-数码相机的基本知识

1.1.2 数码相机的工作元器件

了解了数码相机最基本的工作原理后，我们来进一步了解一下，数码相机各个工作元器件的有关知识。首先，我们来学习数码相机的传感器。

一、传感器

（1）传感器的定义

传感器是指能感受规定的被测量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。

在传统相机中，我们所拍摄的物体的影像是成在胶卷上的。但是数码相机不使用胶卷，那么它所拍摄的影像去哪里了呢？下面我们就来了解一下这个取代了胶卷的传感器。数码相机的传感器通常有CCD和CMOS等，现在的数码相机大多数使用CCD，CCD和CMOS技术的使用是数码相机不同于传统胶片相机的一大特点。数码相机的影像正是通过CCD或CMOS而不是通常胶片得以记录的。光线通过镜头照摄到CCD或CMOS上，激发出电流，低光照激发出低电流，高光照激发出高电流，相机上这些电流信号进行分析处理，成为数字形式即像素，存储在相机的存储卡中，CCD或CMOS 对光的敏感度与胶卷一样用ISO值来表示，ISO值越大，传感器对光线越敏感。

（2）CCD的原理

CCD图像传感器的工作原理。CCD实际上是一块布满光敏元件的感光板，它由许许多多微小的光敏元件、电荷转移电路和电荷信息读取电路组成。CCD的结构就像一排排传送带上并列放置的小桶，光线就像雨点，洒入各小桶中，每一个小桶代表一个像素。快门开启至关闭的拍摄过程，其实就是按一定的顺序，测量某一短暂的时间中小桶中落进了多少光滴，并形成数据文件。当光线经镜头汇聚成像在CCD上时，每个光电元件会因感受到的光强度的不同，而耦合出不同数量的电荷，通过译码电路可取到每一个光电元件上耦合出的电荷，并形成电流，该电流经A/D变换成一个二进制数字，该数字即对应像素点。实际上，光敏元件数量通常大于照片像素点数量，上百万像素点的数字量的集合，构成了数字照片。接下来就是处理和保存这些数字。CCD的像素数和面积是决定画面质量的重要因素，像素数越多，面积越大，图像质量就越高。

（3）CMOS的原理

CMOS是数码相机使用的另一种图像传感器。它的光电转换功能与CCD相似，区别主要在于光电转换后信息的传送方式不同。生产厂家通常将CMOS与图像信号放大器、信号读取电路、模数转换器

和图像信号处理器等集成在同一个芯片上，使CMOS对获得的图像信息的读出处理变得简单、快捷。CMOS的每一个像素都有一个将电荷信号转换为电子信号的放大器，可在每个像素基础上进行信号放大，从而避免了大量无效的传输操作，只需少量能量消耗，就可进行快速数据扫描，同时噪声也有所降低。

（4）CMOS和CCD的区别

1）光电转移方式不同。CCD存储的电荷信号需在同步信号控制下，一位一位的实施转移后读取，电荷信号的转移和读取都需要时钟控制电路及几组不同电源的配合，整个电路就比较复杂。相对而言，CMOS的每一个像素都有一个放大器，能放大每个像素的信号。这就使得CMOS比CCD有更快的数据读取速度。更重要的是CMOS不需要CCD必须的多种操作电压，可以在芯片上集成更多的外围电路，从而可使整个相机更轻巧。

2）电路结构不同。CCD只能输出模拟电信号，信号输出还需要经模数转换器和图像信号处理器处理，并且还要提供三组电源和同步控制电路，集成度非常低，单芯片就有好几块，制作成本较高。CMOS 的加工采用半导体厂家生产集成电路的流程，可以将数码相机的所有部件集成到一块芯片上，如光敏元件、图像信号放大器、模数转换器、图像信号处理器和控制电路等都集成到一块芯片上，因此采用CMOS的数码相机成本会很低。

3）图像信号输出速度不同。CCD需在同步时钟的控制下，以行为单位一位一位地输出信号，速度较慢。而CMOS采集光信号的同时就可以取出电信号，还能同时处理各单元的图像信息，速度比CCD 快的多。

4）耗电量不一样。CCD一般需要三组电源供电，耗电量较大。CMOS只需要使用一个电源，耗电量非常小，且几乎没有静态电量消耗，只有在电路接通时才有电量的消耗，耗电量只有普通CCD的1/10。

5）噪声方面也不一样。CCD制作起步早，技术较成熟，噪声隔离方面比CMOS强，成像质量也相对比CMOS有一定优势。CMOS由于集成度高，各光电传感元件和电路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰严重，在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁，容易出现杂点，对图像影响很大，这个弱点使CMOS很长一段时间无法进入实用。

不过，CCD是成熟的产品，可以改良的空间不大，而CMOS的优势在于成本低、耗电量小、制造容易以及可以与图像处理电路同做在一个芯片上，因此CMOS的技术潜力比CCD更大。佳能公司首先在克服CMOS的低灵敏度和高噪声技术上有了突破，并在专业级的数码相机EOS D30型中用CMOS

作为感光元件，从而推动了CMOS技术的发展。

光线通过传感器转换成电信号后，一定要经过处理，才能最终存储到存储卡上。

二、DSP图像处理器

图像处理器的主要功能是进行：图象处理、压缩和解压缩、格式转换和数据处理。使用者向相机发出的命令是通过ASIC专用集成块向DSP发出的。

处理好后的数据最终要存储到存储器上，才能方便今后的查看和使用。

三、存储器

存储器对数码相机来说至关重要，它现在是数码相机的必备装置。不同厂商提供的记忆体差异相当大。新型的机型上配有可移动存储卡或内置存储单元或两者都有。有些相机没有内置存储单元，只有存贮卡，它的容量会根据厂商和相机机型的变化而变化。一些较旧的机型只有固定数量的内存且无法扩充，你最好不要购买这样的老机型。而且不同型号相机的内置存储单元容量会不同，这个指标将影响到相机存储文件、连拍等速度。因此在同等条件下最好选择内存比较大的。

记忆体有可移动存储卡和内置存储单元两种，其中可移动存储卡又可分为

SM卡（Smart Media Card）

xD卡（xD-PICTURE Card）

CF卡（Compact Flash Card）

MMC卡（MultiMedia Card）

SD卡（Secure Digital Memory Card）

这张表列出了不同容量的SD卡在不同分辨率、不同压缩率条件下可以拍摄静态图片的张数。根据观察我们可以得到，越精细的照片所占的内存越大，像素越高的照片所占的内存也越大。