1、新闻摄影与实践学习单元五 数码相机的主要核心部件新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件学习目标（一）知识目标 1.了解图像传感器的种类与性能；2.懂得图像传感器的像素与插值之间的关系；3.弄清传感器的面积与画幅之间的关系；4.了解图像处理器性能与功用；5.了解数码相机的时滞与噪点产生的原因。（二）能力目标 1.掌握图像传感器的像素表示法；2.掌握焦距转换系数计算方法；3.掌握克服相机时滞的一般方法；4.熟悉数码相机常见画幅的尺寸；5.掌握储存媒体与储存格式使用和选择。实训任务描述（1）熟悉图像传感器的性能，在此基础上对比 CCD 和 CMOS 两种不同的图像传感器，谈谈两种传感器的
2、异同。（2）在了解图像处理器性能的基础上，谈谈图像处理器在数码相机中所起的作用。（3）谈谈图像传感器的像素与画幅之间的关系。是不是像素越高就越好？新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件任务一：实训任务描述张晓晓有一台尼康单反数码相机，图像传感器为 APS 规格，使用的是一台 24 毫米至105 毫米的变焦镜头；王丹丹有一台佳能的单反数码相机，图像传感器为 APS 规格，使用的是一台 17 毫米至 55 毫米的变焦镜头。请分别对两台相机的镜头进行焦距系数的转换，列出与 135 胶片相机的等效焦距，然后谈谈焦距转换系数的利与弊。新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件任务三：
3、请谈谈数码相机时滞与噪点产生的原因和克服的方法。任务二：一、案例分析2003年9月，佳能发布了全球第一款定价低于一千美元的数码单反相机 EOS300D，这也是进入中国市场的第一款价位在一万元以下的数码单反相机。这款针对入门级用户的相机，打破了当时人们对数码单反相机在价格上的认识，动辄数万元的数码单反相机不再一统市场。该机价位低的重要一个原因是采用了 APS-C画幅CMOS图像传感器。相比CCD而言，CMOS芯片的制造工艺并不十分复杂，成本也低，因而价格便宜了许多。CMOS 芯片和 CCD 芯片作为数码相机的核心部件，其自身的性能以及在数码相机中所起的作用将是我们本单元学习的主要内容之一。第一节
4、 图像传感器性能、种类与面积新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件一、案例分析有三台不同型号的数码单反相机，第一台的最大像素为1200 万、有效像素为 1100万；第二台相机的最大像素为 1210 万、有效像素为 1090 万；第三台数码相机标称经过插值后由原来的 1100万像素提高到了 1230 万像素。就最大像素而言，第三台较第一台多 30万像素，较第二台多了20 万像素；就有效像素而言，第一台和第三台是一样的，同为1100 万像素，但比第二台的 1090 万像素多了10万像素。面对这样三台不同像素的数码相机，我们应该怎样选择？要弄清楚以下几个问题：一是最大像素、有效像素与插值
5、之间的关系是什么；二是图像传感器的面积是多少。当图像传感器面积相同时，还要进一步看传感器本身质量的优劣等。相信通过本单元的学习，这些问题将迎刃而解。第一节图像传感器性能、种类与面积新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件一、案例分析郑语嫣是个摄影爱好者，曾经拥有一部佳能传统胶片相机 EOS-5和两个变焦镜头（1735mm、70200mm）。在更换数码单反相机时，郑语嫣只更换了机身，继续使用原有的两款镜头。但在拍摄时她却发现无论使用哪一焦距段其视角都明显变小，远没有达到应有的视角效果。郑语嫣使用镜头出现的视角偏差问题，实际上是图像传感器的面积与传统135胶片面积不相同而造成的。如果郑语
6、嫣使用的数码相机图像传感器的面积与她原来使用的135胶片面积相同的话，那么，无论将两款镜头安装在哪台相机上，视角都是一样的，遗憾的是，郑语嫣的单反数码相机的图像传感器面积小于135胶片的面积，因而其视角变小了。这到底是怎么回事？本单元的相关知识会告诉你答案。第一节图像传感器性能、种类与面积新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件（一）图像传感器的种类与性能1.CCDCCD（Charge Coupled Device），意为电荷耦合器又称为“图像传感器”、“光电转换器”，等等。CCD实际上是一个半导体组件，主要由几百万或几千万只光电二极管组成，其作用是将来自镜头的光信号转变为电荷。CC
