隨著新千年第一年的結(jié)束，人類迎來了新世紀(jì)?；仡櫿麄€(gè)的二十世紀(jì)，人類在科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域里最偉大的進(jìn)步，不是原子彈的爆炸和航天飛機(jī)的上天，而是信息技術(shù)的發(fā)展；人類在藝術(shù)領(lǐng)域中最重在的突破，不是電影和電視技術(shù)的發(fā)明和發(fā)展，而是數(shù)碼影象技術(shù)的誕生。數(shù)字影象是真正的科學(xué)技術(shù)與文化藝術(shù)完美結(jié)合的產(chǎn)物：是真正的信息革命的產(chǎn)物。
廣義地說，數(shù)字影象技術(shù)包括數(shù)字電視技術(shù)（如VCD、DVD、高清晰度電視和數(shù)字電視傳輸?shù)龋?shù)字電影技術(shù)（如電腦制作、電腦特技和電腦動(dòng)畫等）、數(shù)字印刷技術(shù)、電腦繪畫技術(shù)和數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)，我們?cè)谶@里所說的數(shù)碼影象技術(shù)主要指的是數(shù)字?jǐn)z影技術(shù)，它包括數(shù)字拍攝技術(shù)、數(shù)字掃描技術(shù)、數(shù)字打印技術(shù)、電腦制作技術(shù)和數(shù)字暗房技術(shù)。
一、數(shù)碼相機(jī)的發(fā)展與應(yīng)用
自從1839年法國(guó)人達(dá)蓋爾發(fā)明了“銀板攝影術(shù)”以后，人類沿用的始終是以鹵化銀為感光材料的攝影技術(shù)，這種現(xiàn)象直到20世紀(jì)70年代才被打破。當(dāng)時(shí)，由于航天技術(shù)的發(fā)展，人類必須研制出一種代替膠片的感光材料，以便隨時(shí)向地面發(fā)送圖象，這就是最初的數(shù)碼攝影技術(shù)。數(shù)碼攝影技術(shù)用于民用領(lǐng)域，是20世紀(jì)70年代開始構(gòu)想，80年代開始研制，90年代開始正式投入生產(chǎn)的。直到1993年以前，全世界的數(shù)碼相機(jī)產(chǎn)銷量還不足3萬臺(tái)。而年一年數(shù)碼相機(jī)的銷量就達(dá)到了10萬臺(tái)，95年又突破了34萬臺(tái)，96年一下子猛增到110萬臺(tái)，97年更達(dá)到了190萬臺(tái)，98年上闐年達(dá)到300萬臺(tái)，99年已達(dá)到430萬臺(tái)，2000年預(yù)計(jì)將突破600萬臺(tái)，然而，截止到2000年10月，數(shù)碼相機(jī)的銷量已超過700萬臺(tái)。（2000年的數(shù)據(jù)在發(fā)展是以星期為周期的，必須在印刷之前最后確定）據(jù)業(yè)內(nèi)人士的樂觀估計(jì)，2002年以前數(shù)碼相面就會(huì)進(jìn)入中國(guó)普通百姓家庭，2005年以前，數(shù)碼相面將會(huì)在國(guó)內(nèi)普及。那時(shí)數(shù)碼相機(jī)將發(fā)展到相當(dāng)成熟的地步，價(jià)格也會(huì)大幅度地降低，而2010年數(shù)碼相機(jī)將會(huì)占領(lǐng)照相機(jī)市場(chǎng)的絕大部分份額。
?。ㄒ唬?shù)碼相機(jī)的基本原理
1．?dāng)?shù)碼相機(jī)的CCD
