剖视数码相机

文章出处:《新潮电子》(第2001-4期); 作者:郑庆星


  自从1991年第一台民用数码相机问世以来,数码相机便以惊人的速度发展,至今已成为数码影像领域中深受世人瞩目的主流产品之一,甚至开始冲击传统相机在人们生活中的地位。虽然数码相机与传统相机都是基于光学原理实现成像的,但由于所使用的感光介质不同,数码相机更偏重于光电的转化,是光学、机械、电子一体化的高科技产品。下面就数码相机与传统相机的不同进行详细的阐述。

  数码相机与传统相机的本质区别
  数码相机使用电子元件来获取图像,传统相机使用银盐胶卷来捕光捉影——这就是数码相机区别于传统相机最根本的地方。
  数码相机使用电荷藕合器件(Charge Coupling Device,即CCD)或互补金属氧化物半导体(Comple-mentary Metal-Oxide Semiconductor,即CMOS)来捕捉光影。CCD、CMOS是一种光电转换器件,能将感应到的光信号转换成电信号,并传输给数码相机的其它器件进行处理,从而以数字形式保存图像。
  传统相机使用基于银盐的感光材料(胶卷)来捕捉光影,胶卷是一个物理实体,具有感光特性,能根据光线的强弱重新组织银盐颗粒的排列,不同密度的银盐颗粒形成不同的影像效果,然后经过暗房的显影、定影等工序制作成照片。
  和胶卷不同,CCD、CMOS既没有能力记录图形数据,也没有能力永久保存它。CCD捕捉到的所有图形信息只有通过“模/数”转换器的转换,才能得到可以储存的数字信息。因此,从记录过程来看,数码相机的图像生成要比传统相机复杂,而图像质量也会受到更多外界因素的影响。
  数码相机捕获的图像信息是以数据的形态存在的,这种图像载体的革命自然使数码相机在许多细节,如结构、功能操作、工作流程等方面与传统相机不同。我们首先从数码相机与传统胶卷相机在结构上的区别说起。