7、D的基本原理是由光敏元件通过光电效应将来自镜头的光线转换为电荷并储存在电荷储存区内，来自镜头的光线越强，产生的电荷就越多，判断光线的强弱主要是由电荷的多少来决定的。在曝光时，光线通过镜头聚焦形成影像，影像的不同明暗部位在CCD便会转换为不同强弱电荷，模数转换器将其转换成数字信号，再经过图像处理芯片的处理，最终形成图像数据并储存在数码相机的存储介质上。新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件2.CMOSCMOS,意为互补性氧化金属半导体。作用和CCD相同，但运用到数码相机上较晚。最早出现在佳能公司2000年推出的EOS-30D数码相机。新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件
8、CMOS与CCD在数据传输方式不相同。CCD中每一行中每一个像素的电荷数据都会依次传送到下一个像素中，由最底端部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出；而在CMOS传感器中，每个像素都会邻接一个放大器及A/D转换电路，用类似内存电路的方式将数据输出。造成这种差异的原因在于：CCD的特殊工艺可保证数据在传送时不会失真，因此各个像素的数据可汇聚至边缘再进行放大处理；而CMOS工艺的数据在传送距离较长时会产生噪声，因此，必须先放大，再整合各个像素的数据。概括起来看：CMOS传感器具有成本低、功耗低以及高整合度的特点；而CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制等方面优于CMOS传感器。新闻摄影与实
9、践-学习单元五 数码相机的主要核心部件（二）图像传感器的像素与插值1.像素与像素表示法在传感器上有许许多多光敏单元（光电二极管），它们可以将光线转换成电荷，从而形成对应于景物的电子图像。在传感器中，每一个感光单元对应一个像素。因此，“像素”（Pixels）实际上是传感器像素的简称，也是构成图像的最小单位。一般来说，像素越多，就越能分辨出景物的细节，图像的清晰度就越高。像素多和少的表示方法有：一是像素总量表示法，标注在机身上，比如，“12.1 MEGA PIXELS”，表示该相机拥有1210万像素；二是纵横像素乘积表示法，通常在菜单中反应出来，当你选择最高分辨率时，实际上就是该相机的像素总量。比
10、如最高分辨率显示为32004500，两者乘积后说明该相机像素总量为1440万像素。新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件2.最大像素与有效像素数码相机的最大像素有两个概念：一是指经过插值运算后获得的最高像素；二是指 CCD/CMOS 传感器的真实像素。数码相机的有效像素与最大像素并不是一个概念，有效像素是指真正参与感光成像的像素值，而最大像素则包含了传感器中的非成像部分。以美能达 DiMAGE7 为例，其 CCD 最大像素为 524 万，因为 CCD 有一部分并不参与成像，因此有效像素只为 490 万。3.图像传感器的插值所谓插值，是指通过设在数码相机内部的 DSP 芯片，在需要放
11、大图像时，经过一系列的插值运算，添加图像放大后所需要增加的像素。比如，800 万像素经过插值运算可提高到 1 000 万像素。但是，插值后获得的图像质量不能够从根本上提高图像最终 质量。新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件（三）图像传感器的面积与画幅1.图像传感器的面积图像传感器的面积，也称图像传感器的尺寸。理想的传感器的面积应与传统的135相机胶片面积相同，这样，无论使用多少毫米的镜头，安在传统胶片相机上或安在数码相机上，所得到的视角与画幅都相同。但数码相机图像传感器的面积和画幅大小不一、各不相同。新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件新闻摄影与实践-学习单元五 数
12、码相机的主要核心部件传感器规格宽度mm长度mm对角线mm面积m2焦距转换系数全画幅24.0mm36.0mm43.27mm8641.0APS-C15.6mm23.6mm28.3mm3681.5APS-C15.0mm22.0mm27.3mm3291.61.5英寸14.0mm18.7mm23.4mm2621.94/3英寸13.5mm18.0mm22.4mm2432.0新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件（1）传感器面积与焦距转换系数胶片照相机使用的感光材料是胶片，而数码相机使用的感光元件是CCD/CMOS芯片。由于大多数数码相机的CCD/CMOS面积通常要小于135相机的胶片面积，因而
