單鏡反光機的基本知識

2021-03-04 01:18:45 字數 5035 閱讀 2158

一:什麼叫單反

單反即單鏡頭反光數位相機,構造圖如下:

工作原理圖如下:

二:單鏡反光機的結構導致的優點

單鏡頭反光相機的這種構造,確定了它是完全透過鏡頭對焦拍攝的,它能使觀景窗中所看到的影像和膠片上永遠一樣,它的取景範圍和實際拍攝範圍基本上一致,消除了旁軸平視取景照相機的視差現象,從學習攝影的角度來看,十分有利於直觀地取景構圖。由於採用乙個成像系統為乙個鏡頭所以協調反應比一般的機子反應快,所以單反機對高速運動的物體拍攝較好(不會因為相機反應遲鈍錯失佳景)。

三:單鏡反光機的影象感測器

影象感測器即感光器件是數位相機的核心部件,與傳統相機相比,傳統相機使用「膠卷」作為其記錄資訊的載體,而數位相機的「膠卷」就是其成像感光器件,而且是與相機一體的,是數位相機的心臟。感光器是數位相機的核心,也是最關鍵的技術。

1:感測器的種類

目前數位相機的核心成像部件有兩種:一種是廣泛使用的ccd(電荷藕合)元件;另一種是cmos(互補金屬氧化物導體)器件。

結構上:比較ccd和cmos的結構,adc(數模轉換器)的位置和數量是最大的不同。ccd每**一次,在快門關閉後進行畫素轉移處理,將每一行中每乙個畫素的電荷訊號依序傳入「緩衝器」中,由底端的線路引導輸出至ccd邊緣的放大器進行放大,再串聯adc輸出;而cmos的設計中每個畫素旁邊都直接連著adc,電荷訊號直接放大並轉換成數碼訊號。

造成這種差異的原因在於ccd的特殊工藝可保證資料在傳送時不會失真,因此各個畫素的資料可匯聚至邊緣再進行放大處理;而cmos工藝的資料在傳送距離較長時會產生雜訊,因此,必須先放大,再整合各個畫素的資料。

技術上:ccd儲存的電荷資訊,需在同步訊號控制下一位一位地實施轉移後讀取,電荷資訊轉移和讀取輸出需要有時鐘控制電路和三組不同的電源相配合,整個電路較為複雜而且速度較慢。而cmos感測器經光電轉換後直接產生電流(或電壓)訊號,訊號讀取十分簡單,還能同時處理各單元的影象資訊,速度也比ccd快很多。

ccd製作技術起步早,技術成熟,採用pn結或二氧化矽(sio2)隔離層隔離雜訊,成像質量相對cmos有一定優勢。由於cmos整合度高,各光電感測元件、電路之間距離很近,相互之間的光、電、磁干擾較嚴重,雜訊對影象質量影響很大,使cmos很長一段時間無法投入實用。近幾年,隨著cmos電路消噪技術的不斷發展,cmos的效能已經與ccd相差無幾了。

效能上:iso感光度:由於cmos每個畫素由四個電晶體與乙個感光二極體構成,還包含了放大器與數模轉換電路,過多的額外裝置縮小了單一畫素感光區域的表面積,因此相同畫素下,同樣的尺寸,cmos的感光度會低於ccd。

解析度:由於cmos感測器的每個畫素都比ccd感測器複雜,其畫素尺寸很難達到ccd感測器的水平,因此,當我們比較相同尺寸的ccd與cmos時,ccd感測器的解析度通常會優於cmos感測器。噪點:

由於cmos每個感光二極體都需搭配乙個放大器,如果以百萬畫素計,那麼就需要百萬個以上的放大器,而放大器屬於模擬電路,很難讓每個放大器所得到的結果保持一致,因此與只有乙個放大器放在晶元邊緣的ccd感測器相比,cmos感測器的噪點就會增加很多,影響影象品質。耗電量:cmos感測器的影象採集方式為主動式,感光二極體所產生的電荷會直接由旁邊的電晶體做放大輸出;而ccd感測器為被動式採集,必須外加電壓讓每個畫素中的電荷移動至傳輸通道。

而這外加電壓通常需要12~18v,因此ccd還必須有更精密的電源線路設計和耐壓強度,高驅動電壓使ccd的耗電量遠高於cmos。cmos的耗電量僅為ccd的1/8到1/10。成本:

