定值的连续电流信号或电压信号。将这些信号进行量化，亦即“数码化”，就是将电流信号或电压信号按强度的不同划分等级。例如，将光敏二极管受到（一定值）最大强度的光线时输出的电压信号设为第255级；将无光线时照射时社为第1级。这样，最大和最低之间有256个等级，图像处理器对中间值的信号采取类似“四舍五入”的方法对信号强度进行等级划分，这样最终将连续的变化的模拟电流/电压信号变成了离散稳定的数字信号。现在的数码相机一般就是按每个光敏二极管输出的信号可以量化为256级来进行计算的，在这种状态下，三个光敏二极管一共可以有256*256*256种颜色搭配。因为256实质上就是一个二进制8位数，所以256色就是一个8bit通道，故这样的数码相机就是8bit*8bit*8bit=24bit。
CMOS传感器亦是一种采用光敏二极管来担任由光信号到电信号的转换工作的，不同的是，CMOS输出的是电压信号。传感器的每一个光敏二极管都有一个独立的放大器，这是因为传感器的制造材料不能像CCD那样，可以阻止电子在上面自由走动，因而CMOS传感器的信号互相干扰非常厉害，产生了许多寄生干扰。为了尽量将光敏二极管输出的极其微弱和容易受干扰的电压信号放大，必须在光敏二极管附近设置一个放大器来放大后再输出，这样即使干扰，影响也微弱一些。但这些放大器的参数很难完全一致，它们参数的不一致使最后计算出来的结果产生了一些差异也是这个原因，我们看到许多采用CMOS作为传感器的摄像头或低档数码相机的图像有许多白色的噪点或其他颜色的色斑，那就是信号互相干扰而导致放大器不能正确放大信号的结果。
在数码相机中，感光度的调节是通过改变光敏二极管的放大器的放大率来实现的。例如，在光线不足的情况下，我们可以使信号放大器的放大率提高，使后面的模拟/数字转换器可以获得更高的输出电压/电流信号。相对于不调节放大率，这样可以获得亮度信号更强的画面。
在一般的应用类数码相机中，传感器一般都是根据上述的原理制成的，最多只是在光敏二极管的排列上做些文章。
*控制器篇：
*是数码相机的大脑，数码相机的一切动作，例如开机自检、错误处理等，都由*控制器发出。*控制器是一块可编程的DSP（Digital Signal Processing 数字信号处理），在外围或其内部，有一个小容量的FLASH，负责存放一些程序语句。*控制器按照这些程序语句对相机的各种操作做出反应，例如对环境的光线强度做出判断、调节感光二极管放大器的放大率、用不用闪光灯、采用何种快门速度和光圈等。
图像处理器篇：
在图像处理器中除了要把每一个像素点的颜色计算出来外，还要把它们按照一定的时钟周期进行排列，组成完整的图像。在某些场合还要对图像进行一定格式的压缩，使图像的容量更小。图象处理器实质上也是一块可编程的DSP处理器。事实上，图像处理器算法的好坏对处理出来的图像质量影响很大。
在对电压/电流信号进行量化以后，图象处理器要对像素的颜色进行计算。例如，在R单元得到的数值是255，在G单元得到的是153，在B单元得到的是51，那么，图象处理器按照本身定义的算法，将以上三个值代入，得到一个R值为255、G值为153、B值为51的颜色。
在图像处理的过程中，通常会用到“插值计算”这个算法。所谓的插值，就是在离散数据之间补充一些数据，使这组离散数据能够符合某个连续函数。利用插值可通过函数在有限个点处的取值状况，估算该函数在别处的值，即通过有限的数据，以得出完整的数学描述。通俗地讲，我们把一张图片的像素值增多，就是运用了插值算法。图片的像素本来就是那么多，但我们却可以用软件把某两个像素的中间值计算出来，然后插在这两个像素的中间。这种方法不能真正地使图片的分辨细节增加，但通过插值计算而来的像素通常不会和真实情况相差太远，在某些场合（例如想把照片放大但又不想出现马赛克锯齿）还是有一定的用处的。现在一些相机的广告说它的产品最高可以拍出达到多少多少像素的照片，这时我们就要注意它是否是有效像素；如果只是经过插值处理的，那是没多大意义的，因为从理论上来说，插值计算是可以无限的。
这样，生成的图片按照产生的光敏二极管的物理位置来进行排列，就可以得到一张完整的，未经压缩的图片，存放在随机动态内存RAM中，如果没有压缩要求，它们就会被写入FLASH中保存或通过接口传输到其他设备。
JPG是数码相机在压缩图片时首选的压缩格式，这是因为JPG有着极高的压缩比，并且可以根据使用者的容量要求来设置图像质量。就现实而言，一张内容复杂的而未经压缩的TIFT图片和内容相同而肉眼难以觉察它们的区别的JPG的容量比例大概可以达到5：1甚至更高。
