第4章 数码相机的工作原理.docx
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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。
⑴CCD光电传感器
CCD光电传感器是电荷耦合器件图像传感器CCD(chargecoupleddevice).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。
下面两张图就是CCD的外形和结构图。
目前,CCD的种类有很多,其中面阵型CCD是主要应用在数码相机中。
它是由许多单个感光二极管组成的阵列,整体呈正方形,然后像砌砖一样将这些感光二极管砌成阵列来组成可以输出一定解析度图像的CCD传感器。
见下图:
CCD的特点是,它是由硅化物半导体材料集成的电路器件,因此集成工艺复杂,所以成品率低,成本高。
但是尽管制造工艺复杂,由于这种工艺已经成熟,所以现在大部分数码相机都在应用。
2CMOS光电传感器
CMOS是互补金属氧化物半导体器件。
CMOS和CCD的主要区别上面讲过,CCD是半导体硅单晶集成电路,而CMOS是互补金属氧化物半导体集成电路,CMOS的光电转换功能与CCD相似,主要区别是读出信息转换不同。
另外,CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别,主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,使其在CMOS上共存着带N(带–电)和P(带+电)级的半导体,这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。
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。
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作为图像感应器;CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上。
但是CMOS传感器具有电路简单容易集成,便于大规模生产,成品率高,成本低,体积小,价格低,耗电省(仅为CCD芯片的1/10左右),读出信息简单等特点。
由于电路集成容易,所以CMOS可以制成比CCD面积大的芯片,是未来数码相机的理想芯片。
但由于刚起步制造,现在大多CMOS芯片成像质量比CCD差,表现为图像不够清晰,噪点多。
不过,由于CMOS比CCD有许多优点,因此许多厂家努力解决CMOS成像技术,近年来CMOS改进很大,有的CMOS芯片已赶上CCD芯片,有些高档专业数码相机例如佳能的单反数码相机就安装了CMOS光电传感器,其面积是24毫米X36毫米,这相当于35毫米的传统相机的底片面积。
例如,目前,在佳能(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。
⑶CCD和CMOS的面积
135传统相机使用的是35毫米的胶片底片,其成像面积为24毫米X36毫米,而数码相机的CCD面积远远小于该底片面积。
通常CCD的面积只有35毫米胶片底片面积的百分之几到百分之几十。
现在市面上的消费级数码相机的CCD面积主要有2/3、1/8、1/2.7、1/3.2英寸(对角线)等四种。
CCD/CMOS尺寸越大,感光面积越大,成像效果越好。
但是制造大面积的CCD/CMOS比较困难,成本也非常高。
现在只有专业相机例如单反数码相机的CMOS的面积已经做到35毫米胶片的的24毫米X36毫米的面积。
第三节数码相机的A/D模数转换器
A/D转换器又叫做ADC(AnalogDigitalConverter),即模拟数字转换器.其功能是它是将接受到的光电传感器(CCD或CMOS)输出的模拟电信号(电荷量)转换为二进制数字电信号再输至DSP数字信号处理器,由DSP再将这些数字电信号处理成数码图像.A/D转换器的主要指标是转换速度和量化精度.转换速度是指将模拟信号转换为数字信号所用的时间,由于高分辨率图像的像素数量庞大,因此对转换速度要求很高,当然高速芯片的价格也相应较高.量化精度是指可以将输入的模拟电信号量转换为由多少个相应等级的数字量来表示.这种数字量用二进制的位(Bit)的多少来表示。
一般低中档数码相机用8位或16位表示,高档数码相机用12位。
例如,如果被摄景物是不发光的黑体,则通过相机输入至A/D的光电模拟电信号是0,而其输出的数字信号对相应的8位、10位和12位二进制数是00000000、0000000000和000000000000。
如果被摄景物发出的是白色光,则输入至A/D的光电模拟信号量最高,其输出对应的二进制数是11111111、1111111111和111111111111。
因此,通过A/D的转换,就可以以相应的最高和最低值的二进制数之间的二进制数来表示被摄景物光线的强弱大小,显而易见,A/D转换的二进制位数越多,图像的黑白层次越多,图像越细致清楚。
上面我们所讲述的只是对黑白之间的单色光的转换,如果对由红绿蓝三基色光组成的彩色光,对某一基色光来说,相机所用的二进制的位数越高,则颜色的明亮层次越多,图像可以做到更鲜艳。
说CCD是将实际景物的图像在X和Y的方向上量化构成为为若干像素,那么A/D转换器则是将每一个像素的亮度或色彩值量化为若干个等级.这个等级在数码相机中叫做色彩深度.数码相机的技术指标中无一例外地给出了色彩深度值,那么色彩深度对拍摄的效果有多大的影响呢?
