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第十七课教案_数码照相机的基本知识

时间:2011-11-21 11:04来源: 作者:艺教网编辑

教学目的与要求:要求学生了解数码摄影的特点,熟悉数码相机的工作原理,为学习下节课内容做好准备。

重点:数码摄影的特点

难点:数码相机的工作原理                                                                        

教具:数码照相机、多媒体教室

教学程序:

随着网际网络的普及改变了我们阅读及知识交流的习惯,影像的数码化变成了一股不可挡的趋势,于是DC(数码相机)快速的取代了传统的底片相机,我们的摄影习惯也跟着这一波新潮流开始有了大的改变。

一、数码摄影的特点

随着生活水平的提高,买数码相机的越来越多,随着技术的发展,相机的品牌种类也琳琅满目。买相机首先要考虑自己的用途,要求和投资。不要盲目攀比,适合自己就是最好的。最重要的是我们要先了解些数码摄影知识。

数码相机也叫数字式相机,英文全称Digital Camera,简称DC。数码相机是集光学、机械、电子一体化的产品。它集成了影像信息的转换、存储和传输等部件,具有数字化存取模式,与电脑交互处理和实时拍摄等特点。

一)数码摄影概述

  数码相机的历史可以追溯到上个世纪四五十年代,1951年宾·克罗司比实验室发明了录像机(VTR),这种新机器可以将电视转播中的电流脉冲记录到磁带上。到了1956年,录像机开始大量生产。它被视为电子成像技术产生。

   二十世纪六十年代,美国一家公司发明了一种新型相机,在拍摄完毕后就马上可以得到相片,拍摄者直接就可以观看自己拍摄的影像,省去了冲洗胶卷和放大照片的过程,大大简化了拍摄流程,因而大受欢迎,这就是人们所说的一次成像照相机。但是这种相机的拍摄效果不够理想,并且所使用的感光材料材料价格昂贵。

同样在二十世纪六十年代,美国宇航局(NASA)在宇航员被派往月球之前,宇航局必须对月球表面进行勘测。然而工程师们发现,由探测器传送回来的模拟信号被夹杂在宇宙里其它的射线之中,显得十分微弱,地面上的接收器无法将信号转变成清晰的图像。于是工程师们不得不另想办法。1970年是影像处理行业具有里程碑意义的一年,美国贝尔实验室发明了CCD。当工程师使用电脑将CCD得到的图像信息进行数字处理后,所有的干扰信息都被剔除了。后来“阿波罗”登月飞船上就安装有使用CCD的装置,就是数码相机的原形。“阿波罗”号登上月球的过程中,美国宇航局接收到的数字图像如水晶般清晰。

在这之后,数码图像技术发展得更快,主要归功于冷战期间的科技竞争。而这些技术也主要应用于军事领域,大多数的间谍卫星都使用数码图像科技。

在数码相机发展史上,不得不提起的是索尼公司。索尼公司于1981年8月在一款电视摄像机中首次采用CCD,将其用作直接将光转化为数字信号的传感器。目前索尼每年生产的CCD占据了全球50%的市场,这正是索尼能够在数码相机市场上傲视群雄的一个原因,因为核心命脉掌握在自己手中。

在冷战结束之后,军用科技很快地转变为了市场科技。1995年,以生产传统相机和拥有强大胶片生产能力的柯达(Kodak)公司向市场发布了其研制成熟的民用消费型数码相机DC40。这被很多人视为数码相机市场成型的开端。DC40使用了内置为4MB的内存,不能使用其它移动存储介质,其38万像素的CCD支持生成756×504的图像,兼容Windows 3.1和DOS。苹果(APPLE)公司的QuickTake 100也同时在市场上推出。当时两款相机都提供了对电脑的串口连接。

这之后,数码相机CCD的像素不断增加,功能不断翻新,拍摄的图像效果也越来越接近传统相机。20世纪末,数码相机成熟的技术的出现彻底解决了这些问题。这是以数字信号来记录、传输、复制和编辑图像的新型技术。数码摄影不仅拍摄出来的图像质量较高,而且并不需要任何耗材,只是依靠自身的光电元器件来成像。

自1991年第一架数码相机问世以来,到现在为止,数码摄影仅仅出现了几十年,数码相机的发展可谓日新月异。最初的数码相机用于通过卫星从太空向地面传送照片,以后逐渐转为民用。数码相机具有一些传统相机所无法比拟的优势:一旦你以数字的格式捕获了一幅图像,你能很容易放大,发布,或编排并且存储它。所以数码相机一经问世,加上近两年来Internet的普及,便以爆炸般的速度迅速走红全球。

 

图1

二)数码摄影的特点

1、优点

(1)不用胶片,省钱省事

数码摄影最大的特点就是不像传统摄影那样必须使用胶片才能摄影,而是数码照相机通过自身的光电元器件将光信号转化为电信号并进行保存。所以使用数码相机不需要购买传统的胶片,而且每次摄影时不需要装卸胶片的操作,可谓又省钱,又省事。

