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DC2007最终增强版[完整版]
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上篇
现代照相机形式多样，从巴掌大小的袖珍数码相机，到老式照相馆使用的几公斤重的大型叶片相机；从买胶卷就送的廉价一次性相机，到世界上最贵的照相机——造价30亿美元的哈勃太空望远镜，其实它们都遵循的是同一个原理，就是我们在中学物理中就学习过的凸透镜成像原理（注：
哈勃是反射式的望远镜，不完全符合凸透镜原理，此处仅为类比）。
现在，就让我们重温一下这个原理。
（凸透镜成像原理图）
在中学物理中，上图A点叫做光心，B点叫做主焦点，C点事实上是成像单元，D为被摄物，E为成像；被摄物到A点距离称之为物距，AB点间距离称之为焦距，AC点间距离为像距；当物距大于2倍焦距的时候，成缩小的倒立成像（当物距小于2倍焦距的时候，成放大的倒立成像）。
事实上，在照相机的原理中，A点是一个理想化的凸透镜，现实上表现为照相机的镜头，包容了ABCE的外框在原理上是一个不透光的盒子，现实上表现为照相机的机身，这些方面数码相机与传统使用胶卷的照相机毫无二致；唯一的区别来自于最后的成像单元C。
传统照相机（以135相机为例）的成像单元使用的是35mm胶片，也就是平常我们看到的胶卷；而数码照相机的成像单元使用的是超大规模集成的CCD（CMOS）电路。
就是因为这个变化，使得数码相机在使用和性能方面不同于传统的135相机，而且这些影响有些是消极的。
1、片幅与像素
也许大家经常听到全幅、APS、135、120、1/1.8寸CCD、2/3寸CCD这样的概念，也经常听到形容一台数码成像设备的时候，有个最主要的参数“x百万像素”，其实消费市场有一定的误导，像素并不是对数码成像设备唯一的考量因素。
让我们先从片幅说起，照相机发展了许多年，原理图上的成像单元C也演变成了各种不同的规格。
其中135幅面已经成为民用照相机的主流规格，35mm胶卷的来历，就是因为这种胶卷大小是36mm*24mm，而高度算上齿孔正好是35mm，除了135规格之外，还有比135小的APS规格，比135大的645规格，而市场上常见到的数码照相机的1/1.8英寸CCD，按面积计算的话，还不到135幅面的1/16。
从传统的照相机技术来说，当然是面积越大的成像单元能得到更好的照片质量，放在数码照相机上来说也能成立，由于数码相机的成像单元面积普遍偏小，所以拥有相对较大的成像单元面积，一般情况下也相对地能获得更好的照片质量，通俗点说，就是CCD越大，成像就越好，但这也不是绝对的，现代数码照相机的技术发展得很快，成像单元的感光素质和所使用的镜头组件以及后期的处理电路，都对成像有很大的影响。
（成像面积对比图）
*像素的概念
不少人只是模糊地认为像素越大就越好，并没有一个明确的概念，下面我们就来详细地了解一下。
上图是一张很普通的照片，计算机上大部分的图像浏览软件如ACDSEE、XnView等，都会在左下角标示出图像的相关数据，其中“1024x768x24”中的“1024x768”就是这张图片的分辨率，24表示的是该图片是真彩色的，而后面的“248.22KB”表示的是这张图片所占用的存储容量，“100%”表示的是该图片是以100%来显示在显示器屏幕上的。
我们再来看另外一张图：
此图所标示的图像数据与上图大同小异，“640x480”表示的是该图像的分辨率，“108.71KB”表示的是该图片所占用的存储容量，仍然是以100%显示在显示器屏幕上的。
这里，我们说图1是80万像素的照片，因为1024x768=786432，而图2分辨率是640x480=307200，自然是30万像素的照片，以此类推，2560x1920=4915200就是500万像素，3624x2448=
7990272，就是800万像素了。
