数码相机的结构及基本原理
照相机的工作原理
照相机的工作原理照相机是一种利用光学原理来捕捉影像的设备。
它通过光学镜头将光线聚焦在感光元件上，从而记录下被拍摄对象的影像。
照相机的工作原理涉及到光学、机械和电子技术，下面将详细介绍照相机的工作原理。
1. 光学原理照相机的光学系统是其工作的核心部分。
当光线通过镜头进入照相机时，镜头会将光线聚焦在感光元件上，形成一个倒立的实际影像。
镜头的设计和材质会影响到成像的清晰度和色彩还原能力。
不同的镜头还可以实现不同的拍摄效果，比如广角镜头、长焦镜头等。
2. 机械结构照相机的机械结构包括快门、光圈、对焦系统等部件。
快门控制着感光元件曝光的时间，光圈则控制着进入镜头的光线量，对焦系统则用于调节镜头的焦距，以确保拍摄对象清晰。
这些部件的协调工作使得照相机能够在不同的拍摄条件下获得理想的曝光和对焦效果。
3. 感光元件感光元件是照相机的核心部件，它负责记录下光线聚焦后形成的影像。
目前常见的感光元件有CMOS和CCD两种类型，它们能够将光线转换为电信号，并通过信号处理器转换成数字图像。
感光元件的像素数量和尺寸会影响到图像的分辨率和噪点表现能力。
4. 电子技术随着科技的发展，照相机的电子技术也在不断进步。
数字相机通过电子显示屏取代了传统的取景器，实现了实时预览和拍摄。
此外，数字相机还配备了存储卡、电池和各种拍摄模式，使得拍摄更加便捷和灵活。
总结照相机的工作原理涉及到光学、机械和电子技术的协调工作。
光学系统负责将光线聚焦在感光元件上，机械结构控制曝光和对焦效果，感光元件记录下影像并通过电子技术转换为数字图像。
这些部件的协调工作使得照相机能够捕捉到清晰、真实的影像，满足人们对于记录和分享生活的需求。
随着科技的不断进步，相信照相机的工作原理也会不断完善，为人们带来更好的拍摄体验。
第4章 数码相机的工作原理
第四章数码相机的工作原理及性能第一节数码相机的电原理框图通过数码相机下面的电原理框图我们就可以了解数码相机的摄影原理上图就是数码相机的主要部件组成和工作原理图。
由图可见，被测景物的光线通过相机的光学镜头传送到CCD图像传感器，CCD将光的强弱光信号转换为相应强度的电量信号再传送至A/D模数转换器，A/D模数转换器再将电量模拟信号转换为二进制数字信号，再传至相机的DSP数字信号微处理器，经过数学处理后的数字信号同时传至相机内部的静态/动态存储器存储和传至图像控制器处理，再由图像控制器将图像数字信号处理后再传至LCD液晶显示器显示被拍摄景物的图像，另外还传至图像压缩器将图像压缩成JPEG等格式后，再传至外接存储卡（闪存卡）以及通过USB连线将图像传至电脑或照片打印机。
由上述可知，数码相机之所以被称为数码相机，其主要道理就是它把二进制数码信号成像，所以称为数码相机。
第二节数码相机的的光电传感器与传统相机相比，传统相机使用“胶卷”作为其记录信息的载体，其原理是胶卷底片上的无数银盐颗粒感光成图像。
而数码相机的“胶卷”就是其成像光电传感器，其原理是光电传感器上的大量光电器件（光电二极管）感光成电图像。
传统相机的底片可以从相机内取出来，但数码相机的光电传感器却是与相机固定一体不可取出的。
光电传感器是数码相机的核心，也是最关键的部件之一。
在数码相机内起着特别重要的作用。
数码相机的发展道路，可以说就是光电传感器的发展道路。
目前数码相机的核心成像部件有两种：一种是广泛使用的CCD（电荷藕合）元件；另一种是新开发的CMOS（互补金属氧化物导体）器件。
