【正文】 計 第 2 頁 共 31 頁 第 1 章 數(shù)碼相機(jī)發(fā)展概況 照 相機(jī)自 1839 年由法國人發(fā)明以來，已經(jīng)走過了將近 200 年的發(fā)展道路。在這 200 年里，照相機(jī)走過了從黑白到彩色，從純光學(xué)、機(jī)械架構(gòu)演變?yōu)楣鈱W(xué)、機(jī)械、電子三位一體。笑看浮云遮望眼，瞬間滄海變桑田，數(shù)碼相機(jī)的出現(xiàn)正式標(biāo)志著相機(jī)產(chǎn)業(yè)向數(shù)字化新紀(jì)元的跨越式發(fā)展，人們的影像生活也由此得到了徹底改變。人們在享受科技所帶來的便利的同時，仍會不由得念起數(shù)碼相機(jī)誕生之初所走過的坎坷道路，通常把這個道路分為三個階段： 第一階段 （公元前 4001839） 宋代，在沈括所著的《夢溪筆談》一書中，還詳細(xì)敘述了“小孔成像匣”的原理。在 歐洲 16世紀(jì)文藝復(fù)興時期，歐洲出現(xiàn)了繪畫用的“成像暗箱”。 第二階段（ 1839 年 —— 2021 年） 現(xiàn)在通過一些照片來反映照相機(jī)發(fā)展的第二階段： 1839 年 8 月 19 日，法國公布了“達(dá)蓋爾銀版攝影術(shù)” 。于是世紀(jì)上誕生了第一臺可攜式木箱相機(jī)，如圖 11 所示。 圖 11 可攜式木箱相機(jī) 1861 年，世界第一幅加色法彩色照片是英國人麥克斯韋爾攝制的《格子圖案的緞帶》，如圖 12所示。 圖 12 格子圖案的緞帶 1877 年，美國人穆布里奇?埃德沃德成功地拍攝了動體連續(xù)攝影作品《奔馬》，如圖 13所示。 數(shù)碼相機(jī)的設(shè)計 第 3 頁 共 31 頁 圖 13 奔馬 1899 年，法國人迪奧隆和勒旭額爾制造出世界第一臺彩色照相機(jī)，如圖 14所示。 圖 14 第一臺彩色照相機(jī) 1939 年，美國艾加頓發(fā)明了電子快速閃光燈，如圖 15 所示。 圖 15 電子快速閃光燈 1969 年，美國宇航員”阿波羅 11 號“飛船登上月球，并用哈蘇 500L 相機(jī)進(jìn)行了攝影，如圖 16 所示。 數(shù)碼相機(jī)的設(shè)計 第 4 頁 共 31 頁 圖 16 哈蘇 500L相機(jī) 1969 年，美國貝爾實(shí)驗室的博伊勒和史密斯開發(fā)了后來用于數(shù)碼相機(jī)的CCD，如圖 17 所示。這種感光元件在經(jīng)過進(jìn)一步完善之后，終于在今天得到了廣泛 應(yīng)用。 圖 17 數(shù)碼相機(jī)的 CCD 1975 年，柯達(dá)公司用 CCD 制造了可以操作的電子相機(jī)，如圖 18 所示。 世界上第一款數(shù)碼相機(jī)早在 1975 年就已經(jīng)出現(xiàn)，這款由柯達(dá)公司制造的準(zhǔn)數(shù)碼相機(jī)雖然體積有些大，但是已經(jīng)具備了現(xiàn)存的數(shù)碼相機(jī)的一些特點(diǎn)。當(dāng)然，想要觀看這部相機(jī)拍攝的照片，你首先得把這部相機(jī)和電視連接起來。原因很簡單，顯示器并沒有普及。 圖 18 可操作的電子相機(jī) 數(shù)碼相機(jī)的設(shè)計 第 5 頁 共 31 頁 1981 年，索尼推出了全球第一臺不用感膠片的電子相機(jī) —— 索尼馬維卡，如圖 19 所示。 圖 19 索尼馬維卡 1973 年 11 月，索尼公司正式開始了 電子眼 CCD 的研究工作，在不斷技術(shù)積累的基礎(chǔ)上它于 1981 年推出了全球第一臺不用感光膠片的電子相機(jī) 靜態(tài)視頻 馬維卡（ MABIKA） 。該相機(jī)使用了 10 mm 12 mm 的 CCD 薄片，分辨率僅為570 490（ 萬）像素，首次將光信號改為電子信號傳輸。 