现在，让我们把照片放得很大，如图：
图像浏览软件表明是800%，也就是放大了8倍，但图像仍然是图1，仅仅是放大了观看而已，分辨率仍然是1024x768，像素仍然是80万，当我们把照片放得尽可能大的时候，我们会发现，计算机所显示的图像其实是由一个个不同颜色的发光点所组成的，同样，当成像单元捕捉信号的时候，生成的图像也是由一个个发光点所组成，所以这幅80万像素的照片，就是由1024x768=786432个发光点组成，这就是像素和分辨率的关系。
此外像素和分辨率也直接影响了照片的容量，如上两图就可以看到，80万像素的照片比30万像素的多占用了一倍多的容量。
最后，回到画质上来，大家是否觉得这张30万像素的照片，比许多市面上号称130万像素、200万像素的手机摄像头所拍的照片，都要清晰得多呢？
原因很简单，此照片用CanonEOS300D拍摄，300D使用APS-C片幅的成像单元，而手机摄像头的成像单元，比图中最小的1/2.5寸CCD还要小得多。
需要说明一下的是，像素、分辨率和容量的关系，还跟数码相机的后期输出算法、图形处理软件的算法等有很大关系，会在接下来的叙述中详细讲述，此处只是一个初步的概念。
2、胶卷、CCD与CMOS
从上面的原理图中，我们知道，成像单元C可以是任何东西，它只要能捕捉到光线和色彩的变化就可以了，我们传统使用的135胶卷，就是涂了一种叫做溴化银的化学物质，这种物质对白光非常敏感，对红光不敏感，当自然光线照射到胶卷上时，就会根据光线的强弱不同形成相应的成像。
所以，平时胶卷是装在胶卷筒里的，拿出来见到光线就会作废，冲洗也只能在红色光线的条件下。
现代的数码照相机则是使用超大规模的电子成像元件，光线照在成像元件上，成像元件通过扫描成像。
目前来说有两种，分别是CCD（光感应式的电荷耦合器件）和CMOS（互补金属氧化物半导体），CCD是消费类市场的主流，CMOS又分为两种：
Canon、Sony等厂家制造的大面积高素质的数码相机成像单元（例如CanonEOS300D、SonyR1使用的就是APS-C幅面的CMOS器件），另一种则是PC摄像头、手机摄像头等所使用的素质较差的CMOS器件。
目前有能力制造CCD器件的厂商有Sony、Panasonic、Sharp、Sanyo、Fujifilm、Kodak、Nikon等，有能力制造大幅面CMOS器件的厂商有Canon、Nikon和Sony等。
其中Sony的消费类CCD器件和Canon的CMOS器件占了主流，大幅面的（135以上）成像器件只有Kodak、Fujifilm等少数厂商在研制生产，由于片幅越大，制造难度增大，成本也越高，造成了大面积的成像单元价格高昂，也是数码相机上都是使用小面积的CCD元件的主要原因之一。
接下来讲述一下成像单元的片幅与画质、像素的关系，由于Fujiflim富士有一种叫做SuperCCD的成像元件，对于较好地理解这个关系有辅助作用，故以之为辅助例子。
由上图可以看到，2/3寸CCD做600万像素（即600万个感光点）时，每一个感光点的有效感光面积比在1/1.8寸上做600万像素时，要大上许多，更大的感光面积意味着更好的信噪比，一般来说也就是更好的画质，当这块1/1.8寸CCD被制造成800万像素甚至更高时，每个感光点的感光面积更小，信噪比会无可避免地下降（信噪比就是有效信号与无用噪声信号的比值，想象一下，一块CCD的成像，如果800万像素里面有400万像素都是噪点，那再高的像素又有什么意义？
）。
而富士的SuperCCD则是一种比较特殊的形式，它的感光点是六角形的，根据平面几何学的原理，同一面积内容纳的六角形比圆形要多，面积也要大，所以第五代的SuperCCD在高感光度下的画质，比一般的同面积CCD要好。
在这里，补充说明一下，所提及的2/3寸、1/1.8寸这样的尺寸都是一种传统的标注方式，是以古老的摄影机真空摄像管对角线大小作为衡量标准的，实际的计算方法可以粗略地表示为[实际对角线长度=标注对角线长度/16]，以1/1.8寸CCD为例，其实际对角线长度为（1/1.8）*25.4/16，约等于9mm（1英寸=25.4mm）。
