第一节　数码照相机的基本组成

数码照相机是获取数码图像的主要工具。数码照相机主要由机身、镜头、光圈、快门、图像传感器、模/数转换器、数字影像处理器、图像存储器、取景器、外接设备接口、输出接口、电源系统等组成。

一、镜头

镜头是运用光的直线传播性质和光的反射、折射定律，以光子为载体，把某一瞬间的被摄景物的光信息能量经摄影镜头传递给图像传感器的部件。数码照相机的镜头相当于一块凸透镜，主要作用是把光线汇聚起来，在图像传感器中形成一个清晰的“图像”，如图1-1所示。图像传感器再将进入镜头的成像光线转变为影像的电信号，数码照相机中的模/数转换元件将影像的电信号转变为图像的数字信号，图像的数字信号存储在图像存储器上成为可视的影像。图像传感器本身不存储图像信号，但图像传感器的质量是决定数码图像质量的重要因素之一。

从数码照相机成像原理可以看出，镜头是数码照相机成像的关键部件，镜头的性能水平和质量也会直接影响成像质量。关于镜头的具体阐述请看本章第五节。

二、光圈

光圈是由许多活动的金属叶片组成的，装在镜头的透镜中间。在数码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，控制进入镜头到达图像传感器光线的多少，以适应不同的拍摄需要和获得正确曝光。光圈大小是用光圈系数f值表示的，如f/2.8、f/4、f/8等。关于光圈应用的具体阐述请看本章第六节。

三、快门

数码照相机的快门是用来调节、控制光线通过镜头到达图像传感器时间的装置。它遮挡在图像传感器的前面，一般情况下处于关闭状态。只有在按动快门按钮时才会打开，其打开的时间就是根据设定的快门速度决定的。可以说快门是从时间上控制曝光的一种计时装置，计时单位为秒（s）。关于快门的具体阐述请看本章第七节。

四、图像传感器

图像传感器是数码相机的核心部件，主要有CCD和CMOS两种，如图1-2、图1-3所示。它将进入镜头的成像光线，转变为影像的电信号，再由相机中的模/数转换器将影像的电信号转变为影像的数字信号。最后，影像的数字信号被存储在相机中的存储媒介上。

图像传感器本身不存储影像信号，但是存储在存储媒介上的数码影像质量却是由CCD的质量决定的。图像传感器所含像素越高，成像越清晰，可以输出照片的幅面越大，但是数码影像文件也就越大。

（一）CCD图像传感器

CCD是英文Charge Couple Device的首字母缩写，意为“电耦合器件”或“图像传感器”。图像传感器的感光原理是：CCD感光元件的表面具有储存电荷的能力，并以矩阵的方式排列，当光线照射其表面时，会将电荷的变化转变成电信号，整个CCD上所有的感光元件产生的信号经过计算机处理还原成一个完整的图像。CCD是两层结构，上面一层是马赛克状的彩色滤镜，下面一层是感光元件，光线经过彩色滤镜照射在下层的感光元件上，每个彩色滤镜下方的像素只能感应该颜色光线。其中，红色和蓝色像素各占总像素的25%，绿色像素占总像素的50%。然后由数码相机的CPU将三种像素处理还原成为拍摄时的色彩。

CCD的缺点如下：一是分辨率提高到一定程度后再提高就很困难。二是每个像素的色彩由3个像素合成，很难精确地还原色彩。三是制造技术复杂，成品率低，造价高昂。

（二）CMOS光电传感器

CMOS是英文Compiementary Metal-Oxide Semiconductor的首字母缩写，意为“互补金属氧化物半导体”。是指利用硅和锗这两种元素制成的感光元件。CMOS感光原理与CCD不同，它上面共存在着带有正、负电荷的半导体，这两个互补效应所产生的电流经过处理芯片的处理就成为图像。

CMOS采用了类似于传统胶片的感光原理，将蓝、绿、红3层感光材料叠在一起，按照光线吸收波长的不同“逐层感色”，蓝色光在离感光元件0.2m时开始被吸收，绿色光在离感光元件0.6m时被吸收。这样一个像素即可还原色彩，与总像素相同的CCD相比，不仅分辨率大大提高，而且色彩还原准确。

CCD与CMOS两种感光元件的区别

由两种感光器件的工作原理可以看出，CCD的优势在于成像质量好，但是由于制造工艺复杂，只有少数的厂商能够掌握，所以导致制造成本居高不下，特别是大型CCD，价格非常高昂。

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，非常省电。CMOS主要问题是在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而过热。

五、模/数转换器（A/D）

模/数转换器简称为A/D转换器，如图1-4所示，是把CCD或CMOS接收到的光信号转变成数字信号的装置。通常的模/数转换器是将一个输入电压信号转换为一个输出的数字信号。由于数字信号本身不具有实际意义，仅仅表示一个相对大小，因此任何一个模/数转换器都需要一个参考模拟量作为转换的标准，比较常见的参考标准为最大的可转换信号大小。而输出的数字量则表示输入信号相对于参考信号的大小。

