机电一体化产品数码相机分析-毕业设计-论文

机电一体化产品数码相机系统分析机电一体化产品数码相机分析题目：————————姓名：————————学号：————————班级：————————机电一体化产品数码相机系统分析摘要：一个典型的数码相机，前面是它的镜头盖，镜头盖是用来保护镜头的。同时，它和电源开关连动，在使用时将它打开，这样便会自动加上电源。打开镜头盖之后，前面是镜头部分，这个镜头是变焦镜头。在拍摄时将镜头对准景物，景物的图像就会射入数码相机的内部。在镜头的后面设有CCD图像传感器，它会将光图像变成电信号进行处理，然后记录到存储卡上。数码相机的闪光灯部分，是用来在被拍摄景物比较暗的情况下，将景物照亮的。在数码相机的背面是它的取景器、液晶显示屏以及操作面板（控制键钮）。在拍摄时，通过取景器来观察和取景，以便得到比较好的画面，同时，在液晶显示屏上可以显示出要拍摄的画面。通过对液晶显示屏的观察，可以了解所要拍摄的景物目标，由于液晶显示屏耗电量比较大，因此为了省电可以关闭液晶显示屏，直接用取景器来观察所要拍摄的目标。选定目标之后，就可以通过位于相机上方的变焦钮，来对所拍摄的景物进行放大和缩小，以便取得合适的镜头。在变焦钮旁边的是拍摄钮，拍摄钮是在选取好景物以及调整好镜头之后，按一下就可以拍摄出一幅照片。在数码相机的侧面，上面是数据接口，它可以直接将数码信号送到计算机里面进行处理。在数据接口的下方是存储卡装入插口，装入存储卡之后，就可以将数码照片存储到存储卡上，取出存储卡，就可以进行交换或者是输出数据。机电一体化产品数码相机系统分析目录序言一、数码相机的组成、原理及分类1.1数码相机的组成1.2数码相机的原理1.3数码相机的分类1.3.1卡片相机1.3.2长焦相机1.3.3单反相机二、数码相机传感器部分的分析2.1数码相机传感器的类别2.2数码相机传感器的原理2.2.1CCD2.2.2CMOS2.3数码相机传感器的比较三、数码相机电子技术部分的分析3.1数码相机所包含的电子技术3.2电子技术在数码相机中的作用3.2.1光电成像系统电路3.2.2图像处理系统与控制电路3.2.3操作电路3.2.4电源电路3.3数码相机所涉及到的PLC与单片机的知识四、信息部分的分析4.1数码相机信息部分的组成与功能4.1.1数字信号处理器4.1.2图像数据压缩器4.1.3图像存储器机电一体化产品数码相机系统分析4.1.4液晶显示器4.1.5输出控制单元4.2数码相机的微机和接口部分4.2.1USB接口4.2.2IEEE1394火线接口4.2.3USB与IEEE1394比较参考文献机电一体化产品数码相机系统分析序言数码相机（又名：数字式相机英文全称:DigitalCamera简称DC），是一种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机。数码相机与普通照相机在胶卷上靠溴化银的化学变化来记录图像的原理不同，数字相机的传感器是一种光感应式的电荷耦合-{zh-cn：器件；zh-tw：组件}-(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)。在图像传输到计算机以前，通常会先储存在数码存储设备中（通常是使用闪存；软磁盘与可重复擦写光盘（CD-RW）已很少用于数字相机设备）。数码相机的历史可以追溯到上个世纪四五十年代，1951年宾·克罗司比实验室发明了录像机（VTR），这种新机器可以将电视转播中的电流脉冲记录到磁带上。到了1956年，录像机开始大量生产。它被视为电子成像技术产生。二十世纪六十年代美国宇航局（NASA）在宇航员被派往月球之前，宇航局必须对月球表面进行勘测。然而工程师们发现，由探测器传送回来的模拟信号被夹杂在宇宙里其它的射线之中，显得十分微弱，地面上的接收器无法将信号转变成清晰的图像。于是工程师们不得不另想办法。1970年是影像处理行业具有里程碑意义的一年，美国贝尔实验室发明了CCD。当工程师使用电脑将CCD得到的图像信息进行数字处理后，所有的干扰信息都被剔除了。