3、镜头
从原理图上我们知道，A是一个非常理想化的凸透镜，现实中照相机的镜头受到各方面的影响，并不能单纯以一个凸透镜了事。
通常在产品上看到的实际上是一个镜头组。
在传统光学领域有技术积累的厂商，如佳能、奥林巴斯、富士等纷纷在其中使用多片镜头组，而且使用非球面镜镜片；佳能和尼康等厂商甚至在高端的消费类机器内加入ED镜片，其目的只有一个，就是纠正光路，使其更符合理想的凸透镜状态，也就是我们平常看到的镜头的参数：
“x片y组，其中z片非球面镜”。
从原理图我们知道，AB点之间的距离就是焦距。
平常我们在数码相机看到的镜头上的标示如“35mm~105mm”这样的参数，就是这台数码相机的焦距范围，它能在35mm~105mm之间这样的范围内变焦，也就是常说的3倍光学变焦。
焦点B的移动，就造成了在成像元件C上成像的大小——通俗点说就是长焦的时候把被摄物拉近。
由于数码相机机能的限制，普通的数码相机变焦比不能做得很大，常见的也就3、4倍。
市面上有许多10倍光学变焦的数码相机，但看看它们的CCD参数，CCD面积绝大部分小于1/2.5英寸，从原理图我们得知，这样缩小CCD面积是有效降低成本的一种手段而已（同样结构的机身，几乎所有的高倍光学变焦的数码相机画质都要比同系列的低倍光学变焦相机画质差，也就是这个道理。
上面所说的同样适用于传统的135单反和新兴的数码单反照相机所使用的镜头，有几个名词有必要解释一下：
标头，原意是指同人眼放大倍率相同的镜头（35MM-50MM之间），现在已经泛指50MM的定焦镜头，标头所拍摄的照片最接近人眼的视觉，看起来比较自然。
焦长比，经常在数码单反上看到这个名词，之所以会出现这个名词，是因为大部分数码单反照相机所使用的APS或者4/3的成像单元，都要比传统的标准135小。
依照光学原理，由于较小面积的成像单元所需的成像圈较小，因此成像单元离成像镜片的距离（像距AC）可以设计得比135相机短，较短的成像焦长配合上一样曲光率的镜片，结果是其采像焦长会比标准135来得长，而此焦长增加的倍率，正好与成像单元和35mm底片的对角线长度比一致，称为焦长比。
上面的概念可能比较晦涩难懂，让我们尝试一种通俗一点的理解方式。
当被摄物体D、镜头A、焦距AB都不变化，而成像单元C的面积缩小时，就不足以显示整个成像E，此时将成像单元C前移，就可以在C上完整显示E。
这时，成像单元C上显示的只是原来标准的135图像的中间一部分，从人眼的视觉来说，是“看起来变大了”，也就是采像焦长变长，实际上，焦距是不变的。
当一支镜头，无论是消费类数码相机还是专业型的数码单反照相机所使用的，它只要一制造出来，它就有固定的焦距范围，而无法随意变动，只是由于成像单元的影响，而有了“相当于135系统的**mm~***mm”这样的说法，例如如图所示的一款消费数码相机镜头：
焦距范围从6.2mm-66.7mm，由于使用了1/1.7寸的成像单元，该成像单元的对角线长度只有标准135相机的2/9，所以该照相机所拍摄的图像“看起来”像是28mm-300mm的采像焦长，但事实上还是6.2mm-66.7mm的照相机镜头的成像。
4、光圈、快门、ISO和曝光补偿
由最基本的成像原理图我们知道，相机前面所做的一切工作都是为了在C上成像，而这种成像是以时间为单位叠加的，无论是135胶片还是CCD电路，只能在接收了一定程度的物体光线后才能正常的成像。
如果接收光线的程度过大，就会造成成像的亮度过大，就是所谓的过曝，反之就是欠曝。
所以在凸透镜A前必然有一个可以控制的开关，这个开关就是快门（快门按钮）。
而F数值反映的是在单位时间内这个快门能通过的光量，而快门参数（在照片上显示为1/xx秒）则是说明快门开启的时间，与ISO值组合起来的基本曝光参数就决定了这张照片的通光量。