模/数转换器最重要的参数是转换的精度与转换速率，通常用输出的数字信号的二进制位数的多少表示精度，用每秒转换的次数来表示速率。转换器能够准确输出的数字信号的位数越多，表示转换器能够分辨输入信号的能力越强，转换器的性能也就越好。

六、数字影像处理器

数字影像处理器是固化在数码照相机主机板上的一个大型的集成电路芯片，如图1-5所示，主要功能是对模/数转换器转换的数字信号信息进行处理，用于数码图像的显示、压缩、存储等。它在数码照相机的整个工作过程中起到了非常关键的作用，相当于数码照相机的“大脑”。相机能拍摄出什么样的图片，最终是经过影像处理器的处理之后，才能展现出来的。同时，影像处理器还控制开机速度、对焦速度、拍摄间隔和电池续航能力等。

七、图像存储器

数码照相机利用图像存储器存储数码图像，大部分数码照相机所用的图像存储器为可移动的存储卡。对存储卡内的图像文件，可以删除单张，也可以进行格式化全部删除。删除部分图像或格式化后，释放出空间的存储卡可供反复使用。

存储卡可随时装入数码照相机或从数码照相机中取出，在其存储空间用完后，可以更换另外的存储卡，就像换胶卷一样。存储卡内的图像可以通过数码照相机与计算机的连接下载到计算机，也可以通过读卡器下载到计算机。

存储卡的容量有16GB、32GB、64GB、128GB、256GB等，可以根据需要选用。存储卡的容量越大，可拍摄的照片数量越多。当然还与设置的照片分辨率和选择的压缩比有密切关联，分辨率低、压缩比大时，可以存储照片的数量较多。

目前，在数码照相机上使用的存储卡有CF卡、SD卡、记忆棒、XD卡等，种类如图1-6所示。

八、取景器

取景器是用来构图的装置，即通过取景器可确定画面的范围和布局。数码照相机常用的取景器有以下几种。

（一）LCD取景器

大部分简易数码照相机都采用机背上的彩色LCD取景器取景，如图1-7所示，取景直观方便，能达到“所见即所得”的效果。LCD还可以回放存储在存储卡里的照片或动画。LCD除了显示拍摄的景物外，还能显示每次拍摄所必要的所有信息，包括当前拍摄模式、拍摄张数、快门速度、光圈大小及曝光补偿等，以备拍摄者确认所有的摄影技术参数。

大多数码照相机还有一个光学取景器。简易数码照相机采用的是平视旁轴取景器，高档数码照相机采用的是单镜头反光取景器。

（二）光学取景器

在数码照相机机身的顶部有一个光学取景器，取景器的光轴与镜头的光轴是平行的，但不同轴，所以称为旁轴，如图1-8所示。这种取景器体积小巧，但取景有视差。取景器通常置于镜头上方或侧方，从光学取景器上看到的影像与镜头在图像传感器上的成像是不同的，在近距离拍摄中，视差更为明显。

（三）单镜头反光取景器（TTL）

数码照相机的取景和拍摄使用同一镜头，如图1-9所示，拍摄时没有“视差”存在。摄影镜头与图像传感器之间有一个与光学主轴成45°角的反光镜，取景影像通过反光镜显示在机身上方的调焦屏上形成实像。然后，通过屋脊式五棱镜反射至取景器上，这时可以观察到与图像传感器平面上同样清晰的正立影像。当按下“快门”按钮时，反光镜先行抬起，然后打开快门，使光线通过镜头直接射向图像传感器而进行曝光，如图1-10所示。曝光结束后，快门关闭，反光镜复位。

（四）电子取景器（EVF）

EVF即电子取景器（Electronic View Finder）。电子取景器可以看作是LCD取景器的缩小版并结合了单反取景器的特点。电子取景器和LCD一样，具备极低的视差、易用等优点，而且电子取景器置于机身内部。

九、外接设备接口

相机的外接设备接口一般在机身侧面，但是必须注意，不同型号的相机功能按钮的多少和所处的位置都有所不同，实际情况请仔细阅读数码照相机说明书。

数码照相机的输出接口有数码（DIGITAL）接口和音频/视频（A/V OUT）接口。数码接口用于与计算机、打印机等的连接；音频/视频接口用于与电视机的连接。将音频/视频连线的一端插入数码照相机上的A/V OUT接口，另一端插入电视机上的视频输入及音频输入插孔。开启电视，把它切换到视频模式，就可以浏览拍摄的数码照片。

注意：如在我国国内使用，在数码相机的菜单中要把电视制式选择为“PAL”。

彩色电视机制式

在彩色电视机中，发送端和接收端都要采取某种特定的方法对三基色信号（红、绿、蓝）和亮度信号加以处理。不同的处理方法构成了不同的电视机制式。目前，世界上广为应用的三种彩色电视机制式，即PAL制、NTSC制和SECAM制。中国、德国、英国主要采用PAL制。日本、美国、加拿大、韩国、菲律宾主要采用NTSC制。法国、俄罗斯、东欧地区及部分非洲国家主要采用SECAM制。

十、电源系统

数码照相机电源可用锂电池、镍氢电池、AA电池，耗电设备有闪光灯、液晶显示屏、图像传感器、存储器和数据处理芯片等。