数码相机是怎样成像的？

数码相机是通过光学成像和数字信号处理技术实现成像的。下面简单介绍数码相机的成像过程：

1. 光学成像：当按下快门按钮时，数码相机内的快门会打开，让光线通过镜头进入相机。光线穿过镜头后，会经过一组透镜，透过光圈进入相机内的图像传感器。

2. 感光元件：相机内的图像传感器通常分两种类型：CCD（电荷耦合器件）和CMOS（互补金属氧化物半导体）。当光线进入图像传感器后，会激发传感器内的感光元件产生电荷。这些电荷的多少与光线的强弱成正比。

3. 信号转换：当感光元件产生电荷后，这些电荷会被传送到相机内的模数转换器（ADC）中，将模拟信号转换为数字信号。ADC将数字信号转换为由0和1组成的数字代码，这些代码描述了图像的颜色和亮度等信息。

4. 数字信号处理：当数码相机转换出数字信号后，会进行数字信号处理。数字信号处理是数码相机中最重要的环节之一，可以校正图像的颜色、亮度、锐度等参数。数字信号处理还可以进行图像压缩，从而减小图像的文件大小。

5. 存储：当数字信号处理完成后，数码相机会将图像保存在内置的存储卡中。存储卡通常采用SD卡、CF卡、Memory Stick等标准格式。存储卡的容量越大，可以存储的照片数量就越多。

6. 显示：数码相机内置了一个液晶屏幕，可以在拍摄后查看照片。液晶屏幕还可以用来设置照片的参数，如曝光时间、光圈大小、焦距等。

7. 输出：数码相机还可以将照片输出到计算机或者打印机上。用户可以使用数据线或者卡片读卡器将照片传输到计算机中，并进行后期处理或者打印。也可以通过PictBridge直接将照片传输到支持PictBridge的打印机上进行打印。

总的来说，数码相机的成像过程主要包括光学成像、感光元件、信号转换、数字信号处理、存储、显示和输出。这些环节紧密相连，相互作用，共同完成了数码相机的成像过程。

数码相机的成像原理介绍

一、ISO-感光度

1、介绍

ISO感光度，数码相机是通过感光元件感应入射光线的强弱的，数值反映了其感光的速度。

2、数值

100、125、160、200、250、320、400、500、640、800、1000、1250、1600、2000

低感光度

中感光度

高感光度

800以下

800-6400

6400

3、作用

感光度提升画面的曝光度，高感光度会带来噪点问题。400以下非常纯净，400以上可以增加，1600以上就更加明显，6400以上照片基本不具备使用功能。

二、S-快门速度

1、介绍

S快门速度，快门是照相机的一个重要组成部分，它有一个重要的意义就是控制曝光时间。

看起来是不是很像办公室里的百叶窗？“百叶窗”开启，光线进入相机，到时间后“百叶窗”关闭，光线就无法进入相机了。所以说到底，快门是通过控制光线进入相机时间的长短，进而控制进光量的。

2、数值

1，1/2，1/4，1/8，1/15，1/30，1/60，1/125，1/250，1/500，1/1000，1/2000等，相邻两级曝光量相差一倍

很慢的快门速度

慢门

高速快门

很快的高速快门

比1/4慢

比1/60慢

比1/250块

比1/2000块

安全快门保证照片清晰，避免相机不稳或抖动而模糊，所采用的最低快门速度，特定条件下，低于此速度可能使照片模糊。当然拍摄设备不同、是否手持、对象是否相同都会影响安全快门值。