(2)拍完即看,方便快捷

传统的摄影,必须把一卷胶片拍完,再经过冲洗胶片和照片扩印后,才可以得到所拍摄景物的影像。

数码照相机具有即拍即看的功能,通过数码照相机上的“预览”和“回放”功能,摄影者可以立即看到自己所拍摄的影像,并根据影像的效果决定是否重新拍摄。对不满意的影像可以立即删除,满意的影像就直接储存数码相机内。数码相机都带有输出功能,摄影者可以很方便地把所拍摄的影像直接输入电脑里或数字打印上,马上就可以打印出照片;也可以把影像输入计算机中,通过软件对其进行修改后再进行打印,整个过程简单方便。显然数码摄影比传统的胶片摄影更加方便,大大提高了工作效率。

(3)传输快捷,备份方便

如果想把传统的照片进行远距离的传播,除了要经过冲洗过程外,还要经过传统的邮寄过程。不仅浪费时间,而且在传递过程中,照片也容易磨损,影响图像质量。

   对于传统摄影的图像资料进行备份,要经过放大照片或翻拍。而照片的冲洗过程和备份过程中,都会有一定的损耗,造成新复制的影像效果比起原件有一定的差距。而且拷贝的次数越多,这种损耗也就越大。

   数码摄影采用数字信息记录和保存图像,可以在多次复制后,仍保证影像与原件一样,所以数码摄影所拍摄的影像可以无限制的拷贝而不用考虑影像的损耗问题

(4)弥补失误,美化效果

   对于传统的胶片摄影来说,拍摄完毕后对于在拍摄时所出现的问题和画面上的瑕疵都无法进行补救。而数码摄影可以通过图像处理和编辑软件对摄影时所出现的失误进行事的修改和弥补,使画面更加美观。

(5)质量稳定,长久保存

数码摄影所拍摄的影像质量稳定,不像传统的感光材料那样要考虑温度、湿度等客观因素的影响。

 数码影像储存在硬盘、光盘等存储介质内,可以长时间的保存而影像不会失真和退色现象。这一点是传统摄影所无法比拟的,传统的胶片和照片在长时间的储存后会出现退色,甚至变质等现象,从而导致影像质量的下降。

(6)可重复使用,操作方便

数码相机拍摄完毕后,只要将存储器内的资料输出后又克继续使用。不像传统摄影那样必须再更换新的胶片后才能继续拍摄。而且在拍摄时数码相机可根据拍摄条件和拍摄环境自行变动感光度,避免了传统摄影要更换不同感光度的胶片才能拍摄的麻烦,极大方便了拍摄者。

(7)节约资源,保护环境

数码摄影基本不消耗原材料,而传统摄影是以卤化银为感光材料的基础的。每年世界上都要消耗几十吨的金属银用于生产相纸,而且还要消耗大量的化学药品来制造冲洗胶片和照片的药水,这些过程中还会产生大量的废弃物和废液,既消耗了大量的资源又不利于环境的保护。而数码摄影只是将影像打印在纸张或相纸上,最多也只消耗墨盒和墨水,相比于传统摄影来说更为环保。

2、缺点和不足

(1)影像质量欠佳

虽然数码相机在使用中具有方便快捷的优点,但是在影像质量上却无法与胶片相机所拍摄的影像相比,尤其拍摄一些大型照片时,数码照片对于被摄对象细部层次和质感的表现力不如普通照片。

(2)故障率高

   数码相机是电子设备,在拍摄中发生故障的几率要比胶片相机高。

(3)存储介质不稳定

   数码照片一般存储介质是计算机硬盘、光盘等,有可能出现数据丢失或者存储损坏等问题。

二、数码照相机的工作原理

   数码照相机(Digital Camera,简称数码相机)是一种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机。与普通照相机在胶卷上靠溴化银的化学变化来记录图像的原理不同,数码相机的传感器是一种光感应式的电荷耦合器件(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)。在图像传输到电脑以前,通常会先储存在数码存储设备中。

一)数码照相机的成像原理

传统相机产生图像的方法是让光通过镜头到达胶卷上。胶卷上涂有一层光敏化学药品—卤化银,胶卷上受到光照的敌方产生一种化学反应,记录下一个潜在的图像。在冲洗胶卷的过程中又发生更多的化学反应,把这个潜在的图像转变成照片。数码相机也用光来产生图像,但不是用胶卷,而是使用一种叫做光电传感器的影像摄取元件来捕捉图像。数码摄影技术主要是利用光电传感器,将镜头所形成的影像的光信号转化为电子信号。这些光电传感器指甲大小的硅片包含了几十万或几百万个感光元件,这些元件能够记录照射在它上面的光的强度和亮度,反映到计算机显示器或喷墨打印机打印出的图像上就是它们的色彩及明暗。数码相机的图像传感器所包含的感光元件的数目越多,成像的质量越高,当然所需的成本也越高。这些被记录的光信号通过处理器处理后被转换为数字信号并存储在数码相机的存储器中。也可以储存在计算机、磁盘的储存介质上,需要观看的时候。再还原成人眼可以看到的光信号。

