转录自本网址http://www.acertwp.com.tw/magazine/me/m140/m13904.htm 数位相机构造彻底分析 ■李尔民 1997年，电脑更进一步走入家庭的同时，数位相机开始敲门。本人在东京从事多年的电脑工作。在这里愿将日本的数位相机最新情况向各位读者作一介绍。 现在个人电脑爱好者最喜欢的外部设备，就要算是数位相机了。更新换代、画质提高、办公用、家庭用、制作网页等等使用范围越来越广。更有装入口袋里超小型数位相机、支援1280x1024点高解像度的数位相机、自身编辑功能增加完善。但是，哪一种照相机用起来顺手、更好地让人发挥摄影技术。这不仅要求摄影的要领必须掌握，照相机构造也要清楚。 若只限於最简单的数位相机，了解其内部构造就没有太大的必要。但如果对摄像品质有一定要求的机种，就一定要理解其内部构造。以下从数位相机的构造要素，详细介绍。 数位相机构造 数位相机与胶片式照相机的构造在一点上是一样的，就是将摄入镜头的光记录在某一种媒体上。但是，摄入镜头的光记录在什麽样的媒体上，却有本质上的不同。 胶片式照相机的原理是利用胶片使光在感光剂上感光，发生化学变化。而数位相机的原理是利用CCD或是CMOS，使光信号转变为电信号、记录在记忆体上。也就是说利用光电的转化。 从镜头到曝光部分的技术，数位相机与胶片式照相机是相同的。曝光到记录媒体部分是数位相机特有的技术，这一点一定得有清楚的认识。 胶片式照相机曝光过程﹕ 1.经过镜头光聚焦在胶片上。 2.胶片上的感光剂随光发生变化。 3.变化了的感光剂胶片经显影液显像。 4.成像。 数位相机曝光过程﹕ 1.经过镜头光聚焦在CCD（CMOS）上。 2.CCD（CMOS）将光转换成电信号。 3.经处理器加工，记录在记忆体上。 4.通过显示器表示，或经印表机列印。 数位相机的构成要素 数位相机设计的功能丰富。因不必装入胶卷，体型设计不受胶卷体积的限制，比起胶片式照相机，数位相机的外形设计具有很高的自由度。但是，保留有镜头，有取景器，有快门按钮。CCD和记忆体相当於胶片。 1.设定钮 选择画质、消去拍摄画面等各种设定选择。根据照相机种类的不同，各种设定分别在不同的按钮上。有的在液晶显示器上进行功能设定。 2.快门键 与胶片式照相机同样，拍摄要从按快门开始。不同的地方在於按下快门後，到能拍摄第2张照片之间，需要等数秒甚至20秒不等。这是因为画像数据需要进行压缩处理时间。 3.闪光灯 数位相机带的闪光灯，光度并不太强。不带闪光灯的机种占多数。 4.光学式取景器 拍摄时瞄准被摄物用的取景器。有用液晶显示器代替取景器，而省去取景器的机种。 5.镜头 数位相机的镜头并不在相机的中央，而附在旁边的机种占多数。使用这一类相机时，注意不要遮挡住镜头。 6.外部介面 拍摄的画像可以经过信号传送给电脑。如果带有TV输出介面，还可以在电视萤幕上直接显示出画像。 7.电源开关 拍摄前打开电源开关。有些机型此一开关，是用来做拍摄与功能整理切换用。 8.液晶显示器 液晶显示器的作用等於取景器，拍摄时瞄准被摄物。还可用来确认拍摄出来的照片。作为取景器来用，液晶显示器虽用起来得心应手，但因为液晶显示器耗电，低阶机种一般不带有液晶显示器。 9.电池 用2或4颗五号电池的机种为主流。除用一般电池外，也有用锂电池、镍镉电池的机型。 10.记忆卡 低阶的照相机，只有内记忆体，而无内附可以交换的记忆卡。这种机种的拍摄张数受到一定的限制。 CCD图像的画素是画质的指标 Charge Coupled Device（CCD）是受光时，转换成电信号的器件。使用在扫瞄器、传真机、电视摄影机等的受光部分。 CCD的决定性的指标在於它的画素。受光画素越多，图像的清晰度越高。中阶的数位相机的画素在35～41万点。高阶的数位相机的画素在80～140万点。专业的数位相机的画素有的超过300万点。根据CCD的构造，画素与输出信号的解析度并不是一样的。 一般来讲35万画素的CCD输出信号640x480点阵，80万画素的CCD输出信号1024x768点阵。 超过100万画素与CCD的面积 决定画质的因素除了画素外，还有几项因素。首先来看CCD的面积。正如图2所示，比起35毫米胶片，CCD的面积非常小。为能在这样狭小的面积上构成鲜明的画像。必须要求具有高性能的镜头。 但是，现有的镜头的解像度只有每厘米150点的精度。中阶机种大多使用1/3英寸的CCD。这样大小的面积，即使画素在100万点以上，也不能获得高品质的画质。即使提高输出信号的解像度，因经镜头成像密度不足，讯息量不可能再增大。 