  数码相机与传统相机在结构上的区别
  数码相机具有感光元件、ADC、 DSP、JPEG编码压缩器、存储器、LCD显示屏、连接端口、电源以及附带的驱动软件等重要元件。
  感光元件:数码相机的感光元件由一些非常细密的元件所组成,这些感光元件被称为CCD,其功能是将光信号转化为电信号。CCD的像素排列主要有线性和矩阵两种,尺寸大小为1/4、1/3、1/2、2/3英寸不等,尺寸越大像素点就越多,目前CCD的尺寸远比传统胶卷36×24mm的尺寸小,成像效果还达不到传统胶卷的水平。不过随着技术的发展,CCD的技术也将日趋成熟,现在出现的600万像素CCD的数码相机就是明证。
  在CCD技术的革新上,富士(FujiFilm)的超级CCD(Super CCD)作了不少贡献,它通过将光电二极管传统的正方形排列改成对角45度蜂巢形排列,使单位面积的像素值增加了近一倍,例如富士FinePix 4900Z使用的是240万像素的Super CCD,却可以生成430万像素的图像。富士公司声称,这种超级CCD不仅仅增加了像素,色彩、清晰度等也有显著的进步。关于富士超级CCD的优劣,业界时有争论,但与发布初时相比,它已经被许多人所接受,此后的富士FinePix系列数码相机,如S1 pro、40i等都使用被富士称为是看家技术的超级CCD。
  另外,柯达公司在超大型CCD的制造上也卓有成效。2000年9月,在德国Photo Kina展览会上,柯达正式对外公布了高达1600万实际像素的CCD,这被称为是CCD制造技术上的一个里程碑。该CCD已经应用在引起业界极大关注的柯达Pro Back数码机背上。
  但CCD制造技术已经临近制造工艺的极限,现在我们需要关注的是CMOS技术。CMOS即“互补金属氧化物半导体”,它原先是计算机系统中用于存储信息的一种重要芯片,但目前仍处在一个比较初级的阶段。现在使用CMOS的数码相机越来越多,但大多是入门级的数码相机。开创CMOS技术应用先河的佳能(Canon),于去年上半年推出了使用CMOS的专业级单反数码相机EOS D30,同样引起了业界的纷纷评论。从D30投放市场后的反映看,CMOS已经亮出了其鲜明的旗帜。
  ADC:ADC(Analogue Digital Changer)即模/数信号处理器,这是数码相机的关键部件之一。如上述,CCD只能感应光信号,没有存储能力,而电子产品又只能存储数字形式的信息,因此,数码相机必须具有将光信号转化成数字信息的元件,ADC的作用就是把感光元件捕获生成的模拟电信号转化成数字信号。
  DSP:DSP(Digital Signal Processer)即数字信号处理器,是数码相机生成数码图像的关键,如果没有这个元件,那么数码相机得到的就不是一幅完整的图像,而是一堆繁杂的数字。
  JPEG压缩器:未经压缩的图像数据量非常大,可以达到几十甚至上百兆字节。不同的数码相机提供不同等级的压缩比例,压缩后的图像文件就比较小了,但它是一种有损的压缩方式,会影响图像质量。随着存储卡制造技术的发展,这种JPEG压缩器在数码相机中的作用会越来越次要。
  存储器:数码相机中不再有传统相机中装胶卷的暗仓,而取而代之的是不同形式的数字式存储介质,如PCMCIA卡、SM卡、CF卡,也有使用软盘或者CD-R光盘的,如使用CD-R光盘的索尼数码相机MVC-CD1000。以存储卡代替胶卷来存储图像是数字化的结果。近几年来,存储器市场一直发展非常迅速,当今世界上用于数码相机领域容量最大的存储卡是IBM 1GB的Microdrive(采用CF Type Ⅱ标准)卡。另外,索尼(SONY)还向市场投放了3款使用软盘作为存储介质的“FD Mavica”系列数码相机。3月14日,三洋(SANYO)公司宣布一款可以使用730MB光盘的数码相机“iDshot IDC-1000Z”面世。
  连接端口:也是数码相机不同于传统相机的一个特别之处,这是使数码相机融入数字化世界的通道。靠这个端口,数码相机与打印机、电脑、电视机等电子设备连接起来。如今,新一代的USB接口已成为新款数码相机的传输接口。当今还有一种传输接口被业界看好,那就是i-Link,它使用了IEEE1394国际标准接口,传送速度可达每秒百万字节,索尼在此技术领域先行一步。
  电源:数码相机的各个部件如数模转换器、LCD显示屏等都需要电能来支持,并且耗电量相当大。如今数码相机的电池仍是一个技术难题,也是困扰众多用户的问题。在室外使用数码相机时,大都使用可充电电池,而在室内使用时,可直接使用市电,因为数码相机配备有一个交流电接口——这是传统相机所不具备的。在可充电电池中,锂电池性能优异,其次是镍氢电池。当然,你也可以使用我们平常用的碱性电池,但往往只能使用十几分钟甚至几分钟。
  相关软件:这是传统摄影师完全陌生的,不过却是数码相机所必备的。相关软件一般都在电脑上运行,起到数据传输、编辑图像等功能。各厂家有通用或专用的驱动软件。
看完数码相机与传统相机在结构上的不同之后,我们再来看看数码相机操作上的特别之处。这对于一般数码用户来说是最直观、也是最关心的。
  