3、作用

快门是决定照片亮度的因素之一。

对于快门来说，最重要的作用就是决定曝光时间长短。慢门曝光时间长，所以自然曝光容易亮一些。

画面中有动的元素快门就很重要

画面中有动的元素，高速快门可以将物体凝固住，慢门记录物体运动轨迹。

4、应用

快门速度越快，镜头焦距越长，震动越明显。所以经验所得最慢速度的分母应该大于等于焦距的毫米数，实际以两倍速度进行拍摄，即50mm镜头快门速度1/100s。

对于初学者，我们尽可能选择快快门进行拍摄，最好不要低于1/4秒，这是因为高速快门不仅可以降低机震的影响，还可以减弱拖影、可以更清晰地捕获动态影像。

三、光圈

1、介绍

光圈是一个用来控制光线透过镜头进入机身内感光面的光量的装置，它通常是在镜头内。

我们不可能随意改变镜头的直径，但是我们可以通过在镜头内部加入多边形或者圆型，并且面积可变的孔状光栅来达到控制镜头通光量，这个装置就叫做光圈。

2、数值

表达光圈大小我们是用F值。完整的光圈值系列如下：

f/1.0，f/1.4，f/2.0，f/2.8，f/4.0，f/5.6，f/8.0，f/11，f/16，f/22，f/32，f/44，f/64。

数值之间是√2的倍数关系，例如2.8的√2倍是4.0，f后面的数值越小，光圈越大。光圈值每增加√2倍光圈则缩小一级或者一档。

3、作用

光圈决定了通光速率

光圈越大,表示孔径越大,这样单位时间内通过的光线也就越多,通光能力也就越强。可以这么说,光圈越大越明亮。

光圈会影响虚化能力

光圈越大,表示孔径越大,那么背景虚化能力越强。

为什么会这样呢? 简单理解我们可以联想小眼聚神，或者请大家看下面这张，在焦点前后，光线开始扩散，点的影像变成模糊的，形成一个扩大的圆，这个圆就叫做弥散圆。这两个弥散圆之间的距离叫景深，景深可以理解为在被摄主体前后，影像的一段的清晰范围。光圈越大，达到弥散圆直径的这段清晰范围越小，越容易实现背景虚化。

影响锐度

如果我们把光圈开很大，外界进入镜头的光量就会很足，镜头内的透镜边缘部分也会允许光线通过单透镜，这时不管是从光学系统问题还是镜头边缘加工问题上，都会导致在汇聚的成像点周围有一些乱光干扰，造成我们平时说的成像比较“软”，或者说比较“肉”的现象。

