数码相机与传统相机光学系统的异同

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1、数码相机与传统相机光学系统的异同从数码相机与传统胶片相机的成像原理图可知，数码相机除了保留传统相机的成像镜头、光圈和快门外，一系列元器件和电路代替感光胶片，光学成像系统依次由镜头、红外线截止滤光片、光学低通滤波器、微透镜阵列、马赛克滤光片等组成传统相机与数码相机原理比较数码相机使用镜头可以分为三大类：135单反数码相机，使用的镜头绝大部分是传统胶八相机的可换镜头；135轻便数码相机，使川焦距较短的不可换镜头；6X4.5cm以上画幅的传统银盐相机配用高像素数码后背后，成为中、大画幅数码相机，镜头不变。一、受光芯片的尺寸与镜头焦距的关系传统135照相机画面对角线长43.3mm,焦距40〜5

2、8画均可称为标准镜头；这些镜头的视场角约为40〜55。数码相机，由于受光芯片尺寸一般都比较小，所以镜头焦距值比传统相机短。传统胶片相机的可换镜头使用在数码相机时，相当于焦距值应是L胶片（画面对角线长）+L受光芯片的对角线长与镜头名义焦距的乘积。例如，尼康D100相机，使用尼康50mm标准镜头时，同样视场角，相当焦距为（50mmX43.3）+28.4=76.2mm,成为中焦镜头。轻便型数码相机，使用最多的是2/3英、?和1/2英汴的受光芯片（画面尺寸），最近也出现1/2.7英寸和1/1.8英寸等新规格的受光芯片。二、数码相机的像素尺寸与镜头分辨率的要求数码相机的像质，基本上由受光芯片（图

3、像传感器）的像素数决定，像素数高时，像质一般较佳。但像素数增大时，制造成品率非常低，造价很昂贵。为了要推持低价格，只有把像素数增大。当然，随着制造技术的不断进步，在受光芯片难以大型化的情况下，唯有增加像素数。一方面要防止画面大型化，另一方面又要增加像素数，必行之路显然是使像素尺寸变小。像素尺寸的微型化，会造成受光芯片的感光灵敏度和动态范围下降等，为此希望摄影光学系统（镜头）有尽可能高的分辨率。对于数码相机，大家关注点过于集中在CCD上，其实CCD的性能和镜头的性能同样重要，如果镜头的分辨率达不到分辨CCD像素的要求，再优良的CCD芯片一样不能完全发挥作用。像素是CCD捕捉影像（光信号）

4、的最小单位，镜头的分辨率是传递和重现图像（影像）最小细节的本领，也就是对两个很接近的点刚能加以辨别的能力。例如，像素尺寸10um（0.01画）时，镜头应有的分辨率R=l/（2X0.01）=50线对/mm。使用较多轻便相机的CCD芯片，像素尺寸约为5um_3.2um,由此推算，镜头分辨率应不低于100线对/mm_150线对/mm，这是一个要求较高的指标。表1列出像素尺寸与镜头应具有的分辨率关系估算值。受机身精度、对焦误差及“光学低通滤波器”等影响，实际使用时镜头分辨率还会下降。众所周知，大部分镜头的视场边缘分辨率仅为中心的50%-70%,因此对镜头的分辨率要求还应提高，特别对于数码相机上

5、使用的变焦镜头，必然提出更高设计和加工要求。三、数码相机镜头的特殊性CCD受光芯片，由2层电极构成，相邻像素间必须有分离部分，使入射光在受光部的利用率很低。马赛克透镜阵列，使入射光聚合在像素上，以提高感光度。轻便型数码相机的镜头设计时，要注意受光芯片的各像素上的微型透镜（单个微型透镜）与其有重要关系。当单个微型透镜上的光线的入射角不适当时，不仅受光部的集光效果欠佳，而且易产生逆效果。在轻便数码相机的镜头中，出射光瞳远时（主光线与光轴几乎平行），成像效果较佳。小型数码相机的镜头，管焦距很短，但希望有一定后截距。在定焦镜头中，后截距（镜头的最后一面到像方焦点的距离）长时，前方应使用凹透镜组

6、，后方配置凸透镜组，成为一个反远距（长工作距离）高斯型镜头。变焦镜头场合，多数由2〜4组变倍透镜组构成，同样要考虑出瞳远及后截距长等要求。四、数码相机的景深及镜头光圈调节的局限性由于数码相机受光芯片的尺寸较小，因此同样视场角时，焦距比传统胶片相机短。镜头焦距短，首先反映出拍摄影像的景深增加，同时，随着光圈的缩小，景深会进一步加大。由此可见对焦精度可以放宽，不容易出现对焦误差引起画面模糊，这是有利的方面。尽管景深增大对风景、留念一类摄影是有利的，但对拍摄艺术照片、需要虚化背景时，是很不利的，应引起使川者的注意。数码相机镜尖的光圈设置一般不能太小，F数控制在F8-H11以下是合理的。由于像

7、差影响，实际分辨率还会下降。因此，为了保证镜头有150〜200线对/mm的分辨率，光圈限定在F8（或H1）以内是必要的。目前大部分轻便相机的光圈设置F2（F2.8）〜F8（F11）,上述是主要原因。另一原因，由于镜头焦距短，受机械尺寸限制，光圈孔无法做得太小五、原色组合滤光片与补色组合滤光片受光芯片CCD等是一种只能感受黑白颜色的传感器，为了获得真实色彩信息，应在CCD的各个像素前增加滤色片。目前使用的滤色片有二类，一种是彩色还原效果较佳的原色