1、第 1 页 共 20 页第二章 数码照相机的基本知识教学目的与要求：要求学生了解数码摄影的特点，熟悉数码相机的工作原理，为学习下节课内容做好准备。重点：数码摄影的特点难点：数码相机的工作原理教具：数码照相机、多媒体教室教学程序：随着网际网络的普及改变了我们阅读及知识交流的习惯，影像的数码化变成了一股不可挡的趋势，于是 DC（数码相机）快速的取代了传统的底片相机，我们的摄影习惯也跟着这一波新潮流开始有了大的改变。一、数码摄影的特点随着生活水平的提高，买数码相机的越来越多，随着技术的发展，相机的品牌种类也琳琅满目。买相机首先要考虑自己的用途，要求和投资。不要盲目攀比，适合自己就是最好的。最重要的是
2、我们要先了解些数码摄影知识。数码相机也叫数字式相机，英文全称 Digital Camera，简称 DC。数码相机是集光学、机械、电子一体化的产品。它集成了影像信息的转换、存储和传输等部件，具有数字化存取模式，与电脑交互处理和实时拍摄等特点。一）数码摄影概述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，美国一家公司发明了一种新型相机，在拍摄完毕后就马上可以得到相片，拍摄者直接就可以观看自己拍摄的影像，省去了冲洗胶卷
3、和放大照片的过程，大大简化了拍摄流程，因而大受欢迎，这就是人们所说的一次成像照相机。但是这种相机的拍摄效果不够理想，并且所使用的感光材料材料价格昂贵。同样在二十世纪六十年代，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
4、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。第 2 页 共 20 页在这之后，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。在数码相机发展史上，不得不提起的是索尼公司。索尼公司于 1981 年 8 月在一款电视摄像机中首次采用 CCD，将其用作直接将光转化为数字信号的传感器。目前索尼每年生产的 CCD 占据了全球 50%的市场，这正是索尼能够在数码相机市场上傲视群雄的一个原因，因为核心命脉掌握在自己手中。在冷战结束之后，军用科技很快地转变为了市场科技
5、。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 756504 的图像，兼容 Windows 3.1和 DOS。苹果（APPLE）公司的 QuickTake 100 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。20 世纪末，数码相机成熟的技术的出现彻底解决了这些问题。这是以
6、数字信号来记录、传输、复制和编辑图像的新型技术。数码摄影不仅拍摄出来的图像质量较高，而且并不需要任何耗材，只是依靠自身的光电元器件来成像。自 1991 年第一架数码相机问世以来，到现在为止，数码摄影仅仅出现了几十年，数码相机的发展可谓日新月异。最初的数码相机用于通过卫星从太空向地面传送照片，以后逐渐转为民用。数码相机具有一些传统相机所无法比拟的优势：一旦你以数字的格式捕获了一幅图像，你能很容易放大，发布，或编排并且存储它。所以数码相机一经问世，加上近两年来 Internet 的普及，便以爆炸般的速度迅速走红全球。二）数码摄影的特点1、优点（1）不用胶片，省钱省事数码摄影最大的特点就是不像传统摄
7、影那样必须使用胶片才能摄影，而是数码照相机通过自身的光电元器件将光信号转化为电信号并进行保存。所以使用数码相机不需要购买传统的胶片，而且每次摄影时不需要装卸胶片的操作，可谓又省钱，又省事。（2）拍完即看，方便快捷传统的摄影，必须把一卷胶片拍完，再经过冲洗胶片和照片扩印后，才可以得到所拍摄景物的影像。第 3 页 共 20 页数码照相机具有即拍即看的功能，通过数码照相机上的“预览”和“回放”功能，摄影者可以立即看到自己所拍摄的影像，并根据影像的效果决定是否重新拍摄。对不满意的影像可以立即删除，满意的影像就直接储存数码相机内。数码相机都带有输出功能，摄影者可以很方便地把所拍摄的影像直接输入电脑里或数