⑴ CCD光电传感器CCD光电传感器是电荷耦合器件图像传感器CCD（charge coupled device）. 它是用一种高感光度的半导体材料制成的感光器件，在该器件上集成了数以百万计以上的数目的光电二极管，这些大量光电二极管能各自把接受到的来自被摄景物的不同亮度的光线转变成相应强弱的电荷，这些强弱不同的电荷量再通过A/D模数转换芯片转换为相应大小不同的数字量，最后再由相机内的微处理器将这些数字量处理成像。
数码相机原理简介
注意
注意事项
• 方式必须在三相交叠脉冲的作用下，才能 以一定的方向逐单元地转移。 • 另外必须强调指出，CCD电极间隙必须很 小（一般应小于3um），电荷才能不受阻 碍地从一个电极向另一个电极转移，CCD 便不能在外部脉冲作用下正常工作。 back
CCD特性参数
• 转移效率 • 不均匀度 • 暗电流 • 灵敏度 • 噪声 • 分辨率
back
分辨率
• 分辨率是摄像器件是重要的参数之一， 它是指摄像器件对物像中明暗细节的分 辨能力。测试时用专门的测试卡。目前 国际上一般用MTF来表示分辨率。 • 数码相机分辨率的高低，取决于相机中 CCD芯片上像素的多少，像素越多，分 辨率越高。
back
to
CCD在数码相机中的应用
• 批量 信号电荷的转移 • 当CCD的单元电容（也叫光敏二极管）由光照激发产生 电荷并且已经存储在其势阱中，这个时候，需要把这些 信息电荷按次序地批量传输转移到A/D转换器中去。 • 首先要把CCDH上的一个个电容近一定的方式连接起来 ，如图是一种连接 方式。为获取转移功能，在每组电 容器的电极上分别加上V1、V2、V3时钟驱动脉冲，其 波形如图所示。
低通滤光器
低通滤光器是光学滤光器的一种，作用 是滤除空间频率的高频成分中，让低频成分 通过，使图像发晕。 其改变入射光束将会形成差频的目标频 率，达到减弱或消除低频干扰条纹的目的， 特别是彩色CCD出现的伪彩色干扰条纹的目 的。
back
红外截止滤光器
红外截止滤光器大多采用镀层或外加滤 镜的形式，它的主要功能是提高成像质量， 以防止CCD对红外线的敏感特性。
数码相机
主讲人：吴厚亚
目录
一.数码相机概述 二.数码相机工作原理 三.性能指标
照相机的结构和成像原理
照相机的结构和成像原理照相机是一种用于捕捉和记录图像的设备，它由多个组件和部件组成，每个部件都起着关键的作用。
照相机的结构和成像原理如下：1. 结构组成：a. 镜头系统：镜头是照相机最重要的组件之一，用于聚焦光线并将光线引导到感光元件上。
镜头通常由多个透镜组成，可以通过调整镜片的位置和焦距来控制焦点和景深。
b. 快门系统：快门是允许光线通过镜头并进入感光元件的部件。
它可以打开和关闭，通过控制快门的开启和关闭时间，可以控制感光元件的曝光时间。
c. 感光元件：感光元件是照相机中最关键的部件之一，用于记录光线的信息并将其转化为电信号。
目前最常用的感光元件是CMOS芯片和CCD芯片。
当光线进入感光元件时，它会根据光线的亮度和颜色水平产生电信号。
d. 显示屏：现代数码相机配有一个内置的显示屏，用于实时查看和预览照片。
显示屏还可以用于菜单导航、照片的编辑和删除等功能。
e. 存储设备：照相机还包括一个用于存储照片和视频的设备，这可能是一个内置的存储卡、存储介质或可插拔式存储卡。
2. 成像原理：a. 光线进入镜头：当使用者按下快门按钮时，光线通过镜头进入照相机。
b. 焦点调节：镜头系统使得光线会按照一定方式被聚焦到感光元件上。
通过调整镜头的位置和焦距，可以控制被聚焦的部分以及景深（被聚焦范围的深浅）。