其实色彩深度就是色彩位数,它以二进制的位(bit)为单位,用位的多少表示色彩数的多少.常见的有24位、30位和36位.具体来说,一般中低档数码相机中每种基色的深度位数采用8位或10位表示,高档相机采用12位.三种基色红、绿、蓝总的色彩深度为基色位数乘以3,即8×3=24位、10×3=30位或12×3=36位.数码相机色彩深度位数反映了数码相机能准确表示色彩的多少,以24位为例,三基色(红、绿、蓝)各占8位二进制数,也就是说红色可以分为2^8=256个不同的等级,绿色和蓝色也是一样,那么它们的组合为256×256×256=16777216,即约1600万种颜色,而30位可以表示10亿种,36位可以表示680亿种颜色.数码相机拍摄的景物的色彩深度位数值越高,就越能真实地反映被摄景物的实际色彩.
第四节数码相机的存储介质
目前数码相机的存储介质主要有美国金士顿和台湾宇瞻等公司的SM、CF、XD、SD、MMC卡等存储卡,这些存储卡又称为闪存卡,另外还有由日本索尼(SONY)公司生产的只用于索尼公司数码产品的记忆棒(记忆棒是50毫米长,21.5毫米宽,2.8毫米厚和32毫米长,20毫米宽,1.6毫米厚的存储卡)Anevenmorecompactformat,MemoryStickDuo,is32mmlong,20mmwide,and1.6mmthick.等。
以上介质存储容量由32M、64M、128M、256M、512M、1G至更高。
有的存储介质的存储量已达到32GB如宇瞻CF266X。
需要指出,由于至今国际上对数码相机的存储介质还没有制定一个统一标准化的规定,所以不同厂家的数码相机对以上存储介质不是全都兼容。
第五节数码相机的存储格式
数码相机对照片文件的存储格式主要有TIFF、JPEG(对应文件后缀是..tif和.jpg)和RAW等格式。
下面我们分别介绍这三种格式。
TIFF是一种非失真的压缩格式(最高2-3倍的压缩比)。
这种压缩是文件本身的压缩,即把文件中某些重复的信息采用一种特殊的方式记录,文件可完全还原,能保持原有图颜色和层次,优点是图像质量好,兼容性比RAW格式高,但占用空间大。
JPEG是一个可以提供优异图像质量的文件压缩格式,设置为JPEG格式所拍摄的照片在相机内部通过影像处理器已经加工完毕,可以直接出片。
而且在大部分数码相机中,这个“加工”功能还是很出色的,虽然JPEG是一种有损压缩格式,一般情况下,只要不追求图像过于精细的品质,你会发现JPEG有诸多值得考虑的优势,所谓压缩格式就是,JPEG获得一个图像数据,通过去除多余的数据,减少它的储存大小,但在压缩过程中丢掉的原始图像的部分数据是无法恢复的,通常压缩比率在10:
1至40:
1之间,这样JPEG可以节省很大一部份存储卡的空间,从而大大增加了图片拍摄的数量,并加快了照片存储的速度,同而也加快的连续拍摄的速度,所以广泛用于新闻摄影。
如此之多的好处,对于大多数人和普通家庭来说,低压缩率(高质量)的JPEG文件图像质量还是一个不错的图像
RAW记录格式,其实严格的说RAW并非一种图像格式,不能直接编辑,RAW是相机的CCD或CMOS在将光信号转换为电信号的原始数据的记录,单纯地记录了数码相机内部没有进行任何处理的图像数据,将其存储下来。
由于RAW是对照片文件未经处理、也未经压缩的格式,可以把RAW概念化为“原始图像编码数据“或更形象的称为“数码底片”,意思是相当于传统相机的胶卷底片。
将其比作“底片”是因为想通过“底片”获得完美照片,是需要后期“电子暗房”工作支持的。
RAW像TIFF格式一样,是一种“无损失”数据格式,RAW格式是“原汁原味”未经处理的图像。
最后要指出的是,对照片的处理,我们不要把相机中的图片全部寄托在后期电脑修正调整上,我们要明白一张图片一旦曝光过度或严重不足,后期再如何对图片进行调整也不会达到满意效果,再有经验的美术编辑,也不可能把它修复成完美的图片,所以我们应当从一开就要使用正确的摄影技术,去用心拍摄每一张图片,后期只是通过对图片简单的整体或局部的调整,让图片呈现出最佳或特殊的视觉效果,但调整要适度,不然效果会适得其反,给一种“过了”或“假”的感觉。
