数码相机的工作原理

数码相机的工作原理是：首先通过镜头接收光线，然后被称为CCD（电耦合元件）的摄影元件（有时也使用CMOS传感器）将所接收的光线转换成电信号，最后将电信号作为数据记录到内置存储器和存储卡中。在数码相机的基本性能中，像素数、摄影元件、变焦倍率和镜头亮度这几个技术指标最为关键。
一、像素数
　　在数码相机的规格和广告中最先映入人们眼帘的描述一般就是它的像素数。所谓像素数，可以理解为在摄影元件上设置的像栅格一样的东西。而光线的颜色和强度则能够以这种栅格为单位接收到相机中。所以，栅格越细（也就是像素越多），照片的颗粒就越细，相应地拍摄对象的细节部分就表现得越好。
　　但在广告上、样本上、说明书上、相机上标出的数据有时却是不一样的，明明一个400万像素的数码相机，拍摄的图像文件尺寸怎么算也只有390万像素，这里面是不是该有什么标准呢？
确实，在以前，我们看到这些像素数的数据时还要在心里仔细盘算，因为图像传感器的技术发展非常迅猛，原有的标准出现了许多漏洞。JCIA(Japan Camera Industry Association，日本照相机工业协会)于2001年7月发布了《数码相机规格标注指导》，严格规范了各种标称方式的名称、内容，以谋求能够为一般消费者提供可以作为挑选数码相机依据的指标。
　　新标准的要点是，作为表现数码相机性能的指标，将优先标记“有效像素数”，一般消费者在购买数码相机时，应以有效像素数作为选购的依据。新的标准适用于从2001年9月1日开始销售的数码相机。JCIA希望这一标准能够成为全球数码相机业界的标准。
　　下面我们把用户可能在选择时遇到的像素数指标罗列如下，使用户在评判时有所依据。
（1）有效像素数（Number of Effective Pixels）
　　它在规范中被指定为数码相机描述性能时最优先提及的指标。根据物理学光衍射原理, 在相机的光通道(取像孔)被厂家固定下来后,在CCD上成像时外缘部分会形成衍射现象,导致图像模糊。为了提高图像质量,我们就会放弃在这部分像素点上的成像内容,这样一来，成像单元(像素点)就没有百分之百地被利用, 导致实际利用像素数没有提供的那么多，这样被利用的绝大部分像素数就是“有效像素数”了。这就是为什么我们总在数码相机的说明资料中常看到“有效像素数”的原因。
（2）总像素数（Number of Total Pixels）
　　这是图像传感器本身的规格，是传感器上所有像素的数目。在设计一系列产品时，可能采用同样的镜头和CCD，但最终在市场上要依靠像素数和外围设计区分档次，所以目前一些数码相机镜头的成像范围要小于CCD面积，只能利用部分CCD的像素。因此，我们常常可以看到有效像素数小于总像素数的情况。
（3）记录像素数（Number of Recorded Pixels）
　　这是最终记录在存储媒体上的静态图像中所包含的像素数。一些采用插补、智能像素扩充技术产生的高分辨率图像也可以按照这个标准标出，因此，对一些采用独特布局或是算法的CCD的数码相机来说，记录像素数代表了其性能的重要一面。当然，厂家会标注出采用何种技术产生的这些像素。
（4）输出像素数（Number of Output Pixels）
　　这是通过输出转换后，数码相机产生的图像中包含的像素数。这个指标和记录像素数有些类似，但它是最终传递到计算机中的图像分辨率，与存储媒体中的数据略有不同。
　　看了以上这些指标，你是不是心中有数了呢？找一款数码相机的样本看看可能会更直观一些。其实也不必太深究它们的含义，目前比较新的数码相机（2001年7月以后上市）都把有效像素数作为最明显的指标。在统一的标准之下，我们也就更容易选择符合自己需求的产品了。
二、摄影元件