8、字打印上，马上就可以打印出照片；也可以把影像输入计算机中，通过软件对其进行修改后再进行打印，整个过程简单方便。显然数码摄影比传统的胶片摄影更加方便，大大提高了工作效率。（3）传输快捷，备份方便如果想把传统的照片进行远距离的传播，除了要经过冲洗过程外，还要经过传统的邮寄过程。不仅浪费时间，而且在传递过程中，照片也容易磨损，影响图像质量。对于传统摄影的图像资料进行备份，要经过放大照片或翻拍。而照片的冲洗过程和备份过程中，都会有一定的损耗，造成新复制的影像效果比起原件有一定的差距。而且拷贝的次数越多，这种损耗也就越大。数码摄影采用数字信息记录和保存图像，可以在多次复制后，仍保证影像与原件一样，所以数
9、码摄影所拍摄的影像可以无限制的拷贝而不用考虑影像的损耗问题（4）弥补失误，美化效果对于传统的胶片摄影来说，拍摄完毕后对于在拍摄时所出现的问题和画面上的瑕疵都无法进行补救。而数码摄影可以通过图像处理和编辑软件对摄影时所出现的失误进行事的修改和弥补，使画面更加美观。（5）质量稳定，长久保存数码摄影所拍摄的影像质量稳定，不像传统的感光材料那样要考虑温度、湿度等客观因素的影响。数码影像储存在硬盘、光盘等存储介质内，可以长时间的保存而影像不会失真和退色现象。这一点是传统摄影所无法比拟的，传统的胶片和照片在长时间的储存后会出现退色，甚至变质等现象，从而导致影像质量的下降。（6）可重复使用，操作方便数码相机
10、拍摄完毕后，只要将存储器内的资料输出后又克继续使用。不像传统摄影那样必须再更换新的胶片后才能继续拍摄。而且在拍摄时数码相机可根据拍摄条件和拍摄环境自行变动感光度，避免了传统摄影要更换不同感光度的胶片才能拍摄的麻烦，极大方便了拍摄者。（7）节约资源，保护环境数码摄影基本不消耗原材料，而传统摄影是以卤化银为感光材料的基础的。每年世界上都要消耗几十吨的金属银用于生产相纸，而且还要消耗大量的化学药品来制造冲洗胶片和照片的药水，这些过程中还会产生大量的废弃物和废液，既消耗了大量的资源又不利于环境的保护。而数码摄影只是将影像打印在纸张或相纸上，最多也只消耗墨盒和墨水，相比于传统摄影来说更为环保。2、缺点和
11、不足（1）影像质量欠佳第 4 页 共 20 页虽然数码相机在使用中具有方便快捷的优点，但是在影像质量上却无法与胶片相机所拍摄的影像相比，尤其拍摄一些大型照片时，数码照片对于被摄对象细部层次和质感的表现力不如普通照片。（2）故障率高数码相机是电子设备，在拍摄中发生故障的几率要比胶片相机高。（3）存储介质不稳定数码照片一般存储介质是计算机硬盘、光盘等，有可能出现数据丢失或者存储损坏等问题。二、数码照相机的工作原理数码照相机（Digital Camera，简称数码相机）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。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，数码相机的传感器是
12、一种光感应式的电荷耦合器件（CCD）或互补金属氧化物半导体（CMOS）。在图像传输到电脑以前，通常会先储存在数码存储设备中。一）数码照相机的成像原理传统相机产生图像的方法是让光通过镜头到达胶卷上。胶卷上涂有一层光敏化学药品卤化银，胶卷上受到光照的敌方产生一种化学反应，记录下一个潜在的图像。在冲洗胶卷的过程中又发生更多的化学反应，把这个潜在的图像转变成照片。数码相机也用光来产生图像，但不是用胶卷，而是使用一种叫做光电传感器的影像摄取元件来捕捉图像。数码摄影技术主要是利用光电传感器，将镜头所形成的影像的光信号转化为电子信号。这些光电传感器指甲大小的硅片包含了几十万或几百万个感光元件，这些元件能够记
13、录照射在它上面的光的强度和亮度，反映到计算机显示器或喷墨打印机打印出的图像上就是它们的色彩及明暗。数码相机的图像传感器所包含的感光元件的数目越多，成像的质量越高，当然所需的成本也越高。这些被记录的光信号通过处理器处理后被转换为数字信号并存储在数码相机的存储器中。也可以储存在计算机、磁盘的储存介质上，需要观看的时候。再还原成人眼可以看到的光信号。这看似简单的过程其实是很复杂的，每一步都对应着数码相机的一部分元件。通常数码相机可分为四个功能的光信号。1、输入部分数码相机的输入部分主要指感光部分，相当于数码相机的眼睛，其作用是由光电转换器把镜头所成的影像转化为电子信号。使用数码相机拍摄时，被摄景物反