 这看似简单的过程其实是很复杂的,每一步都对应着数码相机的一部分元件。通常数码相机可分为四个功能的光信号。

1、输入部分

   数码相机的输入部分主要指感光部分,相当于数码相机的眼睛,其作用是由光电转换器把镜头所成的影像转化为电子信号。

使用数码相机拍摄时,被摄景物反射来的光线,经过镜头的汇聚成光学影像——即光信号,投射到光电传感器上,光电传感器会产生电信号变化,把景物的光信息转化为影像的电信号。

2、控制、处理部分

 控制、处理部分相当于数码相机的大脑,它主要由中央处理器或数字信号处理器及相关电路组成。其作用是控制拍摄与光电信号的转换,并对数字影像进行处理和控制。

3、存储部分

存储部分的作用主要是把光信号转化而成的电信号,以文件的形式保存在存储器中。存储器一般分为内存储器和外存储器两种。内存储器一般为存储芯片;而外存储器中常见的是:闪存卡、硬盘、光盘等。

4、输出部分

输出部分的主要作用是把所拍摄的数字影像传输到计算机上,这主要通过数码相机上的数码接口实现,其中以USB接口和IEEE1394接口最为常见。

二)光电传感器

数码相机所采用的光电传感器主要有两大类:光电耦合器CCD和互补型金属氧化物半导体CMOS。

光电传感器生成影像的基本单位是像素。传感器上包含的像素越多,面积越大,所成影像的质量也就越好。

1、光电耦合器CCD

图像传感器,通常为电荷耦合器件CCD,是数字相机的核心。是一种金属-氧化物-半导体集成的芯片,结构比较复杂。相机所使用的传感器的像素数并不是影响相片质量的唯一因素,但却是主要因素。高像素相机可产生最清晰的图像、最真实的色彩和最逼真的皮肤色调。

 

图2

赞成使用CCD芯片的主要论据是这种芯片比CMOS更灵敏,它可以根据自身所受光照的强弱,产生出大小不同的电信号以模拟所手光线的强弱,因此可在昏暗的光线下照出较好的相片。用CCD芯片的相机照出的相片也比CMOS清楚,使用COMS芯片有时会有“噪声”问题,图像上有些缺点。

出于图像质量的考虑,目前大多数数码相机使用CCD技术。

2、互补型金属氧化物半导体CMOS

CMOS传感器是近两年才出现的,它是一种互补型金属氧化物半导体,结构简单体积小巧。CMOS芯片的成本较低,在这里节省的费用可转化为更低的相机价格。而且CMOS芯片比CCD芯片吸收的能量少,所以CMOS芯片的相机换一次电池可使用更长的时间,非常省电。但这样会使捕获的图像偏黑而且不够精细。

三)文件的常见记录格式

在你从相机向计算机传输图像时或设置相机功能时,也许会遇到要求选择文件格式的情况。现在许多新型号的相机都可以以两种以上的文件格式存储图像。在图像编辑软件中编辑之后,为了保存图像你也需要指定文件格式。

所谓文件格式一词简单地说就是保存计算机数据的方式。现在流行着许多不同的图像格式,它们都有独特的存储数据的方法。有些格式属于专用格式,也就是说这种格式只有你使用的这种相机才使用这种格式处理图像。专用格式有时也被称为本机格式。如果你准备编辑用专用格式保存的图像,就必须使用相机提供的软件。当然,你可以使用这个软件把图像文件的格式转换成其他图像编辑程序也可以打开的格式。

许多软件都有自己的专用格式。例如 PhotoDelux使用一种叫 PDD的格式,它支持PhotoDelux软件的所有编辑功能,并能提高软件内部的编辑处理速度。如果你准备用其它软件打开保存图像,但是这些软件不支持PDD格式,可以把文件保存成PhotoDelux支持的其他几种格式。有些文件格式只能在Mao机上使用,还有些格式只能在PC机上使用。少数文件格式十分特殊难用,所以很少有人愿意使用,反之有些格式十分流行,两种微机平台上的几乎所有程序都支持它们。

数字信号文件的记录格式主要有无压缩记录格式和压缩记录格式两种。

1、无压缩记录格式

无压缩记录格式记录下的影像没有失真,记录的精度较高,影像的清晰度和质量都比较好,但是所需要的存储空间比较大,一般需要配置高容量的存储器。

常见的无压缩记录格式是“TIFF”标准。使用“TIFF”格式存储数据影像,可以确保影像的质量和品质不受压缩的影响。“TIFF”的缩写全意为带标记的图像文件格式(Tagged Image File Format)。 TIFF和 JPEG一样也是万维网上最流行的一种图像文件格式。TIFF图像可以在大多数Macintosh和Window程序中打开和使用。

 当使用TIFF格式保存图像时,可能需要确定字节方式,如图所示。如果你准备在Mic机上使用图像,应该选择Mic机方式,否则则是使用PC机方式。有时你还需要选择使用LZW压缩。LZW是一种无损压缩方式,在图像压缩时这种方式只废除一些无用的图像数据,所以它不会损失图像质量。然而,这种方式的图像压缩不能像用JPEG压缩方式那样大大降低图像文件的大小。这也是为什么Tiff格式并不能被认为是万维网上使用的最佳图像格式的原因。