这时缩小两档光圈，阻隔掉不好控制的光线进入，成像就变锐利了。

而且使用大光圈拍摄容易产生紫边的情况，紫边是一个统称，也可能是绿光、红光等。通常出现在深色物体的大光比边缘，比如说以明亮天空为背景的屋檐、树叶边缘、窗户等。

4、应用

大光圈

小光圈

比f/2.8大的光圈

比f/8.0小的光圈

1.大光圈进光量大可以配合高速快门将飞快移动的物体“凝固”下来(比如列车、飞机、运动员)。

2.可以拍人物特写，实现背景虚化，让对焦的主体从背景中凸显出来。

1.小光圈进光少，配合慢快门，可以拍摄流水、星轨、车流、光影涂鸦等。

2.将光点变成散射状，即拍摄夜间的星芒。

在远景距离不大时，如室内拍摄，可以选择大一点的光圈，如f/7.0、拍摄人像可以选择f/5.6等，尽量不用最大光圈。

在室外，如果光线好，可以用更小的光圈，如航拍所用的f/9.0、f/11，一般在f/2.8—f/5.6之间（划重点，拍女朋友！），最好不要超过f/13。

这里给的大家提供一个光圈参考：一般选择f/8.0。

曝光三件套

四、镜头焦距

1、介绍

焦距：是光学系统中衡量光的聚集或发散的度量方式，指平行光入射时从透镜光心到光聚集之焦点的距离。

照相机中，从镜片中心（镜头会有多个镜片，所以中心是整个镜头的总中心）到底片或CCD（即图像传感器，也叫图像控制器）等成像平面的距离。

2、焦距与视角、成像的关系

焦距越短，视角越宽广，取景范围就越大，单个物体成像越小。

常见焦距对应的视角范围：

3、等效焦距和实际焦距

一般来说，镜头上标注的数字表示实际焦距，比如8mm或者8-15mm。

因为传感器（是的就是CCD）有大有小，会对这些实际焦距取景范围有截取，造成拍摄的视角与实际焦距原本应该有的视角不相同。

所以我们可以这么理解：非全画幅的效果就是全画幅的上裁剪了一下。于是，我们按照视角大小又重新定义了一下镜头的焦距，就引入了等效焦距。

等效焦距=实际焦距*焦距转换系数（焦距转换系数只与传感器大小有关）

4、不同焦距的成像影响

焦距越长，视角就越窄。焦距越短，视角越宽。

焦距越长，景深越浅（背景越模糊）。焦距越短，景深越深（背景越清晰）。

五、景深

1、介绍

当你拍摄一个照片，照片当中最近的物体和最远的物体之间，能清晰成像的部分，就是景深。

下图中上面的是浅景深，下面的为大景深

2、影响景深的因素

因素

光圈越大，景深越浅

相机和拍摄对象之间的距离越近，景深越浅

焦距更长，景深较浅

越大的传感器，景深较浅

　在对数码相机的特点和基本组件了解之前，下面来了解一下数码相机是如何工作的，这有利于更好地理解和掌握相机的各项关键参数，深入了解相机的性能。下面是我为大家精心推荐数码相机的成像相关知识，希望能够对您有所帮助。

相机的成像原理

　当打开相机的电源开关后，主控程序芯片开始检查整个相机，确定各个部件是否处于可工作状态。如果一切正常，相机将处于待命状态;若某一部分出现故障，LCD屏上会显示一个错误信息，并使相机完全停止工作。

　当用户对准拍摄目标，并将快门按下一半时，相机内的微处理器开始工作，以确定对焦距离、快门的速度和光圈的大小。当按下快门后，光学镜头可将光线聚焦到影像传感器上，这种CCD/CMOS半导体器件代替了传统相机中胶卷的位置，它可将捕捉到的景物光信号转换为电信号。

　此时就得到了对应于拍摄景物的电子图像，由于这时图像文件还是模拟信号，还不能被计算机识别，所以需要通过A/D(模/数转换器)转换成数字信号，然后才能以数据方式进行储存。接下来微处理器对数字信号进行压缩，并转换为特定的图像格式，常用的用于描述二维图像的文件格式包括Tag TIFF(Image File Format)、RAW(Raw data Format)、FPX(Flash Pix)、JFIF(JPEG File Interchange Format)等，最后以数字信号存在的图像文件会以指定的格式存储到内置存储器中，那么一张数码相片就完成拍摄了，此时通过LCD(液晶显示器)可以查看所拍摄到的照片。

　(1)当使用数码相机拍摄景物时，景物反射的光线通过数码相机的镜头透射到CD上。

　(2)当CCD曝光后，光电二极管受到光线的激发而释放出电荷，生成感光元件的电信号。

　(3)CCD控制芯片利用感光元件中的控制信号线路对发光二极管产生的电流进行控制，由电流传输电路输出，CCD会将一次成像产生的电信号收集起来，统一输出到放大器。

　(4)经过放大和滤波后的电信号被传送到ADC，由ADC将电信号(模拟信号)转换为数字信号，数值的大小和电信号的强度与电压的高低成正比，这些数值其实也就是图像的数据。

　(5)此时这些图像数据还不能直接生成图像，还要输出到DSP(数字信号处理器)中，在DSP中，将会对这些图像数据进行色彩校正、白平衡处理，并编码为数码相机所支持的图像格式、分辨率，然后才会被存储为图像文件。

　(6)当完成上述步骤后，图像文件就会被保存到存储器上,我们就可以欣赏了。

基本部件

　1 镜头

　镜头是一部相机的重要组件之一，可以说是相机的灵魂，数码相机采用什么镜头是一个非常重要的参数，也是区分不同档次相机的重要指标。

　虽然由于感光元件分辨率有限，对镜头的光学分辨率要求也比较低，但由于普通数码相机的影像传感器要比传统胶片的面积小得多，因此镜头的解析度需要很高，一般来说，数码相机采用的光学镜头的解析能力一定要优于感光元件的分辨率。例如，对于某一确定的被摄目标，水平方向需要100个像素才能完美再现其细节，如果成像宽度为10mm，则光学分辨率为10线/mm的镜头完全能够胜任;若成像宽度为1mm，则要求镜头的光学分辨率必须在100线/mm以上。

