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然而,CMOS的缺点就是太容易出现杂点,这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时,由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。
两种感光元件的不同之处
由两种感光元件的工作原理可以看出,CCD的优势在于成像质量好,但是由于制造工艺复杂,只有少数的厂商能够掌握,所以导致制造成本居高不下,特别是大型CCD,价格非常高昂。
同时,这几年来,CCD从30万像素开始,一直发展到现在的600万,像素的提高已经到了一个极限。
在相同分辨率下,CMOS价格比CCD便宜,但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。
到目前为止,市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为感应器;
CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上,若有哪家摄像头厂商生产的摄想头使用CCD感应器,厂商一定会不遗余力地以其作为卖点大肆宣传,甚至冠以“数码相机”之名。
一时间,是否具有CCD感应器变成了人们判断数码相机档次的标准之一。
CMOS影像传感器的优点之一是电源消耗量比CCD低,CCD为提供优异的影像品质,付出代价即是较高的电源消耗量,为使电荷传输顺畅,噪声降低,需由高压差改善传输效果。
但CMOS影像传感器将每一画素的电荷转换成电压,读取前便将其放大,利用3.3V的电源即可驱动,电源消耗量比CCD低。
CMOS影像传感器的另一优点,是与周边电路的整合性高,可将ADC与讯号处理器整合在一起,使体积大幅缩小,例如,CMOS影像传感器只需一组电源,CCD却需三或四组电源,由于ADC与讯号处理器的制程与CCD不同,要缩小CCD套件的体积很困难。
但目前CMOS影像传感器首要解决的问题就是降低噪声的产生,未来CMOS影像传感器是否可以改变长久以来被CCD压抑的宿命,往后技术的发展是重要关键。
影响感光元件的因素
对于数码相机来说,影像感光元件成像的因素主要有两个方面:
一是感光元件的面积;
二是感光元件的色彩深度。
感光元件面积越大,成像较大,相同条件下,能记录更多的图像细节,各像素间的干扰也小,成像质量越好。
但随着数码相机向时尚小巧化的方向发展,感光元件的面积也只能是越来越小。
除了面积之外,感光元件还有一个重要指标,就是色彩深度,也就是色彩位,就是用多少位的二进制数字来记录三种原色。
非专业型数码相机的感光元件一般是24位的,高档点的采样时是30位,而记录时仍然是24位,专业型数码相机的成像器件至少是36位的,据说已经有了48位的CCD。
对于24位的器件而言,感光单元能记录的光亮度值最多有2^8=256级,每一种原色用一个8位的二进制数字来表示,最多能记录的色彩是256x256x256约16,77万种。
对于36位的器件而言,感光单元能记录的光亮度值最多有2^12=4096级,每一种原色用一个12位的二进制数字来表示,最多能记录的色彩是4096x4096x4096约68.7亿种。
举例来说,如果某一被摄体,最亮部位的亮度是最暗部位亮度的400倍,用使用24位感光元件的数码相机来拍摄的话,如果按低光部位曝光,则凡是亮度高于256备的部位,均曝光过度,层次损失,形成亮斑,如果按高光部位来曝光,则某一亮度以下的部位全部曝光不足,如果用使用了36位感光元件的专业数码相机,就不会有这样的问题。
