随着新千年第一年的结束，人类迎来了新世纪。回顾整个的二十世纪，人类在科学技术领域里最伟大的进步，不是原子弹的爆炸和航天飞机的上天，而是信息技术的发展；人类在艺术领域中最重在的突破，不是电影和电视技术的发明和发展，而是数码影象技术的诞生。数字影象是真正的科学技术与文化艺术完美结合的产物：是真正的信息革命的产物。

　　广义地说，数字影象技术包括数字电视技术（如VCD、DVD、高清晰度电视和数字电视传输等）、数字电影技术（如电脑制作、电脑特技和电脑动画等）、数字印刷技术、电脑绘画技术和数字摄影技术，我们在这里所说的数码影象技术主要指的是数字摄影技术，它包括数字拍摄技术、数字扫描技术、数字打印技术、电脑制作技术和数字暗房技术。

　　一、数码相机的发展与应用

　　自从1839年法国人达盖尔发明了“银板摄影术”以后，人类沿用的始终是以卤化银为感光材料的摄影技术，这种现象直到20世纪70年代才被打破。当时，由于航天技术的发展，人类必须研制出一种代替胶片的感光材料，以便随时向地面发送图象，这就是最初的数码摄影技术。数码摄影技术用于民用领域，是20世纪70年代开始构想，80年代开始研制，90年代开始正式投入生产的。直到1993年以前，全世界的数码相机产销量还不足3万台。而年一年数码相机的销量就达到了10万台，95年又突破了34万台，96年一下子猛增到110万台，97年更达到了190万台，98年上阗年达到300万台，99年已达到430万台，2000年预计将突破600万台，然而，截止到2000年10月，数码相机的销量已超过700万台。（2000年的数据在发展是以星期为周期的，必须在印刷之前最后确定）据业内人士的乐观估计，2002年以前数码相面就会进入中国普通百姓家庭，2005年以前，数码相面将会在国内普及。那时数码相机将发展到相当成熟的地步，价格也会大幅度地降低，而2010年数码相机将会占领照相机市场的绝大部分份额。

　　（一）、数码相机的基本原理

　　1．数码相机的CCD

　　数码相机的核心部分是一种叫做CCD的感光元器件，正是它取代了传统的感光胶片。CCD是英语Charged Coupled Devices的缩写，意思是可充电的电荷耦合器。这是一种“金属－氧化物－半导体”（MOS）集成电路器件，它是由许许多多的微小光电耦合单元组成的，每个单元的大小只有几微米到十几微米。一个CCD芯片就是由几十万、几百万乃至上千万个这样的光电单元组成的，而它的面积小的只有不足一平方厘米，大的可以到十几平方厘米。民用数码相机的CCD面积通常只有4×6mm(1/2")到6×9mm(2/3")远远小于135相机胶片的面积，但安装在120单反相机上的数码后背的CCD可以达到30×30mm到40×40mm，已接近120底片面积。这个CCD芯片就被放在传统相机放胶片的位置上。

　　通过镜头所成的影像投射到CCD元件上，CCD将它的光信号转变成电信号，再通过数码相机内的模数转换电路将这些模拟信号转化成数字信号，然后把它储存在磁卡上或输入到计算机里。这种数字化了的影像，可以通过计算机进行各种特殊处理，最终在计算机的显示器上显示出来，或用打印机打印出来，还可以用印刷机印刷出来或用投影仪投影出来。

　　2．数码影像的像素数

　　数码相面的CCD芯片的每一个光电单元记录影像的一个微小元素，在这一个单元内影像的色彩、亮度完全一样、一幅数码影像正是由千千万万个这样的微小元素组成的。数码影像的每一个微小元素，叫做影像的一个“像素”（Pixel），符号为P。这样CCD的每个微光电单元记录影像的一个像素，CCD的光电元件单元越多，数码影像的像素也就越多，因而图像就越细腻，看上去就越清晰。

　　数码影像的像素数是以CCD芯片上的水平光电单元（H）的个数乘以竖直光电单元（V)的个数来表示。这一点很像电视机的图像，竖直（V）625条扫描线，水平（H）每条线上最多可以有800个点，这样就可以写成800（H）×625（V）。数码影像像素数的基准为水平768个扫描点，竖直512条扫描线，相乘即为总数393，216个像素。即768（H）×512（V）＝393，216（P）。

　　在计算机领域里，由于数据量的巨大，把数字的单位也定得很大，一般把1，000（实际为1，024）记作1K；而，000，000（即10⁶）记为1M，称为1兆；把1，000，000，000（即10⁹）记为1G。同时把后几位小数忽略。目前数码影像有1／16基准、1／4基准，也有4倍基准、16倍基准、64倍基准，甚至256倍基准。