1995 年，卡西歐 QV10 成為第一個裝有 LCD 監(jiān)視器能夠?qū)崟r取景的數(shù)碼相機(jī)。 2021 年佳能推出了采用塑料機(jī)身的 EOS 300D，它整合了前輩 EOS10D 慣用的 CMOS 感光器件，售價首次低于 1000 美元，從而徹底改變 了數(shù)碼相機(jī)市場原有的競爭格局。 第三階段 （從 2021 年至今） 我國數(shù)碼相機(jī)市場可謂是百花爭艷、百舸爭流，形成了一個全面發(fā)展的時期。現(xiàn)代相機(jī)是微電子技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)以及人工智能技術(shù)的結(jié)合物，在結(jié)構(gòu)、功能、性能等方面都發(fā)生了翻天覆地的變化。但是現(xiàn)代數(shù)碼相機(jī)的發(fā)展具有以下幾個特點(diǎn)。 200 萬像素 DC 淡出市場，千萬像素數(shù)碼相機(jī)漸成起步產(chǎn)品 近年來各個品牌的 DC像素不斷攀升。 2021 年，索尼和尼康、三星等廠商紛紛推出了千萬像素消費(fèi)級 DC，使消費(fèi)數(shù)碼相機(jī)的拍攝質(zhì)量再次大幅提升。而索尼剛剛發(fā)布的 W300 更 是達(dá)到了驚人的 1360 萬高像素，甚至超過了入門級數(shù)碼單反的像素水平。 長焦機(jī)型越來越受重視 數(shù)碼相機(jī)的設(shè)計 第 6 頁 共 31 頁 消費(fèi)數(shù)碼相機(jī)擁有了高 ISO 的拍攝能力。在今年上市的新品中，索尼、尼康等品牌的產(chǎn)品都擁有高達(dá) ISO3200 的感光度，而且索尼的部分產(chǎn)品更是達(dá)到了單反相機(jī)的水平，擁有高達(dá) 6400 的 ISO 感光度。 觸摸屏的應(yīng)用。 觸摸屏技術(shù)在消費(fèi)級數(shù)碼相機(jī)中得到進(jìn)一步的發(fā)展，帶有觸摸屏的機(jī)型可以讓越來越多的普通用戶體驗到更加人性化的互動式菜單體系，更加直觀便捷的進(jìn)行設(shè)定。索尼 T300 獨(dú)有的觸摸屏還能同時實(shí)現(xiàn)涂鴉、音樂串燒等一系列相 機(jī)的拓展功能，帶給用戶全新的視覺、聽覺盛宴。 數(shù)碼相機(jī)的設(shè)計 第 7 頁 共 31 頁 第 2 章數(shù)碼相機(jī)的基本工作原理及組成 數(shù)碼相機(jī)是由鏡頭、圖像傳感器、 A/D（模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器）、 MPU（微處理器）、內(nèi)置存儲器、 LCD（液晶顯示器）、 PC 卡（可移動存儲器）和接口（計算機(jī)接口、電視機(jī)接口）等部分組成，圖 21所示為數(shù)碼相機(jī)的工作原理。鏡頭將被攝景物的光學(xué)影像成像在圖像傳感器（ CCD或 CMOS）的表面上，圖像傳感器的主要功能是把光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，它代替了普通相機(jī)中膠卷的位置，這樣就得到了對應(yīng)于拍攝景 物的電信息圖像。圖像信號經(jīng)過 A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號，通過MPU（微處理器）可對數(shù)字信號進(jìn)行壓縮并轉(zhuǎn)化和相應(yīng)的處理，再轉(zhuǎn)換成特定的圖像格式。最后，圖像以文件的形式存儲在內(nèi)置存儲器中或可移動存儲卡中。從LCD（液晶顯示器）顯示屏上可以觀察到拍攝的圖像。經(jīng)過數(shù)碼相機(jī)的輸出接口，如 USB 接口，可將數(shù)字圖像文件傳送到計算機(jī)中，由顯示器顯示，也可以經(jīng)過圖像處理軟件處理，最后用打印機(jī)打印成圖片。 