数码相机的结构原理幻灯片.ppt

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1、数码相机的结构原理第1页，共63页，编辑于2022年，星期六3.2 数码相机的结构组成数码相机的结构组成第2页，共63页，编辑于2022年，星期六3.3 感光成像器件感光成像器件wCCD或或CMOS面阵面阵w规格和品质决定规格和品质决定DC的档次的档次w象素：象素：10万万800万万w主流准专业相机：主流准专业相机：1000万万第3页，共63页，编辑于2022年，星期六Canon EOS-1D MARK III第4页，共63页，编辑于2022年，星期六Canon EOS-300D第5页，共63页，编辑于2022年，星期六内部结构内部结构第6页，共63页，编辑于2022年，星期六几个高级别几个高

2、级别DC感光器件对比感光器件对比专业级准专业级消费级DSLC型号Canon EOS-1D Mark IIINikonD2XCanonEOS-40DNikonD80CanonEOS-400DNikonD40X上市时间2007年2006年2007年2006年2006年2007年感光器件CMOSCMOS CMOSCCDCMOSCCD像素2110 万1240 万 1050万1020万1050万1020万面积36 24mm23.7 15.7mm22.4 14.8mm23.6 15.8mm22.4 14.8mm23.6 15.8mmISO50-3200100-3200100-3200100-1600100

3、-1600100-1600市场价格60000 29000 8400 8400 4800 4700 第7页，共63页，编辑于2022年，星期六3.4 信号处理部分信号处理部分一一.模拟信号处理模拟信号处理:对对CCD输出的有用信息进行采样、保输出的有用信息进行采样、保持、放大，使之与持、放大，使之与A/D输入电平相匹配。输入电平相匹配。第8页，共63页，编辑于2022年，星期六二二.A/D转换转换w转换速度转换速度:图像后处理时间图像后处理时间,连拍速度连拍速度w量化精度量化精度:色彩深度色彩深度 24位位:224=16777216 1600万万 30位位:230=1073741824 10亿亿

4、 36位位:236=68719476736 680亿亿第9页，共63页，编辑于2022年，星期六三三.DSP器件器件(Digital Signal Processing)w专门用于对大量数字信息计算处理的专门用于对大量数字信息计算处理的CPUw计算速度高，低功耗计算速度高，低功耗w移动电话，科学仪器，数码相机移动电话，科学仪器，数码相机第10页，共63页，编辑于2022年，星期六DSP图像通道图像通道第11页，共63页，编辑于2022年，星期六DSP图像通道图像通道1.黑色补偿黑色补偿原因：原因：CCD暗电流特性暗电流特性+受环境影响受环境影响补偿方法：完全遮光补偿方法：完全遮光开启快门开启快

5、门*每幅图像每幅图像第12页，共63页，编辑于2022年，星期六DSP图像通道图像通道2.镜头光照度补偿镜头光照度补偿原因：视场中光照度不均匀原因：视场中光照度不均匀 像方半视场角像方半视场角 光照度光照度cos4 补偿方法：在先期处理中，进行数字补偿补偿方法：在先期处理中，进行数字补偿 第13页，共63页，编辑于2022年，星期六DSP图像通道图像通道3缺陷像素修补缺陷像素修补原因原因:传感器面阵缺陷传感器面阵缺陷表现表现:全遮光条件下为亮点全遮光条件下为亮点修补方法修补方法:插值插值 第14页，共63页，编辑于2022年，星期六DSP图像通道图像通道4白平衡白平衡 原因：原因：物体在不同色

6、温的光源下具有不同的物体在不同色温的光源下具有不同的颜色特征颜色特征。调整方法：以人眼的光谱曲线为标准，调整调整方法：以人眼的光谱曲线为标准，调整白色中三基色光的比例，使成像器件与显白色中三基色光的比例，使成像器件与显示设备的光谱特性相匹配。示设备的光谱特性相匹配。自动白平衡：自动白平衡：三原色的光能量相平衡三原色的光能量相平衡 第15页，共63页，编辑于2022年，星期六DSP图像通道图像通道5自动曝光自动曝光 对曝光量评估对曝光量评估计算镜头光圈、快门速度、信号增益计算镜头光圈、快门速度、信号增益第16页，共63页，编辑于2022年，星期六DSP图像通道图像通道6矫正矫正 原因：原因：CC