13、，配用同样焦距的镜头，数码相机的视角比135胶片相机的视角要小，视角小的程度因CCD/CMOS芯片面积不同而不同。而要想使CCD/CMOS面积不同的数码相机在镜头焦距上等效于135胶片相机镜头的焦距，便要乘以焦距转换系数。（2）焦距转换系数的计算焦距转换系数主要是针对数码单反相机与135胶片相机在使用同等焦距镜头时所产生的视角差异而采用的计算方式。比如，一只50mm的镜头，在图像传感器规格为APS-C的数码单反相机上，与135胶片相机的等效焦距为75mm。50mm为何变为了75mm，这是因为50mm乘以了一个1.5的系数才得到了75mm，即：50mm1.5=75mm。那么，这个1.5就是所谓的
14、“焦距转换系数”。焦距转换系数既然是针对数码单反相机与135胶片相机在使用同等焦距镜头时所产生的视角差异而采用的计算方式，因而与135胶片的尺寸相关联。135相机胶片的长宽尺寸是36mm24mm，是一个长方体，其对角线尺寸通过计算得出为43.27mm。因此，43.27mm便是数码相机的焦距转换系数的基数，即：焦距转换系数C=43.27mm。将数码相机的实际焦距乘以镜头焦距转换系数C，即得出等效的135胶片相机的焦距。例如，一台数码相机的实际镜头焦距为24mm-70mm，CCD的有效成像范围的对角线尺寸为28.3mm，（23.6mm15.6mm）。则：焦距转换系数C=43.27mm28.3mm1
15、.5。再用1.5分别乘以24mm和70mm，得出该镜头等效于135胶片相机的焦距为36mm-105mm。在论述焦距转换系数的过程中，时常出现“等效焦距”这个词汇，等效焦距的含义是：把面积不同的图像传感器所得到的成像视角，转化为135胶片相机上同样的成像视角所对应的镜头焦距，就是等效焦距。等效焦距同样是针对数码相机与135胶片相机而言的。新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件2.数码相机常见的画幅（1）全画幅所谓全画幅指的是传感器CCD/CMOS的尺寸大小同传统135胶片相机的尺寸几乎完全一样，或为36mm24mm，或为35.6mm2
16、3.6mm。一般用在专业级或准专业级数单反码相机上，如尼康全画幅标注为“FX”，再如佳能EOS-5D 系列等。非常可喜的是数码无反相机也有了全画幅专业级的相机，如索尼ILCE-7等。（2）APS画幅这种APS胶卷有三种画幅可供选择，分别为：H型画幅（30.2mm16.7mm）；C型画幅（25.5mm16.7mm）；P型画幅（30.2mm9.5mm）。数码相机图像传感器采用了APS-C和APS-H两种规格，不过在尺寸上并非完全一样，只是接近，因而定义为“APS-C画幅”和APS-H画幅。（3）4/3画幅4/3画幅其尺寸标准为18mm13.5mm，长宽比为43，略小于APS-C。佳能2012年推出
17、的数码相机G1X。（4）小型传感器主要有：1/2.3、1/2和1/1.7英寸等规格。常用于数码非单反卡片相机上。长宽比为多为43。（5）中画幅传感器的面积大于全画幅规格，尺寸各厂家有所不同。以常见产品为例：宾得645D采用的图像感应器尺寸为44mm33mm，德国徕卡S2则使用面积为45mm30mm的传感器。（6）画幅的长宽比数码相机传感器画幅的长宽之比基本上以32和43为主，同时还都支持169画幅，但物理长宽比并非也是169，它实际上是对传感器上下两端进行一定比例的遮挡来实现宽幅画面的效果。而APS-H画幅，才是真正意义上的169画幅。新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件新闻摄影
18、与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件第二节 图像处理芯片与数码相机的时滞新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件一、案例分析钟浩是一名摄影发烧友，不但喜欢摄影，还十分关注数码相机的更新换代。他在班里也小有名气，同学们有相机方面的疑问都愿意向他请教。钟浩的同窗好友王岩要买一台数码相机，自然找到了他。钟浩告诉王岩，选择数码相机除了要看品牌、型号、镜头、像素以外，还要特别考虑和关注数码相机的图像处理器，因为图像处理器的质量将直接影响数码影像的质量和对数据处理的速度。钟浩还告诉王岩：如果图像处理器性能不够强大，在处理噪点的时候就不能达到理想的效果，而且会时常出现时滞的现象，影响连拍。因
19、而，钟浩要王岩一定关注图像处理器的性能，选购最新一代的图像处理器。（一）图像处理器与LCD显示屏1.图像处理器现代数码相机之所以能够成像，除了镜头和图像传感器之外，还有一个极其重要的核心部件，这就是图像处理器。图像处理器（Digital Signal Processor），简称为“DSP”芯片。被看作是数码相机的大脑和心脏。新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件在数码相机中，当光线转化对应比例的电荷后并不能直接生成图像，镜头和图像传感器所做的只是基础性的工作，而图像处理器的工作才是决定性的，只有经过它的一系列复杂的数学运算和优化处理，诸如白平衡处理、色彩校正、伽玛校正等，再比如图像