數(shù)碼相機(jī)的核心部分是一種叫做CCD的感光元器件，正是它取代了傳統(tǒng)的感光膠片。CCD是英語Charged Coupled Devices的縮寫，意思是可充電的電荷耦合器。這是一種“金屬－氧化物－半導(dǎo)體”（MOS）集成電路器件，它是由許許多多的微小光電耦合單元組成的，每個(gè)單元的大小只有幾微米到十幾微米。一個(gè)CCD芯片就是由幾十萬、幾百萬乃至上千萬個(gè)這樣的光電單元組成的，而它的面積小的只有不足一平方厘米，大的可以到十幾平方厘米。民用數(shù)碼相機(jī)的CCD面積通常只有4×6mm(1/2")到6×9mm(2/3")遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于135相機(jī)膠片的面積，但安裝在120單反相機(jī)上的數(shù)碼后背的CCD可以達(dá)到30×30mm到40×40mm，已接近120底片面積。這個(gè)CCD芯片就被放在傳統(tǒng)相機(jī)放膠片的位置上。
通過鏡頭所成的影像投射到CCD元件上，CCD將它的光信號(hào)轉(zhuǎn)變成電信號(hào)，再通過數(shù)碼相機(jī)內(nèi)的模數(shù)轉(zhuǎn)換電路將這些模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)，然后把它儲(chǔ)存在磁卡上或輸入到計(jì)算機(jī)里。這種數(shù)字化了的影像，可以通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行各種特殊處理，最終在計(jì)算機(jī)的顯示器上顯示出來，或用打印機(jī)打印出來，還可以用印刷機(jī)印刷出來或用投影儀投影出來。
2．?dāng)?shù)碼影像的像素?cái)?shù)
數(shù)碼相面的CCD芯片的每一個(gè)光電單元記錄影像的一個(gè)微小元素，在這一個(gè)單元內(nèi)影像的色彩、亮度完全一樣、一幅數(shù)碼影像正是由千千萬萬個(gè)這樣的微小元素組成的。數(shù)碼影像的每一個(gè)微小元素，叫做影像的一個(gè)“像素”（Pixel），符號(hào)為P。這樣CCD的每個(gè)微光電單元記錄影像的一個(gè)像素，CCD的光電元件單元越多，數(shù)碼影像的像素也就越多，因而圖像就越細(xì)膩，看上去就越清晰。
數(shù)碼影像的像素?cái)?shù)是以CCD芯片上的水平光電單元（H）的個(gè)數(shù)乘以豎直光電單元（V)的個(gè)數(shù)來表示。這一點(diǎn)很像電視機(jī)的圖像，豎直（V）625條掃描線，水平（H）每條線上最多可以有800個(gè)點(diǎn)，這樣就可以寫成800（H）×625（V）。數(shù)碼影像像素?cái)?shù)的基準(zhǔn)為水平768個(gè)掃描點(diǎn)，豎直512條掃描線，相乘即為總數(shù)393，216個(gè)像素。即768（H）×512（V）＝393，216（P）。
在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域里，由于數(shù)據(jù)量的巨大，把數(shù)字的單位也定得很大，一般把1，000（實(shí)際為1，024）記作1K；而，000，000（即106）記為1M，稱為1兆；把1，000，000，000（即109）記為1G。同時(shí)把后幾位小數(shù)忽略。目前數(shù)碼影像有1／16基準(zhǔn)、1／4基準(zhǔn)，也有4倍基準(zhǔn)、16倍基準(zhǔn)、64倍基準(zhǔn)，甚至256倍基準(zhǔn)。
它們的像素?cái)?shù)具體為：
1／16基準(zhǔn)：192（H）×128（V）＝24．58K（24K）；
1／4基準(zhǔn)E384（H）×256（V）＝98．30K（100K）；
基準(zhǔn)：768（H）×512（V）＝393K（400K）；
4倍基準(zhǔn)：1，536（H）×1，024（V0＝1．57K（1．6M）；
16倍基準(zhǔn)：3，072（H）×2，048（V）＝6．29（M）（6M）；
64倍基準(zhǔn)：6，144（H）×4，096（V）＝25．17（M）（25M）；