JPG的压缩方法可大致分为三个步骤（注意，离散余弦变换针对的是R、G、B中的其中一个值，而不是针对R、G、B的处理后的值，所以，离散余弦变换的系数就是一个彩色分量编码，由1到255）：1、进行离散余弦变换（DCT），去掉图像中多余的数据；2、对图像进行量化，量化是根据人的眼睛的生理特点而采取的特定结构排列方式,量化表就是确定这些排列方式的标准化的表格；3、编码，用统计的方式对数据本身进行压缩，使压缩出来的图像的数据流可以减到最小。在离散余弦变换的过程中，首先将图像分成8*8个小像块，然后对每个像块逐一进行DCT变换。DCT变换是一种正交变换，它有如下特点：第一、没有失真，整个过程是可逆的；第二、可以去除相关性；第三、能量重新分布且集中在图像的左上角呈现倒三角型分布。以一个8*8 的小像块为例，它一共包含8*8=64个样品数值，在经DCT变换后仍然是64个样品数值，这并不能达到码率压缩的目的；但在量化取整时，量化表符合人眼特性，即对图像左上角的低频分量设置较细的量化，而对其余部分即高频分量设置较粗的量化，这时，网格内大部分系数为零；然后，再用“Zig-Zag”扫描进行Z字型读出数据后，这一串数据中只有前面部分数据较大，而其余部分数据较小甚至为零，这时采用零游程编码就可以让数码率得到有效的压缩。在一些对比鲜明的地方，例如一些边界，我们会发现那些像块的像素根本就对不齐；还有一些“晕圈”、“幻影”现象，就是对小像块进行量化的过程出现的，但如果采用的压缩率比较低，这些失真很小，我们一般是不会觉察的。量化以后，就要对图像进行编码，就是对一连串的数据进行排队，利用概率的原理对数据进行无损性压缩。霍夫曼编码是编码中应用最广泛的一种编码方法，是一种统计编码，一般人们所说的可变字长编码就是指霍夫曼编码。霍夫曼编码需要事先约定并存成编码表，便于以后对照，在解码时才能正确找出编码所代表的意思。它具体做法是对一数据串先按符号出现的概率大小进行排队，再把两个最小的概率相加作为新的概率和剩余的概率重新排队，如此重复，直到最后概率之和为1。每次相加时都将“0”和“1”赋予相加的两个概率，读出时由该符号开始一直沿续到最后的“1”，将路线上所遇到的“0”和“1”按最低位到最高位的顺序排好就是该符号的霍夫曼编码。这样产生的二进制数就是JPEG的实质性数据了。但我们一般不会就这样把图像传输出去，还要进行组织数据流和打包工作。组织数据流是把各种标记代码和编码后的图像数据组成一帧一帧的数据，这样做的目的是为了便于传输、存储和译码器进行译码；打包就是对编码产生的二进制数进行一些必要的说明，使解码器可以正确解码出图像。一般的打包还包括相机在拍摄这张照片时的一些数据，例如这台相机的型号/光圈/快门/分辨率/日期等。然后，这些数据就可以传输到接口电路，或写入FLASH或传输到外部的其他处理设备。
存储器篇：
存储器在数码相机一般是外设，其内部一般只会安装很小容量的FLASH芯片，这对拍摄高分辨率的照片来说是远远不够的。一般的存储器有CF（Compact Flash）、SM（Smart Media）、MMC（Multi Media Card）、SDC（Secure Digital Card）、MSD（Memory Stick Duo）、IBM的微型硬盘等。但就一般而言，这些存储器除了IBM的产品以外，其他的都是采用闪存FLASH来作为存储部件的。我们就从FLASH的内部微观结构来看它是怎么保存数据的。
我们知道，二进制数的保存主要通过一个简单的开关就可以达到。FLASH也是这样，它的内部就是一串串不怕断电的“开关”，这些“开关”的开、断就代表一个二进制数0、1，那么一串串的开关就可以表示很多个二进制数，再对这些二进制数进行转换，就可以得到我们平时所见的有含义的数据了。
FLASH芯片是由许多个绝缘栅MOS管阵列按照一定的排列顺序构成的。FLASH芯片的“开/关”主要也是通过这些MOS管来进行的。绝缘栅MOS管的底层是一个晶体管的NP结，在这个NP结的上面有一个被场氧化物所包围的多晶硅浮空
栅。这个浮空栅的“浮空”构成了MOS管的源极、漏极之间的导电沟。如果这个浮空栅上有足够的电荷存在而不用依赖电源，那么就可以使MOS管的源极、漏极导通，在断电的情况下也可以达到保存数据的目的。在MOS管的源极和栅极之间加一个正向的电压，使浮空栅上的电荷向源极扩散，那么源极、漏极不导通；如果在源极和栅极之间加一个正向的电压U-1，但同时也在源极和漏极之间加一个正向的电压U-2，而且U-2总是小于U-1，那么源极上的电荷就向栅极上扩散，使浮栅带上电荷，这样就可以使源极、漏极导通。因为浮栅是“浮”空的，没有放电回路，浮栅上的电荷可以在断电的情况下很长时间不向其他地方扩散，使源极和漏极保持“开/关”。
这样，控制器通过一定的接口和图形处理器连接。在接到写入命令以后，就控制某个MOS管的源极和栅极、源极和漏极电源的开或关，使其中的MOS管导通或断开，从而达到存储数据的目的。
通过上面的分析，我们大致了解了数码相机各个部分的工作原理。虽然现在市面上有一些产品宣称采用了许多所谓的新技术，性能如何如何优于其他产品。但数码相机的基本工作原理还是差不多的，那些新技术大多数也是一些小打小闹的“改良”，并未真正改变数码相机的基本工作原理。