感光元件的发展
CCD是1969年由美国的贝尔研究室所开发出来的。
进入80年代,CCD影像传感器虽然有缺陷,由于不断的研究终于克服了困难,而于80年代后半期制造出高分辨率且高品质的CCD。
到了90年代制造出百万像素之高分辨率CCD,此时CCD的发展更是突飞猛进,算一算CCD发展至今也有二十多个年头了。
进入90年代中期后,CCD技术得到了迅猛发展,同时,CCD的单位面积也越来越小。
但为了在CCD面积减小的同时提高图像的成像质量,SONY与1989年开发出了SUPERHADCCD,这种新的感光元件是在CCD面积减小的情况下,依靠CCD组件内部放大器的放大倍率提升成像质量。
以后相继出现了NEWSTRUCTURECCD、EXVIEWHADCCD、四色滤光技术(专为SONYF828所应用)。
而富士数码相机则采用了超级CCD(SuperCCD)、SuperCCDSR。
对于CMOS来说,具有便于大规模生产,且速度快、成本较低,将是数字相机关键器件的发展方向。
目前,在CANON等公司的不断努力下,新的CMOS器件不断推陈出新,高动态范围CMOS器件已经出现,这一技术消除了对快门、光圈、自动增益控制及伽玛校正的需要,使之接近了CCD的成像质量。
另外由于CMOS先天的可塑性,可以做出高像素的大型CMOS感光器而成本却不上升多少。
相对于CCD的停滞不前相比,CMOS作为新生事物而展示出了蓬勃的活力。
作为数码相机的核心部件,CMOS感光器以已经有逐渐取代CCD感光器的趋势,并有希望在不久的将来成为主流的感光器。
光学变焦
光学变焦英文名称为OpticalZoom,数码相机依靠光学镜头结构来实现变焦。
数码相机的光学变焦方式与传统35mm相机差不多,就是通过镜片移动来放大与缩小需要拍摄的景物,光学变焦倍数越大,能拍摄的景物就越远。
在买数码相机的时候,很多用户都会问,什么是数码变焦,什么是光学变焦,下面,我们就用图示来解释一下。
光学变焦是通过镜头、物体和焦点三方的位置发生变化而产生的。
当成像面在水平方向运动的时候,如下图,视觉和焦距就会发生变化,更远的景物变得更清晰,让人感觉像物体递进的感觉。
显而易见,要改变视角必然有两种办法,一种是改变镜头的焦距。
用摄影的话来说,这就是光学变焦。
通过改变变焦镜头中的各镜片的相对位置来改变镜头的焦距。
另一种就是改变成像面的大小,即成像面的对角线长短在目前的数码摄影中,这就叫做数码变焦。
实际上数码变焦并没有改变镜头的焦距,只是通过改变成像面对角线的角度来改变视角,从而产生了“相当于”镜头焦距变化的效果。
所以我们看到,一些镜头越长的数码相机,内部的镜片和感光器移动空间更大,所以变焦倍数也更大。
我们看到市面上的一些超薄型数码相机,一般没有光学变焦功能,因为其机身内根部不允许感光器件的移动,而像索尼F828、富士S7000这些“长镜头”的数码相机,光学变焦功能达到5、6倍。
如今的数码相机的光学变焦倍数大多在2倍-5倍之间,即可把10米以外的物体拉近至5-3米近;
也有一些数码相机拥有10倍的光学变焦效果。
家用摄录机的光学变焦倍数在10倍~22倍,能比较清楚的拍到70米外的东西。
使用增倍镜能够增大摄录机的光学变焦倍数。
如果光学变焦倍数不够,我们可以在镜头前加一增倍镜,其计算方法是这样的,一个2倍的增距镜,套在一个原来有4倍光学变焦的数码相机上,那么这台数码相机的光学变焦倍数由原来的1倍、2倍、3倍、4倍变为2倍、4倍、6倍和8倍,即以增距镜的倍数和光学变焦倍数相乘所得。
CCD尺寸