c. 光线记录：光线通过镜头后，会进入感光元件（如CMOS芯片或CCD芯片）。
感光元件上的微小像素会被光线照射，根据照射的亮度和颜色水平，产生相应的电信号。
d. 电信号处理：感光元件上的电信号经过处理和放大，通常由照相机的图像处理器完成。
图像处理器可以校正光线偏移，处理图像的颜色、对比度和锐度等方面，并将图像转化为数字格式进行存储。
e. 图像存储：处理后的数字图像被存储到照相机的存储设备中，例如内置存储卡或可插拔式存储卡。
用户可以选择将图像存储为JPEG、RAW或其他格式。
f. 图像显示：照相机的显示屏可以用于实时查看和预览拍摄的图像。
数码相机基础知识第一部分上
数码相机的功能特点
在拍摄同时，通过LCD可以预览当前的图像， 是否满意，不满意可以立即删除，十分方便。
数码相机与传统相机的最大区别，在于影像的 存储上。由于放弃使用胶卷，而以数字存储器 取而代之，可以反复使用，经济、环保又快捷。 保存的影像不会变质、褪色，通过网络可以迅 速传播。
因此，数码相机的出现很大程度上改变了人们 的生活和工作。
SONY的四色CCD技术
最早在800万像素的DC：SONY-F828上 使用。即RGBE四色CCD技术。
所谓四色CCD技术，就是在传统CCD的 R/G/B三原色滤光镜的基础上，增减E （祖母绿）滤光镜，使得新的CCD能更 真实地还原色彩，它所记录的颜色也更 接近肉眼所看到的颜色。
此外，四色CCD技术还能弥补三色CCD 技术在个别色彩上的不足。
– 我们最常见的就是专业单反数码相机。所谓单反： 就是单镜头、反光式。它们具备了对焦迅捷、成像 优异、使用便捷、性能优越等特点。机身使用坚固 的合金，在防尘、防潮、防震甚至放水方面都表现 极佳，数据处理和存储速度更高。
– 适合专业摄影师和资深摄影爱好者使用。价钱在 8000元到数万元不等。生产厂家如：尼康 （Nikon）、佳能（Canon）等。
CANON EOS 350D背面图
CANON EOS 350D俯视图
商业级 Sony F-828构造图
Sony F-828 正面、背面图
Sony F-828 侧面、俯视图
Sony F-828镜头、闪光灯
Sony F-828机身可旋转、底部
Sony F-828电池存储卡仓
Sony F-828 其他部件
R/G/B CCD
DSP
镜头组
CCD上覆盖一 层彩色滤镜；
数码相机的结构及工作原理
作用：１、镜头：数码相机镜头作用与普通相机镜头作用相同.取景.分类：变焦镜头、定焦镜头.２、图象传感器：（１）、作用：将光信号转变为电信号.图象传感器是数码相机地核心部件，其质量决定了数码相机地成像质量.图象传感器地体积通常很小，但却包含了几十万个乃至上钱万个具有感光特性地二极管――光电二极管.每个光电二极管即为一个像素.当有光线照射时，光电二极管就会产生电荷累积，光线越多，电荷累积地就越多，然后这些累积地电荷就会被转换成相应地像素数据.（２）、种类.电荷耦合器件（ＣＣＤ）：电路复杂，读取信息需在同步信号控制下一位一位地实地转移后读取，信息读取复杂，速度慢；要三组电源供电，耗电量大，但技术成熟，成像质量好.互补金属氧化物半导体（ＣＭＯＳ）：电路简单，信息直接读取，速度较快，只需使用一个电源，耗电两小，为ＣＣＤ地到；但个光电传感元件、电路之间距离近，相地光、电、磁干扰较严重，对图象质量影响很大.个人收集整理勿做商业用途３、Ａ／Ｄ转换器（模拟数字转换器）：作用，将模拟信号转换成数字信号地部件.指标：转换速度、量化精度量化精度对应于Ａ／Ｄ转换器将每一个像素地亮度或色彩值量化为若干个等级，这个等级就是数码相机地色彩深度.