《数码摄影基础知识》PPT课件.ppt
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1、第四章第四章 数码摄影基础知识数码摄影基础知识n随着计算机应用的普及,数码摄影已经进入到快速普及阶段,广泛应用到生活的很多方面。n第一节第一节 数码摄影的系统数码摄影的系统n 构成构成n一、数码图像的生成一、数码图像的生成n数码相机数码相机、扫描仪、AV、绘图软件等。n二、数码图像的处理二、数码图像的处理计算机。n三、数码图像的输出三、数码图像的输出各类打印机、数码彩扩机等。n 第二节第二节 数码相机数码相机n一、数码相机的基本分类一、数码相机的基本分类n根据相机的结构可以分为:消费型数码相机、单镜头反光数码相机和数码后背等。n1、消费型数码相机(、消费型数码相机(DC):):n低端产品低端产
2、品:家庭用数码相机,采用平视光学取景加液晶屏显示结构,CCD(CMOS)面积较小,镜头不可更换,使用较简单,拥有多种场景模式,如:人像、运动,微距、夜景、日出、日落、全景等。但手动功能较弱,部分型号有光圈优先、快门优先、全手动等功能,使用受到一定限制。代表型号:尼康L系列、P系列;佳能A系列等。A570IXUS850NIKON P5NIKON S51n高端产品:高端产品:相对于前一种相机,其主要区别是:拥有全部手动功能,CCD(CMOS)的面积较大,一般采用1/1.8 或2/3英寸器件,镜头具有标准广角(28mm或24mm)且变焦倍数比较大,变焦比超过4倍,甚至达到10倍,具有拍摄防抖功能,一
3、般采用金属机身且体积较大,可以满足多数拍摄题材。代表型号:尼康E8400、E8800;佳能S70、G6;索尼H5、R1等。这类相机价格较高,由于单反数码相机的价格降低,其市场越来越小,有些公司不再生产此类产品。SONY S800SONY T200CANON G9、PRO 1NIKON E8800P5000n2、单反数码相机(、单反数码相机(DSLR)n单反数码相机属于高端产品,目前主要有不多的几个日本品牌,如:佳能、尼康、索尼、宾得等,柯达曾经辉煌一时,目前已走下坡路。单反数码相机具有与传统单反相机相同的优越功能,更具有生成图像快速的优点,在新闻、体育摄影领域普及迅速,已经取代传统的SLR相机
4、。单反数码相机采用较大尺寸的影像传感器,所生成的图像质量优良,机身功能齐全,拥有与SLR共用的庞大可更换镜头群和其它附件,随着其价格的逐步降低,DSLR相机将被广泛使用。n根据功能参数和价格DSLR相机分为:n入门级、中高级和专业级。目前,市场常见DSLR相机。SONY DSC H7/R1EOS1DS MARK 右:右:EOS5DEOS1DMARK 右:右:EOS40D右:右:NIKON D3左:左:EOS400D右:右:NIKON D2Hs左:左:D40X左:左:D200右:右:Fujifilm S3 PRO左:左:D80右:右:OLYMPUS E-300n3、数码后背、数码后背n用于120
5、相机和大型相机的专用后背,具有CCD面积较大和高像素特点,用于高质量的广告拍摄,数码后背价格昂贵。如:Leaf(利图)Valeo22后背其像素为2200万。Phase One(飞思)两款中幅数码后背:2200万的P25和1600万的P20。P25的CCD尺寸为48.9 x 36.7 mm,P20为36.9 x 36.9 mm。n二、数码相机的特殊结构二、数码相机的特殊结构与组成与组成n(一)外观构造(一)外观构造n数码相机与传统相机比较其显著特征是机背的按钮多,主要按钮为菜单按钮(Menu)、播放按钮、删除按钮、方向按钮等。n(二)电子取景器(二)电子取景器n部分数码相机采用了电子取景器,相对
6、于光学取景其清晰度和色彩都显不足,使用不太普遍。n(三)液晶显示屏(三)液晶显示屏nLCD显示屏是数码相机的必备部件,用于播放拍摄的图片、取景个构图、菜单操作等,采用LCD屏构图对焦时,没有视差,是近n距摄影时的首选。nLCD显示屏的主要参数是:尺寸和像素,目前,其尺寸有吋、2吋和吋等,像素则有:23万、15万和12万等。nLCD显示屏的主要缺点是:耗电量大和在强光下显示不清晰。n(四)图像传感器(四)图像传感器n图像传感器是数码相机的心脏,是实现图像数字转化的核心器件。其工作原理:当光线照射到传感器后,传感器根据光线的强弱转换成相应的电信号,电信号经AD转换后成为数字信号,再经过图像处理芯片