圖像傳感器 內(nèi)置存儲器 液晶顯示器 接口 鏡頭 模 /數(shù)轉(zhuǎn)換器 微處理器 圖 21 數(shù)碼相機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖 數(shù)碼相機(jī)的系統(tǒng)框圖如圖 22所示。 A/D MPU LCD 存儲卡 接口 內(nèi)存 數(shù)碼相機(jī)的設(shè)計 第 8 頁 共 31 頁 圖 22 數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)框圖 鏡頭 數(shù)碼相機(jī)有變焦鏡頭和定焦鏡頭之分，在數(shù)碼相機(jī)應(yīng)用的鏡頭中，其電子控制電路已經(jīng)完全和數(shù)碼相機(jī)的核心處理單元（微處理器）緊密地聯(lián)系起來。 鏡頭的作用是將光線及聚集到感光器件上來。數(shù)碼相機(jī)的感光器件很小，而且外部的光線 有時無法產(chǎn)生足夠的強(qiáng)度來使感光器件獲得足夠的光源信息。鏡頭就將外部的目標(biāo)物體反射回來的光線通過其特定的形狀，令光線折射到感光器件上。類似的工作狀態(tài)有點(diǎn)像我們小時候在太陽光下用放大鏡來燒螞蟻。 鏡頭是由許多塊鏡片組成的，這些鏡片的形狀大都不相同，所以每一塊鏡片在鏡頭中的作用也不一定一樣。一般來說，在不使鏡頭的透過率降低的情況下，采用多組的鏡片可以使鏡頭的成像更接近現(xiàn)實(shí)世界。 圖像傳感器 數(shù)碼相機(jī)的核心部件是圖像傳感器，其質(zhì)量決定了數(shù)碼相機(jī)的成像質(zhì)量。圖像傳感器的體積通常很小，但卻包含了幾十萬乃 至上千萬個具有感光特性的光電二極管，每個光電二極管即為一個像素。當(dāng)有光線照射時，這些光電二極管就會產(chǎn)生電荷積累，光線越多，電荷積累的就越多，然后這些積累的電荷就會被轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的圖像數(shù)據(jù)。目前用于數(shù)碼相機(jī)的圖像傳感器有兩種：一種為電荷耦合微處理器 圖像傳感器和控制電路 程序存儲器 系統(tǒng) DRAM 存儲設(shè)備 計算機(jī)接口 電視監(jiān)視器 顯示液晶 擴(kuò)展控制器 狀態(tài)液晶 用戶 I\O口 電池組 閃光燈 變焦、對焦電機(jī)控制電路 RS232USB 等通訊接口 視頻輸出 拾音器 數(shù)碼相機(jī)的設(shè)計 第 9 頁 共 31 頁 器件 CCD；另一種為互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體 CMOS。 CCD/CMOS 傳感器是數(shù)碼相機(jī)最重要的器件之一，也是數(shù)碼相機(jī)根本區(qū)別于傳統(tǒng)膠片相機(jī)的特征。 CCD 傳感器有一個重要的工作特征： CCD 傳感器輸出的是連續(xù)的電流信號。CCD 設(shè)計時沒有像 CMOS 那樣在周圍設(shè)置信號放大器，而是設(shè)置 一個緩沖器，將一行的信號按一定的時鐘周期連接成連續(xù)變化的電流信號輸出。在輸出端由圖像處理器依照時鐘信號的周期來確定信號的物理位置。 存儲器 數(shù)碼相機(jī)的存儲器是用于保存數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。存儲器可以分為內(nèi)置存儲器和可移動存儲器（或成為外置存儲器），內(nèi)置存儲器為半導(dǎo)體存儲器（芯片），用于臨時存儲圖像。早期數(shù)碼相機(jī)多采用內(nèi)置存儲器，而新近開發(fā)的數(shù)碼相