数码相机的原理.docx

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数码相机的原理

数码相机对于大家来说已经不是什么新鲜玩意了。

随着价格不断下调，dc的众多优点也不断凸现。

日渐普及的趋势使得越来越多的人希望了解数码相机，拥有属于自己的数码相机。

对于那些还对数码相机这一事物感到陌生的朋友们来说，了解一些最基本的DC及摄影知识，是非常必要的。

相机基础知识

　　目前，类似数码相机入门的文章泛滥如潮水，但许多文章千篇一律，概念晦涩难懂，陈词滥调，也没有相关附图，这对于入门的新手来说就显得不那么亲切了。

以下的文章将放下专业用语，以日常大白话做药引，并辅以大量实物图片做汤剂，便于各位初哥加深吸收，编者希望它能成为入门者的一剂实用大补丸。

   药引篇：

什么是数码相机？

数码相机的基本结构。

　　对于初入门的DC用户，首先必须要对一下这两个问题要有个基本的了解。

1、什么是数码相机，它与传统的相机相比优势何在？

2、数码相机的基本构成是什么？

作为本文开篇，笔者就先将这个问题作为切入点来开始本文。

　　数码相机，对于它最基本的认识就是——不用胶卷、带液晶屏。

用这样的特点就能非常迅速的将传统相机与数码相机区分开来（不排除个别例外）。

从内部构造来说，数码相机内部采用了大量的电子元件，在设计上更复杂。

用来感光的介质也从胶片变成了光电器件。

如此的区别使得数码相机有着众多优势。

数码相机

　　首先数码相机可以做到“所建即所拍”，通过液晶显示屏可以准确地进行拍摄。

同时，由于储存介质的不同，数码相机节省了大量的胶卷费用。

根据一项调查，大多数用户拍摄的照片的90%是不需要刻意冲洗成照片而保存，这也就是说我们所拍摄的作品中大多数只要储存在电脑里浏览就足够了。

那也就意味着我们可以节省大量的冲印费用以及时间。

再次，数码相机的照片能方便的在电脑上通过各种图像软件进行编辑，用来达到各种不同的效果。

当然任何事物不可能做到完美，数码相机也存在许多不尽人意的地方。

　　数码相机的构成器件有：

镜头、光电转换器件（COMS/CCD）、模/数转换器（A/D）、微处理器（MPU）、内置储存器、液晶屏幕（LCD）、可移动储存器、接口（计算机/电视机接口）、锂电池等。

数码相机

　　对于数码相机的构成，比较陌生的就是光电转换器、模/数转换器、微处理器以及内外储存系统。

其实光电转换器也就是数码相机的“底片”，只不过它是可以重复使用的，而传统相机的底片则只能使用一次。

模/数转换器听起来好像非常复杂，其实只不过是一个对于光电转化器信号转换的装置。

它的功能就好像收音机，把无线电信号转化成我们可以听得声音一般。

微处理器，就是数码相机的心脏。

它将数模转换器的信号经过再一次处理就变成了特定的图像格式。

内外储存系统就是数码相机的“胶卷筒”，将拍摄所得的照片储存于此。

数码相机构成机理

　　到此为止，对数码相机这个东西应该有个较为全面的初步印象了，那么接下来的一些相关的入门知识则进一步加强你对数码相机的认识。

在下面的篇章里，笔者我将针对数码相机经常出现的参数作为着手点。

主要药材（4味补药）：

了解数码相机必须认识的四要素

　　当我们一接触到数码相机的世界，马上就有一堆的新词汇蜂拥过来。

分辨率、像素、数码变焦、插值等等。

乍一看来，入门很困难；笔者在这里要做的就是把这枯燥无味的名词做一番润色。

用口头大白话的形式描述给大家。

如果你刚接触数码相机，以下的一些问题尤其显得重要。

但这并不是说别的细节可以省略，毕竟擒贼先擒王，测重点不同偏向也不同。

   1.分辨率与像素

　　当我们遇到一款数码相机的时候我们经常会看到类似“2304X1728、1600X1200、1027X768、640X480”这样的数字相乘的参数，这就是通常所说的分辨率。