说到CCD的尺寸,其实是说感光器件的面积大小,这里就包括了CCD和CMOS。
感光器件的面积大小,CCD/CMOS面积越大,捕获的光子越多,感光性能越好,信噪比越低。
CCD/CMOS是数码相机用来感光成像的部件,相当于光学传统相机中的胶卷。
CCD上感光组件的表面具有储存电荷的能力,并以矩阵的方式排列。
当其表面感受到光线时,会将电荷反应在组件上,整个CCD上的所有感光组件所产生的信号,就构成了一个完整的画面。
如果分解CCD,你会发现CCD的结构为三层,第一层是“微型镜头”,第二层是“分色滤色片”以及第三层“感光层”。
第一层“微型镜头”
我们知道,数码相机成像的关键是在于其感光层,为了扩展CCD的采光率,必须扩展单一像素的受光面积。
但是提高采光率的办法也容易使画质下降。
这一层“微型镜头”就等于在感光层前面加上一副眼镜。
因此感光面积不再因为传感器的开口面积而决定,而改由微型镜片的表面积来决定。
第二层是“分色滤色片”
CCD的第二层是“分色滤色片”,目前有两种分色方式,一是RGB原色分色法,另一个则是CMYK补色分色法这两种方法各有优缺点。
首先,我们先了解一下两种分色法的概念,RGB即三原色分色法,几乎所有人类眼镜可以识别的颜色,都可以通过红、绿和蓝来组成,而RGB三个字母分别就是Red,Green和Blue,这说明RGB分色法是通过这三个通道的颜色调节而成。
再说CMYK,这是由四个通道的颜色配合而成,他们分别是青(C)、洋红(M)、黄(Y)、黑(K)。
在印刷业中,CMYK更为适用,但其调节出来的颜色不及RGB的多。
原色CCD的优势在于画质锐利,色彩真实,但缺点则是噪声问题。
因此,大家可以注意,一般采用原色CCD的数码相机,在ISO感光度上多半不会超过400。
相对的,补色CCD多了一个Y黄色滤色器,在色彩的分辨上比较仔细,但却牺牲了部分影像的分辨率,而在ISO值上,补色CCD可以容忍较高的感光度,一般都可设定在800以上
第三层:
感光层
CCD的第三层是“感光片”,这层主要是负责将穿过滤色层的光源转换成电子信号,并将信号传送到影像处理芯片,将影像还原。
传统的照相机胶卷尺寸为35mm,35mm为对角长度,35mm胶卷的感光面积为36x24mm。
换算到数码相机,对角长度约接近35mm的,CCD/CMOS尺寸越大。
在单反数码相机中,很多都拥有接近35mm的CCD/CMOS尺寸,例如尼康德D100,CCD/CMOS尺寸面积达到23.7x15.6,比起消费级数码相机要大很多,而佳能的EOS-1Ds的CMOS尺寸为36x24mm,达到了35mm的面积,所以成像也相对较好。
现在市面上的消费级数码相机主要有2/3英寸、1/1.8英寸、1/2.7英寸、1/3.2英寸四种。
CCD/CMOS尺寸越大,感光面积越大,成像效果越好。
1/1.8英寸的300万像素相机效果通常好于1/2.7英寸的400万像素相机(后者的感光面积只有前者的55%)。
而相同尺寸的CCD/CMOS像素增加固然是件好事,但这也会导致单个像素的感光面积缩小,有曝光不足的可能。
但如果在增加CCD/CMOS像素的同时想维持现有的图像质量,就必须在至少维持单个像素面积不减小的基础上增大CCD/CMOS的总面积。
目前更大尺寸CCD/CMOS加工制造比较困难,成本也非常高。
因此,CCD/CMOS尺寸较大的数码相机,价格也较高。
感光器件的大小直接影响数码相机的体积重量。
超薄、超轻的数码相机一般CCD/CMOS尺寸也小,而越专业的数码相机,CCD/CMOS尺寸也越大。
什么是曝光补偿
曝光补偿也是一种曝光控制方式,一般常见在±
2-3EV左右,如果环境光源偏暗,即可增加曝光值(如调整为+1EV、+2EV)以突显画面的清晰度。