光圈，在照相机镜头上一般标示为1:
**这样的数值，F值越小，光圈越大。
在许多镜头上我们还可以看到1:
**-**这样的标志（例如上图的1:
2.8-4.9），那是因为在变焦的过程中，进入镜头的光量逐渐减少，而造成光圈的下跌，如果某一款相机的镜头在变焦过程中，光圈值并不变化，则称之为恒定光圈。
恒定光圈的镜头实现起来代价很高，对镜头的素质是个考验，消费类数码相机中恒定光圈的机型少之又少，DSLR系统里面的恒定光圈镜头更是每一支都是相对昂贵的产品。
同时，越大的光圈，代表着越大的通光量，也代表着更大的镜头直径和更好的镜头素质，目前消费类数码相机的光圈范围一般都是F2.8-F4这样的范围，DSLR系统中则以更加昂贵的代价实现了F1.4甚至F0.8这样的夸张大光圈。
光圈还有一个最小值，一般消费类数码相机的最小光圈在F8-F11之间，大部分DSLR系统的镜头最小光圈在F22，小光圈+慢快门一般用于拍摄夜景、风景和流水等场景。
ISO值，目前消费类数码相机的ISO值从ISO50~ISO400不等，数码单反照相机从ISO100~ISO800不等，部分数码单反照相机拥有ISO3200的超高感光度，这个ISO值就是传统相机所说的胶卷度数。
此数值越高越能提高通光量，但随之带来的是画质的严重下降，许多消费类数码相机在ISO400下的画质已经无法接受，所以兼顾快门速度和画质的条件下，大部分人选择用ISO100，当然ISO50可以画质更细腻，ISO200能有更高的快门速度，这就要看情况了。
而数码单反照相机（DSLR）有所不同，由于DSLR所使用的成像单元的面积、降噪能力远高于普通的消费类数码相机，所以大部分DSLR可以使用ISO400，而不会有太大的画质影响。
如果不考虑其他因素，通光量可以很简单地表示为光圈、快门和ISO的组合，只要确定了这三个因素，通光量就确定了，也就是说这张照片的亮度就确定了，如果需要提高亮度，只能增大光圈、降低快门速度、提高ISO值或者这三者组合进行，反之亦然。
由光圈快门引申出来的是数码相机的手动控制能力问题，也是许多人购买数码相机时的重要考虑因素，基本的手动能力分为A（光圈优先）、S（快门优先）、M（全手动）。
光圈优先的意思是由使用者自己定义光圈的大小，然后相机根据测光自动给出能正确曝光的快门速度；快门优先则相反，定义快门速度，相机测光给出光圈值；全手动则是完全自己定义光圈和快门值，相机依然测光，但是会提醒你这样的参数是否能正常曝光；许多初上手的爱好者会选择使用A档，它更容易控制照片的曝光。
市面上有许多时尚类的数码相机并不提供A、S、M档，只提供场景档或者自动档（P档），这并不代表它们不遵循光圈+快门+ISO这样的曝光参数，仅仅是出于易用的考虑，把常用的曝光参数用程序定义为相机的模式罢了。
有手动控制档会给摄影带来许多乐趣，由于光圈会影响景深（景深的概念会在后面说明），某些场景要求足够高的快门和某些比较另类的场景光线，都不是相机预设的自动档能满足的。
曝光补偿，通常在相机上是以EV+-这样的形式出现的（切勿与闪光灯的补偿混为一谈，是完全不同的两回事），曝光补偿的出现，是由于现代照相机系统都使用了先进的TTL测光系统（通过镜头测光），一般情况下是很精确的，但是有时候遇到一些比较极端的场景，如雪地和纯黑的物体，其反射率低于或高于相机所定义的18%灰度时，就会发生曝光偏差，像雪地这样的场景必须在测光的基础上加EV补偿，纯黑色之类的物体必须要在测光的基础上减EV补偿，否则就会出现欠曝或者过曝的现象。
EV补偿常见于数码相机的模式档、自动档、A档、S档，几乎没有什么相机在M档下有EV补偿，因为没有多大意义，本来在M档就是可以自由调整光圈、快门、ISO。
5、景深
景深是个摄影专用词语，从概念上比较难理解：
“当某一物体聚焦清晰时，从该物体前面的某一段距离到其后面的某一段距离内的所有景物也都是相当清晰的，焦点相当清晰的这段从前到后的距离就叫做景深”。