数码相机的平民化是现代人们的福音。数码相机、数码摄像机的出现让更多的人享受艺术的乐趣。艺术不再是那些扛着昂贵的单反相机、有着雄厚经济实力的人的专利。伴随着降价潮，越来越多的人开始用上了高质量的数码相机，用数码相机高速、高质量地记录我们身边转纵即逝的故事。正是这些随手拍下的故事，使我们这个时代的气息，可以永恒地留在人们的记忆中。我们不得不说：技术，改变的是世界。
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时间：2023-01-29 00:35
镜头篇：
自然界存在许多种颜色的光线，但归纳起来，这些光线可以看作是红色、蓝色、绿色这三种基本颜色的不同强度的搭配。光我们可以简单地看作是一种“电磁波”，不同颜色的光有着不同的波长。
颜色是物体其本身的一种状态，我们经常说某东西是什么颜色。但是，严格说来，物体在我们的眼里呈现的颜色与环境照明条件有着因果关系。不同的物体反射的光谱不同，因而在我们的眼睛里有不同的颜色感觉。但这个是在用白色光的前提下才有的结论，如果我们换用不同颜色的光源来照射，那得到的结果肯定是不一样的。例如，我们平时所说的红色的布，如果用红色的光源来照射，那么它在我们的眼里就变成了白布！当包含各种颜色的光线束通过本身就有颜色的滤光镜片时，只有和它相同颜色的光线才能大量地通过，其他的光线都会被滤光镜吸收掉，转化为热能。
镜头的作用是将光线及聚集到感光期间上来。数码相机的感光器件很小，而且外部的光线有时无法产生足够的强度来使感光器件获得足够的光源信息。镜头就将外部的目标物体反射回来的光线通过其特定的形状，令光线折射到感光器件上。类似的工作状态有点像我们小时候在太阳光下用放大镜来烧蚂蚁。
镜头是由许多块镜片组成的，这些镜片的形状大都不相同，所以每一块镜片在镜头中的作用也不一定一样。一般来说，在不使镜头的透过率降低的情况下，采用多组的镜片可以使镜头的成像更接近现实世界。
上面我们提到一个“镜头的透过率”，简单讲来，就是光线可以有多少穿过镜头。镜头是由许多块表面光滑的镜片组成的，这些光滑的镜片本身就会对光线产生反射。这样会使进入镜头的光线总量减少，影响后面的CCD/CMOS感光器件的成像。现在的数码相机一般采用在镜片上镀一层特殊的膜来使镜片的反射尽可能减少。由于镀一种膜只能使某一种颜色的光线减少反射，而不可能使所有的光全部进入镜头。所以，我们一般的镀膜主要集中在减少绿色的反射，因为人的肉眼对绿色光非常敏感。还有一种镀膜是为了增强镜头的耐磨性，使物镜不那么容易被划伤。
采用多种镜片的作用主要是纠正单块镜片所造成的“失真”。由于透过镜片的光线有许多种，其本身在同一块镜片中的折射率就不同，透过镜片后会因为镜片的干扰而产生像差。像差有许多种，例如球面象差，晕光和失光。我们在一些手机或廉价的摄像头所拍摄的照片可以看到，照片*有一个小圆圈，这是因为他们采用了一块镜片而无法对镜片的衍射现象进行校正造成像差。还有就是图像变形，这也是因为没有对光线的路径进行校正。
在确认要拍摄的对象以后，我们把相机的镜头对准目标物体。这时，物镜或物镜组就会根据自动对焦系统（由相机的*控制器来完成，具体后面再介绍）的控制信号来调节它和感光器件的距离，使物体的像刚好落到CCD/CMOS上，这样才可以形成清晰的图像。镜头有一个非常重要的指标就是焦距。焦距就是镜头的“目镜”（最后的一块镜片）*到通过的光线刚好可以汇聚那一点的距离。现在一些数码相机自带的镜头是可以改变焦距的，这类型的镜头可以改变镜头内部的镜片的距离，使相机镜头可以像望远镜那样把物体拉近或放大。但是，由于这类型镜头的镜片本身设计时的最好工作状态是正常焦距，所以变焦以后会由于镜片本身的一些不可改变物理形状而导致成像变形或产生某种畸变。
在光线通过的路径中，必须对光线的强度加以控制，以适应不同的拍摄环境。这个“通过光线控制”就是由光圈来完成。光圈是一组在镜头内部的“阀”，它由几块不透光材料围成圆圈型，通过改变这个圆圈的直径大小来控制通过镜头的光线量。光圈的主要作用有：1.调节光线，控制光线通过量；2.收小光圈能减少镜头的残余象差；3.收小光圈能增长景深范围以及使入射的光线均匀，避免图像四角发暗的现象；4.利用大光圈可减小景深范围以达到虚化焦点以外的形象，达到突出主题的作用。景深通俗讲就是目标物体后面的景物能否清晰成像。光圈一般用F来表示，例如F8/F5.6等。后面的数值越大，表示可透过的光线越少，光圈的直径也越小。
光圈的控制一般是自动的，即*控制器通过测光系统来给出这个快门速度和感光度下的最佳的光圈数，然后驱动光圈改变数值。在一些相机上还有手动模式，用户自己可以改变光圈数。
CCD/CMOS传感器篇：