后来“阿波罗”登月飞船上就安装有使用CCD的装置，就是数码相机的原形。“阿波罗”号登上月球的过程中，美国宇航局接收到的数字图像如水晶般清晰。在这之后，数码图像技术发展得更快，主要归功于冷战期间的科技竞争。而这些技术也主要应用于军事领域，大多数的间谍卫星都使用数码图像科技。在冷战结束之后，军用科技很快地转变为了市场科技。1995年，以生产传统相机和拥有强大胶片生产能力的柯达（Kodak）公司向市场发布了其研制成熟的民用消费型数码相机DC40。这被很多人视为数码相机市场成型的开端。DC40使用了内置为4MB的内存，不能使用其它移动存储介质，其38万像素的CCD支持生成756×504的图像，兼容Windows3.1和DOS。苹果（APPLE）公司的QuickTake100也同时在市场上推出。当时两款相机都提供了对电脑的串口连接。这之后，数码相机CCD的像素不断增加，功能不断翻新，拍摄的图像效果也越来越接近传统相机。一、数码相机的组成、原理及分类机电一体化产品数码相机系统分析1.1数码相机的组成数码相机是由镜头、CCD、A/D（模/数转换器）、MPU（微处理器）、内置存储器、LCD（液晶显示器）、PC卡（可移动存储器）和接口（计算机接口、电视机接口）等部分组成，通常它们都安装在数码相机的内部，当然也有一些数码相机的液晶显示器与相机机身分离。大多数数码相机都装有广角镜头，相当于35mm相机30至40mm的区域范围。在这个焦距内拍摄，图像会出现失真，尤其在垂直方向上。正是由于这个原因，大多数用户还是比较喜欢非球面镜头。此外，带有自动聚焦的高品质玻璃镜头对任何相机来说都非常重要，尤其在微距模式下。也有人认为，定焦镜头用越焦距拍摄非常方便，但当它靠近拍摄对象时，就受的限制就比较大。镜头速度也非常重要。镜头的“F”数值越小就越明亮（F2.0、F2.8）。镜头“F”值越大最大光圈就较小，所以只能使少量光线到达传感器，因此快门速度就降低了。较低的快门速度意味着拍摄的图像容易模糊，尤其在拍摄与拍摄者垂直的移动对象时。最后，注意一下镜头上的镜头盖是不是很容易掉。最好是在镜头盖上能串镜头绳，这样镜头盖就不容易的遗失了。别小看这么一个小小的镜头盖，一般原厂的产品都机电一体化产品数码相机系统分析贵得难以置信，所以你最好还是小心点。不管你信不信，一些相当昂贵的相机竟然不能串镜头绳，如果你购买了这样的相机，就得时时小心不要把镜头盖丢了，或者也可以自己在镜头盖上穿个洞，纪上一根细绳。1.2数码相机的原理数码相机中的工作原理如下：当按下快门时，镜头将光线会聚到感光器件CCD（电荷耦合器件）上,CCD是半导体器件，它代替了普通相机中胶卷的位置，它的功能是把光信号转变为电信号。这样，我们就得到了对应于拍摄景物的电子图像，但是它还不能马上被送去计算机处理，还需要按照计算机的要求进行从模拟信号到数字信号的转换，ADC（模数转换器）器件用来执行这项工作。接下来MPU（微处理器）对数字信号进行压缩并转化为特定的图像格式，例如JPEG格式。最后，图像文件被存储在内置存储器中。至此，数码相机的主要工作已经完成，剩下要做的是通过LCD（液晶显示器）查看拍摄到的照片。有一些数码相机为扩大存储容量而使用可移动存储器，如PC卡或者软盘。此外，还提供了连接到计算机和电视机的接口。机电一体化产品数码相机系统分析数码相机电原理图1.3数码相机的分类1.3.1卡片相机卡片相机在业界内没有明确的概念，仅指那些小巧的外形、相对较轻的机身以及超薄时尚的设计是衡量此类数码相机的主要标准。其中索尼T系列、奥林巴斯AZ1和卡西欧Z系列等都应划分于这一领域。主要特点：卡片数码相机可以不算累赘地被随身携带；而在正式场合把它们放进西服口袋里也不会坠得外衣变形；女士们的小手包再也不难找到空间挤下它们；在其他场合把相机塞到牛仔裤口袋或者干脆挂在脖子上也是可以接受的。虽然它们功能并不强大，但是最基本的曝光补偿功能还是超薄数码相机的标准配置，再加上区域或者点测光模式，这些小东西在有时候还是能够完成一些摄影创作。