数码相机在拍摄的过程中,如果按下半截快门,液晶屏上就会显示和最终效果图差不多的图片,对焦,曝光一切启动。
这个时候的曝光,正是最终图片的曝光度。
图片如果明显偏亮或偏暗,说明相机的自动测光准确度有较大偏差,要强制进行曝光补偿,不过有的时候,拍摄时显示的亮度与实际拍摄结果有一定出入。
数码相机可以在拍摄后立即浏览画面,此时,可以更加准确地看到拍摄出来的画面的明暗程度,不会再有出入。
如果拍摄结果明显偏亮或偏暗,则要重新拍摄,强制进行曝光补偿。
拍摄环境比较昏暗,需要增加亮度,而闪光灯无法起作用时,可对曝光进行补偿,适当增加曝光量。
进行曝光补偿的时候,如果照片过暗,要增加EV值,EV值每增加1.0,相当于摄入的光线量增加一倍,如果照片过亮,要减小EV值,EV值每减小1.0,相当于摄入的光线量减小一倍。
按照不同相机的补偿间隔可以以1/2(0.5)或1/3(0.3)的单位来调节。
被拍摄的白色物体在照片里看起来是灰色或不够白的时候,要增加曝光量,简单的说就是“越白越加”,这似乎与曝光的基本原则和习惯是背道而驰的,其实不然,这是因为相机的测光往往以中心的主体为偏重,白色的主体会让相机误以为很环境很明亮,因而曝光不足,这也是多数初学者易犯的通病。
以下面两幅图片为例,上面的是曝光补偿等于0时候所拍的,而后者是等于+1时所拍的,可见区别明显。
由于相机的快门时间或光圈大小是有限的,因此并非总是能达到2EV的调整范围,因此曝光补偿也不是万能的,在过于暗的环境下仍然可能曝光不足,此时要考虑配合闪光灯或增加相机的ISO感光灵敏度来提高画面亮度。
几乎所有的数码相机的曝光补偿范围都是一样的,可以在正负2EV内加、减,但是加减并不是连续的,而是以1/2EV或者1/3EV为间隔跳跃式的。
早期的老式数码相机比如柯达的DC215就是以1/2EV为间隔的,于是有-2.0、-1.5、-1、-0.5和+0.5、+1、+1.5、+2共8个档次,而目前主流的数码相机分档要更细一些,是以1/3EV为间隔的,于是就有-2.0、-1.7、-1、-1.0、-0.7、-0.3和+0.3、+0.7、+1.0、+1.3、+1.7、+2.0等共12个级别的补偿值。
一般的说,景物亮度对比越小,曝光越准确,反之则偏差加大。
相机的档次有高有低,档次高的,测光就比较准确,低的则偏差也会加大。
如果是传统相机,胶卷的宽容度是比较大的,曝光的偏差在一定范围内不会有大问题,但是数码相机的CCD宽容度就比较小,轻微的曝光偏差都可能影响整体的效果。
总而言之,曝光补偿的调节是经验加上对颜色的敏锐度所决定的,用户一定要多比较不同曝光补偿下的图片质量,清晰度、还原度和噪点的大小,才能拍出最好的图片。
光圈范围是多少
光圈英文名称为Aperture,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。
我们平时所说的光圈值F2.8、F8、F16等是光圈“系数”,是相对光圈,并非光圈的物理孔径,与光圈的物理孔径及镜头到感光器件(胶片或CCD或CMOS)的距离有关。
表达光圈大小我们是用F值。
光圈F值=镜头的焦距/镜头口径的直径从以上的公式可知要达到相同的光圈F值,长焦距镜头的口径要比短焦距镜头的口径大。
当光圈物理孔径不变时,镜头中心与感光器件距离愈远,F数愈小,反之,镜头中心与感光器件距离愈近,通过光孔到达感光器件的光密度愈高,F数就愈大。
完整的光圈值系列如下:
F1,F1.4,F2,F2.8,F4,F5.6,F8,F11,F16,F22,F32,F44,F64。