让我们先来看两张照片：
图
（1）的景深是前面两节电池，而图
（2）的景深是全部的四节电池，这是同一时间同一位置的照片，为何会产生这种现象呢？
看照片的参数我们得知，图
（1）拍摄时所使用的是F4.5的光圈，而图
（2）所使用的是F22的光圈。
从摄影实践中我们得到的规律是：
景深受到光圈、焦距和拍摄距离的影响，一般来说长焦距、大光圈和近距离就能营造出较浅的景深，反之就能营造出较深的景深。
景深的概念很有用，因为涉及到很多我们摄影实践中所常拍摄的场景：
当我们拍摄风景时，当然希望照片中所有的景色都在景深范围内，而不是有一部分到了景深以外，所以都希望尽量使用较小的光圈；当我们拍摄人物时，当然希望人物作为主体，而景物只是作为衬托（当然某些“到此一游”照片不在此例），这时就需要营造浅景深，虚化掉无关的背景。
让我们再看两张照片：
图
（2）的背景就是图
（1）了，图
（1）使用F11光圈，所以大部分景物都在景深范围内，图
（2）使用F4.5光圈，只有作为主体的人像才在景深范围内，主体以外的画面都被虚化了。
这里有些实际使用上的情况，当需要营造浅景深的时候，长变焦常常带来的是光圈缩小；而需要深景深的时候，过小的光圈使快门速度下跌，不得不依赖三角架，加上数码相机的成像单元通常比传统135小，所以同样参数下景深要较深一些，拍照片的时候确实不容易控制，在数码相机上，如果想营造浅景深，焦距的影响比光圈的影响要大很多。
此外，部分数码相机有“微距”模式，由于数码相机的特殊构造，在这种特殊的模式下，能够距离被摄物体很近来对焦，景深也非常的浅。
6、白平衡、后期处理与出片
白平衡的问题，其实传统的胶卷相机也有这个问题，只是胶卷在后期冲洗的时候在暗房里面已经用药水重新调配过了，由于传统的冲印技术标准统一，所以我们看传统相机的照片，并无太大的偏色问题，仅仅是富士胶卷和柯达胶卷之间在色彩上有少许不同的特色而已。
在数码相机上情况完全不同，佳能、尼康、富士、奥林巴斯、柯达等各个厂商都有自己理解的标准，虽然数码相机都遵循事实上是由柯达领导的色彩标准，但各家的理解不同和后期处理芯片的差异，造成了它们不同的特色：
就笔者接触过的数码相机，佳能的色彩略微偏黄但较为饱满，富士略微偏绿，柯达稍微偏红，奥林巴斯是比较准确的。
同时，所有数码相机都能设置不同环境光线下相对应的白平衡，而在众品牌的数码相机中，奥林巴斯的数码相机自动白平衡较为准确，也导致富士的色彩比较适合拍大自然的景物，而柯达比较适合拍摄人像。
这只是相对于数码相机而言，现实来说，数码相机的照片大多在PC机的显示器上显示，PC机的显示器和显示卡的组合能有成千上万，也是造成显示色彩差异的原因之一，所以大部分数码冲印店所使用的显示器与显示卡都非常接近工业标准，以求最完美的色彩还原。
（附注：
白平衡的通俗意思是无论光线如何变化，数码相机依然把什么样的颜色看作是“白”，此处“白”是指与人眼修正过的“白”一致的色彩，由于所处的场景光线不同，物体在阳光下和在白炽灯下所表现出来的色彩就不一样，数码相机需要根据所处的场景不同，人为调整其白平衡定义，以达到最接近被摄物原始的色彩）。
有些人很反对对数码照片的后期处理，认为是对摄影的亵渎，笔者倒不这么认为，传统胶片一样有后期的剪裁和药水调配，适当的处理能使照片更接摄影者的原意，只不过这个处理过程从味道刺鼻的药水暗房转移到了我们桌面上的PC——应用图像处理软件Photoshop等其实就是个数码暗房的过程。
当然，如果运用图像处理软件把照片改得面目全非，那就是个创作的过程，不是处理了。
这里的处理都是针对绝大多数数码相机和数码单反直接输出的.jpg格式的照片而言的，几乎所有的数码单反和一小部分数码相机还能输出一种RAW的格式，这是没有经过相机后期处理芯片压缩处理过的原始图象格式，这种格式的占用容量很大，却能真正表现出原有的画面。