256倍基準(zhǔn)：12，200（H）×8，192（V）＝100．660（M）（100)。
目前的256倍基準(zhǔn)的CCD只有線陣的，也就是這種CCD是由8192個(gè)微小光電單元組成線狀元件，通過掃描達(dá)到12，200×8，192＝100M的像素?cái)?shù)。
3．?dāng)?shù)碼相面的色彩位數(shù)
在計(jì)算機(jī)領(lǐng)域里，數(shù)據(jù)量的最小單位是“字節(jié)”（Byte），符號(hào)為B。一個(gè)字節(jié)是由2進(jìn)制的8位數(shù)組成的。2進(jìn)制的每一位叫1“比特”，用符號(hào)bit表示，一個(gè)字節(jié)就是8比特，即B＝8bit。例如一個(gè)漢字是由2個(gè)字節(jié)組成，即1個(gè)漢定占16bit。數(shù)碼相機(jī)的每一個(gè)像素所包含的色彩有很多種，例如紅、綠、藍(lán)的每一種色彩都可以由淺到深有很多種。每個(gè)像素所包含的色彩種類也可以用字節(jié)數(shù)或比特?cái)?shù)來表示。一般黑白CCD每個(gè)像素?cái)?shù)至少包含8bit色彩。8bit就是28相當(dāng)于10進(jìn)制的256，也就是8bit的黑白色彩相當(dāng)于從白、淺灰、中灰、深灰到黑的256種顏色。而彩色的CCD芯片每個(gè)像素都由紅、綠、藍(lán)三種基本顏色（三原色）組成每種顏色都至少有8bit色彩，即紅、綠、藍(lán)每一種顏色都是由淺到深的256種色彩組成。那么它們總共可以組成256×256×256＝2563＝28×3＝224＝16，777，216種色彩，即約1600萬（16M）種色彩。我們說它的CCD有24bit色彩，或說它的CCD有24位“色彩深度”。對(duì)于計(jì)算機(jī)而言24bit色彩即3個(gè)字節(jié)，那么一臺(tái)6M像素的數(shù)碼相面，由于每個(gè)像素占3字節(jié)的“文件量”，所以這臺(tái)相機(jī)拍攝的照片，如果不縮的話，要占用18M的文件量。有些數(shù)碼相機(jī)，紅、綠、藍(lán)每種顏色都有10bit，甚至12bit的色彩。因此這種相機(jī)的色彩深度或“色彩位數(shù)”，即為30bit到36bit。一臺(tái)6M像素36bit的數(shù)碼像機(jī)，每拍一張照片需要占27M文件量。
?。ǘ?shù)碼相機(jī)的技術(shù)指標(biāo)
數(shù)碼相面的技術(shù)指標(biāo)主要是光學(xué)分辨率和色彩位數(shù)。數(shù)碼相機(jī)的光學(xué)分辨率主要是指它的CCD芯片的總像素?cái)?shù)。數(shù)碼相機(jī)的像素?cái)?shù)已從最初的幾十萬、一百多萬發(fā)展到現(xiàn)在的200萬、300萬、400萬、專業(yè)相機(jī)已達(dá)到600萬以上。靜態(tài)掃描式數(shù)碼相機(jī)的像素?cái)?shù)已達(dá)到2400萬，甚至1億以上。數(shù)碼相機(jī)的色彩位數(shù)一般為24bit，高檔數(shù)碼相機(jī)達(dá)到30bit，專業(yè)數(shù)碼相機(jī)的色彩位數(shù)為36bit。
數(shù)碼相機(jī)的其它技術(shù)指標(biāo)還有：
1．液顯示屏的面積。數(shù)碼相機(jī)目前幾乎都有液晶顯示屏，以便于即時(shí)看到所拍攝的影像。目前液晶顯示屏的主要尺寸有1．8英寸和2英寸兩種。
2．CCD芯片的面積、數(shù)碼相機(jī)的核心技術(shù)是CCD芯片。CCD芯片的面積越大，成本越高也就能容納更多的像素?cái)?shù)。目前CCD的面積主要有以下幾種規(guī)格：1／2英寸（4.5×6.75mm）、2/3英寸(6×9mm)、14×21mm和18×27mm。