7、后转化为数字图像并记录在存储卡上。n1 1、图像传感器的种类、图像传感器的种类nCCDCCD电荷耦合器,20世纪70年代由贝尔实验室发明,后被广泛应用。nCMOS互补型金属氧化物半导体,由于固有的缺点,开始仅用于低端产品,近几年佳能公司进行了开发改进,目前,CMOS的成像质量有质的飞跃。CCD传感器传感器n第一层第一层“微型镜头微型镜头”n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。
8、n第二层是第二层是“分色滤色片分色滤色片”n实际上CCD本身是不能分辨颜色的,所以,第二层是“分色滤色片”,一般地就是在CCD器件的滤镜层涂上不同的颜色。n(1 1)CCD CCD电荷耦合器件种类与结构。电荷耦合器件种类与结构。是英文Charge Coupled Device 即电荷耦合器件的缩写,它是一种特殊半导体器件,上面有很多一样的感光元件,每个感光元件叫一个像素。CCD起到将光线转换成电信号的作用,类似于人的眼睛,因此其性能的好坏将直接影响到数码相机的性能。n CCD也有两种类型:全帧的和隔行的。这两种CCD的性能区别非常大,总的来说全帧的CCD性能最好,具有成像质量高,感光灵敏度高和
9、动态范围大的优点。nCCDCCD的结构的结构: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”。n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。滤镜上不同的色块按G-R-G-B(绿-红-绿-蓝)的顺序象马赛克一样排列,使每一片“马赛克”下的像素感应不同的颜色。n例如,在一个130万像素的原色CCD上,有万个像素感应红色,万个像素感应蓝色,65万个像素感应绿色。在使用这种CCD的分辨率为1280 x1024的数码相机中,有640 x512个红色像素、640 x512个蓝色像素和640 x10
10、24个绿色像素,绿色像素多一点,是因为人类眼睛对绿色的敏感性和对其它颜色不一样。最后在记录图像时,每个像素的真实色彩就是它与周围像素象混合的平均值。目前大多数数码相机都是采用这种CCD。而补色CCD使用了另一种排列方式的滤镜,它的颜色是直接涂在CCD表面的,其色彩是按C-Y-G-M(青-RGB原色滤镜原色滤镜和和CMKY补色补色滤镜滤镜CCD/CMOS的的三层结构三层结构n电二极管和蜂窝状的像素排列大大改善了每个像素单元中的光电二极管的空间有效性。这对于同样数量像素的传统CCD而言,它有更高的灵敏度、更高的信噪比和更广泛的动态范围。普通CCD由于在互相垂直的轴上间隔较大,使其垂直分辨率低于对角
11、线上的分辨率,而“超级CCD”互相垂直的轴上间隔变窄,因此水平和垂直分辨率高于对角线上的分辨率。n黄-绿-洋红)的顺序排列的,每个像素的最终颜色也是取其与周围像素的平均值,但这种算法更为复杂一些。在一个分辨率为1280 x1024的使用这种CCD的数码相机中,有640 x 512个青色像素,640 x512个黄色像素,640 x512个绿色像素以及640 x512个洋红色像素。n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。n第三层:感光层第三层:感光层nCCD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。n普通普通
12、CCDCCD与超级与超级CCDCCD:普通CCD每个像素的形状为正方形,超级CCD为八角形,“超级CCD”技术发展于1999年,八角形的光 n超级CCD的另一意义是使CCD的面积与像素矛盾得以缓和。因为要提高影像质量就必须增加CCD的像素,因此在CCD尺寸一定的情况下,增加像素就意味着要缩小了像素中的光电二极管。n我们知道单位像素的面积越小,其感光性能越低,信噪比越低,动态范围越窄,因此这种方法不能无限制地增大分辨率,所以,如果不增加CCD面积而一味地提高分辨率,只会引起图像质量的恶化。因此,超级CCD比较好的解决了像素总量与单个像素面积的矛盾。n(2 2)CMOSCMOS互补型金属氧化物半导
13、体。互补型金属氧化物半导体。CMOS主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,通过CMOS上带负电和带正电的晶体管来实现基本的功能的。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。nCMOS针对CCD最主要的优势就是非常省电和更方便制作大面积的传感器。不像由二极管组成的CCD,CMOS 电路几乎没有静态电量消耗,只有在电路接通时才有电量的消耗。这就使得CMOS的耗电量只有普通CCD的1/8左右,CMOS主要问题是在处理快速变化的影像时,由于电流变化过于频繁而过热。暗电流如果抑制得不好就十分容易出现杂信,是图像的清晰度和分辨率降低,目前,这一问题已被攻克。n(3)Foven公司发表公
