浅谈数码相机与工作原理

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1、发倾wa的工作原理丰满区教y而曲缔校刘洋数码相机是光、机、电一•体化的产品，简称光电模组，它集成了影像信息的转换、存储、传输等部件，貝有数字化存取模式。光线通过镜头或者镜头组进入相机，通过成像元件转化为数字信号，数字信号通过影像运算芯片储存在存储设备中。数码相机的成像元件是CCD或者CMOS,该成像元件的特点是光线通过吋，能根据光线的不同转化为电子信号。本文从光学理论出发，阐述了光学成像的原理、像差理论、孔径光阑的作用、相对孔径的概念、影响像的亮度和照度的因素；研究了数码相机的基木结构和工作原理

2、。一、数码照相机的基本结构及光学原理光线通过镜头或者镜头组把被摄景物成像在焦点位置上。成像元件将光学影像转化为数字信号，数字信号通过影像运算芯片储存在存储设备中。.1照相机的基本结构照相机的种类很多，但其工作原理和基木结构都是一样的。照相机最基木的组成部分有：（1）机身：机身为一坚固骨架，用以支撑照相机各个部件。（2）镜头：镜头由光学系统（镜片）、光圈和镜筒等组成，其作用就是使景物成像，并通过光圈控制相面照度。（3）取景器：取景器一般通过一组透镜或照相机物镜木身显示所要拍摄的景物，以便摄影者观察

3、、构图。（4）快门：快门是一种可动的遮光屏，只在拍摄时，按动快门的一瞬间，才得以开启，使光线射至在感光片上。它是用来控制曝光吋间长短的。（5）存储卡：数码相机将图像信号转换为数据文件保存在磁介质设备或者光记录介质上。数码相机除了保留传统相机的取景、曝光、快门和自拍定时器等装置外，还增加了液晶显示器。数码相机的功能选择大多在液晶显示器上以菜单形式展示。2相机的光学原理镜头是一部和机的灵魂，无论是机械相机还是数码相机，镜头都是最不可忽视的要素之一，它的好坏直接影响到拍摄成像的质量。同吋镜头也是划分相

4、机种类和档次的一个最为重要的标准。2・1凸透镜的成像与近轴物近轴光线成像效果照相机镜头利用的就是凸透镜的成像规律。镜头就是一个凸透镜，要照的景物就是物体，照射在物体上的光经过漫反射通过凸透镜将物体的像成在最后的感光位置。它在曝光后，物体的像就被存储起来。至于物距、像距的关系与凸透镜的成像规律完全一样。物体靠近时，像越来越远，越来越大，最后再同侧成虚像。物距增大，像距减小，像变小；物距减小,像距增大，像变大。物距与焦距的关系：物距大于二倍焦距.像距与焦距的关系:像距小于二倍焦距大于一倍焦距.近轴条

5、件下凸透镜成像公式，凸透镜是由两个曲率半径分别为八和d的折射球面组成的，透镜的厚度为d,折射率为"，透镜两侧的折射率分别记作从和"2。若在主轴上有一点光源P,发出的一条光线PA经过透镜折射后，交与主轴"点,图1薄透镜主屏面内的光线OP=—s,OP=s',PA=/,PfAf=I：AM=A'N=h任意光线〃“厂的光程就可表示为△paap=叩+n(d-OM-O'N)+n2lf当A点在透镜上移动时，G和心是常量，力则是位置变量，并考虑到近轴条件下的近似几何关系根据费马原理，7owh2（一叨，根据费马原理

6、，dPAA.P._Q,即得dhn2n-nAn2-n=1—这便是凸透镜的物象公式。如果利用物方焦距和像方焦距ff=lim$‘=n2〃*n2-n2丿就可以得到透镜的高斯公式厶厶1因为透镜很薄，两个顶点可以看成是重合在一点。。若透镜两边的折射率相同，则通过。点的光线都不改变方向，这样的点称为透镜的光心。当光线口左向右传播时，实物物距总是负的，虚物物距却是正的。但无论是实物还是虚物，"＞0表示成实像，昇＜。表示成虚像。若光线自右向左传播，按照规定的符号法则，高斯公式、焦距公式仍然适用。但此时实物物距

7、应取正值，虚物物距应取负值，表示成实像，”>0表示成虚像。照相机对光学仪器成像的要求是使目的物获得完善的像。在最简单的情况屮，物是平面的，且垂直于光学系统的主轴。完善的像要求遵循下列几个条件:（1）物面上每一个发光点应该成一个清晰的像点；（2）所有的像点都必须位于同一个平面上，这个平面也必须垂直于光学系统的主轴；（3）各像点的横向放大率都必须是常数；（4）像的各部分应与物冇相同的彩色。破坏条件（1）（2）,会减弱像的清晰度；破坏了条件（2）（3）,会使像变形；破坏了条件（4）,会使像出现不正确的

8、色彩，也使像模糊。所有这些偏离理想成像的现象，统称为像差。22光圈光圈又称孔径光阑，是一个用来控制光线透过镜头，进入机身内感光面的光量的装置，它通常是在镜头内。是镜头中的重要机械装置，它的作用是通过改变光学镜头的有效孔径，控制光线通过镜头的能力，从而使感光元件或胶片得到准确的曝光，并且能够控制景深，或调整镜头的成像品质。孔径光阑都是位于镜头内部，通常出多片口J活动的金属叶片（称为光阑叶片）组成，可以进行无级数的调整。光圈机构可以由机械或者电动、电磁装置驱动，也可以手动调节。图2光圈大小示意图照相