　2 闪光灯

　闪光灯是增加曝光量的方式之一，尤其在光线较暗的场合，利用闪光灯可以使景物更加明亮。图1-6、图1-7示出了数码相机的内置闪光灯。数码相机内置的闪光灯一般有三种模式，即自动闪光、强制闪光和关闭闪光，有的相机还具有消除红眼、慢速同步闪光等功能。

　3 取景器

　数码相机上使用的取景器有多种类型，包括LCD取景器、单反式取景器、旁轴式取景器等。

　LCD屏幕有黑色和白色两种类型，彩色又分为伪彩和真彩两种，其中伪彩价格便宜，但显示效果差;数码相机中用于取景和回放的LCD都是质量较高的TFT真彩。在TFT LCD中又包括反射和透射两种，反射式反射正面的环境光工作，从不同角度观察差别较大，显示较暗，但具有省电、造价低等优点;透射式依靠背后的灯光进行工作，角度变化小，显示较亮，但耗电量较大。

　作为大多数数码相机必备的取景方式，利用LCD取景可以改正传统相机取景的缺点，它可以回放照片，随时显示相机存储器中记录的全部照片影像，对于不满意的作品可以删除后重新拍摄，这样可最大限度地节省存储空间，并且可以及时地发现诸如构图取景、用光等方面较明显的问题。有的数码相机还设计了可以旋转的LCD屏幕，这样使原来很困难的取景工作变得十分轻松，例如要拍摄靠近地面的植物的特写镜头时，不用像使用传统相机一样趴在地上，只需将相机放低，然后将LCD屏幕翻过来即可。而一个人独立外出旅行时，可以将镜头对准自己，将LCD屏幕转过来，自己给自己来个特写。

　4 影像传感器

　目前数码相机所使用的影像传感器有CCD和CMOS两种类型，前者技术已经很成熟，后者是新兴的技术，代表未来的发展方向。

　CCD(Chagre Couled Device)，即电荷耦合器，如图1-12所示。目前被广泛应用于大部分数码相机上，这是一种特殊的半导体材料，它由大量独立的光敏元件组成，这些光敏元件通常按矩阵排列。光线透过镜头照射到CCD上，并转换成电荷，每个元件上的电荷量取决于其受到的光照强度。当摄影者按动快门时，CCD可将各个元件的信息传送到模/数转换器上，然后将模拟电信号转变为数字信号，数字信号再以一定的格式压缩后存入缓存内，这样就完成了数码相片的整个拍摄。

　5 按键

　在进行拍摄工作时，传统相机大都通过按键或者转动转盘来实现，而数码相机是通过菜单来选择功能的，某些专业数码单反相机为了适应传统相机用户的使用习惯，将一些常用功能设计成与传统相机大体一致的方式。若在进行抓拍时，直接按按键比使用菜单进行设置更加快捷。

单反相机介绍

　单反的全称是?单镜头反光相机?(Single Lens Reflex Camera，缩写为SLR camera)，又称作单反相机，台湾及香港地区将单反相机称作?单眼?相机。它是用一只镜头并通过此镜头反光取景的相机。所谓?单镜头?是指摄影曝光光路和取景光路共用一个镜头，不像旁轴相机或者双反相机那样取景光路有独立镜头。?反光?是指相机内一块平面反光镜将两个光路分开：取景时反光镜落下，将镜头的光线反射到五棱镜，再到取景窗;拍摄时反光镜快速抬起，光线可以照射到感光元件CMOS上。

　单反并非数码时代的产物，早在胶片时代就已经存在单反相机。随着照片的载体走向数码化，单反也随同进入数码时代，现在我们所说的单反通常都是说单反数码相机。