第11章数码相机

第11章数码相机内容提要数码相机作为数字图像采集的主要工具，常应用于广告、摄影、日常办公等业务领域，同时数码相机也是娱乐消费电子产品，主要产品早已进入寻常百姓家。本章结合日常办公的业务领域讲解数码相机的基本原理、使用以及常见故障的简单处理。11．1数码相机的种类和技术指标11．1.1数码相机的种类数码相机的种类很多，按照使用领域的不同，大致可分成3种：普通数码相机、高档数码相机(见图11­1)和专业数码相机。图11­1数码相机普通数码相机的特点是价格低廉，适合于拍摄家人、朋友、宠物或度假的相片。高档数码相机的价格一般都在万元以上，生产高档数码相机的厂家相对要少一些，比较著名的品牌有Canon、Nikon等。高档数码相机可以更换镜头，使用连动闪光灯，如果配合上多用途附件可以用在更多的场合，满足更多的拍摄需求。专业数码相机的售价更贵，有些甚至高达5万美元，其分辨率可以达到几千万像素，快门速度可以到万分之一秒，连拍速度也很快。11．1.2数码相机的技术指标1．CCDCCD同传统相机的底片一样，是感应光线的电路装置，是数码相机的最核心技术指标。CCD的像素点数越多、面积越大、片数越多，采集到的图像也就越清晰，色彩还原越好。因此，同样都是400万像素的CCD,2/3in的比1/2in的成像质量就要好得多，3CCD的成像质量比单CCD的成像质量也强许多倍。2．焦距数码相机镜头是由数组镜片组成的，在相机的规格中，通常用“f＝n”来表示相机的焦距。例如，“f＝8－24mm,38－115mm(35mmequivalent)”，指这台相机的焦距长度最小为8mm，最大为24mm，相当于传统35mm相机的38mm～115mm焦长。3．变焦变焦是数码相机镜头的一个重要功能，即可以在一定的范围内改变焦距，使摄取的景物达到需要的效果。变焦分为光学变焦(OpticalZoom)和数码变焦(DigitalZoom)两种。光学变焦与传统相机一样，取决于镜头的焦距可变范围，其分辨率及画质不会受到影响。数码变焦只是将原来的图像进行局部放大，虽然可以得到尺寸更大的图像，但会损失画质，并不会使细节更加清晰。4．光圈光圈是用来表示数码相机进光量的参数，一般以f/2、F2或1∶2等形式表示。f/2表示光圈的大小为镜头直径的1/2，f/8表示光圈的大小为镜头直径的1/8。较小的光圈值表示较大的镜头直径，一般镜头上会标示出该数码相机的最大光圈值。5．ISO感光度ISO感光度是传统相机底片对光线反应的敏感程度测量值，通常以ISO数值进行表示。ISO感光度越大表示感光性越强，常用的感光度有ISO100/400/800等。一般，在光线不足时，感光度越高，会得到更加清晰的图像，但同时底片的颗粒也会越粗，放大后的效果就会变差。6．连拍速度数码相机拍摄时要经过光电转换、A/D转换及图像文件存储等过程，其中，无论是转换还是图像文件存储都需要花费时间，特别是图像文件存储花费的时间较多，因此大部分数码相机的连拍速度都不是很快。连拍速度对于摄影记者和体育摄影爱好者是必须重视的技术指标，而在普通摄影中可以不做过多考虑。11．2数码相机的结构和工作原理11．2.1数码相机的基本结构数码相机使用镜头、光圈、快门来聚焦图像，这与传统光学胶卷相机并无区别，但数码相机增加了光电传感器、液晶显示器、电源开关、图像存储器、输出控制单元(连接端口)等部件。(1)镜头数码相机镜头主要的作用是把光线汇聚在光电传感器形成一个清晰的“影像”。数码相机镜头根据焦距值能否调节，分为定焦距镜头和变焦距镜头两类。定焦距镜头就是镜头是固定的，只有一个焦距；变焦距镜头可以来回伸缩，焦距是可以变化的。目前大部分数码相机使用变焦距镜头。(2)光圈与景深镜头的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，控制进入镜头到达光电传感器的光线，以适应不同的拍摄需要。