由於cmos感測器採用一般半導體電路最常用的cmos工藝,可以輕易地將周邊電路(如agc、cds、timing generator或dsp等)整合到感測器晶元中,因此可以節省外圍晶元的成本;而ccd採用電荷傳遞的方式傳送資料,只要其中有乙個畫素不能執行,就會導致一整排的資料不能傳送,因此控制ccd感測器的成品率比cmos感測器困難許多,即使有經驗的廠商也很難在產品問世的半年內突破50%的水平,因此,ccd感測器的製造成本會高於cmos感測器。

前景:ccd在影像品質等方面均優於cmos,而cmos則具有低成本、低功耗、以及高整合度的特點。不過,隨著ccd與cmos感測器技術的進步,兩者的差異將逐漸減小,新一代的ccd感測器一直在功耗上作改進,而cmos感測器則在改善解析度與靈敏度方面的不足。

相信不斷改進的ccd與cmos感測器將為我們帶來更加美好的數碼影像世界。

2:感測器大小

感光元件的尺寸是影響成像表現力的硬指標之一,但許多人對感光元件尺寸的表示方法大惑不解,例如全畫幅,中畫幅之類的感光元件是使用漢字來表示的;又有些諸如aps-c畫幅,aps-h畫幅的感光元件是使用英文縮寫進行標註的;而更多的相機則使用的是諸如1/1.8英吋,1/2.3英吋這樣的分數表示。

那麼到底在這些不同表示方法下的感光元件大小有什麼不同?1/2.3比微4/3感光元件具體小多少,它們和aps-c畫幅相比又如何呢?

為什麼我們在談到較大尺寸感光元件時會使用公釐做單位,而談到小尺寸感光元件時卻使用分數和英吋?

首先我們來說說全畫幅,當相機過渡到數碼時代時,人們延續了膠片時代的標準,將採用與135膠卷相同尺寸的感光元件的數碼單鏡反光機稱為「全畫幅數位相機」。所以全畫幅數碼單鏡反光機的感光元件尺寸為36×24mm。

有別於膠片時代的膠卷,數位相機的感測器在製造成本上要比膠卷昂貴許多倍,為了降低製造成本,以進一步搶占中低端市場,相機廠商開始使用較小尺寸的感光元件,但問題也就隨之而來了。在一些低端的卡片相機上,廠商們出於成本考慮,將感測器做的非常小,例如1/2.3英吋的感測器,它的尺寸僅為6.

16×4.62mm,在面積上只達到全畫幅的3.2%。

或許廠商認為把它叫做全畫幅的3.2%不夠好聽,所以將其叫做1/2.3英吋,又是分數又是英吋,無非就是想讓它聽起來更大一些。

需要注意的是,說明書上標註的感測器尺寸例如1/2.3英吋,它並不是感測器的某一條邊的長度,而是感測器對角線的長度(並且包含器件封裝外殼的寬度,實際的還要更短),一般來說的單鏡反光機感測器長寬比為3:2,卡片相機長寬比為4:

3,通過勾股定理我們可以很容易的算出感測器真實的長寬數值。下面筆者通過乙個**向大家詳細展示所有常見的感測器大小。

大尺寸的優勢

有些單鏡反光機採用的是大尺寸的aps-c畫幅感光元件,而有些卡片相機採用的是1/2.3英吋感光元件,雖然它們可能都擁有1800萬畫素,但是區別在於二者的單個畫素寬度不同。aps-c畫幅、1800萬畫素感光元件的每乙個畫素寬約為4.

3微公尺,而1/2.3英吋、1800萬畫素感光元件的每乙個畫素寬約有1.68微公尺單個畫素越寬代表每個畫素點的面積越大,通常情況下畫素點的面積越大其捕捉的光子越多,感光效能越好,越不容易產生噪點。

而畫素點面積越小,所獲得的資訊量自然也就少了,為了對其加以補償就必須加大電訊號,而這麼做又容易產生噪點。這就是為什麼單鏡反光機在夜晚的拍攝能力要比卡片相機好很多。當然隨著科技的不斷發展,諸如背照式cmos感測器的出現,這種差距也在慢慢的縮小,雖然離質變還有很長的路,但是我們有理由為之期待。

焦距倍數

相機感光元件的尺寸不同還給我們帶來了乙個關於鏡頭焦距轉換倍率的問題。由於目前大部分數位相機的感光元件小於全畫幅,故數位相機鏡頭的等效焦距比全畫幅相機鏡頭的實際焦距大得多。為說明這種差異,於是引入了焦距轉換係數(focallengthmultiplier)這一概念。

