數(shù)碼相機(jī)原理和基礎(chǔ)知識(shí)

1、數(shù)碼相機(jī)教學(xué)目的：掌握數(shù)碼相機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)及各部件作用 教學(xué)難點(diǎn)：工作原理、結(jié)構(gòu)組成 教學(xué)工具：數(shù)碼相機(jī)一架 教學(xué)過(guò)程： 引言：數(shù)碼相機(jī)也稱(chēng)數(shù)字相機(jī)，風(fēng)靡了整個(gè)世界。數(shù)碼相機(jī)是數(shù)字時(shí)代的一個(gè)重要標(biāo)志，它集光學(xué)技術(shù)、傳感技術(shù)、微電子技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)械技術(shù)的優(yōu)勢(shì)于一體，采用光電轉(zhuǎn)換器，將光信息轉(zhuǎn)換成電信息，再加以特定處理并進(jìn)行存儲(chǔ)，是一個(gè)典型的光機(jī)電一體化產(chǎn)品，大有取代傳統(tǒng)相機(jī)的趨勢(shì)。一、 數(shù)碼相機(jī)的組成 、鏡頭數(shù)碼相機(jī)鏡頭作用與普通相機(jī)鏡頭作用相同。取景。 分類(lèi)：變焦鏡頭、定焦鏡頭。 、圖象傳感器 （）、作用：將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。圖象傳感器是數(shù)碼相機(jī)的核心部件，其質(zhì)量決定了數(shù)碼相機(jī)的

2、成像質(zhì)量。圖象傳感器的體積通常很小，但卻包含了幾十萬(wàn)個(gè)乃至上錢(qián)萬(wàn)個(gè)具有感光特性的二極管光電二極管。每個(gè)光電二極管即為一個(gè)像素。當(dāng)有光線照射時(shí)，光電二極管就會(huì)產(chǎn)生電荷累積，光線越多，電荷累積的就越多，然后這些累積的電荷就會(huì)被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的像素?cái)?shù)據(jù)。（）、種類(lèi)電荷耦合器件（）：電路復(fù)雜，讀取信息需在同步信號(hào)控制下一位一位地實(shí)地轉(zhuǎn)移后讀取，信息讀取復(fù)雜，速度慢；要三組電源供電，耗電量大，但技術(shù)成熟，成像質(zhì)量好?；パa(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（）：電路簡(jiǎn)單，信息直接讀取，速度較快，只需使用一個(gè)電源，耗電兩小，為的1/8到1/10；但個(gè)光電傳感元件、電路之間距離近，相的光、電、磁干擾較嚴(yán)重，對(duì)圖象質(zhì)量影響很大。、轉(zhuǎn)

3、換器（模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器） 作用：將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的部件。 指標(biāo)：轉(zhuǎn)換速度、量化精度量化精度對(duì)應(yīng)于轉(zhuǎn)換器將每一個(gè)像素的亮度或色彩值量化為若干個(gè)等級(jí)，這個(gè)等級(jí)就是數(shù)碼相機(jī)的色彩深度。對(duì)于具有數(shù)字化接口的圖象傳感器（如），則不需轉(zhuǎn)換器。 、（微處理器）作用：通過(guò)對(duì)圖象傳感器的感光強(qiáng)弱程度進(jìn)行分析，調(diào)節(jié)光圈和快門(mén)。 一般數(shù)碼相機(jī)采用的微處理器模塊的結(jié)構(gòu)如圖2所示, 包括圖象傳感器數(shù)據(jù)處理DSP 、控制器，顯示控制器、編碼器、等接口、運(yùn)算處理單音頻接口（非通用模塊）和圖象傳感器時(shí)鐘生成器等功能模塊。、存儲(chǔ)設(shè)備作用：用于保存數(shù)字圖象數(shù)據(jù)。種類(lèi)：內(nèi)置存儲(chǔ)器：為芯片，用于臨時(shí)存儲(chǔ)圖象。移動(dòng)存儲(chǔ)器：卡、卡