14、司发表X3多层感多层感色技术。色技术。新的X3技术,让电子科技成功的模仿“真实底片”的感色原理(图12),依光线的吸收 n波长“逐层感色”!对应蜂窝技术一个画素只能感应一个颜色的缺点,X3的同样一个像素可以感应3种不同的颜色,大大提高了影像的品质与色彩表现。n2 2、光学低通滤波器、光学低通滤波器。光学低通滤波器具有消除杂讯、矫正颜色之功能。首先具有消除杂讯之功能,使用CCD、CMOS光感应元件的产品如数码相机、数码摄像机采用非连续取像方式,所以拍摄细条纹时会产生不必要的杂讯,光学低通滤波器即提供消除此杂讯的功能,它是广泛应用于监视器、数码相机、数码摄像机。其次,具有矫正颜色之功能,在使用CC
15、D或CMOS光感应元件拍摄彩色景物时,因CCD或CMOS对颜色的反应与人眼不同,所以必须将光感应元件所能侦测而人眼无法侦测的红外线部分除去,同时调整可见光范围内对颜色的反应,使影像呈现的色彩符合人眼的感觉,n3、图像传感器的尺寸和像素数、图像传感器的尺寸和像素数nCCD(CMOS)的尺寸和像素数是衡量其质量和等级的最重要的两个指标。n(1)传感器尺寸)传感器尺寸:根据其面积大小,分为全幅(2436mm)、APSH、APSC和其它小尺寸画幅,目前,常用的画幅如下:各类各类ccd(cmos)尺寸比较与尺寸比较与不同类型相机的传感器尺寸不同类型相机的传感器尺寸n感光度降低等大量问题。在像素数量接近的
16、前提下,图像质量与CCD(CMOS)中单个像素的面积和总面积成正比。n当然由于大面积的CCD生产工艺要求非常高,而且大面积CCD的成品率也不高,所以导致生产成本居高不下,导致在像素相同的情况下采用大面积CCD数码相机的售价要高出同类产品很多。n(2 2)传感器的像素数)传感器的像素数n单反数码相机(DSLR)和消费级的数码相机(DC)在像素数量上有较大的差别,总的来说DSLR像素数高于DC,并且与传感器面积有一定关系。n市场主流市场主流DSLRDSLR的像素数的像素数:型号、感光器件类型和感光器件尺寸.docn CCD由很多“感光单元像素”构成,它们将经过镜头的光按照强度转换成电讯号。简单地说
17、:在分辨率相同、生产工艺在分辨率相同、生产工艺都一样的情况下,都一样的情况下,CCDCCD的面积越大,单个的面积越大,单个“像素像素”的面积也越大,其信噪比和感光的面积也越大,其信噪比和感光能力也就越高,所成像的质量也就越好。能力也就越高,所成像的质量也就越好。此外CCD成像面积越大,可以使用的镜头口径越大、焦距也可以越长,从而降低了对镜头分辨率的要求。其实这与普通相机120底片的成像效果普遍要好于135底片的道理类似。n 就图像传感器而言,芯片面积越小,制造的成本就越低,而在面积只有吋左右的感光面积上排列几百万个像素点,已经让每个像素的感光面积缩小到了3微米5微米。如果在这样的芯片面积上再增
18、加像素数,就会使图像信噪比降低、市场主流市场主流DCDC的尺寸和像素数的尺寸和像素数n(五)数码相机的电子快门(五)数码相机的电子快门n很多数码相机采用了机械与电子耦合快门,在曝光时间长时用机械快门,时间短使用电子快门CCD(CMOS)的通电时间控制,所以,DC可以随时通过液晶屏取景、对焦;单反数码相机多数采用电控机械快门,不能时时通过液晶屏取景对焦。对于DC相机,由于自动对焦、测光、白平衡、开启快门等过程较慢,所以,快门时滞较大,即从按下快门图像曝光完成并存储图像,然后拍摄下以图片的过程较长,不便于抓拍和拍摄运动物体,使用受到一定限制。DSLR时滞很小。传感器尺寸(吋)像素数(万)代表机型2
19、/3800佳能 Pro 1尼康 84001/1.81000佳能 A640索尼 N2奥林帕斯u-1000700-810尼康 P4、7600佳能 S80、A630索尼 W-100、n1柯达 C875 N1/2.5500-700佳能 A530、A710柯达 V610、Z650尼康 S10、S6索尼 W30、H2作业:n1、摄影技术的发明人是哪国人、发明年代?n2、简述相机的主要结构。n3、相机有几种主要画幅?并写出其尺寸。n4、简述快门的主要类型和特点,主要作用是什么?如何根据焦距的大小选择快门时间?n5、简述光圈的主要作用,并写出之间的光圈符号。n6、自动对焦有哪两种模式?如何选用?当拍摄对象不在