CCD/CMOS传感器是数码相机最重要的器件之一，也是数码相机根本区别于传统胶片相机的特征。CCD的全称是Charge Couple Device，译过来就是“光电荷耦合器件”，CMOS的全称是Complementary Metal-Oxide Semiconctor，有“互补金属氧化物半导体”的意思。CCD和CMOS的工作原理有一个共通点，那就是都是用光敏二极管来作为光-电信号的转化元件。
前面已经讲过，不同颜色的光线透过某一种颜色滤光镜的总量是不是一样的。当我们在一个光敏二极管上安装一个绿色滤镜时，穿过一定是绿色的光线，但它们的深浅可能因入射光线的颜色而有所不同。所以，我们用四个光敏二极管来获取某物体的反射光线。R单元可以获取红色的光线；B单元可以获取蓝色的光线；G单元可以获取绿色的光线。将四个单元的信号（两个G单元各取50%）进行处理就可以获得原始光线的颜色。
CCD传感器有一个重要的工作特征：CCD传感器输出的是连续的电流信号。CCD设计时没有像CMOS那样在周围设置信号放大器，而是设置一个缓冲器，将一行的信号按一定的时钟周期连接成连续变化的电流信号输出。在输出端由图像处理器依照时钟信号的周期来确定信号的物理位置。
光敏二极管属于模拟元件，对于它所接收的强弱不同的光信号可以输出不定值的连续电流信号或电压信号。将这些信号进行量化，亦即“数码化”，就是将电流信号或电压信号按强度的不同划分等级。例如，将光敏二极管受到（一定值）最大强度的光线时输出的电压信号设为第255级；将无光线时照射时社为第1级。这样，最大和最低之间有256个等级，图像处理器对中间值的信号采取类似“四舍五入”的方法对信号强度进行等级划分，这样最终将连续的变化的模拟电流/电压信号变成了离散稳定的数字信号。现在的数码相机一般就是按每个光敏二极管输出的信号可以量化为256级来进行计算的，在这种状态下，三个光敏二极管一共可以有256*256*256种颜色搭配。因为256实质上就是一个二进制8位数，所以256色就是一个8bit通道，故这样的数码相机就是8bit*8bit*8bit=24bit。
CMOS传感器亦是一种采用光敏二极管来担任由光信号到电信号的转换工作的，不同的是，CMOS输出的是电压信号。传感器的每一个光敏二极管都有一个独立的放大器，这是因为传感器的制造材料不能像CCD那样，可以阻止电子在上面自由走动，因而CMOS传感器的信号互相干扰非常厉害，产生了许多寄生干扰。为了尽量将光敏二极管输出的极其微弱和容易受干扰的电压信号放大，必须在光敏二极管附近设置一个放大器来放大后再输出，这样即使干扰，影响也微弱一些。但这些放大器的参数很难完全一致，它们参数的不一致使最后计算出来的结果产生了一些差异也是这个原因，我们看到许多采用CMOS作为传感器的摄像头或低档数码相机的图像有许多白色的噪点或其他颜色的色斑，那就是信号互相干扰而导致放大器不能正确放大信号的结果。
在数码相机中，感光度的调节是通过改变光敏二极管的放大器的放大率来实现的。例如，在光线不足的情况下，我们可以使信号放大器的放大率提高，使后面的模拟/数字转换器可以获得更高的输出电压/电流信号。相对于不调节放大率，这样可以获得亮度信号更强的画面。
在一般的应用类数码相机中，传感器一般都是根据上述的原理制成的，最多只是在光敏二极管的排列上做些文章。
*控制器篇：
*是数码相机的大脑，数码相机的一切动作，例如开机自检、错误处理等，都由*控制器发出。*控制器是一块可编程的DSP（Digital Signal Processing 数字信号处理），在外围或其内部，有一个小容量的FLASH，负责存放一些程序语句。*控制器按照这些程序语句对相机的各种操作做出反应，例如对环境的光线强度做出判断、调节感光二极管放大器的放大率、用不用闪光灯、采用何种快门速度和光圈等。
图像处理器篇：
在图像处理器中除了要把每一个像素点的颜色计算出来外，还要把它们按照一定的时钟周期进行排列，组成完整的图像。在某些场合还要对图像进行一定格式的压缩，使图像的容量更小。图象处理器实质上也是一块可编程的DSP处理器。事实上，图像处理器算法的好坏对处理出来的图像质量影响很大。
在对电压/电流信号进行量化以后，图象处理器要对像素的颜色进行计算。例如，在R单元得到的数值是255，在G单元得到的是153，在B单元得到的是51，那么，图象处理器按照本身定义的算法，将以上三个值代入，得到一个R值为255、G值为153、B值为51的颜色
在图像处理的过程中，通常会用到“插值计算”这个算法。所谓的插值，就是在离散数据之间补充一些数据，使这组离散数据能够符合某个连续函数。利用插值可通过函数在有限个点处的取值状况，估算该函数在别处的值，即通过有限的数据，以得出完整的数学描述。通俗地讲，我们把一张图片的像素值增多，就是运用了插值算法。图片的像素本来就是那么多，但我们却可以用软件把某两个像素的中间值计算出来，然后插在这两个像素的中间。这种方法不能真正地使图片的分辨细节增加，但通过插值计算而来的像素通常不会和真实情况相差太远，在某些场合（例如想把照片放大但又不想出现马赛克锯齿）还是有一定的用处的。现在一些相机的广告说它的产品最高可以拍出达到多少多少像素的照片，这时我们就要注意它是否是有效像素；如果只是经过插值处理的，那是没多大意义的，因为从理论上来说，插值计算是可以无限的。