  数码相机与传统相机在功能和操作上的区别
  数码相机的菜单控制:与传统胶卷相机不同,数码相机的大多数控制都可以通过菜单来实现,如相机中的感光度设置、曝光补偿、闪光灯选择等都是通过数字方式进行控制的,你可以在LCD显示屏上通过翻阅菜单进行各个功能选项的控制。在菜单中,还有几个比较特殊的功能选项:格式化、图像质量模式选择、感光度选择(ISO)、白平衡选择(WB)、效果选择(Function)、数码变焦(Digital Zoom)、录音、录像等。
  1.格式化:在第一次使用数码相机时,一般都要对存储卡进行格式化操作。格式化将删除存储卡上的所有信息,因此当你需要删除存储卡内的所有内容时,也可以使用该功能。
  2.图像质量模式选择:这也是传统相机所没有的功能。对于传统相机而言,负片、反转片等是决定图像质量的重要因素,而转化成数字图像时,则由扫描仪来控制。但在数码相机中,你可以根据所需预先控制图片质量和大小。一般来说,有“TIFF”(未压缩图像)、“SHQ”(超高质量)、“HQ”(高质量)、“SQ”(一般质量)等几种选项,各个相机厂家的质量等级并不相同。
  3.感光度ISO选择:在传统相机中,感光度选择是通过装用不同的胶卷来实现,而数码相机中,你只需选择数据就可实现不同ISO的选择。
  4.白平衡选择:其实就是选择适合于不同色温条件的曝光模式。在传统相机中,这也是通过胶卷来选择的,一般有“日光型”、“灯光型”两种。相对而言,数码相机的“色温调节”不仅方便了许多,而且选择也多了,以奥林巴斯C-3030为例,拥有“自动白平衡”、“晴天”、“阴天”、“钨灯照明”、“荧光灯照明”五种白平衡选择。
  5.效果选择:这个功能可使用户直接拍摄出特殊效果的照片来,而无须通过冲印或软件来实现。仍以奥林巴斯C-3030为例,效果选项有“黑白效果”、“复古效果(Sepia)”、“白板效果(White Board)”、“黑板效果(Black Board)”四种。
  6.数码变焦:这是数码相机特有的,但并不很受人欢迎的功能,它只是将图像的一部分用软件进行插值放大,实际上并没有增加有效像素。
  7.录音和录像:只有高端数码相机才具有该项功能,它使数码相机不仅可以拍摄我们平时所见的静止图像,也可以拍摄录像效果的动态图像,同时可以录取声音。
  LCD的使用操作:数码相机与传统相机在操作使用上较大的区别是它可使用LCD显示屏。你可以方便地通过LCD来取景,有些数码相机的LCD显示屏可以旋转、翻折以便于特殊角度的拍摄。
  图像的即时回放(Play)和删除(Delete)功能:这是数码相机特有的功能,也是数码相机的优势所在。你可以随时回放所拍摄的图像,检查拍摄的情况,如果你对拍摄到的图像不满意,可以方便地使用删除键删除图像,然后重新拍摄。
  拍摄的图像纵横比:35mm胶卷相机拍摄的照片大都是36×24mm,纵横比为3:2,这是一个很经典的比例,是按照黄金分割比例设计的。而数码相机受CCD尺寸的影响,纵横比大多为4:3,拍摄的图像文件大小为800×600像素或1600×1200像素。
  无论是媒体记者还是一般的摄影爱好者,在讲到数码相机时,一定会涉及“数码相机使用起来多么多么方便”、“数码相机永远也不能与传统相机相比”等等关于数码相机优劣的话题,下面我们就来作一个全面的分析:

  数码相机与传统相机优缺点比较一览
  (特点比较请见附表)
  数码相机的发展前途到底会怎么样?乐观的态度是即将成为主流,但不可否认的是数码相机仍然还有不少技术瓶颈。

  数码相机的技术缺陷
  快门延时:对于传统相机而言,从按下快门键至快门释放这段延迟时间是可以被忽视的。而数码相机就不行,因为有一个快门时滞的问题,也就是说你按下快门后,CCD并没有马上捕捉光线,而是过一些时间后才开始工作。不同数码相机的快门时滞是不一样的,价格低廉的数码相机反应速度比较慢。这使得数码相机在拍摄运动物体时显得力不从心,随着技术的进步,快门延滞时间将会越来越少。
  长时间曝光:许多数码相机经过长时间曝光后的图像质量会有所下降,具体表现是:噪点比较多,色彩还原不自然,容易出现色斑和杂色,低端数码相机在这方面更为突出。
  ISO值的设置:一般来说,数码相机制造商都采用胶卷感光度的标准来对CCD的感光度进行划分,因此一台ISO 80数码相机的感光度与普通相机使用ISO 80胶卷时是相同的。一些价格昂贵的高档数码相机ISO设置可调节,可增大到ISO 200、400、800。这使得摄影师们拍摄高速运动的物体或处在弱光下的景物成为可能。虽然现在已经有ISO3200的专业数码相机,但民用级数码相机所使用的CCD感光度还很低,一般都不会超过ISO400、不低于ISO50,如深受行业人士看好的柯达Pro Back感光度也只有ISO100。
  电池的使用时间:电池使用时间太短至今仍是让数码相机使用者和制造者头痛的事,各大数码相机生产厂家都在电池研制上花了不少功夫,相信这个问题会逐渐得到解决。
  此外,在数码相机与传统相机的区别方面,还值得一提的是摄影观念上的差别。不同的操作必然会造成观念上的差异,而且这个差异将直接影响到数码相机的定位和发展。

  数码相机正在改变传统的摄影观念
  数码相机全新的摄影操作正在改变人们百年以来培养起来的传统摄影观念,越来越多的人乐意于使用数码相机。据美国InfoTrends调研公司的调查表明,今后几年里,数码相机的销售每年将以38%的速度增长。而从PMA2001(2001年全球摄影器材商贸展览会)传来的消息称,世界各大数码相机厂商已经将眼光放在了民用低端数码相机的生产上,300万像素级别的数码相机在今年仍然是主流产品。