　　另外，摄影元件（CCD）尺寸也很重要。如果像素数相同，摄影元件越大，每个像素的尺寸就越大。像素尺寸越大，所能处理的数据量就会增加，从而就能够区别微细光线的颜色和强度，也就能够生成层次感丰富的照片。
　　中档数码相机一般使用尺寸在1/2.7～1/1.5英寸的CCD，但是高级单反相机有的会超过1英寸。
　　当前的数码相机上CCD的直径大小常见的尺寸有：2/3英寸和1/1.8英寸等。在一块CCD板上如果集成了200万个光电成像单元,那我们就说这款数码相机就是200万个像素的。所以当CCD板的大小和集成度固定下来后，像素点就变成绝对概念了。在集成度一样的前提下，CCD尺寸越大的数码相机像素数就越高，当然分辨率也就越大，价格就越贵。
三、变焦倍率
（1）镜头焦距
　　镜头焦距是相机镜头最重要的特性之一，为了让传统摄影者很容易地了解消费级数码相机镜头焦距的意义，我们常常将其转换成135相机的等值焦距。镜头焦距指的是平行的光线穿过镜片后，所汇集的焦点至镜片间的距离。基本上，若是被摄体的位置不变，镜头的焦距与物体的放大率会呈现正比的关系。
　　即：放大率＝影像尺寸/被摄体尺寸光学变焦
　　例如，Nikon CoolPix 990数码相机的镜头焦距为38～115mm(相当于135相机)，我们便说它是3X的光学变焦。原始的镜头焦距为38mm，经过镜头系统的伸缩改变，最大可以将镜头焦距调整到115mm。在相同的拍摄距离下，可以将被摄体放大3倍。
（2）数码变焦
　　今日的数码相机已经演进成小型的计算机一般，内部含有操作系统，可以执行既定的程序。透过程序的演算及光学系统的配合，我们可以将被摄体再做局部放大，以插补的方式仿真出光学变焦的效果。数码变焦必然会损耗掉影像的品质，在一般的拍摄状况下，我们都不建议使用数码变焦的功能。但我们也知道“较差的相片”胜过“没有相片”，在某些特殊状况下，我们还是会动用“数码变焦”的功能。
（3）光学变焦 VS 数码变焦
　　光学变焦的影像品质胜过数码变焦，请尽量采取光学变焦的功能。光学变焦及数码变焦的计算如下。
　　若一相机的光学变焦为3X，数码变焦为4X，则该相机合并运用光学变焦及数码变焦功能，可以达到12X的放大能力(尽管这不太实际)。
（4）定焦与变焦
　　无论是什么品牌的相机，变焦的功能同样还是会造成影像品质的损耗，因此，同级的数码相机/镜头系统，定焦镜头所拍摄的结果，应该比变焦镜头还要锐利。另一方面，定焦镜头较易设计，成本较低，但是在构图时，则没有变焦镜头那么方便。
　　对于数码相机来说，变焦倍率越大，远景拍摄就越方便。但相应地镜头就越大，价格也就越高。
　　如果只是把数码相机用作记录用途，而采用尽可能轻便的产品的话，可以选择无变焦功能的产品。而稍微需要一点变焦功能的话，有3倍左右的变焦功能也就足够用了。
　　但是，规格中也许会出现“光学变焦倍率”和“数码变焦倍率”两项。其中体现镜头性能的是“光学变焦”。“数码变焦”是指将部分图像裁剪出来进行放大的功能。所以，利用数码变焦进行放大的越多，画质就越差。
四、镜头亮度
　　“F值”表示镜头亮度。不用闪光灯在中午进行拍摄时，达到F4.5左右就足够了。但是当经常在傍晚时分或光线昏暗的室内拍摄时，最好达到F3.5或F2.8左右。
虽说如此，镜头的性能并不能仅由规格来判断。模糊度、色彩表现性能以及外部光量和像差等数据并不写在规格中。另外，摄影目的和个人兴趣不同，喜好也就不同。这方面最好是参考杂志上刊登的测试报告。
五、其他需要注意的地方
　　对数码相机的易用性影响较大的规格包括从打开电源到可以拍摄之间的启动时间、可连续拍摄的最短时间，以及从按下快门到快门关闭之间的时滞。为了不放过任何拍摄时机，显然这些指标的数值越小越好。