对于具有数字化接口地图象传感器（如ＣＭＯＳ），则不需Ａ／Ｄ转换器.个人收集整理勿做商业用途４、ＭＰＵ（微处理器）作用：通过对图象传感器地感光强弱程度进行分析，调节光圈和快门. 系统结构：一般数码相机采用地微处理器模块地结构如图所示,包括图象传感器数据处理、ＳＲＡＭ控制器，显示控制器、ＪＰＥＧ编码器、ＵＢＳ等接口、运算处理单音频接口（非通用模块）和图象传感器时钟生成器等功能模块.个人收集整理勿做商业用途５、存储设备作用：用于保存数字图象数据. 种类：内置存储器：为芯片，用于临时存储图象.移动存储器：ＳＤ卡、ＭＤ卡、软盘、ＣＤ、记忆棒等.个人收集整理勿做商业用途６、ＬＣＤ（液晶显示屏）作用：电子取景器、图片显示.分类： (双扫扭曲向列液晶显示器) (薄膜晶体管液晶显示器)，数码相机多采用．个人收集整理勿做商业用途７、输入输出接口作用：数据交互. 常用接口：图象数据存储扩展设备接口、计算机通信接口、连接电视机地视频接口.个人收集整理勿做商业用途二、数码相机工作原理数码相机中地镜头将光线会聚到感光器件ＣＣＤ上，ＣＣＤ代替地传统相机中胶卷地位置，它地功能是将光信号转变为电信号.这样我们就得到了对应于拍摄景物地电子图象，但它还不能马上被送去计算机处理，还需要进行模数处理；接下来ＭＰＵ对数字信号进行压缩并转化为特定地图象格式，例如ＪＰＥＧ格式.最后图象文件被存储在内置存储器中.这时，数码相机地主要工作已经完成，剩下要做地是通过ＬＣＤ查看拍摄到地照片个人收集整理勿做商业用途三、相机地光电成像原理１、核心：光电转换器（图象传感器）２、种类：ＣＣＤ，ＣＭＯＳ.ＣＣＤ分线型地面型两大类线型ＣＣＤ芯片地最大特点是分辨率高，可拍摄１０００万以上像素水平影象地数码相机.都采用线型ＣＣＤ. ＣＣＤ地基本组成单元：金属－氧化物－半导体电容（ＭＯＳＣＣＤ）功能：光电转换，电荷存储，电荷转移个人收集整理勿做商业用途３、数码相机地数据处理数据处理以微处理器为中心.根据数码相机采用地图象传感器地不同，数据流地处理有些差异.在采用ＣＣＤ地数码相机中，ＣＣＤ数据以模拟数据输出，需要经过模数转换和光学黑电平钳位等处理过程；在采用ＣＭＯＳ地数码相机系统中，由于ＣＭＯＳ器件采用数字接口，模拟接口地电路省略，直接进行数据读取.．个人收集整理勿做商业用途图象传感器地数据被读出后，系统将其进行针对镜头地边缘畸变地运算修正，然后经过坏像素处理后，被系统送去进行白平衡处理.由于图象传感器在制造和使用老化过程中回出现一些个别地像素点性能偏离或不能正常感光地现象，这些像素点被称为坏像素.微处理器通常会做相应地计算进行修正，但这一修正过程是有限地.个人收集整理勿做商业用途伽马校正和色彩合成处理是使数码相机获得良好地彩色图象地必要地图象处理过程.在没有进行色彩合成以前，数码相机获得地图象数据有红色、绿色和蓝色三通道地图象数据构成，经过色彩合成处理后，将获得彩色地混合图象.个人收集整理勿做商业用途为了能够进行针对镜头地自动对焦控制，在色彩合成处理后，需要针对图象进行边缘检测（锐度检测）和伪色彩检测（伪色彩抑制）.之后，用于浏览地图象数据流被送至ＬＣＤ控制器，需要存储地图象数据被进行ＪＰＥＧ压缩后存入存储器中.至此，整个数码相机地图象数据处理完成.个人收集整理勿做商业用途为了让数码相机系统稳定地工作，在整个系统中还需要具备一个系统状态地检测控制电路，其主要用于检测供电系统地运行状况和各部分用户接口地运行状态.个人收集整理勿做商业用途。
数码相机的原理与技术
数码相机的原理与技术随着科技的发展，数码相机成为了大众摄影的趋势。