这样，生成的图片按照产生的光敏二极管的物理位置来进行排列，就可以得到一张完整的，未经压缩的图片，存放在随机动态内存RAM中，如果没有压缩要求，它们就会被写入FLASH中保存或通过接口传输到其他设备。
JPG是数码相机在压缩图片时首选的压缩格式，这是因为JPG有着极高的压缩比，并且可以根据使用者的容量要求来设置图像质量。就现实而言，一张内容复杂的而未经压缩的TIFT图片和内容相同而肉眼难以觉察它们的区别的JPG的容量比例大概可以达到5：1甚至更高。
JPG的压缩方法可大致分为三个步骤（注意，离散余弦变换针对的是R、G、B中的其中一个值，而不是针对R、G、B的处理后的值，所以，离散余弦变换的系数就是一个彩色分量编码，由1到255）：1、进行离散余弦变换（DCT），去掉图像中多余的数据；2、对图像进行量化，量化是根据人的眼睛的生理特点而采取的特定结构排列方式,量化表就是确定这些排列方式的标准化的表格；3、编码，用统计的方式对数据本身进行压缩，使压缩出来的图像的数据流可以减到最小。在离散余弦变换的过程中，首先将图像分成8*8个小像块，然后对每个像块逐一进行DCT变换。DCT变换是一种正交变换，它有如下特点：第一、没有失真，整个过程是可逆的；第二、可以去除相关性；第三、能量重新分布且集中在图像的左上角呈现倒三角型分布。以一个8*8 的小像块为例，它一共包含8*8=64个样品数值，在经DCT变换后仍然是64个样品数值，这并不能达到码率压缩的目的；但在量化取整时，量化表符合人眼特性，即对图像左上角的低频分量设置较细的量化，而对其余部分即高频分量设置较粗的量化，这时，网格内大部分系数为零；然后，再用“Zig-Zag”扫描进行Z字型读出数据后，这一串数据中只有前面部分数据较大，而其余部分数据较小甚至为零，这时采用零游程编码就可以让数码率得到有效的压缩。在一些对比鲜明的地方，例如一些边界，我们会发现那些像块的像素根本就对不齐；还有一些“晕圈”、“幻影”现象，就是对小像块进行量化的过程出现的，但如果采用的压缩率比较低，这些失真很小，我们一般是不会觉察的。
量化以后，就要对图像进行编码，就是对一连串的数据进行排队，利用概率的原理对数据进行无损性压缩。霍夫曼编码是编码中应用最广泛的一种编码方法，是一种统计编码，一般人们所说的可变字长编码就是指霍夫曼编码。霍夫曼编码需要事先约定并存成编码表，便于以后对照，在解码时才能正确找出编码所代表的意思。它具体做法是对一数据串先按符号出现的概率大小进行排队，再把两个最小的概率相加作为新的概率和剩余的概率重新排队，如此重复，直到最后概率之和为1。每次相加时都将“0”和“1”赋予相加的两个概率，读出时由该符号开始一直沿续到最后的“1”，将路线上所遇到的“0”和“1”按最低位到最高位的顺序排好就是该符号的霍夫曼编码。这样产生的二进制数就是JPEG的实质性数据了。但我们一般不会就这样把图像传输出去，还要进行组织数据流和打包工作。组织数据流是把各种标记代码和编码后的图像数据组成一帧一帧的数据，这样做的目的是为了便于传输、存储和译码器进行译码；打包就是对编码产生的二进制数进行一些必要的说明，使解码器可以正确解码出图像。一般的打包还包括相机在拍摄这张照片时的一些数据，例如这台相机的型号/光圈/快门/分辨率/日期等。然后，这些数据就可以传输到接口电路，或写入FLASH或传输到外部的其他处理设备。
存储器篇：
存储器在数码相机一般是外设，其内部一般只会安装很小容量的FLASH芯片，这对拍摄高分辨率的照片来说是远远不够的。一般的存储器有CF（Compact Flash）、SM（Smart Media）、MMC（Multi Media Card）、SDC（Secure Digital Card）、MSD（Memory Stick Duo）、IBM的微型硬盘等。但就一般而言，这些存储器除了IBM的产品以外，其他的都是采用闪存FLASH来作为存储部件的。我们就从FLASH的内部微观结构来看它是怎么保存数据的。绝缘栅MOS管的底层是一个晶体管的NP结，在这个NP结的上面有一个被场氧化物所包围的多晶硅浮空
栅。这个浮空栅的“浮空”构成了MOS管的源极、漏极之间的导电沟。如果这个浮空栅上有足够的电荷存在而不用依赖电源，那么就可以使MOS管的源极、漏极导通，在断电的情况下也可以达到保存数据的目的。在MOS管的源极和栅极之间加一个正向的电压，使浮空栅上的电荷向源极扩散，那么源极、漏极不导通；如果在源极和栅极之间加一个正向的电压U-1，但同时也在源极和漏极之间加一个正向的电压U-2，而且U-2总是小于U-1，那么源极上的电荷就向栅极上扩散，使浮栅带上电荷，这样就可以使源极、漏极导通。因为浮栅是“浮”空的，没有放电回路，浮栅上的电荷可以在断电的情况下很长时间不向其他地方扩散，使源极和漏极保持“开/关”。