7、D/CMOS电信号电信号光照度光照度显示设备的像素灰度值显示设备的像素灰度值图像亮度值图像亮度值矫正后：显示亮度矫正后：显示亮度图像亮度图像亮度第17页，共63页，编辑于2022年，星期六DSP图像通道图像通道7CFA插值插值 原因：原因：每个像素只得到了一种颜色的信息每个像素只得到了一种颜色的信息 解决方案：解决方案：利用周围像素的颜色信息，通利用周围像素的颜色信息，通 过插值得到该像素其他颜色。过插值得到该像素其他颜色。第18页，共63页，编辑于2022年，星期六DSP图像通道图像通道8色空间转换色空间转换 原因：原因：压缩算法采用压缩算法采用Y、Cb、Cr色空间色空间转换方法转换方法:第

8、19页，共63页，编辑于2022年，星期六DSP图像通道图像通道9边界增强边界增强 原因：原因：CFA低通滤波，平滑图像的边界低通滤波，平滑图像的边界边界增强方法边界增强方法:a.a.找到边界像素群找到边界像素群b.b.计算边界像素的计算边界像素的Y分量增益分量增益c.c.将各像素的将各像素的Y分量增益放大并叠加到原像素分量增益放大并叠加到原像素的照度信息之中的照度信息之中 第20页，共63页，编辑于2022年，星期六DSP图像通道图像通道10假彩色抑制假彩色抑制 原因：原因：彩色滤光片阵列的色饱和因子的不彩色滤光片阵列的色饱和因子的不同、各像素亮度和色彩的带宽不同同、各像素亮度和色彩的带宽不

9、同 抑制方法：抑制方法：对像素亮度和边界信息的分析对像素亮度和边界信息的分析来判定假彩色的位置，通过对像素的彩来判定假彩色的位置，通过对像素的彩色分量色分量(Cb、Cr)的调整来抑制假彩色的调整来抑制假彩色第21页，共63页，编辑于2022年，星期六第22页，共63页，编辑于2022年，星期六DSP图像通道图像通道11自动对焦自动对焦 利用自动对焦算法评价输入图像的利用自动对焦算法评价输入图像的清晰度，并实时地给出反馈信号控制镜清晰度，并实时地给出反馈信号控制镜头机械运动，对景物实现正确对焦。头机械运动，对景物实现正确对焦。第23页，共63页，编辑于2022年，星期六DSP图像通道图像通道12

10、图像压缩图像压缩 原因：原因：存储空间有限存储空间有限 JPEG(Joint Photographic Expert Group):a.a.图像分块图像分块,每块每块8888b.b.离散余弦变换分解成频谱信息离散余弦变换分解成频谱信息c.c.将频谱信息进行量化、平均信息量编码将频谱信息进行量化、平均信息量编码d.d.典型的压缩比为典型的压缩比为15：1、10：1.第24页，共63页，编辑于2022年，星期六JPEG2000标准标准 w采用小波变换编码采用小波变换编码 w在在JPEG基础上提高压缩率基础上提高压缩率1030w提供无损和有损两种压缩方式提供无损和有损两种压缩方式w渐进传输，随传随显

11、渐进传输，随传随显 第25页，共63页，编辑于2022年，星期六3.5成像物镜与曝光控制部分成像物镜与曝光控制部分 一一.成像物镜成像物镜 物镜孔径：反映物镜受光能力物镜孔径：反映物镜受光能力物镜视场：决定相机的成像范围物镜视场：决定相机的成像范围 物镜分辨率：应与物镜分辨率：应与CCD分辨率相匹配分辨率相匹配 物镜的畸变物镜的畸变：大视场需要校正：大视场需要校正第26页，共63页，编辑于2022年，星期六二二.红外截止滤色片红外截止滤色片 wCCD的最灵敏峰值出现在红外波段的最灵敏峰值出现在红外波段 w在图像上就是背景噪声在图像上就是背景噪声 w有红外成像功能的数码相机有红外成像功能的数码相