这里还涉及到一个与计算机有关的概念，有时听人说某相机最大能拍**张照片，这种说法是毫无相关知识的，上面说过照片的容量与分辨率有最直接的关系，另外一个有直接关系的是压缩率，在大部分图像处理软件的“保存”，都会有个图像压缩率的选项，较低的图像压缩率虽然会降低所占用的存储容量，但却会带来严重的图象画质损失。
每台相机能拍摄的照片数是无限的，只跟所使用的存储卡容量和每张照片所占用的存储容量有关系，大部分数码相机本身也能够设置输出照片的分辨率和压缩率，而每张照片的内容、色彩都不相同，所占用的容量也会有出入，黑白和相对大面积纯色照片就比一张色彩丰富的照片占用的容量少，从实践经验得知，通常在计算机上显示的照片，以1024*768分辨率、95%压缩率，占用存储容量为200kb-300kb左右为适宜，这就需要图像处理类软件，例如Photoshop、光影魔术手、ACDSEE、XnView等，这才是真正的“压缩照片”，图像文件用Winrar之类的文件压缩软件来压缩是没有任何意义的。
冲印照片又有所不同，应尽量提供最原始和最大容量的照片文件，对于冲洗多大的照片，很多冲洗店都有个类似的标准，如下：
从上表来看，其实家用数码相机，一般冲洗4R生活照的话，使用400万象素的照相机，出片为2M左右的图像文件，就已经绰绰有余，现在市场上的数码相机，已经往800万像素以上发展，实在是没有太大的必要，新购的数码相机也没有必要盲目追求高像素。
7、数码单反照相机（DSLR）
前面已经多次说过DSLR这一个名词，现在有一个流行的说法似乎是单反就是高档相机，其实不然，“单反”只不过是其中一种取景方式。
“单反”全称是“单镜头反光照相机”，而现在市场上的底片类型多见135和120两种，一般论坛或相关杂志所指的单反，全称应该是“135单镜头反光数码照相机”，说这么多废话，只是要大家知道，平时所见的DSLR（数码单反）并非是唯一的高档机器，恰好相反，135幅面的机器，几乎是所有相机里面最差之一，只是，它有个好处，就是：
“普及”。
由于机身的小型化和操作上的简单化，135的SLR机器成为了最普及的相机，我国也是世界上不多的能生产单反照相机的国家之一（尽管不是数码单反），凤凰、海鸥二鸟也曾飞入千家万户，还有些什么华夏、长城之类的牌子。
这就是单反照相机的原理：
反光片平时用作取景，拍摄时弹起来，很简单，是不是？
但实践起来却不是那么容易，光单反相机的反光片和快门寿命就是个问题，有什么东西能经得住上百万次开合的折腾？
所以早年还有不少相机用钛金属来做快门，另外反光片弹起来的时候，机身轻微的震动，也会影响相机成像的。
使用双镜头反光的照相机就不会有这个问题，左图右边就是最著名的禄莱双镜头反光照相机，左边就是双镜头反光数码照相机。
双反机用一个镜头取景，另外一个镜头拍摄，所以没有“单镜头反光”的结构，但是双反机在结构上更为复杂，双镜头更是让实现变焦更困难，所以现在这种机器也没有什么市场。
这一块就是6x4.5规格（第一章成像单元面积对比图中最大的一块）的数码后背，富士制造，两千万实际像素，由于富士的SuperCCD，可以输出四千万像素，这块东西插在传统的6x4.5胶片单反背后，一样是数码单反照相机，只是成像质量就不是一般DSLR能望其项背的了——不过，不仅仅是由于高像素，后面会详细解释。
事实上，市面上很多数码单反都是由原先的胶片单反机身改造而来，仅仅是后面的成像单元从胶片换成了CCD/CMOS，算不上是什么崭新的产品，而且由于大部分中低端的数码单反使用APS-C的成像单元，其面积小于标准135，画质比原先的胶片机身还不如。
DSLR的优势在于大面积的成像单元（与消费类数码相机对比），和能使用较高的感光度（ISO）。
大面积的成像单元令高像素变得有意义，因为单位面积上的成像面积足够大而且有效了。
另一个方面的优势就是高ISO和高ISO下的降噪能力，也是DSLR比DC的画质和拍摄能力高出许多的原因，一
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