数码相机.docx

1、现 代 信 息 网 给 实 用 技 术 讲 座数 码 相 机主 编 : 李 勇 赵 呈 领 陶 智 慧 副 主 编 : 陶 智 勇 乌 文 全 贺 钢 陈 健 姚 永 清 汪 顶 武编 著 : 李 郁 余 长 景北 京 邮 电 大 学 出 版 社北 京 内 容 简 介数 字 技 术 的 飞 速 发 展 , 带 来 了 数 字 影 像 技 术 与 艺 术 的 新 浪 潮 , 数 码 相机 作 为 数 字 影 像 系 统 中 的 重 要 部 分 , 其 技 术 的 成 熟 与 发 展 倍 受 人 们 的 关 注 。 本 书 对 数 码 相 机 的 基 本 原 理 、 结 构 组 成 、 使 用 技

2、 巧 等 方 面 进 行 了 较 深 入 的探 讨 , 并 在 此 基 础 上 对 整 个 数 字 影 像 系 统 进 行 了 介 绍 。全 书 内 容 包 括 : 数 码 相 机 的 成 像 原 理 , 数 码 相 机 的 分 类 、 性 能 、 选 购 ,数 码 相 机 的 使 用 与 维 护 , 数 码 影 像 系 统 简 介 。图 书 在 版 编 目 ( CIP ) 数 据数 码 相 机 / 李 郁 , 余 长 景 编 著 . 北 京 : 北 京 邮 电 大 学 出 版 社 , 2002 (现 代 信 息 网 络 实 用 技 术 讲 座 )ISBN 7-5635-0595-4 . 数

3、. . . . 李 . . . 余 . . . . 数 码 照 相 机 基 本 知 识 . TB852. 1中 国 版 本 图 书 馆 CIP 数 据 核 字 (2002) 第 021972 号书 名 : 数 码 相 机作 者 : 李 郁 余 长 景责 任 编 辑 : 蒋 亮出 版 者 : 北 京 邮 电 大 学 出 版 社 (北 京 市 海 淀 区 西 土 城 路 10 号 ) 邮编 : 100876发 行 部 电 话 : (010) 62282185 62283578 ( 传 真 )经 销 : 各 地 新 华 书 店印 刷 : 北 京 源 海 印 刷 厂开 本 : 850 mm1168 m

4、m 1/ 32 印 张 : 4 . 875印 数 : 0 0013 000 册 字 数 : 127 千 字版 次 : 2002 年 5 月 第 1 版 2002 年 5 月 第 1 次 印 刷ISBN 7-5635-0595-4/ TN269 全 套 定 价 : 40 . 00 元 本 册 定 价 : 10 .00 元如 有 印 装 质 量 问 题 请 与 北 京 邮 电 大 学 出 版 社 发 行 部 联 系 1 现 代 信 息 网 络 实 用 技 术 讲 座 总 序在 知 识 经 济 初 见 端 倪 和 网 络 浪 潮 潮 涨 潮 落 的 世 纪 之 初 , 世 界 经 济 体 系 更 加

5、 依 赖 于 人 类 的 知 识 和 智 慧 。 人 们 更 加 需 要 信 息 , 并 且 需 要 随 时 随 地 地 获 取 信 息 。 以 因 特 网 技 术 为 核 心 的 现 代 信 息 网 络 从 根 本 上 影 响 着 人 们 获 取 信 息 的 方 式 , 因 而 , 也 进 一 步 影 响 着 人 们 的 工 作 、 学 习 、 消 费 、 休 闲 、 交 往 等 生 活 方 式 。人 们 迫 切 需 要 高 速 实 时 的 现 代 信 息 网 络 。 现 代 信 息 网 络 就 是 城 市 、 国 家 或 国 际 的 信 息 基 础 设 施 ( 俗 称 “ 信 息 高 速

6、公 路” ) 。 因 为 只 有 具 备 了 这 个 平 台 才 有 可 能 加 速 传 播 和 共 享 知 识 , 大 大 降 低 知 识 传 递 的 成 本 , 开 创 新 的 工 作 方 式 、 管 理 方 式 、 商 贸 方 式 、 金 融 方 式 、 人 际 交 往 方 式 、 文 化 教 育 方 式 、 医 疗 保 健 方 式 、 消 费 与 生 活 方 式 以 及 休 闲 方 式 , 使 知 识 经 济 真 正 成 为 数 字 经 济 和 网 络 经 济 。近 年 来 人 们 一 直 在 探 讨 现 代 信 息 网 络 的 未 来 模 式 与 发 展 趋 势 。 这 一 切 仁