至少你对画面的曝光可以有基本控制，再配合色彩、清晰度、对比度等选项，很多漂亮的照片也可以来自这些被“高手”们看不上的小东西。卡片相机和其他相机区别：优点：时尚的外观、大屏幕液晶屏、小巧纤薄的机身，操作便捷。缺点：手动功能相对薄弱、超大的液晶显示屏耗电量较大、镜头性能较差。1.3.2长焦相机长焦数码相机指的是具有较大光学变焦倍数的机型，而光学变焦倍数越大，能拍摄的景物就越远。代表机型为：美能达Z系列、松下FX系列、富士S系列、柯达DX系列等。一些镜头越长的数码相机，内部的镜片和感光器移动空间更大，所以变焦倍数也更大。主要特点：长焦数码相机主要特点其实和望远镜的原理差不多，通过镜头内部镜片的移动而改变焦距。当人们拍摄远处的景物或者是被拍摄者不希望被打扰时，长焦的好处就发挥出来了。另外焦距越长则景深越浅，和光圈越大景深越浅的效果是一样的，浅景深的好处在于突出主体而虚化背景，相信很多FANS在拍照时都追求一种浅景深的效果，这样使照片拍出来更加专业。一些镜头越长的数码相机，内部的镜片和感光器移动空间更大，所以变焦倍数也更大。如今数码相机的光学变焦倍数大多在3倍－12倍之间，即可把10机电一体化产品数码相机系统分析米以外的物体拉近至5-3米近；也有一些数码相机拥有10倍的光学变焦效果。家用摄录机的光学变焦倍数在10倍-22倍，能比较清楚的拍到70米外的东西。使用增倍镜能够增大摄录机的光学变焦倍数。如果光学变焦倍数不够，人们可以在镜头前加一增倍镜，其计算方法是这样的，一个2倍的增距镜，套在一个原来有4倍光学变焦的数码相机上，那么这台数码相机的光学变焦倍数由原来的1倍、2倍、3倍、4倍变为2倍、4倍、6倍和8倍，即以增距镜的倍数和光学变焦倍数相乘所得。变焦范围越大越好？对于镜头的整体素质而言，实际上变焦范围越大，镜头的质量也越差。10倍超大变焦的镜头最常遇到的两个问题就是镜头畸变和色散。紫边情况都比较严重，超大变焦的镜头很容易在广角端产生桶形变形，而在长焦端产生枕形变形，虽然镜头变形是不可避免的，但是好的镜头会将变形控制在一个合理范围内。而理论上变焦倍数越大，镜头也越容易产生形变。当然很多厂家也为此做了不少努力。比如通常厂家会在镜头里加入非球面镜片来预防这种变形的产生。对于色散来说厂家通常使用防色散镜片来避免，比如尼康公司的ED镜片。随着光学技术的进步，目前的10×变焦镜头实际上在光学性能上应该可以满足人们日常拍摄的需要。1.3.3单反相机单反数码相机就是指单镜头反光数码相机，即digital数码、single单独、lens镜头、reflex反光的英文缩写dslr。市场中的代表机型常见于尼康、佳能、宾得、富士等。此类相机一般体积较大，比较重。[3]使用电子取景器evf的机型，也归入单反类，但一般加注“类似”，或注明是evf取景，如奥林巴斯c-2100uz、富士finepix6900等。在单反数码相机的工作系统中，光线透过镜头到达反光镜后，折射到上面的对焦屏并结成影像，透过接目镜和五棱镜，我们可以在观景窗中看到外面的景物。与此相对的，一般数码相机只能通过lcd屏或者电子取景器(evf)看到所拍摄的影像。显然直接看到的影像比通过处理看到的影像更利于拍摄。单反数码相机的一个很大的特点就是可以交换不同规格的镜头，这是单反相机天生的优点，是普通数码相机不能比拟的。二、数码相机传感器部分的分析机电一体化产品数码相机系统分析2.1数码相机传感器的类别与传统相机相比，传统相机使用“胶卷”作为其记录信息的载体，其原理是胶卷底片上的无数银盐颗粒感光成图像。而数码相机的“胶卷”就是其成像光电传感器，其原理是光电传感器上的大量光电器件（光电二极管）感光成电图像。传统相机的底片可以从相机内取出来，但数码相机的光电传感器却是与相机固定一体不可取出的。光电传感器是数码相机的核心，也是最关键的部件之一。在数码相机内起着特别重要的作用。数码相机的发展道路，可以说就是光电传感器的发展道路。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；