数码相机的光圈大小是用光圈系数表示的。如图11­2所示，光圈系数越小，光圈越大，进入镜头到达光电传感器的光线越多；光圈系数越大，光圈越小，进入镜头到达光电传感器的光线越少。光圈变化一级(挡)，光电传感器接受的曝光量也变化一级。图11­2光圈与光圈系数数码相机使用的变焦距镜头分为两种：恒定孔位的变焦距镜头，如35mm～105mm的变焦距镜头，1∶2.8的恒定光圈就是无论在35mm端，还是在105mm端，其最大光圈都是f/2.8。另一种是可变光圈孔径，如35mm～105mm的变焦距镜头刻有“f/2.8－4.9”，就说明在35mm端时，其最大光圈是f/2.8，而在105mm端时，其最大光圈只有f/4.9。光圈可调节控制进入镜头的光线，与快门配合达到正确曝光，光圈还可控制影像的景深范围。景深就是影像前后的清晰范围，景深分为前景深和后景深，当镜头对有限远的物体对焦时，后景深大于前景深。光圈和景深的关系是：光圈越大景深越小，光圈越小景深越大。摄影时为了突出主体，可以用大光圈虚化背景。景深除了和光圈有关外，还与拍摄距离和镜头的焦距有关。镜头的焦距越长，景深越小；镜头的焦距越短，景深越大。拍摄距离越近，景深越小；拍摄距离越远，景深越大。(3)快门照相机的快门是从时间上控制曝光的一种计时装置，计时单位为s。平时用来遮挡光线避免光电传感器感光，可以说快门是可动的遮光屏。快门的开启时间称为快门速度。快门速度在数码相机的菜单或设置中可以找到。快门速度的标记数值一般如图11­3所示。图11­3速度调节面板“1”代表1s，其他的数字表示的是分数的分母值，即“2”表示的是1/2s；“125”表示的是1/125s，“2000”表示的是1/2000s。有些数码相机上还标出了比1s还慢的快门速度，一般用其他颜色标出以示区别。数值越小，快门速度越慢，进入镜头的光线越多；数值越大，快门速度越快，进入镜头的光线越少。快门可与光圈配合，共同控制进入镜头的光线，以便正确曝光。镜头的光圈只能起到控制光电传感器曝光量的部分作用，不开启快门，光线则不能照射到光电传感器，快门的开启和关闭控制着光电传感器曝光所经历的时间。所以，快门和光圈一起构成光电传感器正确曝光的两个关键因素。快门还可用来控制运动物体的动感。不同的快门速度能产生不同的动感，甚至可以将运动状态“冻结”。使用高速快门拍摄动体时，就可以得到动体清晰的影像。如图11­4所示，可以清晰地看到子弹穿过苹果的瞬间。若使用低速快门拍摄，则可以得到动体较为模糊、动感较强的某一瞬间影像。如图11­5所示，可以看到模糊的水流。图11­4子弹穿透苹果的瞬间图11­5模糊的水流(4)光电传感器传光电传感器是数码相机的核心部件，主要有CCD(电荷耦合)和CMOS(互补金属氧化物导体)两种。光电传感器的作用是用来捕捉光线，它代替了胶卷的“感光”作用。CCD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码信号，数码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。CMOS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(带负电)和P(带正电)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比CCD要差一些。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。(5)取景器与液晶显示器取景器是用来构图的装置。大部分数码相机采用机背上的彩色LCD显示屏取景，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。(6)存储卡存储卡是数码相机必不可少的外部存储器，用于记录数码影像文件。