7、者 见 仁 , 智 者 见 智 , 尚 有 很 多 的 争 议 。 但 有 一 点 可 以 肯 定 : 现 代 信 息 网 络 要 对 全 社 会 一 般 家 庭 成 员 的 生 活 方 式 产 生 一 般 性 的 影 响 或 者 使 之 发 生 根 本 性 转 变 , 仅 仅 靠 局 部 的 个 别 技 术 和 少 数 人 的 参 与 是 不 够 的 。 网 络 购 物 在 中 国 为 何 举 步 难 艰 , 原 因 很 清 楚 , 我 们 缺 少 配 套 的 其 他 信 息 技 术 以 及 百 姓 的 认 同 意 识 , 比 如 中 国 的 信 用 卡 持 有 率 很 低 、 通 用 性

8、很 差 , 邮 政 服 务 不 尽 人 意 , 商 用 数 据 库 信 息 匮 乏 等 等 。现 代 信 息 网 络 的 技 术 必 须 向 百 姓 普 及 , 必 须 为 百 姓 所 接 受 , 其 技 术 及 应 用 已 经 不 再 只 是 信 息 技 术 行 业 从 业 人 员 关 注 的 话 题 , 它 已 深 入 到 当 今 社 会 越 来 越 广 泛 的 人 群 之 中 , 并 被 他 们 所 应 用 , 与 我 们 的 生 活 、 工 作 越 来 越 息 息 相 关 。 现 代 信 息 网 络 的 技 术 及 其 2 应 用 作 为 实 现 社 会 信 息 化 的 一 项 重 要

9、 支 持 技 术 和 操 作 平 台 , 其 发 展 、 应 用 和 普 及 尤 其 令 人 瞩 目 , 也 受 到 世 界 各 国 政 府 的 广 泛 重 视 。 人 们 对 现 代 信 息 网 络 技 术 及 应 用 了 解 的 需 求 也 日 益 突 出 。目 前 , 有 关 现 代 信 息 网 络 方 面 的 图 书 数 量 尽 管 很 大 , 但 大 多 内 容 庞 杂 、 面 面 俱 到 、 理 论 深 奥 、 价 格 不 菲 , 难 于 为 广 大 普 通 百 姓 所 接 受 , 更 谈 不 上 向 这 类 人 群 普 及 。 为 了 帮 助 大 家 及 时 了 解 信 息 网

10、络 技 术 的 发 展 、 掌 握 新 技 术 的 应 用 方 法 , 为 顺 应 网 络 通 信 技 术 的 发 展 大 潮 和 网 络 通 信 关 注 者 的 迫 切 需 求 , 北 京 邮 电 大 学 出 版 社 周 明 老 师 与 我 们 共 同 策 划 编 写 了 这 套 现 代 信 息 网 络 实 用 技 术 讲 座 丛 书 , 供 大 家 学 习 使 用 , 希 望 为 广 大 关 注 现 代 信 息 网 络 技 术 领 域 的 普 通 百 姓 提 供 专 业 的 技 术 咨 询 和 实 用 的 信 息 服 务 。 这 套 丛 书 紧 密 结 合 实 际 , 重 点 介 绍 近

11、年 来 迅 速 出 现 并 发 展 起 来 的 新 技 术 、 新 应 用 。 主 要 内 容 有 : IP 电 话 、 电 子 商 务 、 视 频 会 议 系 统 、 智 能 大 厦 、 数 码 相 机 、 网 上 教 育 、 视 频 点 播 、 数 字 图 书 馆 等 。 丛 书 的 特 点 是 结 合 发 展 , 全 面 介 绍 新 技 术 、 新 概 念 、 新 应 用 , 突 出 实 用 性 、 系 统 性 , 内 容 详 实 、 丰 富 , 便 于 读 者 理 解 和 掌 握 。 相 信 不 管 是 普 通 百 姓 还 是 专 业 人 士 都 会 开 卷 有 益 。这 一 套 丛

12、书 的 宗 旨 在 于 : 引 导 大 众 迎 接 信 息 网 络 时 代 的 生 活 , 以 通 俗 的 方 式 普 及 信 息 网 络 技 术 。 纵 览 这 套 丛 书 的 作 者 , 他 们 其 中 有 华 中 师 大 的 博 士 和 中 青 年 教 师 、 华 中 科 技 大 学 的 博 士 和 中 青 年 教 师 、 武 汉 邮 科 院 和 省 市 电 信 公 司 的 高 级 工 程 师 , 他 们 把 自 己 对 现 代 信 息 网 络 的 深 刻 理 解 和 实 际 经 验 , 凝 聚 在 这 套 现 代 信 息 网 络 实 用 技 术 讲 座 中 , 奉 献 给 大 家 。