这样，控制器通过一定的接口和图形处理器连接。在接到写入命令以后，就控制某个MOS管的源极和栅极、源极和漏极电源的开或关，使其中的MOS管导通或断开，从而达到存储数据的目的。
通过上面的分析，我们大致了解了数码相机各个部分的工作原理。虽然现在市面上有一些产品宣称采用了许多所谓的新技术，性能如何如何优于其他产品。但数码相机的基本工作原理还是差不多的，那些新技术大多数也是一些小打小闹的“改良”，并未真正改变数码相机的基本工作原理。
数码相机的平民化是现代人们的福音。数码相机、数码摄像机的出现让更多的人享受艺术的乐趣。艺术不再是那些扛着昂贵的单反相机、有着雄厚经济实力的人的专利。伴随着降价潮，越来越多的人开始用上了高质量的数码相机，用数码相机高速、高质量地记录我们身边转纵即逝的故事。正是这些随手拍下的故事，使我们这个时代的气息，可以永恒地留在人们的记忆中。我们不得不说：技术，改变的是世界
参考资料：http://202.192.163.48/2003834311/webpage/my%20article/DC/
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时间：2023-01-29 02:09
数码相机的工作原理是：首先通过镜头接收光线，然后被称为CCD（电耦合元件）的摄影元件（有时也使用CMOS传感器）将所接收的光线转换成电信号，最后将电信号作为数据记录到内置存储器和存储卡中。在数码相机的基本性能中，像素数、摄影元件、变焦倍率和镜头亮度这几个技术指标最为关键。
一、像素数
在数码相机的规格和广告中最先映入人们眼帘的描述一般就是它的像素数。所谓像素数，可以理解为在摄影元件上设置的像栅格一样的东西。而光线的颜色和强度则能够以这种栅格为单位接收到相机中。所以，栅格越细（也就是像素越多），照片的颗粒就越细，相应地拍摄对象的细节部分就表现得越好。
但在广告上、样本上、说明书上、相机上标出的数据有时却是不一样的，明明一个400万像素的数码相机，拍摄的图像文件尺寸怎么算也只有390万像素，这里面是不是该有什么标准呢？
确实，在以前，我们看到这些像素数的数据时还要在心里仔细盘算，因为图像传感器的技术发展非常迅猛，原有的标准出现了许多漏洞。JCIA(Japan Camera Instry Association，日本照相机工业协会)于2001年7月发布了《数码相机规格标注指导》，严格规范了各种标称方式的名称、内容，以谋求能够为一般消费者提供可以作为挑选数码相机依据的指标。
新标准的要点是，作为表现数码相机性能的指标，将优先标记“有效像素数”，一般消费者在购买数码相机时，应以有效像素数作为选购的依据。新的标准适用于从2001年9月1日开始销售的数码相机。JCIA希望这一标准能够成为全球数码相机业界的标准。
下面我们把用户可能在选择时遇到的像素数指标罗列如下，使用户在评判时有所依据。
（1）有效像素数（Number of Effective Pixels）
它在规范中被指定为数码相机描述性能时最优先提及的指标。根据物理学光衍射原理, 在相机的光通道(取像孔)被厂家固定下来后,在CCD上成像时外缘部分会形成衍射现象,导致图像模糊。为了提高图像质量,我们就会放弃在这部分像素点上的成像内容,这样一来，成像单元(像素点)就没有百分之百地被利用, 导致实际利用像素数没有提供的那么多，这样被利用的绝大部分像素数就是“有效像素数”了。这就是为什么我们总在数码相机的说明资料中常看到“有效像素数”的原因。
（2）总像素数（Number of Total Pixels）
这是图像传感器本身的规格，是传感器上所有像素的数目。在设计一系列产品时，可能采用同样的镜头和CCD，但最终在市场上要依靠像素数和外围设计区分档次，所以目前一些数码相机镜头的成像范围要小于CCD面积，只能利用部分CCD的像素。因此，我们常常可以看到有效像素数小于总像素数的情况。
（3）记录像素数（Number of Recorded Pixels）
这是最终记录在存储媒体上的静态图像中所包含的像素数。一些采用插补、智能像素扩充技术产生的高分辨率图像也可以按照这个标准标出，因此，对一些采用独特布局或是算法的CCD的数码相机来说，记录像素数代表了其性能的重要一面。当然，厂家会标注出采用何种技术产生的这些像素。
（4）输出像素数（Number of Output Pixels）
这是通过输出转换后，数码相机产生的图像中包含的像素数。这个指标和记录像素数有些类似，但它是最终传递到计算机中的图像分辨率，与存储媒体中的数据略有不同。
看了以上这些指标，你是不是心中有数了呢？找一款数码相机的样本看看可能会更直观一些。其实也不必太深究它们的含义，目前比较新的数码相机（2001年7月以后上市）都把有效像素数作为最明显的指标。在统一的标准之下，我们也就更容易选择符合自己需求的产品了。