14、射来的光线，经过镜头的汇聚成光学影像即光信号，投射到光电传感器上，光电传感器会产生电信号变化，把景物的光信息转化为影像的电信号。2、控制、处理部分控制、处理部分相当于数码相机的大脑，它主要由中央处理器或数字信号处理器及相关电路组成。其作用是控制拍摄与光电信号的转换，并对数字影像进行处理和控制。3、存储部分第 5 页 共 20 页存储部分的作用主要是把光信号转化而成的电信号，以文件的形式保存在存储器中。存储器一般分为内存储器和外存储器两种。内存储器一般为存储芯片；而外存储器中常见的是：闪存卡、硬盘、光盘等。4、输出部分输出部分的主要作用是把所拍摄的数字影像传输到计算机上，这主要通过数码相机上的数
15、码接口实现，其中以 USB 接口和 IEEE1394 接口最为常见。二）光电传感器数码相机所采用的光电传感器主要有两大类：光电耦合器 CCD 和互补型金属氧化物半导体 CMOS。光电传感器生成影像的基本单位是像素。传感器上包含的像素越多，面积越大，所成影像的质量也就越好。1、光电耦合器 CCD图像传感器，通常为电荷耦合器件 CCD，是数字相机的核心。是一种金属-氧化物-半导体集成的芯片，结构比较复杂。相机所使用的传感器的像素数并不是影响相片质量的唯一因素，但却是主要因素。高像素相机可产生最清晰的图像、最真实的色彩和最逼真的皮肤色调。赞成使用 CCD 芯片的主要论据是这种芯片比 CMOS 更灵敏
16、，它可以根据自身所受光照的强弱，产生出大小不同的电信号以模拟所手光线的强弱，因此可在昏暗的光线下照出较好的相片。用 CCD 芯片的相机照出的相片也比 CMOS 清楚，使用 COMS 芯片有时会有“噪声”问题，图像上有些缺点。出于图像质量的考虑，目前大多数数码相机使用 CCD 技术。2、互补型金属氧化物半导体 CMOSCMOS 传感器是近两年才出现的，它是一种互补型金属氧化物半导体，结构简单体积小巧。CMOS 芯片的成本较低，在这里节省的费用可转化为更低的相机价格。而且 CMOS 芯片比 CCD 芯片吸收的能量少，所以 CMOS 芯片的相机换一次电池可使用更长的时间，非常省电。但这样会使捕获的图
17、像偏黑而且不够精细。第 6 页 共 20 页三）文件的常见记录格式在你从相机向计算机传输图像时或设置相机功能时，也许会遇到要求选择文件格式的情况。现在许多新型号的相机都可以以两种以上的文件格式存储图像。在图像编辑软件中编辑之后，为了保存图像你也需要指定文件格式。所谓文件格式一词简单地说就是保存计算机数据的方式。现在流行着许多不同的图像格式，它们都有独特的存储数据的方法。有些格式属于专用格式，也就是说这种格式只有你使用的这种相机才使用这种格式处理图像。专用格式有时也被称为本机格式。如果你准备编辑用专用格式保存的图像，就必须使用相机提供的软件。当然，你可以使用这个软件把图像文件的格式转换成其他图像
18、编辑程序也可以打开的格式。许多软件都有自己的专用格式。例如 PhotoDelux 使用一种叫 PDD 的格式，它支持PhotoDelux 软件的所有编辑功能，并能提高软件内部的编辑处理速度。如果你准备用其它软件打开保存图像，但是这些软件不支持 PDD 格式，可以把文件保存成 PhotoDelux 支持的其他几种格式。有些文件格式只能在 Mao 机上使用，还有些格式只能在 PC 机上使用。少数文件格式十分特殊难用，所以很少有人愿意使用，反之有些格式十分流行，两种微机平台上的几乎所有程序都支持它们。数字信号文件的记录格式主要有无压缩记录格式和压缩记录格式两种。1、无压缩记录格式无压缩记录格式记录下
19、的影像没有失真，记录的精度较高，影像的清晰度和质量都比较好，但是所需要的存储空间比较大，一般需要配置高容量的存储器。常见的无压缩记录格式是“TIFF”标准。使用“TIFF”格式存储数据影像，可以确保影像的质量和品质不受压缩的影响。“TIFF”的缩写全意为带标记的图像文件格式（Tagged Image File Format）。 TIFF 和 JPEG 一样也是万维网上最流行的一种图像文件格式。TIFF 图像可以在大多数 Macintosh 和 Window 程序中打开和使用。当使用 TIFF 格式保存图像时，可能需要确定字节方式，如图所示。如果你准备在 Mic机上使用图像，应该选择 Mic 机
