5.5數(shù)碼相機(jī)簡(jiǎn)介5.5.1數(shù)碼相機(jī)的組成5.5.2數(shù)碼相機(jī)的工作過(guò)程5.5.3數(shù)碼相機(jī)的數(shù)據(jù)處理5.5數(shù)碼相機(jī)簡(jiǎn)介數(shù)碼相機(jī)是數(shù)字時(shí)代的一個(gè)重要標(biāo)志，它集光學(xué)技術(shù)、傳感技術(shù)、微電子技術(shù)以及計(jì)算機(jī)技術(shù)和機(jī)械技術(shù)的優(yōu)勢(shì)于一體，采用光電陣列圖像傳感器，將光點(diǎn)圖像信息轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的光點(diǎn)電信息，再加以特定處理并進(jìn)行存儲(chǔ)，是一個(gè)典型的光機(jī)電一體化產(chǎn)品。目前，數(shù)碼相機(jī)種類(lèi)繁多、功能各異。有便攜式卡片數(shù)碼相機(jī)、長(zhǎng)焦數(shù)碼相機(jī)、專(zhuān)業(yè)級(jí)單反數(shù)碼相機(jī)。5.5.1數(shù)碼相機(jī)的組成數(shù)碼相機(jī)通常是由：鏡頭、圖像傳感器、A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器、MPU微處理器、LCD液晶顯示屏、存儲(chǔ)卡（移動(dòng)存儲(chǔ)器）、輸出接口等部件組成。5.5.1數(shù)碼相機(jī)的組成1.鏡頭數(shù)碼相機(jī)鏡頭的作用與普通相機(jī)鏡頭作用相同，用于取景、對(duì)焦和成像。數(shù)碼相機(jī)使用以下四種鏡頭：定焦鏡頭：價(jià)格便宜且非常適合抓拍，但是很受局限。自動(dòng)調(diào)焦的光學(xué)變焦鏡頭：類(lèi)似于攝像機(jī)的鏡頭，具備“廣角”與“遠(yuǎn)攝”選項(xiàng)和自動(dòng)聚焦功能。數(shù)字變焦鏡頭：在圖像傳感器中央獲取像素并進(jìn)行軟件數(shù)字插補(bǔ)，以形成完整大小的圖像，這種方法形成的圖像可能有顆粒感或較模糊?？筛鼡Q鏡頭：這和35mm相機(jī)使用的可更換鏡頭類(lèi)似，高級(jí)單反數(shù)碼相機(jī)可以使用35mm相機(jī)所使用的鏡頭。5.5.1數(shù)碼相機(jī)的組成2.圖像傳感器圖像傳感器是數(shù)碼相機(jī)的核心部件，其像素?cái)?shù)決定了數(shù)碼相機(jī)的成像質(zhì)量。圖像傳感器的尺寸通常小于24mm×35mm，但包含了幾百萬(wàn)乃至上千萬(wàn)個(gè)具有感光特性的光敏元件——光電二極管，每個(gè)光敏元件即為一個(gè)像素。當(dāng)有光線照射時(shí)，光電二極管就會(huì)產(chǎn)生光電子形成電荷累積，光線越強(qiáng)，電荷累積的就越多，這些累積的電荷經(jīng)后續(xù)電路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的像素?cái)?shù)據(jù)，從而構(gòu)成數(shù)字圖像。5.5.1數(shù)碼相機(jī)的組成2.圖像傳感器根據(jù)累積電荷轉(zhuǎn)換電路的差異，圖像傳感器分為電荷耦合器件（ChargeCoupledDevice，CCD）和