摄影是视觉艺术,是精彩瞬间的凝固,我们还是还是应当钟爱摄影时捕捉住的瞬间画面,这个原始瞬间是使人能真实感动、震撼和深刻观察的瞬间,如果不是特殊需要,如制作特殊效果的数码照片等,我们最好不浪费大量的时间和精力在图片后期修图和调图工作上,有这时间您还不如在摄影技术上上多下下点功夫,技术练到家这才是一劳永逸。
第六节数码相机的象素
数码相机的象素数是由数码相机内的光电传感器(CCD,CMOS)上的光电二极管的数目所决定的。
因此,数码相机的象素值越大,意味着光电二极管数目越多。
在用数码相机拍照时,CCD或CMOS上的每个光电二极管就对输进来的光线的名暗和不同色彩产生不同反应,因而产生相应的不同强度的电流,再由数码相机内的模数转换器A/D转换为二进制数字,最后再由数码相机转换为图像。
一般说来,一个光电二极管就是一个象素,在拍出的图片上就是相应的一个光点,这些许多大量的光点组合就显示出图像。
因此可以说,象素是构成图像的最小单位。
如果把数码相机拍出的图像照片在电脑显示器上无限放大象素(光点)就被放大,变成方形的马赛克形状而一块马赛克就是一个象素。
数码相机的象素值越高,相应的光电传感器上的光电二极管的数目就越多,工艺程序就复杂,相应的成本就越高,这样的数码相机的价格自然也就越贵。
目前市场上流行的数码相机象素一般在200万至800万之间。
单反数码相机在800万至1000多万个象素之间。
对于象素,我们还要介绍以下常用的几个参数:
1.图片象素数的大小:
象素是构成图片图像的最基本单位,实际上也是数码相机光电传感器上的光电二极管数多少。
图像的象素数大小是指图像在高和宽两个方向的象素数的乘积。
例如宽度和高度均为100个象素的图片,该图像的象素数就是10000个象素。
我们通常介绍图片尺寸的大小,在不明确说明其他单位的情况下,都以该图片的象素多小来表示该图片的尺寸大小。
例如,某一广告图片大小是468x60,那就是广告条的宽度是468个象素,高度是60个象素。
图像象素越多,表明该图像文件尺寸越大,所占用的相机的存储量越多。
数码相机给的的象素数,就是表示用该数码相机拍出的照片所具有的大小尺寸。
例如300万象素的数码相机照片尺寸通常是2048x1536,而500万象素的照片尺寸则是2560x1920。
另外还要指出的是,图像的像素越多,即尺寸越大,可打印出大尺寸的清晰照片,而低像素的图像如果打印与大象素素尺寸相同的照片,那清晰度就受影响。
2.图像分辨率:
图像分辨率是指打印图像时,在一个单位长度上可打印出来的象素数。
通常以“象素/英寸”(ppi)来表示。
3显示器分辨率:
在显示器上一个单位长度显示的象素数或点数。
通常以“点/英寸”(dpi)来表示。
显示器的分辨率大小由显示器尺寸大小和象素数来设置。
PC计算机的显示器的典型分辨率通常是96dpi。
4打印机分辨率:
与上述PC机的显示器分辨率类似,打印机的分辨率也以“点/英寸”来表示。
如果打印机的分辨率为300dpi-600dpi,则图像的分辨率最好为72ppi-150ppi。
如果打印机的分辨率为1200dpi或更高,则图像分辨率最好为200ppi-300ppi。
通常情况下,如果希望将图像只用于显示器显示,可将图像分辨率设置为72ppi或96ppi(与显示器分辨率相同)。
如果要将图像用于印刷输出,则应将起设置为300ppi或更高。
如果用于照片冲洗或打印机打印,在拍照时需要将数码相机设置为300万象素或更高拍照。
下面再介绍有关象素的几个应用问题:
1在常用的数码相机象素数通常在200万-1000万象素值。
如果拍照时,选择数码相机高象素模式,则拍得的照片可冲洗更大尺寸的照片,不过从照片的清晰度来看,将300万象素以上冲洗出来的各象素照片比较来看,没有什么差异。
因此外出旅游期间,为了节约数码相机的存储卡的存储空间,并不一定要选择相机的最大象素设置来拍摄照片。