12、机,须考虑红外须考虑红外波段的像差校正波段的像差校正 第27页，共63页，编辑于2022年，星期六三三.低通滤波片低通滤波片 wCCD的光敏单元整齐排列的光敏单元整齐排列w像上有与像上有与CCD感光单元的空间频率相似感光单元的空间频率相似排列的线条组或斑点群时排列的线条组或斑点群时,出现出现“莫尔莫尔效应效应”w低通滤波片滤除图像中高频部分低通滤波片滤除图像中高频部分 w牺牲光学分辨率牺牲光学分辨率 第28页，共63页，编辑于2022年，星期六 四四.数码相机的快门数码相机的快门 w曝光宽容度曝光宽容度:CCD 光化学胶片光化学胶片w曝光误差曝光误差:传统照相机传统照相机 lEV 数码相机数码

13、相机 0.3EVw两种快门：机械快门，电子快门两种快门：机械快门，电子快门第29页，共63页，编辑于2022年，星期六机械快门机械快门w快门叶片在光路中拦截光线，控制光学快门叶片在光路中拦截光线，控制光学相对孔径和曝光时间相对孔径和曝光时间 w曝光过程：开曝光过程：开关关开开关关w快门速度：快门速度：1/15s1/1000s 第30页，共63页，编辑于2022年，星期六机械快门机械快门五片中心快门五片中心快门 帘式快门帘式快门第31页，共63页，编辑于2022年，星期六电子快门电子快门:w控制模拟电量的读取时间控制模拟电量的读取时间,实现曝光实现曝光 w曝光过程曝光过程:清除电荷清除电荷曝光曝

14、光读取读取w快门速度快门速度:最高达最高达1/8000s w防止强光直射镜头损坏防止强光直射镜头损坏CCD器件器件 第32页，共63页，编辑于2022年，星期六五五.曝光控制曝光控制 w曝光量控制曝光量控制:光圈大小光圈大小+快门速度快门速度w自动曝光：自动曝光：测光系统测光系统(TTL Through The Lens)曝光量控制曝光量控制第33页，共63页，编辑于2022年，星期六六六.闪光灯及控制闪光灯及控制 闪光灯用途闪光灯用途:黑暗条件下拍摄黑暗条件下拍摄背光条件下进行补光背光条件下进行补光第34页，共63页，编辑于2022年，星期六第35页，共63页，编辑于2022年，星期六第36

15、页，共63页，编辑于2022年，星期六3.6 控制电路控制电路 wCPU控制照相机工作流程控制照相机工作流程w数码相机以传统胶片相机控制技术为基数码相机以传统胶片相机控制技术为基础，将工作流程控制电路与信息处理、础，将工作流程控制电路与信息处理、转换与存储电路结合，通过转换与存储电路结合，通过CPU实现对实现对各个操作的统一协调和控制。各个操作的统一协调和控制。第37页，共63页，编辑于2022年，星期六3.7 取景器部分取景器部分 w单镜头反光取景单镜头反光取景w平视取景平视取景w液晶显示器取景液晶显示器取景第38页，共63页，编辑于2022年，星期六单镜头反光取景单镜头反光取景w所见即所得

16、所见即所得w结构复杂结构复杂,体积大体积大w价格昂贵价格昂贵第39页，共63页，编辑于2022年，星期六平视取景平视取景第40页，共63页，编辑于2022年，星期六平视取景平视取景w取景器和摄影物镜分离取景器和摄影物镜分离 w倒置伽利略望远镜倒置伽利略望远镜 w与变焦镜头相匹配的取景器使用相应的与变焦镜头相匹配的取景器使用相应的变倍望远镜，并与物镜变焦联动变倍变倍望远镜，并与物镜变焦联动变倍 w视差视差:拍摄距离越近视差越大拍摄距离越近视差越大 第41页，共63页，编辑于2022年，星期六液晶显示器取景液晶显示器取景w结构简单结构简单,使用广泛使用广泛w取景方便取景方便w兼具浏览器和菜单功能兼