二、摄影元件
另外，摄影元件（CCD）尺寸也很重要。如果像素数相同，摄影元件越大，每个像素的尺寸就越大。像素尺寸越大，所能处理的数据量就会增加，从而就能够区别微细光线的颜色和强度，也就能够生成层次感丰富的照片。
中档数码相机一般使用尺寸在1/2.7～1/1.5英寸的CCD，但是高级单反相机有的会超过1英寸。
当前的数码相机上CCD的直径大小常见的尺寸有：2/3英寸和1/1.8英寸等。在一块CCD板上如果集成了200万个光电成像单元,那我们就说这款数码相机就是200万个像素的。所以当CCD板的大小和集成度固定下来后，像素点就变成绝对概念了。在集成度一样的前提下，CCD尺寸越大的数码相机像素数就越高，当然分辨率也就越大，价格就越贵。
三、变焦倍率
（1）镜头焦距
镜头焦距是相机镜头最重要的特性之一，为了让传统摄影者很容易地了解消费级数码相机镜头焦距的意义，我们常常将其转换成135相机的等值焦距。镜头焦距指的是平行的光线穿过镜片后，所汇集的焦点至镜片间的距离。基本上，若是被摄体的位置不变，镜头的焦距与物体的放大率会呈现正比的关系。
即：放大率＝影像尺寸/被摄体尺寸光学变焦
例如，Nikon CoolPix 990数码相机的镜头焦距为38～115mm(相当于135相机)，我们便说它是3X的光学变焦。原始的镜头焦距为38mm，经过镜头系统的伸缩改变，最大可以将镜头焦距调整到115mm。在相同的拍摄距离下，可以将被摄体放大3倍。
（2）数码变焦
今日的数码相机已经演进成小型的计算机一般，内部含有操作系统，可以执行既定的程序。透过程序的演算及光学系统的配合，我们可以将被摄体再做局部放大，以插补的方式仿真出光学变焦的效果。数码变焦必然会损耗掉影像的品质，在一般的拍摄状况下，我们都不建议使用数码变焦的功能。但我们也知道“较差的相片”胜过“没有相片”，在某些特殊状况下，我们还是会动用“数码变焦”的功能。
（3）光学变焦 VS 数码变焦
光学变焦的影像品质胜过数码变焦，请尽量采取光学变焦的功能。光学变焦及数码变焦的计算如下。
若一相机的光学变焦为3X，数码变焦为4X，则该相机合并运用光学变焦及数码变焦功能，可以达到12X的放大能力(尽管这不太实际)。
（4）定焦与变焦
无论是什么品牌的相机，变焦的功能同样还是会造成影像品质的损耗，因此，同级的数码相机/镜头系统，定焦镜头所拍摄的结果，应该比变焦镜头还要锐利。另一方面，定焦镜头较易设计，成本较低，但是在构图时，则没有变焦镜头那么方便。
对于数码相机来说，变焦倍率越大，远景拍摄就越方便。但相应地镜头就越大，价格也就越高。
如果只是把数码相机用作记录用途，而采用尽可能轻便的产品的话，可以选择无变焦功能的产品。而稍微需要一点变焦功能的话，有3倍左右的变焦功能也就足够用了。
但是，规格中也许会出现“光学变焦倍率”和“数码变焦倍率”两项。其中体现镜头性能的是“光学变焦”。“数码变焦”是指将部分图像裁剪出来进行放大的功能。所以，利用数码变焦进行放大的越多，画质就越差。
四、镜头亮度
“F值”表示镜头亮度。不用闪光灯在中午进行拍摄时，达到F4.5左右就足够了。但是当经常在傍晚时分或光线昏暗的室内拍摄时，最好达到F3.5或F2.8左右。
虽说如此，镜头的性能并不能仅由规格来判断。模糊度、色彩表现性能以及外部光量和像差等数据并不写在规格中。另外，摄影目的和个人兴趣不同，喜好也就不同。这方面最好是参考杂志上刊登的测试报告。
五、其他需要注意的地方
对数码相机的易用性影响较大的规格包括从打开电源到可以拍摄之间的启动时间、可连续拍摄的最短时间，以及从按下快门到快门关闭之间的时滞。为了不放过任何拍摄时机，显然这些指标的数值越小越好。
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时间：2023-01-29 04:01
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（Charge Coupled Device），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（Complementary Metal-Oxide Semiconctor）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。
参考资料：http://publish.it168.com/cword/228.shtml
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时间：2023-01-29 06:09