 
数码相机
传统相机





拍摄照片只要不打印就不用支出什么额外的费用,购买数码相机、储存卡、电池后,可以反复、持续使用,可谓“一次投资,长期收益”。 拍摄照片时,需要支出相应的费用(包括胶卷、冲洗和电池费用),拍得越多,费用越大。
虽然数码相机价格会越来越低,质量越来越好,但目前的价格,仍然比较昂贵。 一般来说,35mm相机的价格比数码相机低,而且低
得不少。
要获得效果完美的专业照片需要价格极其昂贵的数码相机,如单反专业数码相机或数码机背等,最低也要几万甚至十几万元。 若需要制作高质量的专业照片,则要使用高档的35mm
相机(或成像更佳的中画幅相机),但它与性能相当的
数码相机相比,要便宜不少。一般来说,万元级别的
35mm相机拍摄的图像质量可以相当于专业级数码相机
的图像质量。
数码相机必备附件的价格比较高,如存储卡,尤其是大容量的存储卡,价格更为惊人。 传统相机的主要必备附件是电池,其价格一般人都可以接受。
输出照片所需要的费用很高,因为介质、打印机、墨盒都很贵。 现在的照片冲印服务已经相当完善,花很少的钱就可获
得高质量的照片。



影响照片打印质量的因素很多。照片的大小直接取决于数码相机的最高分辨率和技术含量,同时也受打印机、打印纸质量、打
印墨水质量、打印方法的影响。
只须支付一定的费用就可以获得高质量的照片。
民用级数码相机一般都不能用于大画幅图像的制作 民用级传统相机可以扩放至16英寸的大幅照片。
得出的图像是以数字形式储存的,可以与多种设备进行信息传输,而且在传输过程中,图像质量并不会受到损失。 从底片的冲洗、照片的放大到图像的数字化要经过众多的程序,其中每个环节都会对图像质量造成损失。




可以立即在相机的显示屏上看到拍摄的照片。 需耐心等待,因为只有在冲印商冲洗好照片后,
才能看到照片。
照片的效果可以立刻显示在显示屏上,效果不好可以再拍一张;
只要留下你喜欢的照片,将其它不喜欢的照片删除即可。
照片的好坏依赖于摄影技巧和冲印商,在照片冲印出来前,根本不可能知道照片的情况。
制作拷贝件完全免费而且程序简单。 制作照片的拷贝件及制作照片都需要费用及时间。
可直接使用软件进行对比度调节等图像处理,后期加工可以轻松进行,而且功能众多。一般人都可以在很短的时间内学会使用软件来进行图像后期处理。 一些特殊效果必须在暗房里进行,一般人无法完成这些操作,而且成本比较高。
数码相机所能存储的照片(采用普通照片质量,而不是TIFF模式)数目比传统胶卷的24张或36张多得多。 一卷胶卷最多只能拍摄36张照片。



照片备份极其简单,可以将照片拷贝到CD上。一张CD能够存储几
千张照片,因而它们根本不要什么空间,也可以将照片放到各种免费主页空间上。
无法给35mm照片备份,如果必须备份,那么有两种方法:一是物理备份,如制作幻灯片,其中质量将受严重损失;二是数字化备份,图像质量同样也会受扫描的影响。
使用数码手段整理、存储和查找照片非常简便。可以使用最简单的方式在电脑中马上看到几百张以缩略图方式显示的照片,并且方便地找到想要找的照片。当然也可以以文件夹的形式制作相册。 许多人将照片放在盒子里,也有人将照片放入相册进行存储、组织和展示,同时,你还必须将底片组织好,以让它们与照片相对应。不过的总得来说,这是一个很大
的数量,比如一个从事摄影30年的摄影师的照片或底片。而且当你不在家时,你就不能对家里的照片进行整理了。



照片可直接以E-mail的方式发送给朋友和客户,也可直接放到网页上。 拍摄到的照片不能直接以E-mail的方式寄送给朋友和
客户,也不能直接放到网页上,必须为购买胶卷、冲
印照片支付费用,然后再花点钱(如果没有自己的扫
描仪)将照片数字化。
在旅行时,如果想将照片寄回家,只需坐到咖啡馆或照相馆的电脑前(当然如果自己有一台手提电脑就更好了),将照片从相机上下载后,以E-mail方式寄送给朋友和家人。 外出旅行时,可把照片都寄给朋友或亲人观看,但你真的会这样做吗?一般来说,不会吧,你可能会在旅行回来后,才与朋友和亲人共享。


需要电脑进行管理和存储照片,同时需要打印机、读卡器等。但电脑在当今仍然还没有十分普及。 无需电脑。
需要彩色打印机才能打印彩色照片,这需要花钱请别人打印,当然你也可以自己打印(费用就是墨水和纸张)。 只需送照片冲印商冲印。