20、方式，否则则是使用 PC 机方式。有时你还需要选择使用LZW 压缩。LZW 是一种无损压缩方式，在图像压缩时这种方式只废除一些无用的图像数据，所以它不会损失图像质量。然而，这种方式的图像压缩不能像用 JPEG 压缩方式那样大大降低图像文件的大小。这也是为什么 Tiff 格式并不能被认为是万维网上使用的最佳图像格式的原因。第 7 页 共 20 页尽管大多数程序，但不是所有的程序都支持 LZW 方式压缩的 Tiff 图像。如果你打开TIFF 图像时存在问题，可能就出在压缩上面。这时可以试一下用其他程序打开再保存图像，这样就可以取消压缩。还有 Gif 格式，这种格式是 CompuServe 公司的公
21、告牌服务机构开发并推广的一种图像传输格式。现在 GIF（图形交换格式，Graphics InterChange Format 的缩写）和 JPEG 已是万维网中应用最为广泛的两种格式。GIF 格式的一个变种（正式叫 GIF89a），其特点之一是可以让你把图像的部分区域设置成透明的，这样可以透过图像看到 Web 网页的背景。GIF 的缺点是它局限于保存 8 位图像（256 色或更低），8 位图像让人们感到它比较粗糙、有斑点。2、压缩记录格式压缩记录格式是将影像的数据进行适当的处理和压缩，以减小数据的自身大小，相对于无压缩格式，可以使同一个存储器一次可以存储更多的数码影像。静态压缩格式：现在比较常
22、见的静态压缩格式是 JPEG 格式，JPEG 这个缩写的完整含义是联合图片专家组（Joint Photographic Exerts Group）。它是开发这种格式的组织机构名称。JPEG 格式是现在使用最为广泛的格式之一，Mac 机和 Windows 系统的几乎所有程序都可以打开和保存 JPEG 图像。JPEG 还是万维网中图像处理时使用的主要两种文件格式之一。JPEG 格式的优点之一是可以压缩彩色影像，也可以压缩灰度影像，一般可以实现1：40 的压缩比，保证图像文件比较小。图像文件越小越节省磁盘空间，从网上下载时也就越节省时间。问题是 JPEG 使用的是有损压缩方案。这就是说有些原始图像数
23、据在压缩过程中丢失了。你每打开、编辑和再保存图像一次，图像就重复被压缩一次，损失也就更多。JPEG 格式所压缩的是人眼不大会注意到的影像信息，而对于人眼敏感的影像信息则基本保留，因此压缩后的图像仍可以保证具备一定的品质。在你使用 JPEG 格式保存图像时，通常会遇到如图所示的对话框，这时需要确定希望使用的压缩数量。为了保证数据损失限制在最小数量，确保最佳打印图像效果，应该选择最高质量设置（这时的压缩量最小）。对于 Web 上的图像，你可以使用中档质量的压缩设置。第 8 页 共 20 页如果你需要使用 JPEG 格式保存图像，最好等到图像最后编辑完成再进行保存。在你对图像进行处理时，使用本机程序
24、格式或 TIFF 格式保存图像，这些格式能够保留所有重要的图像数据。只有在你完全结束图像编辑之后再保存成 JPEG。这种做法你只需要压缩图像一次，保证数据丢失限制到最小范围。动态压缩格式：比较常见的动态压缩格式是 MPEG 格式，它的压缩比达到了 1：50。压缩率非常高，也是一种常用的压缩格式。四）常见的输出端口数码相机与计算机之间的数据传输主要通过装置来实现，摄影者可以通过输出端口和相应的连接线，把所拍摄的影像数字信息传输到计算机上，进行编辑、加工或者直接输出照片。目前，比较常见的是输出接口是 USB 接口、IEEE1394 接口、PCMCIA 接口等。1、USB 接口USB 接口又称为通用
25、串行接口，是现在最常见的接口。其特点是体积小巧，安装方便、可连接 127 个外围设备，即插即用，支持热插拔（即无需重新启动计算机即可使用所连接的设备）。现在一般的计算机都带有这个接口。USB 接口的理论传输速率达到 12MB/秒，而现在采用这种连接方式的数码相机实际的传输率在 4MB/秒左右。目前 KODAK、SONY 数码相机的某些型号采用了这种接口，NIKON、OLYMPUS 也将在最新的型号中采用这一接口。2、IEEE1394 接口IEEE1394 接口又称 FireWare(火线)接口，可以达到比 USB 接口更快的传输量，传输速率达到 400MB/秒，可以连接 63 个外围设备，而且