 

图3

尽管大多数程序,但不是所有的程序都支持LZW方式压缩的Tiff图像。如果你打开TIFF图像时存在问题,可能就出在压缩上面。这时可以试一下用其他程序打开再保存图像,这样就可以取消压缩。

还有Gif格式,这种格式是CompuServe公司的公告牌服务机构开发并推广的一种图像传输格式。现在GIF(图形交换格式,Graphics InterChange Format的缩写)和JPEG已是万维网中应用最为广泛的两种格式。GIF格式的一个变种(正式叫GIF89a),其特点之一是可以让你把图像的部分区域设置成透明的,这样可以透过图像看到Web网页的背景。GIF的缺点是它局限于保存8位图像(256色或更低),8位图像让人们感到它比较粗糙、有斑点。

2、压缩记录格式

压缩记录格式是将影像的数据进行适当的处理和压缩,以减小数据的自身大小,相对于无压缩格式,可以使同一个存储器一次可以存储更多的数码影像。

静态压缩格式:现在比较常见的静态压缩格式是JPEG格式,JPEG这个缩写的完整含义是联合图片专家组(Joint Photographic Exerts Group)。它是开发这种格式的组织机构名称。JPEG格式是现在使用最为广泛的格式之一,Mac机和Windows系统的几乎所有程序都可以打开和保存JPEG图像。JPEG还是万维网中图像处理时使用的主要两种文件格式之一。

JPEG格式的优点之一是可以压缩彩色影像,也可以压缩灰度影像,一般可以实现1:40的压缩比,保证图像文件比较小。图像文件越小越节省磁盘空间,从网上下载时也就越节省时间。问题是JPEG使用的是有损压缩方案。这就是说有些原始图像数据在压缩过程中丢失了。你每打开、编辑和再保存图像一次,图像就重复被压缩一次,损失也就更多。JPEG格式所压缩的是人眼不大会注意到的影像信息,而对于人眼敏感的影像信息则基本保留,因此压缩后的图像仍可以保证具备一定的品质。

在你使用JPEG格式保存图像时,通常会遇到如图所示的对话框,这时需要确定希望使用的压缩数量。为了保证数据损失限制在最小数量,确保最佳打印图像效果,应该选择最高质量设置(这时的压缩量最小)。对于Web上的图像,你可以使用中档质量的压缩设置。

 

图4

如果你需要使用JPEG格式保存图像,最好等到图像最后编辑完成再进行保存。在你对图像进行处理时,使用本机程序格式或TIFF格式保存图像,这些格式能够保留所有重要的图像数据。只有在你完全结束图像编辑之后再保存成JPEG。这种做法你只需要压缩图像一次,保证数据丢失限制到最小范围。

动态压缩格式:比较常见的动态压缩格式是MPEG格式,它的压缩比达到了1:50。压缩率非常高,也是一种常用的压缩格式。

四)常见的输出端口

   数码相机与计算机之间的数据传输主要通过装置来实现,摄影者可以通过输出端口和相应的连接线,把所拍摄的影像数字信息传输到计算机上,进行编辑、加工或者直接输出照片。目前,比较常见的是输出接口是USB接口、IEEE1394接口、PCMCIA接口等。

1、USB接口

 

图5

USB接口又称为通用串行接口,是现在最常见的接口。其特点是体积小巧,安装方便、可连接127个外围设备,即插即用,支持热插拔(即无需重新启动计算机即可使用所连接的设备)。现在一般的计算机都带有这个接口。USB接口的理论传输速率达到12MB/秒,而现在采用这种连接方式的数码相机实际的传输率在4MB/秒左右。目前KODAK、SONY数码相机的某些型号采用了这种接口,NIKON、OLYMPUS也将在最新的型号中采用这一接口。

2、IEEE1394接口

IEEE1394接口又称FireWare(火线)接口,可以达到比USB接口更快的传输量,传输速率达到400MB/秒,可以连接63个外围设备,而且支持热插拔。但由于一些计算机上尚未装有这一接口,所以一般的民用数码相机都不采用它,而专用数码相机因为所拍的图像文件较大,一般都采用这种接口。

3、PCMCIA接口

   PCMCIA接口专门为一些使用了闪存卡的相机而设置的,可以直接把闪存卡安装在笔记本计算机的PCMCIA插座中,向计算机进行数据影像的间接传输。

另外,现在许多厂商提供可直接读取数码相机存储卡的适配器—阅读器,这样就不再需要将数码相机与计算机连接起来。常见的阅读器有软盘适配器、并行口阅读器、USB接口阅读器等。

 

图6

SmartMedia软盘适配器:这种适配器通常叫做FlashPath,它使你能用普通的软盘驱动器读取SmartMedia卡的数据。把卡插到适配器中,再把适配器放到软盘驱动器里,然后就可以像传送软盘上的任何文件那样把图象文件从软驱拖放到硬盘中。