若加大CCD的面积，即使使用同样的镜头，画面的清晰度可以提高。例如，高阶机种DS-300（富士照相机）的CCD面积有2/3英寸。比1/3英寸CCD的面积大四倍。今後的数位相机，以超过100万画素的机种为主。CCD的面积就更显得重要。 原色过滤与辅色过滤 CCD的彩色过滤镜有多种，不仅CCD自身能判断光的强弱（辉度），而且经彩色过滤还可获得色彩资讯。这种彩色过滤通过藏蓝、大红、黄、绿（辅色过滤）与红、绿、蓝（原色过滤）的对比，调节拍摄的画面。一般来说，辅色过滤色彩度低，有比较平淡的感觉。而原色过滤动态范围扩大，可以再现被摄物的原色。 但是，也不能下定论说辅色过滤再现比被摄物的原色效果差。4像素（或3像素）为一单元，经演算合成色彩。根据处理方法不同，合成的色彩有很大不同。这种技术，各家各有所长。这就是为什麽规格表上，即使使用同种性能的CCD，成像的效果还是不大一样。 正方像素的优点 按照CCD的像素形状，画质会有所不同。数位相机沿用电视摄影机所用的竖长型画质CCD。但是，因为电脑的画面是由正方型的画素构成的，从CCD直接输入到电脑的画像会变成宽型。为正确表示画像，需要经过软体进行一定比例的修正。这样一来画像会有一定程度的失真。为解决这个问题，最近为此专门设计的正方像素CCD的机种逐渐增加。 质素的多少并不等於与画质的好坏 要注意一点的是数位相机的主要性能指标，并不仅仅决定於画素的多少。因为像素多，拍摄画像的解像度就高。确实画像被放大，看起来并不会觉得颗粒粗。解像度并不相等於画质。画素再多，颜色低劣的话，仍不能获得一幅高品质的画像。 胶片式照相机一般使用35毫米的胶卷。解像度在数百万到一千万点。但是，胶片经镜头所拍下的成像。有时还比不上100万像素档次的数位相机。100万像素档次的数位相机，拍摄1024x768点阵的画像。经高解像度的印表机列印，解像度为每毫米3到4点（解像度可用点数来表示）。另一方面，胶片经镜头所拍下的成像每毫米3-14点。受我们用肉眼所能监别的限制，这种程度的解像度没有太大的区别。重要的是不论数位相机，还是胶片式照相机，有一点是相同的，就是要评价其各自的综合机能。 记忆体 通过镜头的光信号经CCD转变成电信号。最後记录在记忆体上。使用的记忆体以即使被切断电源，内容也不会消失的记忆体为主。其中有使用PC卡型的硬碟机、或微型磁碟机，得以保证拍摄张数。 内装记忆体和储存卡两种 画像记录在内装记忆体和可以交换的储存卡两种。低阶的数位相机以内装记忆体为主。缺点是当内装记忆体装满後，暂时不能再进行拍摄。对於储存卡型的照相机，只要有备用的储存卡，就像换胶卷一样，实际上拍摄张数不受限制。但是，缺点是照相机本身的制造成本高，体积也大。 画像的处理方式及记录时间的注意点 即使是使用同一种储存卡，以什麽方式记录画像因个厂家不同，拍摄张数及画质也不会相同。 640x480点阵全彩画像，不经处理而直接记录的话，一张需用900KB的储存空间。但是，内建的记忆体和储存卡容量最大为数MB，显然可拍摄的张数少之又少。 实际上画像数据经压缩，容量变小後再做记录。这种JPEG压缩方式被广泛使用。压缩到低於十分之一的数位相机占多数。这种压缩操作因为经程序处理，从拍摄到画像记录终了需花一定的时间。也就是说，按下快门後，到下一次能按快门之间要等一段时间。一般平均在数秒，也有的超过10秒。这与处理画像用处理器及内装的压缩软体能力有关。 镜头 除了CCD，对画质影响较大的是镜头。镜头的性能不十分好，会有什麽影响呢？ 一般镜头中心部分的解像力最高，越往旁边，解像力越低。这就是为什麽画像的四周不够清晰，也不够明亮，并且容易变形。数位相机画质也同样会受到这种光学镜头特性的影响。这种失真很难在说明书上定量表示，只好用拍摄的样品等个别方法来说明。 根据焦距画面四角的变化 镜头说明书所给的指标是焦点的距离。调整焦距，对画面四角的变化有很大的影响。 焦距短，视角扩大（称做广角）。反过来焦距长，画角变窄（称做望远）。焦距与画角的关系，因曝光区的面积、也就是数位相机CCD面积的大小而不同。同样焦距的镜头，1/3英寸的CCD比1/4英寸的CCD的视角广。这一点不太容易明白，一般采用的焦距，是基於胶片照相机标准用的35毫米胶片换算得来（下同）。 变焦镜头为什麽少 中阶数位相机最大的缺点是，大多数不带变焦镜头（称做单焦距）。因而视角固定，取景自由度降低。运动会上拍到孩子的照片像米粒般大小。旅游纪念照片，为了能将所有的人都摄入，得不辞辛苦地调整相机的位子。 变焦镜头是由数个镜头进行组合，实现焦距的自由变化。所谓变焦镜头，是用有一定解像度的镜头，并同时对该镜头进行正确组合控制的装置。