20、对焦点时如何处理?n7、简述焦距对成像的影响。n8、为获得很大的成像范围,焦距和光圈如何选择?为什么?n9、简述影响景深的主要因素?n(六)数码相机的存储元件(六)数码相机的存储元件n不同于传统相机,图像直接记录在胶卷上,数码相机的图像需要采用专用存储介质,和计算机相似数码相机采用外置式介质。根据不同相机的结构,目前市场上的主流存储介质有:n1、CF卡卡(Compact Flash)闪存卡,分为型和型,容量从256MB至4GB,体积较大,通用性很好,价格便宜,大多数DSLR采用CF卡。n2、SD卡卡(Secure Digitai Memory Card)是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆介
21、质。SD卡由松下、东芝及美国SanDisk公司于1999年8月共同研发。大小犹如一张邮票的SD卡,重量只有2克,容量从256MB至4GB。拥有高记忆容量、快速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性。由于体积小巧应用逐步普遍,包括部分DSLR已采用SD卡。n3、XD卡卡(Extreme Digital)全称为XD-Picture Card,是由富士和奥林巴斯联合推出的专为数码相机使用的小型存储卡,是目前体积最小的存储卡。XD卡是较为新型的闪存卡,相比于其它闪存卡,袖珍的外形尺寸,其大小为,约为2克重,是目前世界上最为轻便、体积最小的数字闪存卡,但价格较贵,容量为256MB至1GB。n4、记
22、忆棒(、记忆棒(Memory Stick),是由索尼独家推出的存储介质,外形轻巧象个口香糖,并拥有全面多元化的功能。它的极高兼容性和前所未有的通用储存媒体概念为未来个人电脑、电视、电话、数码照相机、摄像机和便携式个人视听器材提供新一代更高速、更大容量的数字信息储存媒体,但目前只由索尼一家采用,价格较高。n5、微型硬盘、微型硬盘(Micro Drive),是由IBM公司生产的一种大容量存储介质,采用了计算机上的硬盘结构,与CF 型卡通用接口,部分DSLR兼容微型硬盘。n(七)数码相机的数据传输接口(七)数码相机的数据传输接口n1、USB通用接口通用接口,USB的全称是Universal Seri
23、al Bus,USB支持热插拔,即插即用的优点,所以USB接口已经成为数码产品的最主要的接口方式。USB有两个规范,即和。目前较为普遍的,规范是由规范演变而来的。它的传输速率达到了480Mbps,折算为MB为60MB/s。USB接口的优点是:速度n快,通用性好。n2 2、IEEE1394IEEE1394接口接口又称火线接口,全称是IEEE1394 Interface Card,它是IEEE标准化组织制定的一项具有视频数据传输速度的串行接口标准。它支持外接设备热插拔。1394接口的最大优点是传输速率特快达到了400MB/s,在DSLR上广泛采用。n3、视频输出接口、视频输出接口直接与电视机相连,
24、在电视机上观看图片。n4、WiFi无线传输接口,无线传输接口,指无线高保真,Wi-Fi技术包括规范,该规范在的频率上工作,提供的带宽是11Mbits。是多媒体、图像和声音无线传输可靠的方式,Wi-Fi有着“无线版本以太网”的美称,目前,有多款尼康数码相机采用了此项技术,如:P3、D2Xs、D200等。三、数码相机的镜头特性三、数码相机的镜头特性n(一)焦距延长系数(等效视角)和等效(一)焦距延长系数(等效视角)和等效35mm相机镜头焦距相机镜头焦距n1、焦距延长系数(等效视角)焦距延长系数(等效视角)由于目前DSLR的传感器面积小于传统35mm相机的画幅,当把传统相机的镜头安装在APS画幅的D
25、SLR时,成像视角将小于其理论值,即相当于一个焦距较长镜头的视角,称为焦距延长系数,但真实情况是焦距既没有延长,视角也没有缩小,APS画幅是在全画幅的画面中“切割”下中间的部分。我们看一下各类画幅之间比例关系。佳能三个不同型号佳能三个不同型号DSLR的图像传感器尺寸比较的图像传感器尺寸比较n感光器件的面积决定了影像画面视角。对于全画幅的DSLR而言,其视角同135画幅一样。n而感光器件的面积比全画幅小的DSLR,实际视角也随之变小:感光器件面积越小,画面视角就越小。n比如将100mm镜头安装在EOS 1D和EOS 10D上,其有效视角分别相当于130mm和160mm。n这里就引出一个概念:相当
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