 

图7

PC卡适配器:这种适配器能够能把CompactFlash卡或SmartMedia卡装扮得好像标准的 PC卡一样。在把存储卡插到适配器中之后,把它们全部插到你膝上型计算机的PC卡插槽中或插到PC卡阅读器中。PC卡在计算机桌面上显示为一个驱动器,你可以把图像文件从PC卡驱动器拖放到硬盘驱动器中。

PC卡阅读器:如果你想把图像文件传到你的台式计算机而不是传到膝上型计算机上,你就可以把一个PC卡阅读器连接到你的系统中。你可以买一个内置式的卡阅读器插在你PC机的一个空闲的扩展槽里,或者买一个外置式阅读器,通常用电缆通过并行端口连接在你的计算机上。你的计算机把PC卡阅读器“看作”系统中的另一个驱动器,就像软驱或硬盘一样。

并行/USB接口阅读器:这两种阅读器是与计算机的并行口或USB接口相连,直接读取存储卡的数据。计算机将其当作一个可移动磁盘使用,同样你可以把存储卡插在阅读器里,然后把文件从阅读器拖放到硬盘驱动器里。这两种接口的阅读器又各自分为SmartMedia和CompactFlash两种。

 

图8 

 

图9   

       CompactFlash并口阅读器                           SmartMedia USB阅读器

投资买一个卡适配器或一个卡阅读器不仅在图像下载的时候节省了你的时间,而且也扩大了存储卡的用途。除了可以用它传输图像文件外,还可以用它在膝上型计算机或台式机之间传输普通的数据文件。因为存储卡可以存放比标准软盘更多的数据,所以用存储卡可以一次复制更多的文件。

五)数字影像的存储

   数码相机的存储器主要分为两种:内存储器和外存储器。

(1)内存储器主要指在相机出厂时已经安装在相机内部的不可拆卸的芯片存储部件。

(2)外存储器是指外接的方式来达到存储数字文件的部件。

这些非易失性的外存储器(无需电源即可保留内容的设备)曾经只是一种梦想;但随着人们寻求在计算机、手持PDA、数码相机和多媒体设备之间存储和传输信息的最简便方法的需要与日俱增,新出现的存储技术使这些存储器变得更小,更轻,更快,而且比以往任何时候都更得心应手。

一般现在的外存储器都制作成体积小巧的“卡”型,可以通过热插拔快速更换,称为存储卡或内存卡,目前,存储卡已经是众多数码相机的重要配件之一。现在绝大多数数码相机都使用了可更换的内存卡,其容量也越来越大。而且它们不但可以存储数码相机所拍摄的图像,更可作为一个便携的计算机数据的存储器使用。

     目前常用的数码相机的外存储器为半导体存储器,简称闪存卡。与机械或磁记录设备相比,闪存还有很多很多的优势:闪存卡的体积小巧,耗电更少;使用非常方便,而且比较坚固,它们使用固态存储,没有易损坏的活动部件,可承受较大的冲击和震动。例如CompactFlash、DataFlash、SmartMedia和Sony的Memory Stick(记忆棒)。这些新型存储设备均基于同一个想法:可擦除ROM。和所有可擦除ROM一样,闪存的擦写次数是有限的。早期的设计只能保证数十次或数百次的质量,而最新的型号能够做到一百万次或更多。这些存储器具备一个非常关键的优势:不需要高于计算机或数字相机中常见的电压(通常情况下为3伏或5伏)。所有这些功能使闪存对于便携设备来说非常有吸引力―例如PDA和数字相机―在这些设备中用户往往希望改变一些数据但又要保证其他部分不受破坏。某些设备安装有标准的3.5英寸1.44M软盘作为移动存储设备,但这类机械产品体积太大,能量消耗相当大(这就导致电池使用时间变短),而且容量有限。与之相反,这些新型存储设备就要快得多,而且电源消耗更小,并能够存储32MB甚至100M以上的数据。

   数码照相机上的闪存卡基本上可以分为:CF卡、MS卡、SM卡、MMC卡、SD卡、XD卡等,如图所示。

    

图10 CF卡  

 

图11MS卡  

 

图12MMC卡  

 

图13SD卡   

 

图14XD卡

闪存卡很容易作为便携设备的可移动存储介质来使用。困难在于如何将数据传输到计算机中。一种常见的方法是生成PC卡阅读器,它一方面能够读取闪存卡中的内容,另一方面也可以插入到标准的Type II PC卡插槽中。对于桌面系统来说,由于没有PC卡插槽,所以阅读器得连接到并口、SCSI或USB端口上。某些阅读器甚至可以支持多个闪存卡格式。

闪存的一个弱点是它在便携设备中没有一个统一的标准。如果你有两个便携设备,它们使用的卡很可能就不是同一种类型的。

 

图15

DataFlash:这种方案将闪存封到Type II的PC卡中,这样一来,任何带有Type II插槽的设备都可以轻松地进行数据传输。为了便于在台式机上使用,这种卡会以标准IDE磁盘控制器的形式出现在系统中。但是,与那些小尺寸的数字相机和手持设备相比,PC卡形式的设备相对大了些。所以,DataFlash卡通常出现在体积稍大的专业级数字相机上,因为在这种情况下尺寸就不是什么关键因素了。