电荷藕合器件图像传感器CCD（Charge Coupled Device），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（Complementary Metal-Oxide Semiconctor）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。
数码照相机顺应了信息时代发展的大趋势,与传统摄影相比较,数码摄影具有操作方便、快捷,对影像的处理直接、简便、有效,立拍立得、可完全保真地复制、方便检索以及易于进行远程距离立即传送,有利于环境保护等特点.
数码照相机与传统的照相机具有很多相似之处,但它们的工作原理却有着很大的不同.数码照相机的工作原理是:光学镜头要将要拍摄的画面聚焦到一片光电转化器(CCD)上如图1所示,光电转化器将投射而来的景物光信号转化成电流信号;然后将数据传输到模拟电子信号处理器上,转化成电脑能识别的数码讯号,通过数码压缩处理模块压缩处理后贮存在闪烁式电子芯片上.
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时间：2023-01-29 08:33
数码相机是以电子存储设备作为摄像记录载体，通过光学镜头在光圈和快门的控制下，实现在电子存储设备上的曝光，完成被摄影像的记录。数码相机记录的影像，不需要进行复杂的暗房工作就可以非常方便地由相机本身的液晶显示屏或由电视机或个人电脑再现被摄影像，也可以通过打印机完成拷贝输出。与传统摄影技术相比，数码相机大大简化了影像再现加工过程，可以快捷、简便地显示被摄画面/
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时间：2023-01-29 11:15
当按下快门时，镜头将光线会聚到一个光电转换器，它代替了普通相机中菲林的位置，它的功能是把光讯号转变为电讯号。这样，我们就得到了对应于拍摄景物的电子图象，光电转换器是一个模拟的传感器件，所以图象讯号需要经由仿真数码转换器（Analogue to Digital Converter, ADC）来进行仿真讯号到数码讯号的转换后才能以数据方式储存。当数码讯号以既定的格式存入缓存内存（cache memory）内，一张数码照片便正式诞生了。其后微处理器（Microprocessor Unit, MPU）可对数据进行压缩并转化成为一特定的图象格式。描述二维图象的档案格式如Tag Image File Format,（TIFF）、Raw data Format（RAW）、Flash Pix （FPX）、JPEG File Interchange Format（JFIF）或Macintosh的PICT Format在数码相机上的应用都很普遍。压缩后，图象档案会存储在非易失性内存（non-volatile memory）中。
使用者可透过相机内置的液晶显示器来查看拍摄到的照片，不用等待照片的冲晒，有即影即有的效果。数码图象数据可根据不同的需要以数码讯号或视频讯号的方式经有关的接口输出。目前一般的数码接口有USB及IEEE1394等接口可供连接到计算机或打印机等有关的数据接口。而视频接口则可供连接到电视机的视频端子。其它有用的配套设施主要都是为了扩大存储容量而增加的外置的内存例如memory卡或者硬盘等。数码相机的心脏是微电脑，大部分的操作均以软件处理，所以数码相机很轻易地对拍摄到的图象加以处理；例如自动曝光修正、图象放大、色彩转换、档案格式转换等功能都可轻易地加入产品之中。
参考资料：http://blog.sdju.e.cn/eis/dodo/archives/2006/19.html
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时间：2023-01-29 14:13
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时间：2023-01-29 17:27
上面还有更具体的，可以参考
热心网友
时间：2023-01-29 20:59
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时间：2023-01-30 00:47
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时间：2023-01-30 04:51
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时间：2023-01-30 09:13
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时间：2023-01-30 13:51
现在是ccd ,cmos
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时间：2023-01-30 18:45
