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《数位相机的组成原理》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。
1、數位相機的組成原理與傳統的膠片相機相比,數位相機的圖像傳感器件(CCD或CMOS)、模/數轉換器件(ADC)、數字信號處理器件(DSP)以及輸出接口等,都是傳統相機所沒有的.此外,數位相機使用的LCD液晶取景器和電子存儲器(卡),也是傳統相機所不具備的.本文擬通過剖析與闡述數位相機的重要部件及其特性,以幫助各位同仁多層次地了解數位相機的組成原理,相信不無裨益.1、數位相機的透鏡系統CCD面積的大小差別對透鏡的設計與開發有重大的影響,因為必須真實清晰地記錄極小的圖像.度量這種極細致的描寫能力的特性指標,我們稱之為透鏡的解析度,例如我們
2、常用的35mm傳統相機透鏡中心的解析度,目測測定為100線/mm左右,這就是說在1mm見方的面積上可讀取100條線.200萬圖元級的數位相機中使用的攝像透鏡,其解析度一般都可超過200線/mm,拍攝非常細微物體的能力是數位相機追求的目標.透鏡的物理尺寸越小,研制越困難.光學物理特性決定小的透鏡難以通暢地通過光線.小透鏡不僅設計難度大,而且組裝精度也要求高.CCD和透鏡的組裝調整困難,一度是數位相機遲遲不能上市的原因之一.數位相機透鏡的開發和設計需要非常高超的最新技術,這也是造成其昂貴的原因之一.在數位相機透鏡結構中要特別說明的是透鏡
3、結構的最終端,即CCD前的低通濾波器.它是光學濾波器中的一種,其作用是濾除空間頻率中的高頻成分,使圖像發暈,這可以預防圖像細部出現擬色效應(即圖像最亮部出現原來沒有的顏色).2、CCD-數位相機的關鍵部位CCD是與普通相機中的膠片相當的電子器件.在數位相機中起著十分重要的作用.它接受從攝影透鏡來的光信號,並把它轉換為電信號.由CCD產生的電信號被輸出並變為圖像.傳輸各圖元的通路稱為傳輸通路.CCD結構可分為幀傳送方式(FrameTransfer,FT)和掃描方式(簡稱IF)兩大類.FT方式多用在高圖元的高端數位相機中,如Canon的
4、EOSD2000(用柯達制的CCD)數位相機.現在的普及型數位相機主要采用逐行掃描IL方式.這兩種方式的差別在于有無傳輸通路.FT的每個受光元件兼起傳輸通路的作用.而IL則有專用的傳輸通路.兩種相機的優缺點就由這種差別引起的.從CCD的開口率看,FT方式要有利得多.IL方式為防止靈敏度下降,每個圖元都有以聚光為目的的微透鏡.而FT方式沒有傳輸通路,沒有微透鏡.因此每一個象素面積增大、生產成本降低.靈敏度特性的高低順序是FT方式＞IL方式.IL方式又分為隔行掃描方式(InterlaceScanning)和逐行掃描方式(Progress
5、iveScanning).兩種方式靈敏度相比較,隔行方式＞逐行方式.受光元件的尺寸,如以FT方式為1,則隔行掃描方式為2/3,逐行方式為1/2,靈敏度與受控元件的尺寸成正比.由此可見,FT是面向高動態范圍的數位相機的方式,但迄今為止使用的CCD幾乎都用IL方式,因而具有良好的生產業績,這是它的優點,缺點方面,由于FT方式中象素傳輸通路是合用的,只要有一個圖元有缺陷,那麼縱向一列的資訊就接收不到.因此,生產過程中成品率低,制造成本高.此外,如果要使顯示器再生,則需要配存儲器.因此,CCD整體的封裝尺寸變大.在IL方式中受光部分和傳輸通
6、路都要占用面積,因而開口率難以提高.舉例來說,200萬象素級的1/2英寸CCD的生產采用4μm的工藝.現在的工藝極限為3μm.假定要維持目前的開口率的條件下生產1/2英寸級的CCD,那麼其靈敏度會很低.即使是IL方式,隨著象素的增加,生產的成品率會很低.3、原色和補色濾光器普及型數位相機幾乎都是使用一個CCD的曝光型(OneShot)數位相機.與其它類型的數位相機相比較,其優點是拍攝時間短,處理容易.但為獲得彩色圖像,必須將有效象素中的各種顏色分散.原色系和補色系濾光器就是用來分散各種顏色的.原色濾光器通過RGB濾光器接受光線,補色
7、系通過CMYG濾光器接受光線,並產生彩色圖像.原色濾光器是以液晶顯示器和個人電腦顯示器等顯示元件顯示RGB色,因此顏色的再現性優良,顏色鮮艷.補色濾光器靈敏度較高,但必須由C-Y=B、M-Y=R和G=G的補色還原成原色,因而未必能獲得與原色完全相同的色再現,但圖像處理技術在進步,這個問題實用上不成問題.最近有一種,CCD尺寸減小,解析度提高和有效靈敏度降低.采用補色的數位相機將會越來越多.4、DSP-數位相機的心臟數位相機除了光學透鏡系統外幾乎全由電子電路控制.基本的信號處理過程非常簡單.由CCD送來的電信號通過A/D轉換為數字信號
8、,然后送入具有信號處理能力的DSP(DigitalSignalProcessor,數字信號處理器).DSP是數位相機的心臟部分,其處理電路通過參數調整最終決定圖像質量.DSP中隱藏了各公司獨有的圖像處理技術和知識.DSP處理工作量很大