 

图16

SmartMedia:也被称作固态软盘卡(Solid State Floppy Disk,ssfdc),这种小巧的存储卡大小约为1.7×1.5英寸―比典型的商业卡的一半还小;而且,它还相当薄,只有0.03英寸。这种格式可以使用多种不同的适配器,其中包括可以插入PC卡插槽的PC卡适配器。你也可以将软盘适配器用于SmartMedia,这样你就能够在没有PC卡插槽的PC上使用软盘驱动器读取上面的数据了。使用这种存储卡的数码相机包括OLYMPUS、FUJIFILM等。

CompactFlash:这些卡的尺寸和SmartMedia一样,但稍微厚一些,约为0.13英寸。之所以厚的部分原因在于它们包含了针对存储器的控制电路;而且还是用标准的IDE接口。这会使得该设备生产成本更为昂贵且低容量的CompactFlash的价格也比SmartMedia高。不过,对于16MB或更高的容量来说,两种设计的成本一样。由于CompactFlash卡含有自己的控制电路,所以它的阅读器和适配器的制造费用要小得多,它的市场价格充分反映出了这一点。用于SmartMedia的PC卡适配器通常要比CompactFlash卡的适配器贵5倍。使用CompactFlash的数码相机包括KODAK、NIKON、CANON、EPSON、CASIO等。

 

图17 

 

图18           

Memory Stick(记忆棒)这个半路杀出的存储类型来自Sony。尺寸为0.85×2英寸,厚度为0.11英寸,大约是一块口香糖的大小。Sony为这种格式提供了PC卡和并口两种适配器。目前SONY在它的最新的数码相机和数码摄像机中使用了记忆棒(它以前的数码相机产品使用的是3英寸1.44M软盘)。

六)像素、分辨率和色彩

1、像素

当你打开计算机阅读电子邮件或写一篇论文,或需要做一些研究而进入因特网浏览一些历史性的影像剪辑、艺术博物馆或摄影展览,或戴上 3D 眼镜在计算机所装载一个飞行模拟器程序中穿梭时,你所看到的一切实际上都是由无数个小点组成的。这些创造图象的小点(单元)就叫做像素(pixel,为图元picture elementde 缩写词)。像素是影像传感器摄取数字影像的基本元素,是构成数字影像的最小单位,其形状为一面积及其微小的多边形小块。

 

图19

这里你看见的是著名的点彩画派油画“The Spirit of‘76’”的复制品。它形象的说明了像素点是怎样构成一幅图画的 

  数字图像被像素划分成一个个格子。计算机能通过这些格子改变每个区域 色彩或亮度。这样,文章和图像就被显示出来。

有一个问题就是当你把数字图像打印成小尺寸时,它看起来好极了。但当你把它放的过大时这些像素就会显现出来,真个画面边缘呈锯齿状显得很粗糙。大部分低档数码相机不可能用大于4x6英寸的尺寸打印出高质量的相片来。

数码照相机的像素主要有三种表现方法:标称像素、有效像素和插值像素。

1)标称像素

标称像素是指厂家在广告宣传中的总光学像素,所指的是光电传感器所具有的理论的总光学像素。

2)有效像素

有效像素是指在实际拍摄中真正起作用的那部分像素值。

3)插值像素

插值像素指相邻两光学元素的真实影像信息取平均值,得到一新的虚拟影像信息,而后将此人为增加的新信息作为新像素插补在原两真实像素之间,即通过软件计算对原数字信息进行赋予人为增加之新虚拟信息的插补,以填补由于受影像传感器总光学像素所限,而在拍摄时可能缺少的信息。插值像素的值通常都比有效像素大很多。

2、分辨率

   分辨率是指数码照相机的光电传感器沿水平方向的全部像素与沿垂直方向的全部像素值的乘积,即X×Y。数码照相机的分辨率越高,所拍摄的影像的质量也就越好。在像素值一定的情况下,影像传感器的面积越大,数码相机所拍摄出来的影像质量也越好。

低档数码相机所建立的图像一般是640个像素宽和480个像素高,所以它们不能用作大幅面输出。因此,任何数字图像的质量如何, 如打印或在一幅屏幕上显示出来, 很大部分地取决于它的分辨率,更多更小的像素能更加反映出图像的细节。表示一幅图像的分辨率有3种方法:由像素的总数目或像素/英寸(ppi)或点/英寸(dpi)。目前,一般彩色电视机的分辨率为320X525,总像素在16.8万左右,人眼睛的分辨率为11000X11000,总像素在12亿左右,传统感光胶卷的像素在2百万以上,目前高档商用数码像机的分辨率在1600X1200以上,总像素也达到了211万以上。