而很多人对于数码相机的原理和技术却并不清楚。
下面，我们将从原理、组成和技术三个方面入手，来向大家详细介绍数码相机的知识。
一、数码相机的原理数码相机的原理比较简单，就是借助于成像传感器和处理器，将光信号转换成数字信号。
而光信号的转换，则是借助于镜头、光圈和快门三个部分。
简而言之，光线经过镜头，通过光圈的调整形成清晰的图像后，经由快门进行捕捉和记录。
而这些记录在照片里头的信息，最终通过成像传感器和处理器，转成了可供我们看到的数字信息。
二、数码相机的组成从数码相机的构造上来看，数码相机可以分成两部分：机身和镜头。
其中，机身是由数码传感器、处理器、液晶屏幕、存储卡、电池、操作键和外壳组成，而镜头则是由光圈、快门和焦距组合而成。
同时，根据不同的机型和厂家，数码相机的构造和设计可能会略有不同。
例如，一些高端机型可能会采用更多更先进的技术和结构，而其它的普通机型则可能会被设计的更为轻便和便于携带。
三、数码相机的技术数码相机的技术水平跟随科技的不断进步而不断提升。
其中，业内共有三种最为重要的技术：焦距技术、图像传感技术和热成像技术。
其中，焦距技术被认为是数码相机中最为常见的技术之一。
焦距技术通过改变镜头的焦距，来调整照片的景深和清晰度。
而焦距的设置，则可以根据不同的场景和主题，让你的照片更具有层次感和细腻度。
其次，图像传感技术，则是数码相机的灵魂所在。
因为图像传感技术被用来转换光信号到数字信号。
同时，它也对照片的清晰度和细节起到了很关键的作用。
不同的机型会采用不同的传感器类型和规格，而对于我们的消费者来说，则是要根据不同的需要和预算来选择最合适的产品。
最后，热成像技术则是在锐利和真实度方面，为数码相机带来了很大的提升。
热成像技术能很好地处理照片中的剪贴部分，从而产生更为柔和和自然的画面效果。
这种技术的应用，极大地提高了数码相机的拍照能力，并使得数码相机的应用范围适用性更加广泛。
数码相机的结构及工作原理
2/15/2019
11
光圈与快门的概念
快门是控制胶片曝光时 间长短的一种机械或电 子装置，通常快门装置 都设计在机身或者镜头 内。一般情况下，手持 相机拍摄时，为了保证 图片的清晰度，采用的 快门速度不能低于镜头 焦距的倒数，这个数值 可称为“安全快门”。
12
2/15/2019
光圈、快门的标注方式
2/15/2019
18
程序曝光
数码相机的程序曝光系统可以根据测光值自动计算 出正确的曝光量，并可根据现场光源情况以及镜头 的焦距自动给出恰当的光圈、快门组合进行曝光。 当然，这些曝光程序也可以由用户根据自己的要求 进行手动选择。最常见的曝光程序有：肖像模式、 风景摄影模式、运动模式、月光模式、月光肖像模 式等。 部分高级数码相机还为有经验的摄影者提供了光圈 优先（A）、快门优先（S）以及全手动模式。
2/15/2019
6
典型的焦距概念
对于相机而言，焦距在16mm—28mm为超广角， 28mm—50mm为广角，50mm—100mm为中焦， 100mm—400mm为长焦。
16mm 28mm 35mm 50mm 100mm 135mm 200mm 400mm
广角
中焦
长焦
2/15/2019
7
2/15/2019
快门速度（S）
1’
1/2
1/8
1/30
1/125
1/2000
标示数值越大，快门速度越快
快门速度
光圈值（f）
1.4
2.8
4.5
5.6
8.0
16
标示数值越大，光圈孔径越小、景深越大
2/15/2019
光圈孔径