如50mm的標準鏡頭裝到焦距轉換係數為1.5的數碼單鏡反光機上,實際焦距則為75mm。在實際使用時數位相機的感光元件越小,其鏡頭焦距轉換係數越大。

四:取景器

取景器即數碼攝像機上通過目鏡來監檢視像的部分,現在的數碼攝像機的目鏡取景器只有黑白取景器和彩色取景器。但對於專業級的數碼攝像機來說都是黑白取景器,因為黑白取景器更有利攝影師來正確構圖。數碼攝像機取景器結構和其液晶顯示屏一樣,兩者均採用tft液晶,而不同點在於兩者的大小和用電量。

1:光學取景器

與鏡頭分開的一般稱為光學取景器(以前傻瓜相機用的)取景器不管相機的鏡頭是定焦還是變焦,光學取景器的取景都是不變的,它工作時與鏡頭無關,它只是模仿鏡頭的視角和焦距。有家用傻瓜型相機(包括家用級數位相機)大都使用這種取景方式。

取景器進光孔的大小決定了影象的清晰程度,對於戴眼鏡的使用者而言,有相對來說大一些的光孔就顯得比較重要了,因為眼鏡會使他們的眼睛離取景器較遠,這樣就不可能準確地取景。有些取景器配備了可以進行屈光度調節的功能,使拍攝者在拍照時可以不戴眼鏡就可進行較為準確的取景。不過,只有近、遠視者才可以進行屈光調節,對於視力正常的拍攝者而言,屈光度調節毫無意義。

光學取景器應盡量地靠近鏡頭的光軸中心,以減少取景視差。之所以會出現視差,是因為相機鏡頭和取景器是從不同位置**拍攝物件的,因而它們各自看到的景物也是存在一些差異的。一般來說,光學取景器不能顯示100%的鏡頭所拍攝影象,大概只有實際幀的85%或更少。

這就是開發ttl取景器的原因。

2:ttl取景器

通過鏡頭的一般稱為ttl取景器(大多用於單鏡反光機)取景器。這種取景器通常配備在較昂貴的數位相機上,它可顯示鏡頭所拍攝到的影象。在傳統膠卷相機中,絕大多數已經採用這種取景方式。

不同ttl取景系統的工作方式是不同的,在具體使用時,所能顯示的細節也不盡相同,但它們都是通過將穿過鏡頭的光線反射或散射,從而達到取景的目的。所以對於使用ttl光學取景器的數位相機來說,通過液晶屏和取景器看到的影象是一致的。

3:液晶取景器

更有趣的是,有不少數位相機的液晶屏被設計成可以反轉甚至可以旋轉的結構,這樣無論你是要從人堆後拍攝景物還是要拍攝底角度的景物都可以不必讓身體很勉強的爬上爬下。你所要做的,只是輕輕的把液晶屏旋轉到乙個合適的角度就可以了。另外,由於在液晶螢幕上顯示的畫面就是將會被記錄在記憶體上的最終實際拍攝畫面,所以使用液晶屏方式取景也可以獲得類似單鏡反光機的「所見即所得」的效果。

同時,很多數位相機廠家喜歡在液晶屏顯示取景的同時,在畫面上疊加顯示當時的拍攝引數以及記憶體的儲存情況等資訊,極大地方便了使用者了解數位相機的工作狀態以更好的控制拍攝過程。

但是使用數位相機背後的液晶屏進行取景操作也並非是十全十美的。首先開液晶屏取景是一件很費電操作,如果長時間的開啟液晶屏取景,還要來回的看**,刪除,重拍等等。估計很少有數位相機的電池能支援約1小時的連續工作。

其次,即使有類似sony公司這樣強悍的鋰元素電池做後盾,長時間的開啟液晶屏勢必會造成機器整體工作溫度的上公升。這很容易使數位相機的感光元件ccd受熱產生「熱噪點」而影響畫面質量。還有,我們也常常會發現,在強烈的直射太陽光干擾下,液晶屏上顯示的畫面很容易變的模糊不清。

為此我們不得不騰出乙隻手為液晶屏遮擋陽光,才能勉強看清楚畫面,繼續操作,真是叫人十分的煩惱。最後,由於液晶顯示在畫面色彩層次方面的限制,液晶屏對夜間景物的畫面回放比較糟糕。人眼明明能很清晰看到夜間景物,通過液晶顯示則變得黑忽忽一片了。

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