相机基本结构与数字相机有关参数

3.8.2　相机基本结构与数字相机有关参数

1.相机的基本结构和光学原理

相机的基本结构和光学原理都相似，光路如图3‐32所示。相机的主要部件都包括镜头、快门、光圈、成像器件、取景器和储存设备。

图3‐32　相机光路图

（1）镜头。镜头是一个由多个透镜组成的光学成像装置。每个镜头都有其特定的焦距（焦距是从透镜中心到平行光聚集之焦点的距离，也即照相机对焦到无穷远处时，从镜片中心到底片或CCD等成像平面的距离）。镜头的焦距不同，拍摄的效果不同。根据焦距是否可以变化，镜头可以分为定焦镜头和变焦镜头。定焦镜头又分为标准镜头、长焦镜头和广角镜头（鱼眼镜头）。其中标准镜头（50mm）符合人们的视觉习惯，看上去较为自然，使用最广泛；长焦镜头（大于150mm）类似望远镜光学效果，适合拍摄远距离或小体积物体；广角镜头（小于30mm）视角比较大，画面的纵深感较强，有种夸张变形展宽空间的效果。镜头的焦距越小，视角越大。

（2）光圈。光圈是安装在镜头中间的由一组薄金属叶片组成的遮光装置。光圈就像是水龙头。如果把它开大，就能有大量的光线进入；如果把它关小，就只会进入较少的光线。镜头孔径的大小称为光圈系数，可以用一个诸如F1.2，F8，F16，…的数字来表示，称之为F值。常用光圈系数序列有F1.4，F2，F2.8，F4，F5.6，F8，F11，F16，F22，每个数字间光孔径面积的大小差一倍，F值越小，镜头的圆孔越大。如图3‐33所示。

图3‐33　光圈示意图

（3）快门。快门是照相机从时间上控制通光量的一种装置，能够作快速的开关，形成一瞬间的曝光。常见的快门系数序列有：1，2，4，8，15，30，60，125，250，1000等。若将快门调到“8”这一档，表示此时按下快门，则快门开启1/8秒。快门系数越大，实际曝光时间越短，相邻两档间曝光量相差一倍。

光圈与快门的系数组合即曝光组合，如F5.6，250表示光圈为5.6，快门速度为1/250秒。可以根据不同的被摄物体和环境选择不同的曝光组合。光圈犹如水龙头的直径之粗细，快门犹如开水龙头的时间长短，即F8，125与F5.6，250和F11，60三种曝光组合的曝光量是相同的。

相机及其拍摄中还有一个重要的概念是景深。当相机镜头对某一物体（所在平面）聚焦时，从该物体前面的某段距离到其后面的某段距离内的景物虽不在焦面上，但也是相当清晰的。聚焦相当清晰的这段从前到后的距离就叫做景深。合理控制景深可以帮助拍摄出主体突出的摄影作品。影响景深的主要因素有：

（1）光圈。光圈越大，景深越小；光圈越小，景深越大。

（2）镜头的焦距。镜头的焦距越大，景深越小；镜头的焦距越小，景深越大。

（3）物距。距拍摄物距离越远，景深越大；距离越近，景深越小。

2.数字相机的部件和技术参数

数字相机，也常称数码相机，是一种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机。与普通照相机在胶卷上靠溴化银的化学变化来记录图像的原理不同，数字相机的传感器是一种光感应式的电荷耦合器件（CCD）或互补性氧化金属半导体（CMOS）。数字相机的有关部件和技术参数介绍如下。

（1）图像传感器CCD

CCD是数字相机的成像核心，是一种光电转换元件。其大小直接决定了数字相机的好坏。图3‐34所示即为CCD面积比例示意图。

图3‐34　数字相机CCD面积比例示意图

（2）像素

像素指数字相机CCD上的像素总数。像素越多，清晰度越高，但并不意味图像质量就越好。有些相机的元件像素分为最大像素数和有效像素数。最大像素英文名称为Maximum Pixels，所谓的最大像素是经过插值运算后获得的，也直接指CCD/CMOS感光器件的像素。在打印图片的时候，其画质会明显减损。与最大像素不同，有效像素数是指真正参与感光成像的像素值。即在像素面积不变的情况下，数字相机能获得最大的图片像素。要特别注意的是，相机的CCD面积如果很小的话，一味提高像数反而会造成照片宽容度下降，从而影响照片质量。

（3）光学变焦（Optical Zoom）倍数

数字相机依靠光学镜头结构来实现变焦，光学变焦倍数越大，拍摄时取景位置、景别（全景到特写）、景深等的控制灵活性就大。

（4）镜头的焦距和光圈

镜头是一部相机的灵魂，照相机镜头的焦距是镜头的一个非常重要的指标。镜头焦距的长短决定了被摄物在成像介质（胶片或CCD等）上成像的大小，也就是相当于物和像的比例尺。当对同一距离远的同一个被摄目标拍摄时，镜头焦距长的所成的像大，镜头焦距短的所成的像小。一般而言，35mm相机的标准镜头焦长约是28～70mm，因此如果焦长高于70mm就代表支持望远效果，若是低于28mm就表示有广角拍摄能力。目前，市场上主要的镜头生产厂商包括两大系列：一个为日本厂商，包括尼康、佳能和宾得等品牌；另一个为德国厂商，包括莱卡、蔡司和施耐德等品牌。日本厂商镜头性价比高，而德国厂商镜头的成像质量较高，但相对来说价格也较贵。