这里值得一题的是光圈F值愈小,在同一单位时间内的进光量便愈多,而且上一级的进光量刚是下一级的一倍,例如光圈从F8调整到F5.6,进光量便多一倍,我们也说光圈开大了一级。
多数非专业数码相机镜头的焦距短、物理口径很小,F8时光圈的物理孔径已经很小了,继续缩小就会发生衍射之类的光学现象,影响成像。
所以一般非专业数码相机的最小光圈都在F8至F11,而专业型数码相机感光器件面积大,镜头距感光器件距离远,光圈值可以很小。
对于消费型数码相机而言,光圈F值常常介于F2.8-F16。
此外许多数码相机在调整光圈时,可以做1/3级的调整。
防抖性能
初次接触数码相机的人常常会有这样的困惑,即拍摄出来的画面不够清晰,老是会发生重影或模糊的情况。
究其原因,除了偶尔的失焦(即相机未能正常对焦)以外,很大程度上是因为快门速度过低所致。
一般而言,在手持条件下,拍摄到清晰照片的快门速度应该达到焦距倒数甚至更高。
举个简单例子:
佳能A75的镜头等效焦距是35mm―105mm,那么在广角端,快门速度应该至少保持1/40秒才能保证拍摄的照片较为清晰,而在长焦端,快门速度应该要达到1/125秒才行。
而且如果现场的光线条件不能满足这一要求,那么拍摄出清晰的照片便不是那么简单的事情了。
可想而知,对于那些10倍光学变焦的产品而言,防抖技术则是更加必要,因为这些产品的长焦端往往达到370MM以上,因此,快门速度必须要在1/400秒以上才算合格,否则就只能望远兴叹了。
其实在实际拍摄中拍摄者的手在胶片或是CCD/CMOS感光过程中的抖动是客观存在的,防是防不住的,只能是靠特殊的机构来减小由于摄影者手的抖动带来的影像模糊。
防抖,到目前为止,分三大类型:
光学防抖、电子防抖和感光器(CCD)防抖。
目前推出过具有光学防抖功能的数码相机的厂家有:
佳能、尼康、奥林巴斯、柯尼卡美能达、松下和适马。
防抖的好处,在一定的快门以下,防抖技术可以非常好的解决手抖问题,小DC上的防抖对于新手来说尤其重要,使他们可以获得更多的清晰的照片。
但是,同时,防抖技术也会造成成像锐度的降低。
毕竟镜头里多了个浮动的镜片。
这对于要求较高的摄影爱好者来说,也是比较不好接受的,所以这也就是为什么所有的防抖系统都会有个开关,用户可以选择取消或打开防抖。
加上防抖系统是非常耗电的,所以我一般不打开防抖开关,而是要用的时候才开。
什么是白平衡调节
白平衡英文名称为WhiteBalance。
物体颜色会因投射光线颜色产生改变,在不同光线的场合下拍摄出的照片会有不同的色温。
例如以钨丝灯(电灯泡)照明的环境拍出的照片可能偏黄,一般来说,CCD没有办法像人眼一样会自动修正光线的改变。
下面一些图片,就显示了在不同颜色光线下的不同图象。
此图为在正常光源下使用白平衡的图片
第一幅图片采用自然光,强加白平衡后,图像偏蓝。
若在灯光底下用白平衡,图片的色调就会恢复到原色状态,白平衡会按目前画像中图像特质,立即调整整个图像红绿蓝三色的强度,以修正外部光线所造成的误差。
有些相机除了设计自动白平衡或特定色温白平衡功能外,也提供手动白平衡调整。
平衡就是无论环境光线如何,让数码相机默认“白色”,就是让他能认出白色,而平衡其他颜色在有色光线下的色调。
颜色实质上就是对光线的解释,在正常光线下看起来是白颜色的东西在较暗的光线下看起来可能就不是白色,还有荧光灯下的"
白"
也是"
非白"
。
对于这一切如果能调整白平衡,则在所得到的照片中就能正确地以"
为基色来还原其他颜色。
现在大多数的商用级数码相机均提供白平衡调节功能。
正如前面提到的白平衡与周围光线密切相关,因而,启动白平衡功能时闪光灯的使用就要受到限制,否则环境光的变化会使得白平衡失效或干扰正常的白平衡。
