数码相机的成像原理是什么？

数码相机使用电子元件成像而不是胶片——这是数码相机与传统相机最本质的区别。数码相机的成像设备主要分为两类:

CCD——英文ChargeCoupleDevice的缩写，中文名为“电荷耦合器件”。

CMOS——英文Metal-oxidesemiconductor的缩写，中文名称为“互补金属氧化物半导体”。

2、1)CCD是目前主流的成像器件，主要分为:

(1)R-G-B初级CCD:这是数码相机中应用最广泛的CCD。

(2)C-Y-G-M补色CCD:部分尼康数码相机较早使用这种补色CCD。

(3)R-G-B-E四色CCD:这是索尼最新发布的CCD，比RGB原色CCD多了一种E(Emerale，祖母绿)色。

2) Supercode:是日本富士公司的专利技术。它的中文名字叫Supercode，由CCD进化而来，目前已经发展到第四代。

3)CMOS:作为数码相机的成像器件，出现时间不长，但发展非常迅速，很有可能与CCD一争高下。其基本结构中的像素排列与R-G-B原色CCD没有本质区别。佳能是CMO阵营的主要支持者。

3.数码相机如何成像？

a)光通过透镜投射到感光元件的表层；

b)光被光敏元件表层滤光片分解成不同颜色的光；

c)彩色光被对应于每个滤光片的光敏单元感应，产生不同强度的模拟电流信号，然后这些信号被光敏元件的电路采集；

d)模拟信号由数模转换器转换成数字信号，然后这些信号由DSP处理并恢复成数字图像；

e)将数字图像传输到存储卡进行存储。

4.CCD有什么特点？

CCD技术成熟，成像质量好。毕竟是现在应用最广泛的成像元件，但也有缺点:

1)耗电很大。早期的数码相机有“电老虎”的美誉，其中一个主要原因来自于CCD。虽然低温多晶硅显示屏等低能耗元器件的使用在一定程度上降低了相机的功耗，但CCD仍然是数码相机的耗电大户——数码相机开机后CCD随时保持工作状态，无谓地消耗了大量电能。

2)工艺复杂，成本高。CCD的复杂结构决定了其制造工艺的复杂性，所以到目前为止，只有少数电子巨头能生产CCD。

3)像素推广难。CCD的前两个缺点也直接导致了这个缺点。提高CCD像素只有两种方法:一是通过保持感光元件单位面积不变来增加CCD面积，在一个大面积的CCD上集成更多的感光元件。但这种方法会导致CCD成品率较低，制造成本较高，功耗较高，在民用领域不现实；第二，减少感光元件的单位面积，在现有的水平CCD面积上集成更多的感光元件。但这种方法会减少感光元件的单位感光面积，降低CCD的整体灵敏度和动态范围，影响图像质量。

5.CMOS有什么特点？

近几年CMOS的发展速度相当不错，很有和CCD竞争的潜力——即使是顶级的DSLR(单镜头反光数码相机)、柯达DCS 14N、佳能EOS 1DS都采用CMOS成像。

与CCD相比，CMOS有两个突出的优点:

1)价格低廉，制造工艺简单。CMOS可以用普通半导体生产线生产，不像CCD需要特殊的生产工艺，所以制造成本要低很多。而且CMOS的尺寸和产量也不像CCD那样受限。

2)低功耗。虽然CMOS滤镜布局和CCD差别不大，但是感光单元的电路结构差别很大。CMOS的每个光敏元件都有一个独立的电荷/电压转换电路，可以独立放大输出光电转换后的电信号——这比CCD采集所有的信号然后放大输出要快得多。而且CMOS的感光元件只在感光成像时工作，所以比CCD省电。但是，CMOS也有缺点。如果使用数码相机时成像动作较多，CMOS在频繁启动时会因电流多变而发热，导致杂乱，影响画质。

6.如何理解成像元件的基本参数？

成像元件是数码相机的核心，正确认识一些重要的参数是很有必要的，这对了解数码相机的基本性能以及如何选购数码相机会带来很多帮助。

总像素-总像素是指数码相机成像元件上成像单元的数量。一个总像素为524万的CCD，意味着上面集成了524万个成像单元。总像素数基本上被用来一个接一个地标记数字码的性能。

有效像素——数码相机在成像时，感光元件的边缘部分会因为光线的衍射而模糊。为了保证成像质量，感光元件上的这部分成像会被丢弃，所以感光单元不能使用100%。被利用的像素，即最终图像，成为有效像素。

尺寸-指感光元件的对角线长度，通常以英寸为单位。常见的有1/1.8寸，1/2.7寸，2/3寸等等。一般来说，感光元件的尺寸越大，元件的性能和成像效果越好。另外，数码相机的感光元件一般采用4: 3的长宽比，特殊的是3: 2。

ISO-指感光元件对光感应的灵敏度。数值越大，灵敏度越高。常见的数值有50、80、100、160、200、400等。目前数码相机的感光元件最高ISO值可以达到3200。需要注意的是，虽然高ISO值可以提高数码相机在暗光环境下的成像质量，但是ISO值越高，对画质的影响越明显，噪点也会越多。

通俗地说，

在了解数码相机的特点和基本组成之前，先了解一下数码相机的工作原理，有利于更好地了解和掌握相机的关键参数，深入了解相机的性能。

当摄像机的电源开关打开时，主控程序芯片开始对整个摄像机进行检查，以确定各部件是否处于工作状态。如果一切正常，相机将随时待命；如果某个部件出现故障，LCD屏幕上将显示一条错误消息，相机将完全停止工作。

当用户瞄准拍摄目标并半按快门时，相机中的微处理器开始工作，决定焦距、快门速度和光圈大小。当按下快门时，光学镜头可以将光线聚焦在图像传感器上。这种CCD/CMOS半导体器件取代了传统相机中胶片的位置，它可以将捕捉到的场景光信号转换成电信号。

此时，获得对应于拍摄场景的电子图像。由于图像文件仍然是模拟信号，无法被计算机识别，因此需要通过A/D(模拟/数字转换器)将其转换为数字信号，然后才能存储为数据。然后，微处理器压缩数字信号，并将其转换成特定的图像格式。常用的描述二维图像的文件格式有TagTIFF(ImageFileFormat)、RAW(RawdataFormat)、FPX(FlashPix)、JFIF(jpegfiledirectoreformat)等。最后，带有数字信号的图像文件将以指定的格式存储在内置存储器中，然后拍摄一张数码照片。此时，可以通过LCD(液晶显示器)查看拍摄的照片。

一般流程在前面简单介绍，照片成像的全过程会参考图1-1详细介绍。

(1)用数码相机拍摄场景时，场景反射的光线通过数码相机的镜头传输到CD上。

(2)当CCD曝光时，光电二极管受光激发，释放电荷，产生光敏元件的电信号。

(CCD控制芯片利用光敏元件中的控制信号电路控制发光二极管产生的电流，由电流传输电路输出。CCD会收集一次成像产生的电信号，输出到放大器。

(4)经过放大和滤波的电信号传输到ADC，ADC将电信号(模拟信号)转换成数字信号。数值的大小和电信号的强度与电压成正比，这些数值实际上就是图像数据。

(5)此时这些图像数据不能直接生成图像，要输出到DSP(数字信号处理器)。在DSP中，这些图像数据将经过色彩校正和白平衡处理，并编码成数码相机支持的图像格式和分辨率，然后存储为图像文件。

(6)当上述步骤完成后，图像文件将被保存到内存中，我们可以欣赏它。