13、这 些 中 青 年 才 俊 , 他 们 为 了 整 个 文 稿 的 简 捷 、 通 俗 易 懂 而 不 厌 其 烦 , 几 易 其 稿 , 这 令 我 们 既 感 动 又 宽 慰 , 北 京 邮 电 大 学 出 版 社 为 这 套 丛 书 的 出 版 倾 注 了 大 量 的 精 力 , 我 们 谨 以 此 致 以 诚 挚 的 谢 意 。 殷 切 希 望 广 大 读 者 和 各 有 关 方 面 提 出 宝 贵 意 见 和 建 议 , 以 便 这 套 丛 书 日 臻 完 善 。 现 代 信 息 网 络 实 用 技 术 讲 座 丛 书 编 委 会 1 前 言摄 影 爱 好 者 都 知 道 , 传 统

14、 摄 影 要 得 到 一 幅 成 功 的 作 品 是 要 经 过 许 多 步 骤 的 : 取 景 拍 摄 、 冲 洗 胶 卷 、 印 放 照 片 。 其 中 冲 洗 胶 卷 、 印 放 照 片 又 包 括 显 影 、 停 显 、 定 影 、 水 洗 等 几 个 步 骤 。 虽 然 有 的 彩 色 照 片 扩 印 店 提 出 了 “ 您 只 要 按 下 快 门 , 其 余 的 事 由 我 们 来 做” , 但 这 也 得 等 到 您 相 机 里 的 胶 卷 拍 完 了 才 行 啊 。数 码 相 机 的 出 现 彻 底 改 变 了 传 统 摄 影 这 种 延 续 了 一 百 多 年 的 局 限 。

15、 在 按 下 快 门 后 的 几 秒 钟 之 内 , 您 就 能 看 到 拍 下 的 画 面 ! 如 果 连 上 电 脑 , 您 可 以 将 照 片 下 载 到 电 脑 , 通 过 图 像 处 理 软 件 对 其 进 行 任 意 的 修 改 , 甚 至 发 挥 创 意 , 制 作 出 超 现 实 的 画 面 来 。 如 果 连 上 打 印 机 , 即 可 将 作 品 输 出 到 纸 上 。 如 果 连 上 Internet , 则 可 以 通 过 E-mail 发 送 给 远 方 的 亲 朋 好 友 。 可 以 说 , 在 数 字 时 代 , 摄 影 将 带 给 人 们 更 多 的 乐 趣 。

16、数 码 摄 影 比 传 统 摄 影 更 方 便 、 更 有 利 , 在 许 多 方 面 和 传 统 摄 影 有 较 大 差 异 , 要 了 解 和 掌 握 好 数 码 影 像 的 制 作 技 术 , 就 必 须 了 解 数 码 相 机 的 基 本 原 理 和 结 构 功 能 , 对 于 较 熟 悉 传 统 摄 影 的 朋 友 , 一 方 面 可 以 将 已 有 的 传 统 影 像 知 识 运 用 到 这 一 新 的 领 域 , 另 一 方 面 , 要 及 时 的 更 新 知 识 , 更 新 观 念 , 看 清 楚 数 字 影 像 系 统 必 将 取 代 传 统 影 像 系 统 这 一 未 来

17、发 展 的 趋 势 , 而 不 至 于 在 数 字 新 浪 潮 中 落 伍 。全 书 分 为 四 章 : 第 一 章 , 数 码 相 机 的 成 像 原 理 ; 第 二 章 , 数 2 现 代 信 息 网 给 实 用 技 术 讲 座 : 数 码 相 机码 相 机 的 分 类 、 性 能 、 选 购 ; 第 三 章 , 数 码 相 机 的 使 用 与 维 护 ; 第 四 章 , 数 码 影 像 系 统 简 介 。 在 本 书 的 编 辑 过 程 中 , 得 到 了 很 多 师 长 及 朋 友 的 帮 助 支 持 , 谨 在 此 向 陶 智 勇 先 生 表 示 感 谢 。 限 于 作 者 的 学

18、术 水 平 , 错 误 在 所 难 免 , 敬 请 读 者 批 评 指 正 。作 者2002 年 3 月 1 目 录第 一 章 数 码 相 机 的 成 像 原 理 11 . 1 数 码 相 机 与 传 统 相 机 11 . 1 .1 传 统 相 机 的 成 像 过 程 11 . 1 .2 数 码 相 机 的 成 像 过 程 21 . 1 .3 数 码 相 机 的 基 本 结 构 31 . 2 图 像 传 感 器 41 . 2 .1 CCD 51 . 2 .2 CMOS 121 . 2 .3 数 码 相 机 的 彩 色 化 141 . 2 .4 彩 色 合 成 运 算 171 . 3 A/ D

19、转 换 器 与 微 处 理 器 191 . 3 .1 模 拟 数 字 转 换 及 色 彩 深 度 191 . 3 .2 微 处 理 器 201 . 3 .3 数 码 相 机 中 常 用 的 图 像 文 件 格 式 211 . 4 存 储 器 与 接 口 221 . 4 .1 存 储 器 221 . 4 .2 接 口 231 . 5 取 景 器 与 镜 头 241 . 5 .1 取 景 器 及 液 晶 显 示 屏 241 . 5 .2 镜 头 26第 二 章 数 码 相 机 的 分 类 、 性 能 与 选 购 312 . 1 数 码 相 机 的 分 类 31现 代 信 息 网 给 实 用 技 术