17、具浏览器和菜单功能w缺点：分辨率低，受外界强光干扰，费电缺点：分辨率低，受外界强光干扰，费电第42页，共63页，编辑于2022年，星期六3.8电源电源 w选购数码相机时选用采用标准规格可充电选购数码相机时选用采用标准规格可充电电池的机种电池的机种w拍摄时少用液晶显示器和闪光灯，不拍时拍摄时少用液晶显示器和闪光灯，不拍时随时关机随时关机w室内使用或图像下载时使用外接电源室内使用或图像下载时使用外接电源w随时注意电池的电量显示，做到计划使用随时注意电池的电量显示，做到计划使用 第43页，共63页，编辑于2022年，星期六3.9图像存储部分图像存储部分 一一.软盘软盘 w价格便宜价格便宜w使用方便使

18、用方便 w1.44M容量过低容量过低w读写速度慢读写速度慢w容易损坏容易损坏 第44页，共63页，编辑于2022年，星期六二二.CF卡卡(Compact Flash)wSandisk 公司公司1994年制造了最早的年制造了最早的CF卡卡wCF卡是使用最多的存储介质卡是使用最多的存储介质 w读写速度快、可靠性高、不易损坏读写速度快、可靠性高、不易损坏w著名厂家著名厂家:Pretec,胜创科技胜创科技,SanDisk 第45页，共63页，编辑于2022年，星期六 三三.SM卡卡(Smart Media)w东芝公司在东芝公司在1995年年11月发布月发布 w卡上只有卡上只有闪存闪存模块和接口，模块和

19、接口，没有控制芯片没有控制芯片w兼容性差兼容性差,相对成本高相对成本高 第46页，共63页，编辑于2022年，星期六四四.记忆棒记忆棒(Memory Stick)wSONY公司公司1988年开发年开发 w外形小巧、功能多元外形小巧、功能多元 w价格偏高价格偏高,容量较小容量较小w与其它品牌不兼容与其它品牌不兼容第47页，共63页，编辑于2022年，星期六五五.MMC卡卡(Multi Media Card)wSandisk和西门子于和西门子于1997年联手推出年联手推出 w用途广泛用途广泛:数码相机、数码相机、MP3、手机、手机、GPS全球定全球定位系统、掌上电脑位系统、掌上电脑等等w小型轻便小

20、型轻便:2g 32mm 24mm l.4mm，第48页，共63页，编辑于2022年，星期六六六.SD卡卡(Secure Digital Card)w松下、东芝和美国松下、东芝和美国SanDisk共共同开发同开发w大容量、高性能，安全性高大容量、高性能，安全性高w比比MMC卡多了数据著作权保卡多了数据著作权保护认证功能护认证功能w与与MMC卡兼容卡兼容第49页，共63页，编辑于2022年，星期六七.微型硬盘微型硬盘(Microdrive)wIBM于于2002年年推出推出 w最大容量已达最大容量已达2GB w使用较少使用较少第50页，共63页，编辑于2022年，星期六八八.CD-R或或CD-RW

21、w价格便宜价格便宜,存储量大存储量大w体积大，质量重，图体积大，质量重，图像显示慢像显示慢 w刻录用刻录用半导体激光器半导体激光器寿命较短寿命较短第51页，共63页，编辑于2022年，星期六3.10 输出接口输出接口 一一.并行接口并行接口w打印接口打印接口 w可与打印机相连可与打印机相连,直接打印直接打印w不支持热插拔不支持热插拔 第52页，共63页，编辑于2022年，星期六 二二.RS-232串行接口串行接口w早期数码相机早期数码相机使用使用,现已功现已功成身退成身退w不支持热插拔不支持热插拔w传输速率较低传输速率较低,通常为通常为115Kbits。第53页，共63页，编辑于2022年，星

