数码相机基本原理
要搞清楚闪光灯的来历，作用，我们得先从它工作的背静数码相机开始谈起，一幅优美的照片除了需要高级的光学镜头、高像素图像传感器之外，适当的光线补偿必不可少。
2.1 数码相机基础知识
2.1.1 数码相机的定义
数码相机又称为数字相机，简称DSC (Digital Still Camera)。其实质是一种非胶片相机，它采用CCD(电荷藕合器件)或CMOS(互补金属氧化物半导体)作为光电转换器件，将被摄物体以数字形式记录在内存中。
2.1.2 数码相机特性
数码相机是集光学、机械、电子于一体的现代高技术产品，它集成了影像信息的转换、存储和传输等多种部件，具有数字化存取模式、与计算机交互处理和实时拍摄的特点。因此数码相机有如下之特性：
1、立即成像：数码相机是电子取像，可立即在液晶显示器、计算机显示器或电视上显示，可实时监视影像效果，也可随时删除不理想的图片。
2、与计算机兼容：数码相机内存里的图像输送到计算机后通过影像处理软件，可从事剪切，编辑、打印等，并可将影像存储在计算机中。
3、电信传送：数码相机可将图像信号转换为电子信号，经电信传输网或内部网进行传输。
2.1.3 数码相机的基本结构
数码相机与传统的胶片相机两者最大的区别是在它们各自的内部结构和原理上。它们的共同点是均由光学镜头、取景器、对焦系统、快门、光圈、内置电子闪光灯等组成，有的数码相机既有取景器还有液晶显示器LCD。但数码相机还有其特殊的结构，如CCD或CMOS、模拟信号处理器、A/D模数转换器、DSP数字信号处理器、图像处理器、图像内存和输出控制单元等。
以下是数码相机主要部件的主要功能：
1、镜头主要功能：把光线会聚到CCD或CMOS图像传感器上，起到调整焦距的作用。对于定焦数码相机，镜头、物体和聚焦平面间的理想距离被精确计算，从而固定了镜头和光圈的位置。对于变焦数码相机，有一个机械装置，可以带动镜头组前后运动，一直让镜头保持在聚焦平面中央，能够捕捉到距离镜头的远近的物体。
2、CCD(CMOS)图像传感器主要功能：把镜头传来的图像信号转变为模拟电信号。
3、A/D转换器主要功能：数码相机利用A/D转换器将CCD产生的模拟电信号转换为数字信号，并传输到图像处理单元。
4、数字信号处理器主要功能：数字信号处理器主要功能是通过一系列复杂的数学运算法，如加、减、乘、除、积分等，对数字图像信号进行优化处理(包括：白平衡、彩色平衡、伽玛校正与边缘校正等)。
5、图像压缩主要功能：数码相机的图像处理包括数据压缩，图像压缩的目的是为了节省存储空间，利用JPEG编码器把得到的图像转换为静止压缩的图像(JPEG格式)。
6、总体控制电路主要功能：主控程序芯片(MCU)能协调和控制测光、运算、曝光、闪光控制及拍摄逻辑控制。当电源开启时，MCU则开始检查各功能是否正常，若正常，相机处于准备状态。
2.1.4 数码相机的工作原理
数码相机在使用过程中，半按快门对准被摄的景物(快门ON状态，与胶片相机相反)，从镜头传来的光图像经过光电转换器(CCD或CMOS) 感应将光信号转换成为一一对应的模拟信号，再经A/D模数转换器转换，把模拟电信号变成数字信号，最后经过图像处理器DSP(Digital Signal Processor)和主控程序芯片(MCU)按照指定的文件格式，把图像以二进制数码的形式显示在LCD上，如按下快门，则把图像存入内存中。
数码相机的工作步骤大致分如下：
1﹑开机准备：当打开相机的电源时，其内部的主控程序就开始检测各部件是否正常。如某一部件有异常，内部的蜂鸣器就会发出警报或在LCD上提示错误信息并停止工作。如一切正常，就进入准备状态。
2、聚焦及测光：数码相机一般都有自动聚焦和测光功能。当打开DSC电源时，相机内部的主控程序芯片(MCU)立即进行测光运算，曝光控制和闪光控制及拍摄逻辑控制。当对准物体并把快门按下一半时，MCU开始工作，图像信号经过镜头测光传到CCD或CMOS上并直接以CCD或CMOS输出的电压信号作为对焦信号，经过MCU的运算、比较后再进行计算、确定对焦的距离和快门速度及光圈的大小，驱动镜头组的AF和AE装置进行聚焦。
3、图像捕捉：在聚焦及测光完成后再按下快门，摄像器件(CCD或CMOS)就把从被摄景物上反射的光进行捕捉并以红、绿、蓝三种像素(颜色)存储。
4、图像处理：就是把捕捉的图像进行A/D转换、图像处理、白平衡处理、色彩较正等，再到存储区合成在一起形成一幅完整的数字图像，在图像出来后再经过DSP单元进行压缩转换为JPEG格式(静止图像压缩方式)，以便节省空间。
5、图像存储：在图像处理单元压缩的图像送到内存中进行保存。
6、图像的输出：存储在数码相机内存的图像通过输出端口可以输出送到计算机，可在计算机里通过图像处理程序(软件)进行图形编辑、处理、打印或网上传输等。 在中高级的数码相机中，一般都含有AE功能和AF功能：
(1) AE功能 当DSC相机对准被摄物体时，CCD根据镜头传来的图像亮度的强弱，转变为CCD数字电压信号，DSP根据CCD数字电压信号进行运算处理，再把运算结果传输给MCU迅速找到合适的快门速度和镜头光圈大小的最佳值，由MCU控制AE机构进行自动曝光。
(2) AF功能 直接利用CCD输出的数字电压信号作为对焦信号，经过MCU的运算比较进行驱动镜头AF机构前后运动。
2.1.5 数码相机的分类
目前数码相机的分类很多，如果按图像传感器来分类，可分为CCD数码相机和CMOS数码相机。
1、CCD数码相机
CCD数码相机是指数码相机使用CCD图像传感器来记录图像，属中高档相机。CCD本身是不能分辨各种颜色的光，要用不同颜色的滤色片配合使用，因此CCD数码相机有以下两种工作方式：
(1)利用透镜和分光镜将光图像信号分成R、G、B三种颜色，并分别作用在三片CCD上，这三种颜色的光经CCD转换为模拟电信号，然后经A/D转换器转换为数字信号，再经DSP数字信号处理器处理后存储到内存中。
(2)在每个像素点的位置上有三个分别加上R、G、B三种颜色滤色片的CCD，经过透镜后的光图像信号被分别作用在不同的传感器上，并将它们转换为模拟电信号，然后经A/D转换器转换为数字信号，再经DSP数字信号处理器处理后存储到内存中。
CMOS数码相机是指数码相机使用CMOS图像传感器来记录图像。其工作方式与CCD数码相机相似，目前属低档相机。
2、CCD图像传感器与CMOS图像传感器比较
CMOS图像传感器易与A/D电路、数字信号处理器DSP电路等集成在一起。CCD图像传感器只能单一的锁存到成千上万的采样点上的光线的状态，CMOS则可以完成其它的许多功能，如A/D转换，负载信号处理、白平衡处理及相机控制(白平衡调整就是通过图像调整，使在各种光线条件下拍的照片色彩与人眼看到的景物色彩一样)。另外，CMOS图像传感器还有耗电小的优点，其耗电量约为CCD图像传感器的1/10。但目前CMOS图像传感器在解析力和色彩上还不如CCD图像传感器，图像有噪音、准确捕捉动态图像的能力还不强。
