【学海无涯】曝光单元之一 数码单反相机是拿什么感光的

【学海无涯】曝光单元之一 数码单反相机是拿什么感光的 [复制本帖链接]

胶片单反相机是以胶片感光的，它以卤化银颗粒作为感光材料, 当从被摄物体上反射回来或发出的光线，通过镜头聚焦在胶片上，也即作用在这些银盐颗粒上时，就会形成潜像。再经过显影、定影等化学手段显现可见的图像，就成为负片或反转片等底片。再经过晒印、显影、定影成为纸基的相片。所以胶片摄影是基于光-化学原理的，它是工业产品时代的产物。 那么，数码相机包括数码单反相机又是用什么感光的呢？它与胶片摄影不同，是以CCD或CMOS作为图像传感器完成摄影的。 CCD（Charge-coupled Device电荷耦合元件）和CMOS（Complementary Metal-Oxide-Semiconductor互补金属氧化物半导体）的工作原理相同，都是基于光-电子学原理的。他们都利用感光二极管(photodiode)进行光电转换，将聚焦在图像处理器上的光信号转换为数字数据，然后直接以RAW格式，或经机内图像处理器处理成jpg格式可见图像，存储在记忆卡或电脑硬盘等磁性载体上，以供后续处理或长期保存。他们两者的主要差异只是数字数据传送的方式不同而已。 这种技术是在最近10年才臻于成熟的，所以数码单反相机是信息产品时代或称知识产品时代的产物。 550D是以CMOS作为图像传感器的，其作用相当于胶片单反的感光胶片，但感光原理和技术是廻然不同的。 550D的传感器是单片CMOS传感器，具有1800万像素。它的形态如下：                                                                                       图1 CMOS和CCD都是色盲，只能感知光的强弱并把它转换为电信号，不能辨色。因此为了形成彩色图像都具有3层结构。最上层是微透镜，用来采集光线，中间是滤色镜，分别让红绿蓝3原色光线通过，最下面是由二极半导体感光管构成的感光层。 550D的每一个像素都与矩形排列的4个微透镜、4个滤色镜和4个二极管相对应。由于CMOS（CCD也一样）对红黄色光敏感，因此4个滤色镜中有2个（成对角线排列）是绿色滤光镜，用来采集绿光，另2个分别采集红光和蓝光（黄色的补色）。其结构示意如下：                                                                                                   图2                                                                                             图3                                                                                           图4 所以, 用CMOS感光时, 对应于每个像素，只有25%红色光、25%蓝色光和50%的绿色光被感光层吸收利用，亮度当然不及实际情况，而且三种颜色的比例也是被扭曲了的。怎么办？只有靠电子信息技术了！感光层（二极管）把这些光信号转换成电子信号（信息数据）传输给相机内置图像处理器，然后进行复杂的计算，把它“还原”成原始状况！我们获得的jpg格式图像，就是这种“还原”后的图像。严格来讲，这只是一种模拟图像。Exif信息就是经过处理以后以jpg格式保存的信息数据，这种图像和信息数据，可以在Internet网上方便地进行传输，有利于交流。 由于各个品牌相机的爱好、取向和算法（这是商业秘密，各个公司从来不会公布的）不同，所以各个品牌的jpg格式直出片就有了不同风格（现在你还会斤斤计较谁的出片艳丽，谁的出片平淡吗？谁都是经过图像处理器处理了的“二手货”，谁都是可调整的）。Jpg格式是一种有损保存格式，真正能够完整保存原始获取信息的是以RAW格式保存的数据信息。 这就是数码单反相机的感光原理和真相。 550D与上一代入门单反500D相比，在感光元件上又做了进一步改进。据太平洋评测材料介绍： 550D所搭载的CMOS图像感应器采用了新型光电二极管结构，提高了开口率（光电转换效率）。同时，对像素内部的晶体管进行了改良，以提高信噪比。由于更好地抑制了噪点的产生，因此常用ISO感光度范围扩大至ISO 100-6400。另外，动态范围也得以扩展，这使相机即使在进行高ISO感光度拍摄时也能够获得丰富的层次表现。                         图5 佳能550D、500D微透镜对比 550D采用了可提高聚光率的无间隙微透镜。无间隙微透镜是通过改变微透镜形状，消除相邻微透镜间的缝隙，从而提高聚光率的高端技术。此外，缩短微透镜与光电二极管之间的距离，也提高了聚光率。因此，可实现高ISO感光度下的低噪点拍摄。 由此可知，虽然数码单反相机接收了胶片单反相机的许多成熟技术，在外形和光学结构等方面和胶片单反十分相似，但在感光原理上却是完全不同的，因此我们不能照搬胶片单反的一些概念，例如所谓的“原片”。 胶片摄影的所谓“原片”，应该是指第1次冲洗出来的原始负片，其后被复制的负片或放映用的正片被称为拷贝片，这个称呼主要出现在胶片时代的电影摄影上。不知何时，竟然被有些人延伸引用到了到了数码相摄影上，这是完全没有可比性的。 其实，即使是胶片时代的“原片”也不是“唯一的真实”, “真实”只是相对的而不是绝对的，“原片”不可能真实反映拍摄对象的全部情况，它反映的只是拍摄对象瞬间的特定情况。 晴天拍的和阴天拍的相片肯定不一样！你说那个真实那个不真实？ 负片和反转片拍的相片肯定不一样！你说那个真实那个不真实？ 显影剂、定影剂的品牌不一样，成分多点少点，显影定影时间长点短点，药液鲜点乏点，都会影响成像的风格和细节。你说那个真实那个又不真实？ 其实，个个都真实，因为它们的基本信息都没有被改变。有差别并不等于不真实？ 把“原片”概念延伸到数码相机那就更是离谱了。数码相片的原始形态是信息数据， 最真实完整的原始信息是保存在磁性载体上的RAW格式信息数据，根本不存在“原片”。相机直出的图片只是便于网络传输的jpg格式图像，他们是经过机内图像处理器处理过的二次产品，信息已经被压缩和有缺损。至于不同品牌之间的直出片的差异，那只是厂商风格取向的差异，根本说不上那个比那个更“真实”。希望兄弟们不要被那些似是而非是说法误导。 本节可供参考的文献有： http://baike.baidu.com/view/356089.htm http://blog.163.com/catherine19880625@126/blog/static/112470181200910212453296/