光圈是一个用来控制光线透过镜头，进入机身内感光面的光量的装置，它通常是在镜头内。我们平时所说的光圈值F2.8、F8、F16等是光圈“系数”。光圈的大小也是衡量镜头质量的因素之一。一般非专业数字相机的最小光圈都在F8至F11，而专业型数字相机感光器件面积大，镜头距感光器件距离远，光圈值可以很小。对于消费型数字相机而言，光圈F值常常介于F2.8～F16。大光圈能改善数字相机在低照度下的成像质量。

（5）存储设备

市面上常见的存储介质有CF卡、SD卡、MMC卡、SM卡、记忆棒（Memory Stick、XD卡和小硬盘MICRoDRIVE）。图3‐35所示为部分常用的存储设备。

CF卡（Compact Flash）是1994年由SanDisk最先推出的。其存储容量大，成本低，兼容性好，但体积较大，那些半专业、专业的单反数字相机几乎都选用CF卡作为存储介质。

SD卡（Secure Digital Memory Card）是一种基于半导体快闪记忆器的新一代记忆设备。SD卡由日本松下、东芝及美国SanDisk公司于1999年8月共同开发研制。大小犹如一张邮票的SD记忆卡，重量只有2克，但却拥有高记忆容量、快速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性。SD卡体积小巧，被广泛应用于现今的数字相机上。

图3‐35　CF卡（左）、SD卡和记忆棒（右）

记忆棒（Memory Stick）外形轻巧，并拥有全面的功能。这种口香糖型的存储设备几乎可以在所有的索尼影音产品上通用。

（6）电池

数字相机可以采用干电池、碱性锌锰电池、镉镍电池、氢镍电池、锂离子电池以及锂电池等作为其电源。随着数字相机普及速度的加快，锂电池以它良好的性能，已成为数字相机电池的首选。

3.数字相机的类别及选择

数字相机可分为单镜头反光相机（DSLR，Digital Single Lens Reflex Cameras，简称单反相机）和紧凑型相机（Compact Digital Cameras）。区别在于，单反相机的光学取景器是入射光通过五棱镜反射后获得的，单反相机更换镜头或变焦后，取景器中所看到的图像与成像是一致的。而现在的紧凑型相机往往取消了光学取景器，使用LCD屏幕来显示图像。由于LCD屏幕所显示的是成像器件接受下来的内容，其清晰度以及光线的宽容度都受到影响。因此专业拍摄者都使用单反相机进行创作。

数字相机的参数可以分成两类：一类是影响成像质量的技术参数，如镜头、成像器件的相关参数；另一类是改善相机易用性的辅助参数。这些参数也是我们选购相机的主要参考指标。

第一类参数中，最重要的三项参数分别是：

（1）成像器件的大小。数字相机的成像器件有两种：CCD和CMOS。一般来说，CCD成像质量要好于CMOS，但是更重要的是成像面积的大小。图3‐34中，成像器件大小和135底片大小一致时，被称为全画幅相机。CCD或CMOS面积越大，照片的宽容度、拍摄范围、噪点以及物距都会改善，从而直接影响成像质量和艺术表现力。

（2）镜头的大小。显而易见，镜头的孔径越大，获得的光线越多，成像越清晰。镜头孔径的直接指标是镜头的最大光圈。不过这里值得注意的是，光圈是相对值。紧凑型数字相机即使镜头的最大光圈值较大，但是由于成像器件较小，镜头孔径也不是很大。在同等参数下，具有较大光圈值的相机在低照度下效果较好。另外，大光圈值下，景深较小，在拍摄人像时更易突出主体。

图3‐36　紧凑相机镜头

（3）镜头的变焦倍数。镜头的变焦倍数是指镜头的最长焦距与最短焦距之比，要注意的是有些相机上标注的变焦倍数包括了数码变焦。数码变焦是通过插值计算得到的，是一种“伪变焦”，要注意鉴别。许多相机的变焦镜头上都标有最长焦距和最短焦距，把它们相除就得到了光学变焦倍数。如图3‐36所示为紧凑型相机的莱卡镜头，上面标有6.0-21.4，由此我们可以知道该镜头的光学变焦倍数是21.4÷6.0＝3.6。特别是镜头的最短焦距，一般等效焦距小于28mm时，即认为具有广角拍摄能力，是较为实用的功能。

第二类相机辅助参数，主要都是针对紧凑型相机。比较重要的参数有：

（1）人脸识别功能。通过人脸识别功能，紧凑型相机可以自动识别出人脸，从而选择合适的焦点和曝光指数，极大地方便了拍摄者。

（2）防抖功能。拿紧凑型相机的拍摄者很少会使用三脚架来稳定相机。使用防抖功能可以提高相机拍摄的成功率。

除了上述几个参数外，还有些功能虽然对拍摄起到很大的帮助作用，如单反相机中的点测光功能、紧凑型相机中的触摸屏聚焦功能等。但这些功能目前只有少数相机才具有。而另一个常用参数——像数，如前所述，必须与成像器件大小及镜头参数一起讨论才比较有意义。