20、 讲 座 : 数 码 相 机 2 2 . 1 .1 面 阵 CCD 数 码 相 机 322 . 1 .2 线 阵 CCD 数 码 相 机 322 . 1 .3 CMOS 感 光 芯 片 数 码 相 机 332 . 1 .4 简 易 型 ( 便 携 式 ) 数 码 相 机 332 . 1 .5 单 镜 头 反 光 式 数 码 相 机 342 . 1 .6 数 字 机 背 式 数 码 相 机 352 . 2 数 码 相 机 的 性 能 352 . 2 .1 分 辨 率 和 传 感 器 芯 片 面 积 352 . 2 .2 彩 色 深 度 ( 色 彩 位 数 ) 372 . 2 .3 图 像 的 压

21、 缩 372 . 2 .4 感 光 度 382 . 2 .5 宽 容 度 392 . 2 .6 图 像 噪 音 392 . 2 .7 延 时 性 与 连 拍 392 . 2 .8 图 像 存 储 能 力 及 各 种 存 储 媒 体 412 . 2 .9 输 出 / 输 入 接 口 422 . 2 .10 镜 头 的 性 能 442 . 2 .11 白 平 衡 调 节 452 . 2 .12 测 光 方 式 462 . 2 .13 曝 光 模 式 472 . 2 .14 自 动 聚 焦 492 . 2 .15 LCD 显 示 屏 502 . 2 .16 闪 光 灯 502 . 2 .17 录 音

22、 功 能 及 其 他 522 . 3 数 码 相 机 的 选 购 要 点 522 . 3 .1 确 定 机 型 522 . 3 .2 了 解 各 项 技 术 参 数 532 . 3 .3 检 查 和 试 拍 54 3 目 录第 三 章 数 码 相 机 的 使 用 与 维 护 573 . 1 数 码 相 机 的 基 本 使 用 方 法 573 . 1 .1 设 定 分 辨 率 及 图 像 压 缩 比 573 . 1 .2 设 置 感 光 度 593 . 1 .3 掌 握 与 设 置 曝 光 量 593 . 1 .4 调 整 白 平 衡 603 . 1 .5 闪 光 灯 设 置 与 应 用 613

23、 . 1 .6 取 景 633 . 1 .7 掌 握 聚 焦 633 . 2 几 种 数 码 相 机 重 要 附 件 的 使 用 方 法 653 . 2 .1 可 移 动 存 储 卡 的 使 用 653 . 2 .2 读 卡 机 的 使 用 673 . 2 .3 存 储 卡 适 配 器 的 使 用 673 . 2 .4 电 池 和 AC 适 配 器 的 使 用 683 . 3 数 码 相 机 的 维 护 693 . 3 .1 使 用 中 的 维 护 要 点 693 . 3 .2 清 洁 保 养 703 . 3 .3 数 码 相 机 的 存 放 713 . 4 数 码 相 机 使 用 操 作 实

24、 例 713 . 4 .1 相 机 的 特 点 和 结 构 713 . 4 .2 拍 照 743 . 4 .3 设 置 853 . 4 .4 相 片 打 印 913 . 4 .5 传 送 图 像 至 个 人 电 脑 94第 四 章 数 码 影 像 系 统 简 介 974 . 1 数 码 影 像 系 统 概 述 974 . 2 图 像 处 理 部 分 994 . 2 .1 相 片 处 理 99现 代 信 息 网 给 实 用 技 术 讲 座 : 数 码 相 机 4 4 . 2 .2 绘 画 与 动 画 1014 . 2 .3 视 频 图 像 的 处 理 与 编 辑 1034 . 3 图 像 输 入

25、 部 分 1044 . 3 .1 数 码 照 相 机 1044 . 3 .2 扫 描 仪 1044 . 3 .3 数 码 摄 像 机 1104 . 3 .4 数 码 录 像 机 1114 . 3 .5 HDR 硬 盘 录 像 机 1134 . 4 图 像 输 出 部 分 1144 . 4 .1 数 码 影 像 的 打 印 输 出 1144 . 4 .2 数 码 影 像 的 银 盐 相 纸 输 出 1194 . 4 .3 数 码 影 像 的 透 明 片 输 出 1204 . 4 .4 数 码 影 像 的 光 盘 化 输 出 1214 . 4 .5 数 码 影 像 的 投 影 输 出 1274 .