26、支持热插拔。但由于一些计算机上尚未装有这一接口，所以一般的民用数码相机都不采用它，而专用数码相机因为所拍的图像文件较大，一般都采用这种接口。3、PCMCIA 接口PCMCIA 接口专门为一些使用了闪存卡的相机而设置的，可以直接把闪存卡安装在笔记本计算机的 PCMCIA 插座中，向计算机进行数据影像的间接传输。另外，现在许多厂商提供可直接读取数码相机存储卡的适配器阅读器，这样就不再需要将数码相机与计算机连接起来。常见的阅读器有软盘适配器、并行口阅读器、USB 接口阅读器等。第 9 页 共 20 页SmartMedia 软盘适配器：这种适配器通常叫做 FlashPath，它使你能用普通的软盘驱动器
27、读取 SmartMedia 卡的数据。把卡插到适配器中，再把适配器放到软盘驱动器里，然后就可以像传送软盘上的任何文件那样把图象文件从软驱拖放到硬盘中。PC 卡适配器：这种适配器能够能把 CompactFlash 卡或 SmartMedia 卡装扮得好像标准的 PC 卡一样。在把存储卡插到适配器中之后，把它们全部插到你膝上型计算机的 PC 卡插槽中或插到 PC 卡阅读器中。PC 卡在计算机桌面上显示为一个驱动器，你可以把图像文件从 PC 卡驱动器拖放到硬盘驱动器中。PC 卡阅读器：如果你想把图像文件传到你的台式计算机而不是传到膝上型计算机上，你就可以把一个 PC 卡阅读器连接到你的系统中。你可以
28、买一个内置式的卡阅读器插在你PC 机的一个空闲的扩展槽里，或者买一个外置式阅读器，通常用电缆通过并行端口连接在你的计算机上。你的计算机把 PC 卡阅读器“看作”系统中的另一个驱动器，就像软驱或硬盘一样。第 10 页 共 20 页并行/USB 接口阅读器：这两种阅读器是与计算机的并行口或 USB 接口相连，直接读取存储卡的数据。计算机将其当作一个可移动磁盘使用，同样你可以把存储卡插在阅读器里，然后把文件从阅读器拖放到硬盘驱动器里。这两种接口的阅读器又各自分为 SmartMedia和 CompactFlash 两种。CompactFlash 并口阅读器 SmartMedia USB 阅读器投资买一
29、个卡适配器或一个卡阅读器不仅在图像下载的时候节省了你的时间，而且也扩大了存储卡的用途。除了可以用它传输图像文件外，还可以用它在膝上型计算机或台式机之间传输普通的数据文件。因为存储卡可以存放比标准软盘更多的数据，所以用存储卡可以一次复制更多的文件。五）数字影像的存储数码相机的存储器主要分为两种：内存储器和外存储器。（1）内存储器主要指在相机出厂时已经安装在相机内部的不可拆卸的芯片存储部件。（2）外存储器是指外接的方式来达到存储数字文件的部件。这些非易失性的外存储器（无需电源即可保留内容的设备）曾经只是一种梦想；但随着人们寻求在计算机、手持 PDA、数码相机和多媒体设备之间存储和传输信息的最简便方
30、法的需要与日俱增，新出现的存储技术使这些存储器变得更小，更轻，更快，而且比以往任何时候都更得心应手。一般现在的外存储器都制作成体积小巧的“卡”型，可以通过热插拔快速更换，称为存储卡或内存卡，目前，存储卡已经是众多数码相机的重要配件之一。现在绝大多数数码相机都使用了可更换的内存卡，其容量也越来越大。而且它们不但可以存储数码相机所拍摄的图像，更可作为一个便携的计算机数据的存储器使用。目前常用的数码相机的外存储器为半导体存储器，简称闪存卡。与机械或磁记录设备相比，闪存还有很多很多的优势：闪存卡的体积小巧，耗电更少；使用非常方便，而且比较坚固，它们使用固态存储，没有易损坏的活动部件，可承受较大的冲击和
31、震动。例如CompactFlash、DataFlash、SmartMedia 和 Sony 的 Memory Stick（记忆棒）。这些新型存储设备均基于同一个想法：可擦除 ROM。和所有可擦除 ROM 一样，闪存的擦写次数是有限的。早期的设计只能保证数十次或数百次的质量，而最新的型号能够做到一百万次或更多。这些存储器具备一个非常关键的优势：不需要高于计算机或数字相机中常见的电压（通常情况下为 3 伏或 5 伏）。所有这些功能使闪存对于便携设备来说非常有吸引力例如 PDA和数字相机在这些设备中用户往往希望改变一些数据但又要保证其他部分不受破坏。某些设备安装有标准的 3.5 英寸 1.44M 软盘作为移动存储设备，但这类机械产品体积太大，