存储卡内的图像文件下载到计算机后，可以删除卡内图像文件，释放空间。存储卡这种反复使用的优点，使其使用成本低于使用胶卷的相机。大部分数码相机所用的图像存储器为可移动的存储卡。存储卡随时可装入数码相机或从相机中取出，存满后可以随时更换。目前在数码相机上使用的存储卡有CF卡、SM卡、SD卡、记忆棒、微型硬盘、XD卡等。存储卡的容量有1GB、2GB、3GB、4GB、8GB、16GB等，可以根据需要选用。(7)输出控制单元(连接端口)数码相机拍摄的照片可以通过输出接口下载到计算机上或传输到电视上观看，接口的类型主要是USB接口。USB接口支持计算机系统与不同外部设备之间的数据传输，是计算机系统连接外部设备(如键盘、鼠标、打印机、扫描仪等)的输入输出接口标准。USB允许外部设备在开机状态下插拔使用。11．2.2数码相机的工作原理数码相机的成像原理可以简单地概括为感光器接收光学镜头传递来的影像，经模数转换器转换成数字信号后存于存储器中。数码相机的光学镜头与传统相机相同，将影像聚到感光器件上。光电转化器替代了传统相机中的感光胶片的位置，其功能是将光信号转换成电信号。光电转化器将被摄景物的光信号转变为电信号——电子图像，这是模拟信号，还需进行数字信号的转换才能为计算机处理创造条件，由模数转换器来完成转换工作。数字信号形成后，由微处理器(MPU)对信号进行压缩并转化为特定的图像文件格式存储。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。数码相机的发展道路，可以说就是感光器的发展道路。11．3数码相机的使用11．3.1数码相机的操作1．数码相机的正确曝光摄影时控制相机的光圈和快门速度，让适量的光线通过镜头到达图像传感器形成影像，这个过程就称为曝光。曝光是摄影过程的基本技术。曝光量由通光时间(快门速度决定)、通光面积(光圈大小决定)以及底片对光线的灵敏度3个要素决定。正确曝光有两种含义：第1层含义是真实客观地记录现场的光线、色彩、影调；第2层含义是正确表达作者的创作思想、意图和感情，使画面有较强的艺术感染力。曝光正确的照片清晰度高，色彩还原好，能够充分记录被摄景物的明暗关系及所有细节。曝光不足在照片上表现为影像灰暗，不通透，景物反差较小，暗部无层次，色彩不鲜艳，色调偏冷。曝光过度的照片影像浅淡，景物高光部分全是白的，分不出层次，色彩亮度较高但饱和度差，像褪了色一样，色调偏暖。常见的曝光模式有以下几种。(1)快门优先(AperturePriority)和光圈优先(ShutterPriority)为了得到正确的曝光量，就需要正确的快门与光圈的组合。快门快时，光圈就要大些；快门慢时，光圈就要小些。快门优先是指由机器自动测光系统计算出曝光量的值，然后根据选定的快门速度自动决定用多大的光圈。光圈优先是指由机器自动测光系统计算出曝光量的值，然后根据选定的光圈大小自动决定用多少的快门。拍摄的时候，用户应该结合实际环境把曝光与快门两者调节平衡。(2)手控曝光模式手控曝光模式每次拍摄时都需手动完成光圈和快门速度的调节，这样的好处是方便拍摄者制造不同的图片效果。如需要运动轨迹的图片，可以加长曝光时间，把快门减慢，曝光增大；如需要制造暗淡的效果，快门要加快，曝光要减少。(3)AE模式AE(AutoExposure，自动曝光)模式大约可分为光圈优先AE式、快门速度优先AE式、程式AE式、闪光AE式和深度优先AE式。光圈优先AE式是由拍摄者人为选择拍摄时的光圈大小，由相机根据景物亮度、CCD感光度以及人为选择的光圈等信息自动选择合适曝光所要求的快门时间的自动曝光模式，即光圈手动、快门时间自动的曝光方式。这种曝光方式主要用在需优先考虑景深的拍摄场合，如拍摄风景、肖像或微距摄影等。照相时还会用到曝光补偿。曝光补偿就是在相机测光后，可作不同级数的调整，以达到出来的影像和实际的