26、 4 .6 数 码 影 像 的 网 络 化 133附 录 典 型 数 码 相 机 性 能 介 绍 135一 、 便 携 型 数 码 相 机 1351 . 尼 康 Coolpix990 1352 . 佳 能 PowerShot G1 1373 . 奥 林 巴 斯 C-3030z 139二 、 单 反 型 数 码 相 机 1411 . 美 能 达 Dimage7 1412 . 佳 能 EOS D30 1433 . 尼 康 D1X 144 11 第 一 章 数 码 相 机 成 像 原 理数 码 相 机 是 一 个 高 科 技 产 品 , 它 集 光 、 机 、 电 于 一 身 , 是 在 光 学 技

27、 术 、 光 电 传 感 技 术 、 微 电 子 技 术 及 计 算 机 技 术 的 基 础 上 发 展 起 来 的 。 但 是 它 并 不 神 密 , 它 正 在 走 入 寻 常 百 姓 家 。 本 章 从 大 家 熟 悉 的 传 统 相 机 的 成 像 原 理 入 手 , 从 分 析 比 较 它 们 的 异 、 同 来 逐 步 介 绍 数 码 相 机 的 成 像 原 理 及 基 本 结 构 。1 . 1 数 码 相 机 与 传 统 相 机1 . 1 . 1 传 统 相 机 的 成 像 过 程传 统 相 机 大 家 都 比 较 熟 悉 , 其 成 像 过 程 如 图 1-1 所 示 。 景

28、物图 1-1 传 统 相 机 的 成 像 过 程现 代 信 息 网 给 实 用 技 术 讲 座 : 数 码 相 机 2 通 过 相 机 镜 头 成 像 在 感 光 胶 片 上 , 曝 光 后 的 胶 片 按 特 定 的 冲 洗 工 艺 , 在 数 种 化 学 药 液 中 处 理 得 到 底 片 , 再 用 底 片 在 相 纸 上 放 大 曝 光 、 冲 洗 , 才 能 获 得 所 需 的 相 片 ; 或 者 用 底 片 在 感 光 正 片 上 拷 贝 、 冲 洗 得 到 所 需 的 幻 灯 片 。 当 然 拍 立 得 相 机 可 以 将 曝 光 后 感 光 片 冲 洗 的 过 程 在 相 机

29、内 完 成 , 从 而 很 快 得 到 一 张 照 片 , 但 因 成 本 较 高 , 图 像 的 质 量 相 对 较 差 , 应 用 不 太 普 遍 。1 . 1 . 2 数 码 相 机 的 成 像 过 程数 码 相 机 的 成 像 过 程 如 图 1-2 所 示 , 和 传 统 相 机 一 样 , 数 码图 1-2 数 码 相 机 的 成 像 过 程相 机 也 是 通 过 镜 头 将 景 物 成 像 在 感 光 媒 体 ( 介 质 ) 上 。 所 不 同 的 是 传 统 相 机 的 感 光 媒 体 是 感 光 胶 片 , 而 数 码 像 机 则 是 光 电 图 像 传 感 器 。 感 光

30、胶 片 受 光 后 生 成 的 是 “银 影 潜 像” , 而 图 像 传 感 器 受 光后 生 成 的 是 “ 电 荷 潜 像” 。 银 影 潜 像 经 过 暗 房 冲 洗 形 成 底 片 , 而 电 荷 图 像 则 是 经 过 一 系 列 的 处 理 与 转 换 变 成 以“ 0”、 “ 1” 表 示 的 数 字 图 像 文 件 并 存 储 在 存 储 卡 中 。 至 此 相 机 就 算 完 成 了 拍 摄 任 务 。 接 下 来 要 获 得 最 终 的 图 像 , 传 统 的 方 法 是 经 过 一 系 列 暗 房 处 理 工 艺 才 能 得 到 照 片 或 幻 灯 片 , 而 数 码

31、影 像 则 是 将 存 储 卡 中 的 图 像 文 件 输 入 到 计 算 机 中 进 行 一 系 列 的 处 理 、 加 工 。 这 个 处 理 工 作第 一 章 数 码 相 机 成 像 原 理 3 俗称 “电 子 暗 房 ”, 它 可 以 十 分 方 便 地 获 得 比 传 统 暗 房 特 技 要 丰富 得 多 的 特 技 效 果 。 处 理 后 的 数 码 图 像 文 件 可 以 在 显 示 器 上 观 看 , 可 以 用 各 种 彩 色 打 印 机 打 印 在 纸 上 成 为 照 片 , 也 可 以 通 过 网 络 来 传 输 。 例 如 在 香 港 回 归 祖 国 的 庆 典 上 ,