4、、軟盤(pán)、記憶棒等。 、（液晶顯示屏）作用：電子取景器、圖片顯示和功能菜單顯示。 分類(lèi)：DSTN LCD(雙掃扭曲向列液晶顯示器TFT LCD(薄膜晶體管液晶顯示器 ，數(shù)碼相機(jī)多采用 、輸入輸出接口 作用：數(shù)據(jù)交互。常用接口：圖象數(shù)據(jù)存儲(chǔ)擴(kuò)展設(shè)備接口、計(jì)算機(jī)通信接口、連接電視機(jī)的視頻接口。 二、數(shù)碼相機(jī)工作原理數(shù)碼相機(jī)中的鏡頭將光線會(huì)聚到感光器件上，代替的傳統(tǒng)相機(jī)中膠卷的位置，它的功能是將光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)。這樣我們就得到了對(duì)應(yīng)于拍攝景物的電子圖象，但它還不能馬上被送去計(jì)算機(jī)處理，還需要進(jìn)行模數(shù)處理；接下來(lái)對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行壓縮并轉(zhuǎn)化為特定的圖象格式，例如格式。最后圖象文件被存儲(chǔ)在內(nèi)置存儲(chǔ)器中。這時(shí)

5、，數(shù)碼相機(jī)的主要工作已經(jīng)完成，剩下要做的是通過(guò)查看拍攝到的照片三、相機(jī)的光電成像原理、核心：光電轉(zhuǎn)換器（圖象傳感器） 、種類(lèi)： 、 分線型的面型兩大類(lèi)線型芯片的最大特點(diǎn)是分辨率高，可拍攝萬(wàn)以上像素水平影象的數(shù)碼相機(jī) 都采用線型。 的基本組成單元：金屬氧化物半導(dǎo)體電容（） 功能：光電轉(zhuǎn)換 電荷貯存 電荷轉(zhuǎn)移、數(shù)碼相機(jī)的數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理以微處理器為中心。根據(jù)數(shù)碼相機(jī)采用的圖象傳感器的不同，數(shù)據(jù)流的處理有些差異。在采用的數(shù)碼相機(jī)中，數(shù)據(jù)以模擬數(shù)據(jù)輸出，需要經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換和光學(xué)黑電平鉗位等處理過(guò)程；在采用的數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)中，由于器件采用數(shù)字接口，模擬接口的電路省略，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。圖象傳感器的數(shù)據(jù)被讀出

6、后，系統(tǒng)將其進(jìn)行針對(duì)鏡頭的邊緣畸變的運(yùn)算修正，然后經(jīng)過(guò)壞像素處理后，被系統(tǒng)送去進(jìn)行白平衡處理。由于圖象傳感器在制造和使用老化過(guò)程中回出現(xiàn)一些個(gè)別的像素點(diǎn)性能偏離或不能正常感光的現(xiàn)象，這些像素點(diǎn)被稱(chēng)為壞像素。微處理器通常會(huì)做相應(yīng)的計(jì)算進(jìn)行修正，但這一修正過(guò)程是有限的。伽馬校正和色彩合成處理是使數(shù)碼相機(jī)獲得良好的彩色圖象的必要的圖象處理過(guò)程。在沒(méi)有進(jìn)行色彩合成以前，數(shù)碼相機(jī)獲得的圖象數(shù)據(jù)有紅色、綠色和藍(lán)色三通道的圖象數(shù)據(jù)構(gòu)成，經(jīng)過(guò)色彩合成處理后，將獲得彩色的混合圖象。為了能夠進(jìn)行針對(duì)鏡頭的自動(dòng)對(duì)焦控制，在色彩合成處理后，需要針對(duì)圖象進(jìn)行邊緣檢測(cè)（銳度檢測(cè)）和偽色彩檢測(cè)（偽色彩抑制）。之后，用于瀏覽的圖象數(shù)據(jù)流被送至控制器，需要存儲(chǔ)的圖象數(shù)據(jù)被進(jìn)行壓縮后