互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（Complementary

Metal-Oxide

Semiconductor，CMOS）。5.5.1數(shù)碼相機(jī)的組成2.圖像傳感器CCD電荷耦合器件轉(zhuǎn)換電路復(fù)雜，讀取信息需在同步信號(hào)控制下一位一位地實(shí)施轉(zhuǎn)移后讀取，信息讀取復(fù)雜，速度慢；要三組電源供電，耗電量大，但技術(shù)成熟，成像質(zhì)量好。CMOS互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體電路簡(jiǎn)單，信息直接讀取，速度非常較快，只需使用一個(gè)電源，耗電量?。镃CD的1/8到1/10），成像質(zhì)量比CCD要低一些；在傳感器尺寸相同的前提下，CCD的像素規(guī)?？偸歉哂谕瑫r(shí)期的CMOS傳感器。因此，CCD主要占據(jù)圖像傳感器高端市場(chǎng)，CMOS占據(jù)中、低端市場(chǎng)。5.5.1數(shù)碼相機(jī)的組成3.A/D轉(zhuǎn)換器A/D轉(zhuǎn)換器為模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器，其功能是將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。A/D轉(zhuǎn)換器將每一個(gè)像素的亮度或色彩值量化為若干個(gè)等級(jí)，這個(gè)等級(jí)就是數(shù)碼相機(jī)的色彩深度。對(duì)于具有數(shù)字化接口的CMOS圖像傳感器則不需A/D轉(zhuǎn)換器。5.5.1數(shù)碼相機(jī)的組成4.MPU微處理器MPU微處理器是數(shù)碼相機(jī)的控制和處理中心。通過(guò)對(duì)圖像傳感器的感光強(qiáng)弱程度進(jìn)行分析，調(diào)節(jié)光圈和快門(mén)，自動(dòng)對(duì)焦、色彩還原與圖像增強(qiáng)等。一般數(shù)碼相機(jī)采用的微處理器模塊的結(jié)構(gòu)如圖所示，包括圖像傳感器數(shù)據(jù)處理DSP、SRAM控制器，顯示控制器、JPEG編碼器、USB等接口、音頻處理單元及接口和圖像傳感器時(shí)鐘生成器等功能模塊。5.5.1數(shù)碼相機(jī)的組成5.存儲(chǔ)器存儲(chǔ)器主要用于保存大量數(shù)字圖象數(shù)據(jù)，分為內(nèi)置存儲(chǔ)器DRAM芯片（用于高速臨時(shí)存儲(chǔ)圖像）和移動(dòng)存儲(chǔ)器（如SD卡、MD卡、記憶棒等，用于轉(zhuǎn)存DRAM中的圖像）。6.LCD液晶顯示屏LCD液晶顯示屏用于電子取景器、圖片顯示、菜單顯示與操作設(shè)置等。分為DSTNLCD（雙掃扭曲陣列液晶顯示器）和TFTLCD（薄膜晶體管液晶顯示器，數(shù)碼相機(jī)大多采用）。7.輸入輸出接口輸入輸出接口的作用是照片、音視頻及數(shù)據(jù)的輸出。接口種類(lèi)有圖像數(shù)據(jù)存儲(chǔ)擴(kuò)展設(shè)備接口、計(jì)算機(jī)通信接口、連接電視機(jī)的視頻接口等。5.5.2數(shù)碼相機(jī)的工作過(guò)程1）將數(shù)碼相機(jī)對(duì)準(zhǔn)拍攝對(duì)象，影像通過(guò)鏡頭進(jìn)入機(jī)身，通過(guò)CCD（或CMOS）獲取拍攝取景圖像，調(diào)節(jié)光學(xué)變焦或數(shù)碼變焦，通過(guò)目鏡取景器或LCD獲得滿意的攝影構(gòu)圖。2）半按下快門(mén)，數(shù)碼相機(jī)開(kāi)始測(cè)距并自動(dòng)精確聚焦拍攝對(duì)象；同時(shí)讀取光強(qiáng)度數(shù)據(jù)，設(shè)置光圈和快門(mén)速度，以獲得最佳曝光圖像。3）全按下快門(mén)，相機(jī)重置CCD（或CMOS）并將其暴露在光中，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的曝光，發(fā)光二極管受到光線照射，激發(fā)釋放出電荷，同時(shí)積累電荷，直到快門(mén)關(guān)閉為止，感光元件的圖像電信號(hào)由此產(chǎn)生。4）轉(zhuǎn)換讀取CCD圖像，感光元件的電信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和濾波后傳送到A/D轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，成為原始的數(shù)字圖片；對(duì)CMOS可直接讀取原始的數(shù)字圖片。5.5.2數(shù)碼相機(jī)的工作過(guò)程5）原始的數(shù)字圖片信號(hào)傳輸?shù)綌?shù)據(jù)信號(hào)處理芯片上。在信號(hào)處理中，這些圖片數(shù)據(jù)將經(jīng)過(guò)像素插補(bǔ)、正常顏色生成、色彩校正、白平衡處理、銳度調(diào)整、數(shù)字圖像壓縮等后期處理，并轉(zhuǎn)化為特定的圖像格式（例如JPEG格式）。6）圖像文件被存儲(chǔ)在內(nèi)置存儲(chǔ)器中，多數(shù)相機(jī)在這個(gè)階段都可以通過(guò)LCD拍攝結(jié)果，或確認(rèn)保存拍攝圖像。7）將最終產(chǎn)生的圖像數(shù)據(jù)存入移動(dòng)存儲(chǔ)器（如SD卡、MD卡、記憶棒等）。