32、 新 华 社 的 记 者 在 现 场 拍 摄 的 “照 片 ”只 用 了 10 分 钟 就 发 回 到 新 化 社 香 港 分 社 了 。 对于 传 统 摄 影 技 术 来 说 , 这 几 乎 是 不 可 想 象 的 事 情 。1 . 1 . 3 数 码 相 机 的 基 本 结 构数 码 相 机 有 各 种 型 号 , 结 构 也 各 不 相 同 。 但 基 本 上 都 可 以 由 图 1-3 来 概 括 : 镜 头 是 数 码 相 机 的 眼 睛 , 当 你 调 焦 于 某 个 景 物 , 并 按 动 快 门 时 , 镜 头 就 将 景 物 成 像 在 图 像 传 感 器 上 , 这 个 图

33、 像 是 光 学 图 像 , 其 色 彩 和 亮 度 分 布 是 与 景 物 一 一 对 应 的 。 从 成 像 原 理 上 讲 , 数 码 相 机 的 镜 头 与 传 统 相 机 的 镜 头 没 有 什 么 区 别 。 数 码 相 机 与 传 统 相 机 的 最 大 区 别 就 是 对 上 述 光 学 影 像 的 记 录 方 法 上 , 传 统 相 机 是 依 靠 感 光 胶 片 来 记 录 的 , 而 数 码 相 机 则 是 依 靠 图 像 传 感 器 来 记 录 。图 像 传 感 器 是 一 种 半 导 体 芯 片 , 其 表 面 包 含 有 几 十 万 到 几 百 万 个 光 敏 元

34、件 ( 光 电 二 极 管 ) 。 当 光 电 二 极 管 受 光 照 射 时 , 就 会 产 生 电 荷 , 电 荷 的 多 少 与 光 强 成 正 比 , 光 线 越 强 , 产 生 的 电 荷 就 越 多 , 反 之 亦 然 。 这 样 当 你 按 动 数 码 相 机 的 快 门 时 , 外 面 的 景 物 通 过 镜 头 生 成 的 光 学 图 像 就 投 射 在 图 像 传 感 器 表 面 上 , 随 后 的 过 程 是 : 图 像 传 感 器 把 光 学 图 像 转 变 为 电 荷 图 像 , 再 转 变 为 电 信 号 ( 模 拟 信 号 ) ; 模 拟 信 号 经 过 A/ D

35、 ( 数 / 模 ) 转 换 器 转 换 为 数 字 图 像 信 号 ; 数 字 图 像 信 号 将 送 入 微 处 理 器 中 经 过 加 工 处 理 形 成 特 定现 代 信 息 网 给 实 用 技 术 讲 座 : 数 码 相 机 4 图 1-3 数 码 相 机 结 构 示 意 图格 式 的 图 像 文 件 ( 如 Tiff、 Jpeg、 FlashPix 等 ) , 对 于 高 档 数 码 相 机 经 A/ D 转 换 后 的 数 字 图 像 信 号 首 先 被 送 入 缓 存 器 中 暂 存 , 接 着 再 送 入 微 处 理 器 中 进 行 处 理 ; 最 后 将 数 字 图 像 文

36、 件 送 到 内 置 存 储 器 或 可 移 动 存 储 器( 外 存 储 卡 ) 存 储 。这 些 过 程 说 起 来 很 复 杂 , 其 实 都 是 在 当 你 按 动 快 门 之 后 的 一 个 不 太 长 的 时 间 内 由 数 码 相 机 自 动 完 成 的 。 而 且 数 码 相 机 还 带 有 液 晶 显 示 屏 ( LCD ) , 可 以 及 时 查 看 所 拍 的 照 片 , 若 不 满 意 可 随 时 删 除 重 新 拍 摄 。接 口 的 作 用 是 为 数 码 相 机 与 其 他 设 备 的 联 接 提 供 一 个 通 道 。 以 上 就 是 数 码 相 机 的 基 本

37、结 构 及 数 码 相 机 基 本 的 工 作 过 程 。下 面 我 们 将 要 对 它 的 各 个 部 分 的 原 理 、 功 能 和 特 点 进 行 比 较 详 细 的 分 析 讨 论 。1 . 2 图 像 传 感 器从 以 上 介 绍 中 不 难 了 解 , 在 数 码 相 机 中 最 核 心 的 部 件 就 是 图 像 传 感 器 ( Image Sensors ) 。 目 前 用 于 数 码 相 机 的 图 像 传 感 器 有 两种 : 一 种 称 为 电 荷 耦 合 器 件 ( Charge Couple Device ) , 缩 写 为第 一 章 数 码 相 机 成 像 原 理

38、5 CCD; 另 一 种 称 为 互 补 金 属 氧 化 物 半 导 体 ( Complementary Metal Oxide Semiconductor ) , 缩 写 为 CMOS。 下 面 分 别 介 绍 。1.2.1 . 1 CCDCCD 即 电 荷 耦 合 器 件 , 是 一 种 能 将 光 转 变 为 电 的 半 导 体 器 件 。 当 它 用 作 数 码 相 机 的 图 像 传 感 器 时 , 它 具 有 光 电 转 换 、 电 荷 存 贮 和 电 荷 转 移 等 三 个 基 本 功 能 。CCD 的 一 个 基 本 单 元 如 图 1-4 所 示 。 在 半 导 体 ( 例