那么它们代表什么意义呢？

相信马赛克这种建筑材料大家都明白，那么这些参数所表示的就好比是横向“马赛克”数乘与纵向“马赛克”数，而每一块“马赛克”就代表一个像素。

组成一幅图画就是用这些彩色的“马赛克”拼接而成。

将下面图中的莲花的局部放大1600倍我们就能清楚地看到马赛克办的色块，其实这就是对应的一个像素。

样张

　　一台相机的最高拍摄分辨率一般就近似于它的像素。

就拿上面所给的2304X1728作为例子，那么这台相机的最大有效像数为2304*1728=3981312近似值为400万。

也就是说这是一台400万像素的数码相机。

类似的，我们也可以算出其它相机分辨率所对应的像素。

笔者在这里大致给一个对应参照表格。

当然相机出场的设置都不尽相同，有可能存在出入。

一般只要选择了特定厂商的相机，一般所给的分辨率也就固定了，用户可以在不同分辨率下做切换却不能自定义分辨率。

分辨率

乘积

对应像素

640　X　480

307200

30万

1024　X　768

786432

80万

1600　X　1200

1920000

200万

2048　X　1536

3145728

320万

2304　X　1728

3981312

400万

2580　X　1936

4994880

500万

2816　X　2112

5947392

600万

3072　X　2304

7077888

700万

3200　X　2400

7680000

770万

3264　X　2448

7990272

800万

3876　X　2584

10015584

1000万

分辨率像素对应表

2.分辨率与冲印

　　平常我们的照片是通过胶卷去冲印，然而数码相机则不存在胶卷这个媒介。

我们可以清晰直观的观看照片，并且将其冲洗出来。

那么，分辨率与冲印又存在哪些关系呢？

对于刚接触数码相机不久的你，可能就对冲印存在许多不解。

或许还会闹出一些不必要的笑话，那么笔者就来详细的说说两者的关系。

数码打印

　　首先很明确的一点就是分辨率越高打印出来的画面就越大而且质量越好。

当然这并不是没有换算法则的，两者之间有着相对应的关系。

笔者在参考类似资料的时候发现，这一类问题的说明还是显得过于简便与专业化，很多时候都看得云里雾里。

其实数码冲印跟冲印店所用的打印设备有着密切的关系。

在这里要引入一个单位DPI，这是用来描述打印机打印分辨率的。

一般来说数码打印机的分辨率在300DPI。

这是指什么意思呢？

就是说，在照相纸上每英寸就有300个墨点。

也可以理解为一个墨点就对应一个像素。

如此一来我们就能精确的换算出我们拍摄的数码照片能打印成多大的相片了。

换算关系

　　举个例子：

一幅1600X1200的数码照片用300DPI的打印设备输出的最佳尺寸就是1600/300=5.3寸、1200/300=4寸，也就是5.3X4寸的照片。

在实际处理中这样的尺寸一般经过数码冲印店放大最后剪裁成6X4寸的照片也就是通常说的4R。

当然这样的调整之后画面的质量有微弱的下降，反过来我们可以得出实际图像打印分辨率为1600/6=267DIP，当然这样的下降通过肉眼辨别不明显，可以忽略不计。

当然通过降低打印分辨率扩打我们的照片1600X1200最大扩打到7X5寸，也就是5R。

　　最终我们可以得出这样的公式，如果数码打印机的分辨率为NDPI，照片的分辨率为YXZ，那么我们所能打印的照片就是长度为Y/N、宽度为Z/N的相片。

最后，笔者将数码相机打印的一些常用换算作如下列表：

尺寸

最低像素

建议最佳像素

市场参考价格

3R

3.5×5″

1280X960

1280X960（120万像素）以上

0.9元

4R

4×6″

1280X1024

1600X1200（200万像素）

1.2元

5R

5×7″

1600X1200

2048X1536（300万像素）

2.0元

6R

6×8″

1900X1280

2272X1704（400万像素）

5.5元

8R

8×10″

2048X1536

2560X1920（500万像素）

11.0元

数码相机打印的一些常用换算

3.插值与像素

　　插值这个名词也是数码器设备所独有的，虽然接触数码相机的很多朋友都听过这个名词然而却不在意。

但是这个词语一度成为了奸商玩弄的道具，还真的坑了不少人。

通过一个插值就使得数码相机的像素节节攀升，所以笔者在这里也要好好的解释一番。

数码相机

　　插值像素就是根据最终输出图片的大小来计算的。

打个比方原本CCD只能拍摄640X480也就是30万像素的画面，通过软件放大插值使得输出画面成为了1024X768也就是对应的80万像素。

那我们就就说这款相机的插值像素为80万，然而实际像素却只有30万！

上面给出的数码相机FinePix　F410有效像素为310万，插值后为603万。

　　一款数码相机如果在宣传单张上写道500万插值像素，那么其实就是说这款相机的像素根本就没到300万。

插值就是通过数码相机内部的软件部分通过对图像相邻的像素进行运算取得一个新的像素从而提升分辨率的过程。

说白了就是图像实际没有那么大，通过软件把图像放大了而已。

这一过程在计算机的图像处理上非常容易模拟。

插值虽然提升了分辨率，但是毕竟是软件的运算结果，与现实的色彩有一定的差异而且会产生边缘锯齿、模糊等情况。

电脑模拟

　　为了更好的说明插值这个问题，笔者用电脑模拟夸张的手法来演示一下插值，效果如图。

电脑在怎么聪明也终究不能用插值真实还原图像细节。

所以对于数码新手来说，认准像素一说，而对于插值则不要被迷惑。

插值就好比往浓牛奶里面兑水，没什么实际意义。

4.光学变焦与数码变焦

　　数码变焦与光学变焦有着本质的差异，但是某些商家硬是将他们混为一谈。

因此对于入门者来说，更因该明确的分辨出两者的差异。

数码相机的光学变焦镜头

　　光学变焦是真正的变焦，完全就是依靠光学镜头的物理结构来实现变焦，是真实的拉近。

明白的说就是平常我们看到的数码相机前段镜头的移动，这就在做光学变焦。

但是数码相机在设计的理念上，某些机型追求小巧玲珑，当然它自然要放弃大炮一般的光学变焦镜头。

为了弥补这个不足，设计者就采用了软件来达到数码变焦。

数码变焦实际上就是将原来图像上的某一部分放大到整个画面的过程。

这一过程中，通过了数码相机的插值运算。

因此，这种视觉上的拉近没有多大意义。

如下图组笔者作一个夸张化的演示，实际中数码相机做不到如此多倍的数码变焦所以不会出现如此夸张的图像变形。

光学变焦

夸张化的数码变焦过程

数码变焦的差值处理与最终图像