    有一点值得说明的是,数码相机的分辨率当然是越高越好,但你要注意这个值是图像传感器的物理的分辨率还是进过软件处理后得到的分辨率。这一点同样出现在扫描仪中。因为如果图像传感器像素大幅提高,产品的成本必然大幅提高,因此某些厂家采用软件插值运算的方法来提高像素和分辨率。这一方法的原理是用两个相邻的像素进行运算得到一个新的像素,从而提升分辨率(实际上在计算机中通过一些图像处理软件可以很容易的实现这一功能)。这一方法虽然提高了分辨率,但通过软件生成的像素并不能真正反映真实的色彩,所以在图像中不同色彩的边界往往会产生色差和明显的锯齿。所以在选购数码相机时,一定要注意标称的像素是图像传感器的分辨率还是通过软件提升得到的像素。

 

图20  插值运算的原理    


图21插值运算在两种色彩交界处产生了一个非真实的色彩。

3、数码相机的色彩

分辨率不是决定你的图像质量的唯一因素,颜色同等地十分重要。当你欣赏自然景色或一幅高质量的摄影图片时, 你能区分的数百万种颜色。一幅图像或你的计算机显示器能显示的颜色数目叫做彩色深度或位深度。彩色深度用位或比特表示,它决定了色调的范围。彩色深度的值越高,便能更好地还原亮部和阴影部的细节。现在一般的数码相机都达到24位,即真彩色。


颜色种类         位/象素       公式        颜色数目
 
黑白                1           21              2
 
灰度                8           28             256
 
256色               8           28             256
 
16位彩色            16          216           6 5千
 
真彩色              24          224           16百万
 


 在颜色方面,数码相机的图像传感器比传统的胶卷有一定优势:多数数码相机可以用24位数据采集颜色。24位的彩色就意味着可以表现一千六百万种以上的颜色,一般认为这是人眼可以分辨的最多的颜色数了。而且数码相机在采集颜色时红、绿、蓝三色是分别取样的,相互之间没有干扰。而胶卷则不同,各个感光层之间多少总会有一些相互影响,就会导致胶片的偏色现象,而且这种偏色随制造商和具体产品型号还各有差别。

    但为什么传统的相片有时看起来比数码相机拍摄的相片效果要好呢?一方面以前的数码相机的图像传感器的像素 大多在几十万或一百万左右,像素不够自然效果不理想;另一方面,还是传统胶卷的根本原理拯救了它:卤化银晶体。我们知道,胶片使用卤化银晶体进行感光、成像。在胶片中,卤化银晶体的排列是随机分布的,在研究胶片的颗粒时可以看到卤化银颗粒感光后没有固定的排列模式。其分辨率取决于卤化银颗粒的大小。而CCD则不同,它的排列要按照生产时的工艺整齐放置。不幸人眼对这种图像中的排列模式十分敏感,在影像放大到一定程度可以看到颗粒的时候,人眼可以轻易地分辨出CCD固定的排列模式,尤其在色调变化剧烈的位置,每一个像素都可以看清,而胶片的颗粒性相比之下就没有那么明显了。正是这个原因,喷墨打印机的厂商已经开始使用某种抖动技术,让墨点以更加随机的方式分布,使打印的图像更加自然。

    对这个问题数字相机可以有两个解决方案:继续提高分辨率,直到人眼不能分辨其中的点,也就解决了像素排列模式的问题。目前大多数数码相机的CCD已经做到了200万像素以上,已基本上解决这一问题;另一种方法是在CCD捕捉图像之后使用某种算法把图像变得更加自然,这在现在的一些相机中也有应用。

七)感光度与白平衡调节

1、感光度

感光度(也就是ISO)指的是感光体对光线感受的能力。在传统摄影时代,感光体就是底片,使用传统相机拍摄时会受到感光材料也就是底片的限制。而在数码摄影的时代,相机则采用CCD或是CMOS作为感光原件,感光度越高(也就是ISO值越高)时,拍摄时所需要的光线就越少,感光度越低时,对拍摄时所需要的光线就越多。数码照相机则可以自己进行调节感光度,这样在拍摄的时候创作的自由度也就越大。

    一般我们常见的ISO数值有: ISO50、ISO100、ISO200、ISO400、ISO800、ISO1600。当ISO的数值越高时,感光度就越强。目前入门级数位单反相机的感光度通常达到了100~400之间(NIKON为ISO 200),最高都有达到了ISO 100~3200的实力。

     在每两个相邻的感光度号数之间,差异的感光能力是两倍,也就是说,ISO100的感光能力是ISO50的两倍,同样的ISO1600的感光能力是ISO800的两倍。这里的计算方法,跟我们在前面课程中提到过的光圈和快门是一样的。

     感光度跟光圈、快门一样,在两个相邻号数之间都有「一级」或是「一格」的差距。所以,我们在换算曝光量时,同样的也可以把ISO带进去里面作变换。例如: F2.8、1/60s、ISO 100 = F5.6、1/60s、ISO 400(因为光圈减少了两格的光量,所以右边在ISO感光度上增加了两格补回来)。

    提高感光度可以帮助我们在环境比较暗的场合来拍照,而不需要藉助闪光灯、或是大光圈的镜头来辅助,不过它也有一个很难令人忍受的缺点,就是当感光体的感光度越高,所拍摄出来的图片粒子就会越粗造,画面的噪声也会增多。