22、期六 三三.SCSI接口接口 wSCSI:Small Computer System Interfacew系统级接口系统级接口,功能丰富，支持多任务功能丰富，支持多任务w外设本身必须配有相应的外设控制器外设本身必须配有相应的外设控制器 w不支持热插拔不支持热插拔 w使用较少使用较少:专业数码相机或数码机背专业数码相机或数码机背 第54页，共63页，编辑于2022年，星期六四四.USB接口接口 w使用广泛使用广泛w允许多个设备同时连接允许多个设备同时连接w支持热插拔，使用方便支持热插拔，使用方便 w传输速率高传输速率高 USBl.0：12Mbits USB2.0：是：是1.0的的40倍倍 第55

23、页，共63页，编辑于2022年，星期六五五.IEEE 1394接口接口w数据传输速率高数据传输速率高:100Mbit/s(典型典型)160Mbit/s、200Mbit/s、400Mbit/sw支持热插拔支持热插拔 w可外挂可外挂64台独立的外部设备台独立的外部设备 w需要需要专用的专用的IEEEl394接口卡接口卡 第56页，共63页，编辑于2022年，星期六六六.视频输出接口视频输出接口(TV口口)w播放数码相机已拍摄影像播放数码相机已拍摄影像w摄像头使用摄像头使用 七七.IrDA红外接口红外接口 w无线传输无线传输w传输速率为传输速率为115Kbits第57页，共63页，编辑于2022年，

24、星期六八八.蓝牙技术蓝牙技术(Bluetooth)wEricsson、IBM、Intel、Nokia和和Toshiba等公司在等公司在1998年联合推出的先进的无线网络技术年联合推出的先进的无线网络技术 w工作频段工作频段 2.4GHzw传输速率设计为传输速率设计为1MHzw快速、灵活、安全、低代价、低功耗快速、灵活、安全、低代价、低功耗第58页，共63页，编辑于2022年，星期六Ricoh Caplio 500SE Model Bw813w像素像素w3倍光学变焦倍光学变焦w三防三防防水（防雨，防水（防雨，1m水下）、防尘、防水下）、防尘、防撞撞w蓝牙接口蓝牙接口w￥8600第59页，共63页

25、，编辑于2022年，星期六九九.802.11标准标准 w无线短距离局域网标准无线短距离局域网标准 w工作频段工作频段 2.4GHzw目前最常用的传输协议目前最常用的传输协议w耗电量大耗电量大 w笔记本无线网卡笔记本无线网卡Nikon SC7 发布于发布于2006年年8月月第60页，共63页，编辑于2022年，星期六常用接口性能比较常用接口性能比较标准速率(bps)代表机型 RS-232115-230早期民用机 USB1.012M目前广泛使用 IEEE 1394400MKodak DCS Pro 14n，Nikon D1X，Canon EOS 1DS USB2.0480MFuji FinePix

26、 S7000，Olympus,BenQ BlueTooth1MSony DSC-FX77,Concord Eye-Q Go Wireless 第61页，共63页，编辑于2022年，星期六几个高级别几个高级别DC性能对比性能对比专业级准专业级消费级DSLC型号Canon EOS-1D Mark IIINikonD2XCanonEOS-40DNikonD80CanonEOS-400DNikonD40X显示屏3英寸TFT，23万像素 2.5英寸TFT,23万像素3英寸TFT,23万像素2.5英寸LCD,23万像素 2.5英寸TFT,11.8万像素2.5英寸TFT,23万像素 快门速度5-1/8000

27、 s30-1/8000s 30-1/8000 s 30-1/4000 s 30-1/4000 s30-1/4000 s 连拍能力 5张/秒，56张5张/秒6.5张/秒，75张3张/秒3张/秒,27张3张/秒存储介质 SD,SDHC,CF,CF等CF,CF,微硬盘 CF,CF等SD,SDHCCF,CF等 SD,SDHC接口 USB2.0,IEEE1394 USB2.0,IEEE1394USB2.0,AV接口 USB2.0USB2.0,AV接口 USB2.0第62页，共63页，编辑于2022年，星期六思考练习思考练习w请说出五个以上请说出五个以上DSP在数码相机中承担在数码相机中承担的图像处理与运算功能的图像处理与运算功能,并简介其原理。并简介其原理。w数码相机有几种取景方式，各有何特点数码相机有几种取景方式，各有何特点?第63页，共63页，编辑于2022年，星期六