3．鏡頭的光學(xué)變焦范圍，一般數(shù)碼相機(jī)都有光學(xué)變焦和數(shù)碼變焦兩種變焦方式。所謂“數(shù)碼變焦”，就是通過電腦芯片人為地插入一些像素，使圖像放大。所以數(shù)碼相機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)還是它的光學(xué)變焦范圍。一般數(shù)碼相機(jī)都有兩倍變焦功能，好一些的數(shù)碼相機(jī)都有三倍變焦功能。
4．鏡頭的等值焦距。一般數(shù)碼相機(jī)由于CCD芯片面積小，要涵蓋同樣的景物范圍，鏡頭的焦距一般要求也就短。有的數(shù)碼相面CCD芯片面積大一些，鏡頭的焦距也就長(zhǎng)一些。所以數(shù)碼相機(jī)鏡頭焦距的絕對(duì)值并沒有意義，有意義的是用它拍攝時(shí)，鏡頭所涵蓋的景物范圍。一般數(shù)碼相機(jī)都不標(biāo)其鏡頭的實(shí)際焦距值，而只標(biāo)它相當(dāng)于135相機(jī)鏡頭焦距的數(shù)值，這個(gè)數(shù)值，就稱為數(shù)碼相機(jī)的“等值焦距”。例如一臺(tái)數(shù)碼相機(jī)的鏡頭實(shí)際焦距為9－27mm，而它的CCD芯片面積僅為6×9mm（135底片畫幅的1／4），類此它的等值焦距為：36－108mm、35－70mm、35－105mm等等。專業(yè)數(shù)碼相機(jī)內(nèi)部有一個(gè)叫做“縮焦器”的裝置，它可以把普通135相機(jī)鏡頭所成的像，以同樣的范圍縮小到CCD芯片上，由于它能夠直接安裝135單反相機(jī)的鏡頭，因此它的鏡頭等值焦距與所安裝的鏡頭焦距相一致。
5．快門速度，數(shù)碼相機(jī)的快門速度概念與傳統(tǒng)相機(jī)完全一致。由于CCD芯片感光能力的不同，因此不同檔次的數(shù)碼相機(jī)快門速度的范圍也不同。例如有的數(shù)碼相機(jī)快門速度為1／4秒－1／400秒，有的為1／2秒－1／362秒，也有的為16秒－1／400秒。總的說來最高快門速度都不快。數(shù)碼相機(jī)的快門速度值一般是連續(xù)可調(diào)的，所以它的分檔也與傳統(tǒng)相機(jī)稍有差別，例如傳統(tǒng)相機(jī)的快門時(shí)間沒有精確到1／362秒的。數(shù)碼相機(jī)的快門一般都是電子快門，因此時(shí)間精度都很高。
6．鏡頭光圈。與快門一樣，數(shù)碼相機(jī)的光圈一般均為電磁光圈，因此它的數(shù)值也可以是連續(xù)的，分級(jí)也與傳統(tǒng)鏡頭光圈有所不同。它們的變焦鏡頭，光圈多是漂移的（專業(yè)單反型數(shù)碼相機(jī)例外），例如廣角端的最大光圈有的為F3．0，再有的為F4．0。最小光圈有的為F13．5，有的為14．0；長(zhǎng)焦端的最大光圈有的為F3．9，有的為F4．7，最小光圈有的為F16．0，有的為F22．0。
7．等值感光度，正因?yàn)閿?shù)碼相機(jī)的感光元件為CCD，所以它才有相當(dāng)于傳統(tǒng)感光膠片的“等值光度”。CCD芯片的等值感光度有的相當(dāng)于傳統(tǒng)膠片感光度的ISO50，有的相當(dāng)于ISO100；有些靈敏度高的CCD芯片，相當(dāng)于傳統(tǒng)膠片感光度的ISO400，甚至ISO800。
其它功能。數(shù)碼相機(jī)的其它功能有的與傳統(tǒng)相機(jī)類似，如連拍功能，閃光燈功能，自拍功能，閃光燈指數(shù)等；有的為數(shù)碼相機(jī)所特有，如文檔格式（壓縮形式）；使用界面（計(jì)算機(jī)術(shù)語）、貯存容量（能貯存多少?gòu)埉嬅妫⒔涌冢ㄅc計(jì)算機(jī)的聯(lián)接）等。
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