例如,用具有500万象素的数码相机拍照时,可选则其300万象素档的功能拍照,这样可拍得数量更多的照片在存储卡里存储。
下面是部分数码相机的象素设置与可冲洗或打印最佳照片尺寸对照表,可以根据自己希望冲印照片的大小来选择使用:
数码相机象素值设置
单位:
万象素
照片文件分辨率(象素数)
可冲印最佳照片尺寸
500
2560X1920
>12R(12X18英寸)
400
2272X1700
8R(8X10英寸)
300
2048X1536
5R(5X7英寸)
200
1600X1200
5R(5X7英寸)
150
1280X1024
4R(4X6英寸)
从上面对比可以看出,如果要冲印出一般常用规格的5英寸照片,其实300万象素值的相机图像分辨率是足够了。
如果自己的数码照片只是用来在电脑上浏览或者发布到网站上,那么即使设置为100万象素也足够了。
一般512M的存储卡按300万象素设置,通常可以照出400多张照片。
所以,为了以后冲印考虑,选择300万象素是比较合理的。
所以对数码相机的象素选择并非越高越好,主要考虑实际需要。
第七节数码相机的场景模式
一般而言,数码相机内预先调节好光圈、快门、焦距、测光方式及闪光灯等参数值,以便于那些经验不足的用户拍出有一定质量保证的数码相片。
不过用现有的模式也未必能拍出高质量的照片。
相当一部份朋友使用的是数码相机的AUTO(自动)模式,而在特定的拍摄环境中,其相片质量当然难以保障。
因此为了更加方便初级用户的使用,数码相机厂商在数码相机内加入了数种场景模式,这样就更加方便拍出高质量的照片。
目前,数码相机内的场景模式少则有四、五种,多则有二三十种。
以下最常见的八种模式:
风景模式:
拍摄风景名胜时,数码相机会把光圈调到最小以增加景深,另外对焦也变成无限远,使相片获得最清晰的效果。
人像模式:
用来拍摄人物相片,如证件照。
数码相机会把光圈调到最大,做出浅景深的效果。
而有些相机还会使用能够表现更强肤色效果的色调、对比度或柔化效果进行拍摄,以突出人像主体。
夜景模式:
夜景模式一般有两种,前者使用1/10秒左右的快门进行拍摄,从而有可能导致曝光不足。
而后者则使用数秒长的快门曝光时间,以保证相片充分曝光,相片画面也会比较亮。
上述两种都使用较小的光圈进行拍摄,同时闪光灯也会关闭。
夜景人像模式:
在夜景中拍摄人物(如逛灯会),数码相机通常会使用数秒至1/10秒左右的快门拍摄远处的风景,并使用闪光灯照亮前景的人物主体,闪光灯通常会在快闪关闭前被触发。
动态模式(运动模式):
用来拍摄高速移动的物体,数码相机会把快门速度调到较快(1/500秒),或提高ISO感光值。
微距模式:
用来拍摄细微的目标如花卉、昆虫等等,数码相机会使用“微距”焦距,并关闭闪光灯。
逆光模式:
在一些背光的环境下使用,即主体的背后有较强的光线。
相机会采用重点测光以增强曝光的准确性、并增加EV值以避免主体过暗,有些相机还会使用闪光灯进行补光。
全景模式:
拍摄超宽幅度的画面(如山脉、大海)时,数码相机会在每张相片后留出多余位置,帮助摄影者连续拍摄多张风景相片,再组成一张超宽的风景照。
一般而言,数码相机内预先调节好光圈、快门、焦距、测光方式及闪光灯等参数值,以便于那些经验不足的用户拍出有一定质量保证的数码相片。
不过用现有的模式也未必能拍出高质量的照片。
相当一部份摄影者使用的是数码相机的AUTO(自动)模式,而在特定的拍摄环境中,其相片质量当然难以保障。
因此为了更加方便初级用户的使用,数码相机还设置了曝光补偿功能。
第八节ISO感光度
传统胶卷相机上ISO代表感光速度的标准,在数码相机中ISO定义和胶卷相同,代表着CCD或者CMOS感光元件的感光速度,ISO数值越高就说明该感光材料的感光能力越强。
ISO的计算公式为S=0.8/H(S感光度,H为曝光量)。
从公式中我们可以看出,感光度越高,对曝光量的要求就越少。
ISO200的胶卷的感光速度是ISO100的两倍,换句话说在其他条件相同的情况下,ISO200胶卷所需要的曝光时间是ISO100胶卷的一半。