    一般数码单反相机对噪声及粗粒子的抑制能力,也是作能力评比时的一个重要评分依据。我们来看看在使用低感光度跟高感光度两种情况下,画面的噪声跟粒子的差异有多大:

 

图22 原图,使用ISO 100来拍摄

图23 使用ISO 100拍摄时的局部放大图,粒子比较细腻

 

图24 使用ISO 800 时的放大图,颗粒比较大,而噪声也变多了

从上面的局部放大画面,可以见到提高感光度之后,对画面产生的负面影响。一般如果拍摄者要求画面的细致度及高品质,在拍摄时就尽量不要使用高感光度的设定。这时因为光线不足势必要拉长拍摄时间或是补光,所以闪光灯或是三脚架就成了必备的工具。

如果从另一个角度来看,高感光度所造成的粗粒子有时反而可以拿来好好的运用,变成另外一种特殊的摄影效果。在以前传统摄影的时代,有时为了要拍出粗粒子效果的照片,我们会特意使用高感光度的底片来拍摄,然后在冲片时再利用高温缩短时间的方式,来增加噪声及颗粒。现在只要在拍摄时简单的设定一下感光度,然后在后制时,利用影像软件再作一下处理,就可以获得很棒的效果了。

2、白平衡调节

在实际拍摄中,常常会遇到不同的光线条件,而不同的光线在图像上的反映是不一样的。例如:同一张白纸,在高色温的光照情况下,所反射的青色的光比较多,使得纸看上去偏冷;而如果在低色温的光照情况下,所反射的红、橙色的光比较多,使得纸看上去偏暖。也就是说物体颜色会因投射光线颜色产生改变,在不同光线的场合下拍摄出的照片会有不同的色温。例如以钨丝灯(电灯泡)照明的环境拍出的照片可能偏黄。

人的眼睛可以对环境的光源进行自动的调节,在不同的光源下都会自动地适应光线,所以人的眼睛在不同的光源下都可以正常的辨别颜色。而光电影像传感器在不同的光源条件下拍摄的时候,同一种颜色的物体却会呈现出不同的颜色。一般来说,CCD没有办法像人眼一样会自动修正光线的改变。所以在使用数码相机拍摄之前,要对所拍摄的影像进行光的平衡调节,即对白平衡(英文名称为White Balance)进行调节,以拍摄出正常的影像。下面一些图片,就显示了在不同颜色光线下的不同图象。

    
图25 原色图                                   

第一幅图片采用自然光,强加白平衡后,图像偏蓝。若在灯光底下用白平衡,图片的色调就会恢复到原色状态,白平衡会按目前画像中图像特质,立即调整整个图像红绿蓝三色的强度,以修正外部光线所造成的误差。有些相机除了设计自动白平衡或特定色温白平衡功能外,也提供手动白平衡调整。

    白平衡功能(WB)就是可以令所拍摄的白色物体在不同的光照条件下客观的反映其本来的颜色。白色如果还原真实了,其他颜色也就正常了。一般白平衡有多种模式适应不同的场景拍摄,大致可分为两种:自动白平衡和手动白平衡。

(1)自动白平衡

自动白平衡通常为数码相机的默认设置。当把白平衡置于自动挡的时候,数码相机就会根据所拍摄的不同光照进行测量,并根据测量的数值自动进行调整,以使所拍摄的影像获得真实的效果。这种模式使用方便、简单,在日常拍摄中很常用。这种自动白平衡的准确率是非常高的,但是在光线下拍摄时,效果较差,而在多云天气下,许多自动白平衡系统的效果极差,它可能会导致偏蓝。

(2)手动白平衡

   手动白平衡又分为预设白平衡和自定义白平衡。

①预设白平衡指数码相机在出厂之前,由生产厂家根据日常拍摄环境中常见的光源预先在照相机内部设置好,并固定不变的一些模式。在拍摄的时候,摄影者可以根据现场的光照情况,选择相应的效果,但是这几种光效只可选择但不能调节。常见的有:白炽灯下的白平衡、阴天光线下的白平衡、荧光灯下的白平衡、晴天光线下的白平衡等。

②自定义白平衡是指拍摄前,根据自己的拍摄意愿,对自己的数码相机进行调节。一般操作方法就是拿一张白纸,把数码相机对准白纸并让其充满整个画面,然后启动自定义白平衡,白平衡的符号会在屏幕上闪烁几秒钟后停止,这时候白平衡就调节好了。

 小结

1、数码相机大致分为:输入部分、控制处理部分、存储部分、输出部分。

2、光电传感器分为:CCD和CMOS两种。

3、数码相机存储格式大致分为:有压缩和无压缩两种。

思考题

1、数码相机的优点和缺点各有哪些?

2、在市场上作实际调研、并区分其中哪些使用CCD?哪些使用CMOS?

3、调研并比较市场上常见的几种存储卡,并区别它们各自的特点及品牌。

(责任编辑:admin)
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