39、如 P 型 半 导 体 ) 衬 底 上 制 作 一 层 二 氧 化 硅 绝 缘 层 , 在 绝 缘 层 上 面 再 制 作 一 层 金 属 ( 铝 ) 电 极 , 这 样 就 构 成 了 CCD 的 一 个 基 本 单 元 。图 1-4 CCD 单 元 结 构 示 意 图当 我 们 在 金 属 电 极 上 加 上 正 偏 压 ( 如 果 是 n 型 半 导 体 衬 底 则加 负 偏 压 ) 时 , 金 属 极 板 带 正 电 荷 , P 型 半 导 体 中 带 正 电 的 多 数 载 流 子 空 穴 受 到 极 板 上 正 电 荷 的 排 斥 而 远 离 金 属 极 板 , 从 而 在 金 属

40、 电 极 板 的 下 方 形 成 一 个 无 空 穴 区 , 这 个 区 中 只 有 少 数 载 流 子 电 子 而 带 负 电 , 这 个 区 域 称 为 耗 尽 层 。 金 属 极 板 、 绝 缘 层 、 耗 尽 层 看 起 来 很 像 一 个 平 行 板 电 容 器 , 它 具 有 电 容 器 存 贮 电 荷 的 基 本 功 能 , 而 且 极 板 上 所 加 偏 压 越 高 , 它 存 贮 的 电 荷 越 多 。 所 以 CCD 有 存 贮 电 荷 功 能 。现 代 信 息 网 给 实 用 技 术 讲 座 : 数 码 相 机 6 但 我 们 也 容 易 发 现 , 这 个 电 容 器

41、和 普 通 电 容 器 不 同 , 普 通 电 容 的 两 个 极 板 都 是 金 属 导 体 , 而 CCD 的 电 容 有 一 个 极 板 是 半 导 体 。 金 属 导 体 通 常 内 部 存 在 大 量 的 自 由 电 子 。 而 半 导 体 却 不 同 , 在 常 温 下 在 黑 暗 中 它 基 本 上 是 绝 缘 的 , 也 就 是 说 它 内 部 可 以 导 电 的 载 流 子 非 常 少 , 所 以 在 黑 暗 中 CCD 电 容 的 金 属 电 极 上 虽 然 加 有 偏 压 , 电 容 器 的 耗 尽 区 内 存 贮 的 电 荷 却 非 常 少 , 几 乎 为 零 。 但

42、若 用 光 线 照 射 半 导 体 衬 底 时 , 半 导 体 中 就 会 产 生 大 量 的 电 子 空 穴 对 , 半 导 体 的 导 电 性 就 大 大 增 加 了 。 所 以 当 光 照 射 时 , 加 有 偏 压 的 CCD 电 容 就 能 存 贮 许 多 电 荷 。 实 验 表 明 CCD 的 电 容 在 一 定 偏压 下 所 存 贮 的 电 荷 量 与 入 射 光 强 度 成 正 比 , 光 线 越 强 , 存 贮 的 电 荷越 多 。 这 就 是 CCD 的 光 电 转 换 功 能 。 CCD 的 单 元 电 容 也 称 为 光 电 二 极 管 。那 么 , CCD 又 是 如

43、 何 实 现 电 荷 的 转 移 功 能 呢 ? 要 实 现 这 个 功 能 就 要 把 CCD 上 的 一 个 个 电 容 按 一 定 的 方 式 连 接 起 来 。 图 1-5 表 示 的 是 其 中 的 一 种 连 接 方 式 。 为 获 得 电 荷 转 移 功 能 , 在 每 组 电 容 器 的 电 极 上 分 别 加 上 V1、V2、V3 时 钟 驱 动 脉 冲 , 其 波 形 如 图 1- 6 所 示 。图 1-5 CCD 的 一 种 连 接 方 式为 具 体 起 见 , 我 们 假 定 将 CCD 曝 光 , 产 生 的 电 荷 图 像 如 图 1-7a 所 示 : 1 号 电

44、容 有 4 单 位 电 荷 , 4 号 电 容 有 两 单 位 电 荷 , 其 余 的 电 容 没 有 电 荷 , 此 时 处 于 t = t1 时 刻 。 此 时 V1 为 高 电 平 , V2、V3 都 为 低 电 平 , 1 号 和 4 号 电 容 接 高 电 平 , 电 极 下 形 成 耗第 一 章 数 码 相 机 成 像 原 理 7 图 1-6 时 钟 脉 冲 波 形尽 区 , 也 可 以 形 象 化 地 称 做 势 阱 , 电 荷 就 落 入 这 个 势 阱 中 , 如 果 我 们 把 电 荷 比 作 水 , 那 么 势 阱 就 相 当 于 一 个 水 盆 。在 时 刻 t2 ,