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
实物
光源
光电转换设备 放大设备
光子 电荷
显示设备
模拟量（电压）
A/D转换
数字量
图像
数码相机的本质
把一组一定亮度和光谱的光线转化为一堆二进制数， 然后保存在某种介质上，属于把光信号与数字信号的转换。
１００１０１０１・・
CCD画像
数码变换
重新排布
行排列或竖排列
再生
CCD图像传感器 如何将光信号转化为数字信号的？
数码相机图像传感器的工作原理
姓名：丁汇洋 学号：15721454
目录
1 数码相机的结构 2 图像传感器结构及原理 3 数码相机如何拍出彩色图片
数码相机的结构
光信号
存储器 内存
镜头
图像传感 器CCD
A/D 模/数转换
MPU 微处理器
LCD
液晶 显示器
PC卡
可移动 存储器
接口
接口
数码相机的工作原理
虹吸泵
小盆
雨水量筒
电荷的转移
每个小盆接到的 雨水数量不同
电荷的转移
为了测量每个小盆中的雨水（雨停以后） 虹吸泵将每个小盆中的雨水向雨水量筒转移。
先将雨水向左移动
首先，最左边一行接雨 水的小盆将所接的雨水 通过虹吸泵转移到与雨 水量筒排成一排的一行 小盆（读出寄存器)中。
电荷的转移
然后将最靠近量筒小盆中的雨水通过 虹吸泵导入量筒中测量它的数量。
滤光层
图像传感器前面设置一个滤光层， 上面布满了滤光点，与下层的像 素一一对应
每个滤光点只能通过 红、绿、蓝之中的一 种颜色，这意味着在 它下层的像素点只可 能有四种颜色：红、 绿、蓝、黑（表示没 有任何光通过）。
每个滤光点周围有规律地分布 其他颜色的滤光点，那么就有 可能结合它们的值，判断出光 黄色光 线本来的颜色。
光敏元阵列示意图
电荷的产生
光线越亮，产生的 电荷就越多；
光线越暗，产生的 电荷就越少。
入射光
e-
e-
e-
e- e-
e- e光生电子
金属电极 氧化物
半导体
光敏元
电荷的收集
光 滴
小桶 光敏元
电荷的收集
光滴
光敏元 CCD把入射到每一个光敏元 上的光滴转化为电荷并收集
电荷的转移
雨滴——光子 小盆——像元 雨水——收集的电荷 虹吸泵—CCD的移位寄存器 量筒——CCD的电荷测量器
每次测量完成以后，都要将量筒倒空， 准备下一次测量。
图示的状态是一次 测量后的状态。
倒空量筒
电荷的转移
又一次测量结束。
倒空量筒
电荷的转移
一行电荷测量结束。
倒空量筒
电荷的转移
重复上述转移－测量的过程，直到所有小盆中 雨水的数量都测量完毕。
准备好进行下一次开始接雨水（曝光）。
Serial Register
Full Frame
Preamplifier
Active Array
Output Node
CCD是如何记录光的颜色的？
CCD是将光线强度转化为电流大小，它的缺陷是只 能感受光的强弱，无法感受光的波长。由于光的颜 色由波长决定，所以图像传播无法记录颜色这一信 息，这样只能得到黑白照片。
光敏元 阵列
光学系统
CCD
图像处理
CCD的A/D转化过程
电荷的生成 电荷的收集 电荷包的转移 电荷包的测量
CCD的结构
聚光镜片
彩色滤光镜 阵列
光敏元 感光电路
光敏元阵列
图像传感器（CCD）是在半导体上 制作成百上千（万）个光敏元， 在半导体硅平面上光敏元按线阵或
面阵有规则地排列。
显微镜下的光敏元表面
滤光片
这种计算颜色的方法，就 叫做"去马赛克"。上图的 下半部分是图像传感器生 成的"马赛克"图像，所有 的像素只有红、绿、蓝、 黑四种颜色；上半部分是" 去马赛克"后的效果，这是 用算法处理的结果。
谢谢！