至此，數(shù)碼相機(jī)的主要工作完成。5.5.3數(shù)碼相機(jī)的數(shù)據(jù)處理數(shù)據(jù)處理以微處理器為中心：在采用CCD的數(shù)碼相機(jī)中，CCD數(shù)據(jù)以模擬數(shù)據(jù)輸出，需要經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換和光學(xué)黑電平鉗位等處理過(guò)程；在采用CMOS的數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)中，由于CMOS器件采用數(shù)字接口，模擬接口的電路省略，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取。5.5.3數(shù)碼相機(jī)的數(shù)據(jù)處理圖像傳感器的數(shù)據(jù)被讀出后，系統(tǒng)將其進(jìn)行針對(duì)鏡頭的邊緣畸變的運(yùn)算修正，然后經(jīng)過(guò)壞像素處理后，被系統(tǒng)送去進(jìn)行白平衡處理。由于圖像傳感器在制造和使用老化過(guò)程中會(huì)出現(xiàn)一些個(gè)別的像素點(diǎn)性能偏離或不能正常感光的現(xiàn)象，這些像素點(diǎn)被稱(chēng)為壞像素。微處理器通常會(huì)做相應(yīng)的計(jì)算進(jìn)行修正，但這一修正過(guò)程是有限的。伽馬校正和色彩合成處理是使數(shù)碼相機(jī)獲得良好的彩色圖像的必要的圖象處理過(guò)程。在沒(méi)有進(jìn)行色彩合成以前，數(shù)碼相機(jī)獲得的圖像數(shù)據(jù)有紅色、綠色和藍(lán)色三通道的圖像數(shù)據(jù)構(gòu)成，經(jīng)過(guò)色彩合成處理后，將獲得彩色的混合圖像。CMOS圖像傳感器彩色像素排列圖5.5.3數(shù)碼相機(jī)的數(shù)據(jù)處理為了能夠進(jìn)行針對(duì)鏡頭的自動(dòng)對(duì)焦控制，在色彩合成處理后，需要針對(duì)圖像進(jìn)行邊緣檢測(cè)（銳度檢測(cè)）和偽色彩檢測(cè)（偽色彩抑制）。之后，用于瀏覽的圖像數(shù)據(jù)流被送至LCD控制器，需要存儲(chǔ)的圖像數(shù)據(jù)被進(jìn)行JPEG壓縮后存入存儲(chǔ)器中。至此，整個(gè)數(shù)碼相機(jī)的圖像數(shù)據(jù)處理完成。為了讓數(shù)碼相機(jī)系統(tǒng)穩(wěn)定的工作，在整個(gè)系統(tǒng)中還需要具備一個(gè)系統(tǒng)狀態(tài)的檢測(cè)控制電路，其主要用于檢測(cè)供電系統(tǒng)的運(yùn)行狀況和各部分用戶(hù)接口的運(yùn)行狀態(tài)。RedGreenBlue拓展提高

掃描儀掃描儀（scanner）是一種光、機(jī)、電一體化的高科技產(chǎn)品，是以掃描方式將圖形或圖像信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)并輸入計(jì)算機(jī)的裝置掃描儀主要由光學(xué)部分、機(jī)械傳動(dòng)部分和轉(zhuǎn)換電路三部分組成。掃描儀的核心部分是完成光電轉(zhuǎn)換的光電轉(zhuǎn)換部件。目前大多數(shù)掃描儀采用的光電轉(zhuǎn)換部件為線陣CCD或接觸式圖像傳感器CIS拓展提高

掃描儀掃描儀工作時(shí)，首先由光源將光線照在掃描的圖稿上，產(chǎn)生表示圖像特征的反射光（反射稿）或透射光（透射稿）。光學(xué)系統(tǒng)采集這些光