45、V1、V2 都 是 高 电 平 , 此 时 1 号 、 2 号 及 4 号 、 5 号 电 极 下 都 形 成 势 阱 且 1、 2 号 电 容 和 4、 5 号 电 容 的 势 阱 分 别 连通 到 一 起 , 电 荷 数 量 未 变 , 电 荷 在 势 阱 中 均 匀 分 布 。 就 像 水 在 连 通 的 水 盆 中 的 分 布 相 似 , 见 图 1-7b。图 1-7 电 荷 在 CCD 中 转 移 示 意 图现 代 信 息 网 给 实 用 技 术 讲 座 : 数 码 相 机 8 在 t3 时 刻 , V1、 V3 为 低 电 平 , V2 为 高 电 平 , 1 号 、 4 号 电

46、容 因 处 于 低 电 平 , 所 以 它 们 的 势 阱 消 失 , 只 有 2 号 、 5 号 电 容 处于 高 电 平 , 势 阱 仍 然 保 留 , 所 以 电 荷 就 保 留 到 2 号 和 5 号 电 容 的 势 阱 中 了 , 电 荷 数 量 仍 然 不 变 , 如 图 1-7c。至 此 我 们 已 经 看 到 了 CCD 中 存 储 的 电 荷 图 像 是 如 何 从 一 个 CCD 单 元 依 次 向 另 一 个 单 元 转 移 的 情 形 。 由 上 所 述 , 我 们 已 经 知 道 CCD 的 基 本 功 能 是 光 电 转 换 、 电 荷 存 贮 和 电 荷 转 移

47、。 为 了 存 贮 电 荷 和 转 移 电 荷 , CCD 必 须 有 金 属 电 极 和 连 线 , 但 因 为 它 们 的 阻 光 作 用 又 会 降 低 光 电 转 换 效 率 。 解 决 这 个 矛 盾 的 方 法 有 两 种 , 一 是 将 电 极 和 连 线 作 成 透 明 的 ; 另 一 个 方 法 是 将 硅 衬 底 作 薄 一 些 , 从 背 面 进 行 光 照 。用 上 面 所 讲 的 连 接 方 法 , 可 以 将 CCD 的 单 元 连 接 成 一 个 长 条 形 , 通 常 称 为 线 阵 CCD。 数 码 相 机 中 最 常 用 的 图 像 传 感 器 是 排 列成

48、 一 个 面 阵 形 , 称 为 面 阵 CCD, 其 外 形 如 图 1-8 所 示 。 面 阵 CCD 是 在 一 块 小 小 的 硅 片 上 , 用 大 规 模 集 成 电 路 技 术 制 作 出 数 拾 万 到 数 百 万 个 光 敏 电 容 ( 或 称 光 电 二 极 管 ) 。 这 每 一 个 光 电 二 极管 就 是 一 个 像 素 。图 1-8 面 阵 CCD 外观那 么 面 阵 CCD 是 如 何 实 现 电 荷 转 移 功 能 ( 或 称 做 扫 描 ) 的第 一 章 数 码 相 机 成 像 原 理 9 呢 ? 图 1-9 表 示 CCD 行 间 传 输 示 意 图 。 图

49、 中 每 一 列 光 电 二 极 管 都 按 照 前 面 介 绍 的 方 法 连 接 成 一 条 线 阵 CCD。 每 列 之 间 设 法 隔 离 , 以 免 发 生 电 荷 间 互 相 影 响 。 各 列 又 一 起 与 一 个 移 位 寄 存 器 相 连 接 。 移 位 寄 存 器 是 专 门 用 来 寄 存 和 传 输 电 荷 的 器 件 , 有 多 种 结 构 。 这 里 所 用 的 移 位 寄 存 器 是 将 光 电 二 极 管 按 前 述 方 法 连 成 的 CCD 线 阵 , 只 是 要 用 不 透 光 的 材 料 封 起 来 , 去 除 它 的 光 电 转 换 功 能 , 保 留 它 的 电 荷 存 贮 和 转 移 功 能 。 移 位 寄 存 器 还 与 电 压 输 出 电 路 相 连 接 , 以 便 完 成 电 信 号 的 输 出 。图 1-9 CCD 行 间 传 输 原 理 示 意 图下 面 具 体 分 析 一 下 面 阵 CCD 如 何 将 一 幅 二 维 电 荷 图 像 转 换 成 一 个 时 序 串 行 电 信 号 : 首 先 各 列 光 电 二 极 管 的 电 荷 均 向 下 移 动 一 个 单 位 。