照相机原理

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工作原理：

在单反数码相机的工作系统中，光线透过镜头到达反光镜后，折射到上面的

对焦屏并结成影像，透过接目镜和五棱镜，我们可以在观景窗中看到外面的景物。

与此相对的，一般数码相机只能通过LCD屏或者电子取景器（EVF）看到所拍摄的

影像。显然直接看到的影像比通过处理看到的影像更利于拍摄。

在DSLR拍摄时，当按下快门钮，反光镜便会往上弹起，感光元件（CCD或CMOS）

前面的快门幕帘便同时打开，通过镜头的光线便投影到感光原件上感光，然后后

反光镜便立即恢复原状，观景窗中再次可以看到影像。单镜头反光相机的这种构

造，确定了它是完全透过镜头对焦拍摄的，它能使观景窗中所看到的影像和胶片

上永远一样，它的取景范围和实际拍摄范围基本上一致，十分有利于直观地取景

构图。

主要特点：

单反数码相机的一个很大的特点就是可以交换不同规格的镜头，这是单反相

机天生的优点，是普通数码相机不能比拟的。

另外，现在单反数码相机都定位于数码相机中的高端产品，因此在关系数码

相机摄影质量的感光元件（CCD或CMOS）的面积上，单反数码的面积远远大于普

通数码相机，这使得单反数码相机的每个像素点的感光面积也远远大于普通数码

相机，因此每个像素点也就能表现出更加细致的亮度和色彩范围，使单反数码相

机的摄影质量明显高于普通数码相机。

感光器件

提到数码相机，不得不说到就是数码相机的心脏——感光器件。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，而数码相机的“胶卷”就是其成像感光器件，而且是与相机一

体的，是数码相机的心脏。感光器是数码相机的核心，也是最关键的技术。数码相机的发展道路，

可以说就是感光器的发展道路。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CMOS（互补金属氧化物导体）器件。

电荷藕合器件图像传感器CCD（ChargeCoupledDevice），它使用一种高感光度的半导体材料制

成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机

内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算

机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。

当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信

号加在一起，就构成了一幅完整的画面。

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CCD

CCD和传统底片相比，CCD更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过，人眼的视网膜是由

负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞，分工合作组成视觉感应。CCD经过长达35年的

发展，大致的形状和运作方式都已经定型。CCD的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜

片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。目前有能力生产CCD的公司分别为：SONY、Philips、

Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp，大半是日本厂商。

CCD结构

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CCD结构

目前主要有两种类型的CCD光敏元件，分别是线性CCD和矩阵性CCD。线性CCD用于高分

辨率的静态照相机，它每次只拍摄图象的一条线，这与平板扫描仪扫描照片的方法相同。这种CCD

精度高，速度慢，无法用来拍摄移动的物体，也无法使用闪光灯。

CCD特点

矩阵式CCD，它的每一个光敏元件代表图象中的一个像素，当快门打开时，整个图象一次

同时曝光。通常矩阵式CCD用来处理色彩的方法有两种。一种是将彩色滤镜嵌在CCD矩阵中，相

近的像素使用不同颜色的滤镜。典型的有G-R-G-B和C-Y-G-M两种排列方式。这两种排列方式成

像的原理都是一样的。在记录照片的过程中，相机内部的微处理器从每个像素获得信号，将相邻

的四个点合成为一个像素点。该方法允许瞬间曝光，微处理器能运算地非常快。这就是大多数数

码相机CCD的成像原理。因为不是同点合成，其中包含着数学计算，因此这种CCD最大的缺陷是

所产生的图象总是无法达到如刀刻般的锐利。

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CMOS

互补性氧化金属半导体CMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor）和CCD一

样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。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。

CMOS特点

除了CCD和CMOS之外，还有富士公司独家推出的SUPERCCD，SUPERCCD并没有采用常

规正方形二极管，而是使用了一种八边形的二极管，像素是以蜂窝状形式排列，并且单位像素的

面积要比传统的CCD大。将像素旋转45度排列的结果是可以缩小对图像拍摄无用的多余空间，

光线集中的效率比较高，效率增加之后使感光性、信噪比和动态范围都有所提高。

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传统CCD中的每个像素由一个二极管、控制信号路径和电量传输路径组成。SUPERCCD

采用蜂窝状的八边二极管，原有的控制信号路径被取消了，只需要一个方向的电量传输路径即可，

感光二极管就有更多的空间。SUPERCCD在排列结构上比普通CCD要紧密，此外像素的利用率较

高，也就是说在同一尺寸下，SUPERCCD的感光二极管对光线的吸收程度也比较高，使感光度、

信噪比和动态范围都有所提高。

那为什么SUPERCCD的输出像素会比有效像素高呢？我们知道CCD对绿色不很敏感，因

此是以G－B－R－G来合成。各个合成的像素点实际上有一部分真实像素点是共用，因此图象质

量与理想状态有一定差距，这就是为什么一些高端专业级数码相机使用3CCD分别感受RGB三色

光的原因。而SUPERCCD通过改变像素之间的排列关系，做到了R、G、B像素相当，在合成像

素时也是以三个为一组。因此传统CCD是四个合成一个像素点，其实只要三个就行了，浪费了一

个，而SUPERCCD就发现了这一点，只用三个就能合成一个像素点。也就是说，CCD每4个点合

成一个像素，每个点计算4次；SUPERCCD每3个点合成一个像素，每个点也是计算4次，因此

SUPERCCD像素的利用率较传统CCD高，生成的像素就多了。