在数码相机内,通过调节等效感光度的大小,可以改变光源多少和图片亮度的数值。
因此,感光度也成了间接控制图片亮度的数值。
在传统135胶卷相机中,等效感光值是相机底片对光线反应的敏感程度测量值,通常以ISO数码表示,数码越大表示感旋光性越强,常用的表示方法有ISO100、400、1000等,一般而言,感光度越高,底片的颗粒越粗,放大后的效果较差,而数码相机为也套用此ISO值来标示测光系统所采用的曝光,基准ISO越低,所需曝光量越高。
感光度一般用ISO值表示,这个数值增大,胶卷对光线的敏感程度也增,这样就可以在不同的光线进行拍摄。
像ISO100的胶卷最适合在阳光灿烂的户外进行拍摄,而ISO400的胶卷则可以在室内或清晨、黄昏等光线较弱的环境下拍摄。
数码照相机与普通照相机不同,它的感光器件是使用了CCD或者CMOS,对曝光多少也就有相应要求,也就有感光灵敏度高低的问题。
这也就相当于胶片具有一定的感光度一样,数码相机厂家为了方便数码相机使用者理解,一般将数码相机的CCD的感光度(或对光线的灵敏度)等效转换为传统胶卷的感光度值,因而数字照相机也就有了“相当感光度”的说法。
用通常衡量胶片感光度高低的眼光来看,目前数字照相机感光度分布在中、高速的范围,最低的为ISO50,最高的为ISO6400,多数在ISO100左右。
对某些数字照相机来说,感光度是单一的,加之CCD的感光宽容度很小,因而限制了它们的在光线过强或过弱条件下的使用效果。
另外一些数字照相机相当感光度有一定的范围,但即使在所允许范围内,将感光度设置得高或低,拍摄效果亦有所区别,平时拍摄应将它置于最佳感光度上这一档上。
和传统相机一样,低ISO值适合营造清晰、柔和的图片,而高的ISO值却可以补偿灯光不足的环境。
在光线不足不允许或不方便使用闪光灯的情况下,可以通过ISO值来增加照片的亮度。
数码相机ISO值的可调性,使得我们有时仅可通过调高ISO值、增加曝光补偿等办法,减少闪光灯的使用次数。
调高ISO值可以增加光亮度,但是也可能增加照片的噪点。
第九节数码相机的直方图
目前数码相机的功能越来越多,而且许多消费级数码相机也具备了原本在高档或者专业级数码相机上才出现的功能,我们下面就来谈谈数码相机中一种较为实用的功能应用就是DC中的是直方图功能。
为实用的功能应用就是DC中的是直方图功能。
为什么要用直方图辅助拍摄?
LCD不能够作为测试曝光准确度的原因在于LCD显示的方式,LCD显示屏的显示像素比较少,而且数码相机液晶显示出来的照片都比较明亮。
因此在LCD显示屏上看到的照片都比实际的要明亮得多。
所以直方图就成为我们除了肉眼观察图片明暗之外另一种有利的手段,直方图显示照片各部分的光的强弱表现,所以,在我们拍摄的时候,我们就可以很方便的知道将拍摄的照片的第一手信息了直方图概念
随着数码相机(以下简称DC)图像处理技术的不断发展,越来越多的相机内置了直方图的功能。
虽然直方图对初学者来说,还很陌生。
但它却早已存在于我们的生活、工作中。
如在著名的图像处理软件Photoshop里面,对应直方图的命令就是Histogram(中文版为“直方图”)。
在一张图片的直方图中,横轴代表的是图像中的亮度,由左向右,从全黑逐渐过渡到全白;纵轴代表的则是图像中处于这个亮度范围的像素的相对数量。
在这样一个二维的坐标系上,我们便可以对一张图片的明暗程度有一个准确的了解。
直方图的特性
DC中的直方图功能与Photoshop中的是一样的。
当直方图中的黑色色块偏向于左边时,
说明这张照片的整体色调偏暗,也可以理解为照片欠曝。
而当黑色色块集中在右边时,
说明这张照片整体色调偏亮,除非是特殊构图需要,否则我们可以理解为照片过曝。
直方图是通过在LCD上显示出来的图形化参数来确定照片曝光精确度的手段。
对
于任何照片而言,直方图都是显示的照片的明亮度状况,左边的是阴影部分,右边
是高光部分。
通过图上的峰
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- 第4章 数码相机的工作原理 数码相机 工作 原理