但是，正如前面对CCD的说明，数位相机对镜头要求更高。基於这点，价格5万日元以下的数位相机，考虑成本的关系，不太可能装变焦镜头。 代替变焦镜头，有若干种数位相机带有焦距切换装置（称做两焦距切换）。不像变焦镜头那样自由。只有广角和望远两档进行切换使用。 对焦 调整焦点的方法有几种。读者都知道手动对焦（ＭＦ）、自动对焦这两种方法。 但是，普及型的数位相机一般采用全焦距。使用广角镜头，不必对焦，利用被摄物的深度，在说明书上所给的拍摄有效距离内拍摄，都可得到清晰照片，不必担心焦距不准，即刻可按快门。 但是，简便的全焦距照相机有其弱点，在光线暗的地方，快门的落下速度相当慢，容易受到手晃动的影响。中距离景像清晰，远景和近景较模糊。 带有自动对焦的数位相机较多，对近景易模糊的缺陷进行补正。因为数位相机多用於代替抄写备忘录，为获得清晰画像，近景拍摄时用自动对焦。例如DC-2E（理光）能在１英寸近距拍摄，报纸上的小文字也能清晰地摄下。 取景器、液晶显示器 确认拍摄范围的窗口称做取景器。胶片照相机必备取景器。数位相机的液晶显示器具有与取景器同样的作用。同样液晶显示器也能用来显示拍摄了的画面。 液晶显示器易於观看 仅液晶显示器本身，品质差异极大。从最基本的取景器功能，到观赏画面之用，功用很多。液晶屏幕的种类，有MIM和TFT两种。一般来讲TFT方式看起来画面清晰。对於同种TFT方式，因制造原理相异，画质大不一样。例如，采用低温技术TFT的CP-500（EPSON），大面积化较困难，4号以下的小型面积也能得到明亮清晰的画面。 在室外用的数位相机，因液晶显示器本身光线较暗，在直射日光下，几乎显示不出画面。为鉴别其效果，最好到商店眼见为凭，不能以说明书上所写的为准。 使用液晶显示器的优点 液晶显示器做取景器使用的优点是可直观被摄物。而光学取景器，因取景用的镜头不同於拍摄镜头，所以眼见的范围与实际摄出的画面多少有些出入。更明显的是，当拍摄超近距离的物体时，取景器看到的在中心的被摄物，拍摄出来却在旁边。液晶显示器克服了这个缺点。 但是，代替取景器的液晶显示器大量消耗电池的电量。若照相机同时带有光学取景器和液晶显示器，根据实际使用环境选用，再理想不过了。 电池 数位相机的电源，一般用乾电池、或专用的充电池两种。不管哪一种，大多采用5号大小的电池。专用的充电池的优点在於节省费用，但在室外，一旦电池耗尽，便无能为力。奉劝读者选购随处都可买到的乾电池照相机为上策。乾电池和专用的充电池两种都可用的照相机也能买到。 电池的费用是最大的问题 大量耗电的数位相机，电池费用也大。最耗电的是液晶显示器。为了在室外能获得清晰的显示画面，液晶显示器里亮背景光，必然耗电量大增。另外，CCD也是很耗电的部件。液晶显示器做为取景器使用的机种，需连续驱动CCD，电池的负荷量极大。有时4只普通乾电池用不到30分钟。 如果用充电池，可重复使用有节省费用的优点。说明书上明确标明“可用充电池”的机型，可放心地尽量使用。充电池种类分锂、镍氢、镍镉三种。镍氢的特点是电容量较大，但是当电量快用尽时，电压会急剧下降。拍摄途中，因电压急剧下降而可能造成照相机故障，因此，有的照相机只采用镍镉电池。请读者认真地在说明书上确认。 外部介面 数位相机的画像数据输出方法有两种，（1）数位讯号输出。（2）录影机信号输出。 因为数位相机是为接电脑而用，所以必配备数位信号输入电脑的装置。而只有一部分的照相机配备有录影机信号输出装置。电脑上制作的画面能反输入给照相机的机种，只要有数位相机和录影机，就可全面操作。 联接信号线，传送时间成了瓶颈 利用信号线传送数据，多数采用串连信号方式（RS-232、RS-422）。视窗电脑的串连介面，最高通信速度限制在115.2Kbps。若画像的数据资料量大，传送时间需要数分钟。为克服这个缺点，出现了利用SCSI的高速传送方式。 有的照相机利用红外线通信做数据传输，根据五间厂家NTT、SONY、SHARP、CASIO、OKAYA、SYSTEMWARE的建议，提出数位相机的红外线通信规格。规格统一後，不同厂家的数位相机之间可实现画像交换、印表机上列印输出。通信速度最大可达4Mbps，传送时间可望大大缩短。并且将来USB(Universal Serial Bus)、IEEE1394普及时，采用该技术的数位相机的传送速度会得到彻底解决。 数位相机技术发展很快，新机种不断推出。不久的将来，将会取代传统的胶片式照相机。 --

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