20、层次、细节、饱和度等等，再编码成数码相机所支持的图像格式，最终才会被储存为图像文件。这是图像处理器最主要的作用。新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件DIGIC图像处理器是佳能公司专为佳能数码相机研发出的核心技术之一，于2002年正式推出。BIONZ图像处理器是索尼公司专为索尼数码相机研发出的核心技术之一，于2003年正式推出。EXPEED图像处理器是尼康公司专为尼康数码相机研发出的核心技术之一，于2007年正式推出。新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件2.液晶显示屏（1）设置参数：如曝光模式、白平衡、ISO感光度、测光模式，等等。（2）取景构图：数码非单反相机的取景
21、构图主要通过液晶显示屏来完成，无视差，对近摄或微距大有益处。（3）浏览画面：供你快速或长时间浏览已拍过的画面，放大镜帮助查看画面的清晰度、人物的表情等。（二）数码相机的时滞与噪点1.数码相机的时滞数码相机拍摄时，总是错过最佳的拍摄时机，这种现象通常是由于“时滞”而引起的。主要有两个方面：一是快门时滞：指在按下快门释放钮到传感器实际感光之间的而产生的时间差，这其中也包括自动对焦时间。这种时间差因不同相机质量的不同而不同；二是储存时滞：指每拍摄完一幅照片后，在向储存卡输送数据时而产生的时间差，通常存于在低端的数码非单反相机上，具体表现为，每拍摄完一幅照片，不能马上拍摄第二幅。而中高端的数码相机由于
22、采用缓存方式，因而解决了这个问题，特别是在连拍中，通过将数据传输相机内部的高速存储器（高速缓存），而不是向存储卡传输数据，这样便可在短时间内连续拍摄多张照片，而基本上不产生时滞。新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件2.数码相机的噪点“噪点”又称“噪音”、“信噪”等。产生的原因：一是因传感器在制造工艺上存在的缺陷而使信号在接收和输出过程中所产生的单色颗粒状部分，类似于胶片的颗粒形状。比如，图像传感器本身漏电现象而造成的质量问题等。其特点是噪点的位置固定不变，曝光量越大，噪点的亮度就越高；二是因电子器件本身的噪声、放大电路的噪声以及各种干扰而使画面上呈现的颗粒状的杂色部分，看上去就像
23、图像被弄脏了一样。其特点是画面上的噪点位置不固定，画面上呈现颗粒状的杂色亮度不高，画面越放大，颗粒状的杂色越明显。噪点产生的原因还与曝光时间、感光度设置和相机温度等因素有关。曝光严重不足或严重过度、快门速度过长（5秒以上），噪点会明显增加；感光度设置越高，噪点的放大信号就越严重，画面影像越显粗糙；相机温度升高同样也会产生噪点。新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件噪点特别严重且位置又始终固定，这种噪点就是传感器的“坏点”了。数码相机的感光元件上有数百千万个光敏单元用以感光成像，其中某个感光单元受损或工作不正常，就不能成像，即成为一个坏点，且一般不可修复。对于坏点，生产厂家对坏点有数
24、量上有规定，超过了规定的数量，可以向经销商和厂家更换相机。检测坏点的方法有两种：一是用眼睛直接看原图，但要细心，不然容易漏掉坏点；二是用软件测试（DeadPixelTe）。测试前，先盖上镜头盖，再用不同的快门速度（比如1/30s、1/15s 1s、2s等）拍摄几张照片。传至到电脑使用测试软件，检查这些全黑照片所反映的坏点/噪点情况。理论上讲图像应是纯黑色，若有斑点即是坏点和噪点，如果每次拍摄都出现在同一固定位置上，无论使用怎样曝光组合和感光度都始终存在，即是坏点。检测还要从参数上去分析，测试数据中，Hot表示噪点，Dead表示坏点。一般来讲，亮度超过60流明的点，是噪点。超过250流明的点，即为坏点。但是，由于坏点的颜色不同，表现出来的亮度值亦不同。因此，不能只看亮度值的大小，还要看坏点所在的位置亮度值，通过分析进一步判断存在坏点的可能性。新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件 思考题1.图像传感器种类都有一哪些？2.同为图像传感器的CCD与CMOS有何异同？3.图像传感器的插值为什么不能从根本上提高影像的清晰度？4.数码相机在拍摄的时候为什么会出现时滞的现象？5.传感器面积与焦距转换系数的含义是什么？应如何进行计算？6.检测CCD或CMOS坏点的方法是什么？新闻摄影与实践-学习单元五 数码相机的主要核心部件