一般白平衡有多种模式,适应不同的场景拍摄,如:
自动白平衡、钨光白平衡、荧光白平衡、室内白平衡、手动调节。
自动白平衡:
自动白平衡通常为数码相机的默认设置,相机中有一结构复杂的矩形图,它可决定画面中的白平衡基准点,以此来达到白平衡调校。
这种自动白平衡的准确率是非常高的,但是在光线下拍摄时,效果较差,而在多云天气下,许多自动白平衡系统的效果极差,它可能会导致偏蓝。
钨光白平衡
荧光白平衡
适合在荧光灯下作白平衡调节,因为荧光的类型有很多种,如冷白和暖白,因而有些相机不只一种荧光白平衡调节。
各个地方使用的荧光灯不同,因而“荧光”设置也不一样,摄影师必须确定照明是哪种“荧光”,使相机进行效果最佳的白平衡设置。
在所有的设置当中,“荧光”设置是最难决定的,例如有一些办公室和学校里使用多种荧光类型的组合,这里的“荧光”设置就非常难以处理了,最好的办法就是“试拍”了。
室内白平衡
室内白平衡或称为多云、阴天白平衡,适合把昏暗处的光线调置原色状态。
并不是所有的数码相机都有这种白平衡设置,一般来说,白平衡系统在室外情况时处于最优状态,无需这些设置。
但有些制造商在相机上添加了这些特别的白平衡设置,这些白平衡的使用依相机的不同而不同。
手动调节
这种白平衡在不同地方有各不相同的名称,它们描述的是某些普通灯光情况下的白平衡设置。
一般来说,用户需要给相机指出白平衡的基准点,即在画面中哪一个“白色”物体作为白点。
但问题是什么是“白色”,譬如不同的白纸会有不同的白色,有些白纸可能稍微偏黄些,有些白纸可能稍稍偏白,而且光线会影响我们对“白色”色感,那么怎样确定“真正的白色”?
解决这种问题的一种方法是随身携带一张标准的白色的纸,拍摄时拿出来比较一下被摄体就行了。
这个方法的效果非常好,那么在室内拍摄中很难决定此种设置时,不妨根据“参照”白纸设置白平衡。
在没有白纸的时候,让相机对准眼球认为是白色的物体进行调节。
电池类型
数码相机需要电池以维持正常运作。
一般情况下,数码相机可以采用干电池、碱性锌锰电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池以及锂电池等作为其电源。
碱性锌锰电池
这种电池是我们在市场上很容易买得到的5号电池,他们的没有经过特殊的材料和技术改造,使用这种电池的数码照相机多为底端产品。
因为市场销售面广,所以用户不需担心这种电池的价格,但是,也因为技术普通,其供电量和持久力远远比比不上其他几种的电池。
有的时候,他的电不足以带动数码相机的启动,甚至会对数码相机造成影响。
镍氢电池
这种电池是早期镍镉电池的替代产品,相对于镍镉电池来说,镍氢电池具有更加引人注目的优势。
它大大减少了镍镉电池中存在的“记忆效应”,这使镍氢电池的使用更加方便,循环使用寿命更加长久(可达1000次)。
此外,镍氢电池还具有电容量高、放电深度大、耐过充和过度放电、充电时间短等明显的优点。
最重要的是镍氢电池不再使用有毒的重金属作为材料,可以消除其对环境的污染。
同时,在电学特性方面与镍镉电池基本相似,在实际应用中完全可以替代镍镉电池而不需要对相机进行任何的改造。
当然,镍氢电池也不是十全十美的,它也存在着一些缺点。
它的高温特性比较差,在45摄氏度以上的高温环境下以及0摄氏度以下的低温环境下,镍氢电池将无法正常工作,甚至根本无法启动相机;
另外,这种电池的自放电率也是比较高的,存放一段时间后会发现它的电能明显减少;
还有一个是镍氢电池也存在着轻微的
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