　　它们的像素数具体为：

　　1／16基准：192（H）×128（V）＝24．58K（24K）；

　　1／4基准E384（H）×256（V）＝98．30K（100K）；

　　基准：768（H）×512（V）＝393K（400K）；

　　4倍基准：1，536（H）×1，024（V0＝1．57K（1．6M）；

　　16倍基准：3，072（H）×2，048（V）＝6．29（M）（6M）；

　　64倍基准：6，144（H）×4，096（V）＝25．17（M）（25M）；

　　256倍基准：12，200（H）×8，192（V）＝100．660（M）（100)。

　　目前的256倍基准的CCD只有线阵的，也就是这种CCD是由8192个微小光电单元组成线状元件，通过扫描达到12，200×8，192＝100M的像素数。

　　3．数码相面的色彩位数

　　在计算机领域里，数据量的最小单位是“字节”（Byte），符号为B。一个字节是由2进制的8位数组成的。2进制的每一位叫1“比特”，用符号bit表示，一个字节就是8比特，即B＝8bit。例如一个汉字是由2个字节组成，即1个汉定占16bit。数码相机的每一个像素所包含的色彩有很多种，例如红、绿、蓝的每一种色彩都可以由浅到深有很多种。每个像素所包含的色彩种类也可以用字节数或比特数来表示。一般黑白CCD每个像素数至少包含8bit色彩。8bit就是28相当于10进制的256，也就是8bit的黑白色彩相当于从白、浅灰、中灰、深灰到黑的256种颜色。而彩色的CCD芯片每个像素都由红、绿、蓝三种基本颜色（三原色）组成每种颜色都至少有8bit色彩，即红、绿、蓝每一种颜色都是由浅到深的256种色彩组成。那么它们总共可以组成256×256×256＝2563＝28×3＝224＝16，777，216种色彩，即约1600万（16M）种色彩。我们说它的CCD有24bit色彩，或说它的CCD有24位“色彩深度”。对于计算机而言24bit色彩即3个字节，那么一台6M像素的数码相面，由于每个像素占3字节的“文件量”，所以这台相机拍摄的照片，如果不缩的话，要占用18M的文件量。有些数码相机，红、绿、蓝每种颜色都有10bit，甚至12bit的色彩。因此这种相机的色彩深度或“色彩位数”，即为30bit到36bit。一台6M像素36bit的数码像机，每拍一张照片需要占27M文件量。

　　（二）、数码相机的技术指标

　　数码相面的技术指标主要是光学分辨率和色彩位数。数码相机的光学分辨率主要是指它的CCD芯片的总像素数。数码相机的像素数已从最初的几十万、一百多万发展到现在的200万、300万、400万、专业相机已达到600万以上。静态扫描式数码相机的像素数已达到2400万，甚至1亿以上。数码相机的色彩位数一般为24bit，高档数码相机达到30bit，专业数码相机的色彩位数为36bit。

　　数码相机的其它技术指标还有：

　　1．液显示屏的面积。数码相机目前几乎都有液晶显示屏，以便于即时看到所拍摄的影像。目前液晶显示屏的主要尺寸有1．8英寸和2英寸两种。

　　2．CCD芯片的面积、数码相机的核心技术是CCD芯片。CCD芯片的面积越大，成本越高也就能容纳更多的像素数。目前CCD的面积主要有以下几种规格：1／2英寸（4.5×6.75mm）、2/3英寸(6×9mm)、14×21mm和18×27mm。

　　3．镜头的光学变焦范围，一般数码相机都有光学变焦和数码变焦两种变焦方式。所谓“数码变焦”，就是通过电脑芯片人为地插入一些像素，使图像放大。所以数码相机的关键技术指标还是它的光学变焦范围。一般数码相机都有两倍变焦功能，好一些的数码相机都有三倍变焦功能。

　　4．镜头的等值焦距。一般数码相机由于CCD芯片面积小，要涵盖同样的景物范围，镜头的焦距一般要求也就短。有的数码相面CCD芯片面积大一些，镜头的焦距也就长一些。所以数码相机镜头焦距的绝对值并没有意义，有意义的是用它拍摄时，镜头所涵盖的景物范围。一般数码相机都不标其镜头的实际焦距值，而只标它相当于135相机镜头焦距的数值，这个数值，就称为数码相机的“等值焦距”。例如一台数码相机的镜头实际焦距为9－27mm，而它的CCD芯片面积仅为6×9mm（135底片画幅的1／4），类此它的等值焦距为：36－108mm、35－70mm、35－105mm等等。专业数码相机内部有一个叫做“缩焦器”的装置，它可以把普通135相机镜头所成的像，以同样的范围缩小到CCD芯片上，由于它能够直接安装135单反相机的镜头，因此它的镜头等值焦距与所安装的镜头焦距相一致。

　　5．快门速度，数码相机的快门速度概念与传统相机完全一致。由于CCD芯片感光能力的不同，因此不同档次的数码相机快门速度的范围也不同。例如有的数码相机快门速度为1／4秒－1／400秒，有的为1／2秒－1／362秒，也有的为16秒－1／400秒。总的说来最高快门速度都不快。数码相机的快门速度值一般是连续可调的，所以它的分档也与传统相机稍有差别，例如传统相机的快门时间没有精确到1／362秒的。数码相机的快门一般都是电子快门，因此时间精度都很高。

　　6．镜头光圈。与快门一样，数码相机的光圈一般均为电磁光圈，因此它的数值也可以是连续的，分级也与传统镜头光圈有所不同。它们的变焦镜头，光圈多是漂移的（专业单反型数码相机例外），例如广角端的最大光圈有的为F3．0，再有的为F4．0。最小光圈有的为F13．5，有的为14．0；长焦端的最大光圈有的为F3．9，有的为F4．7，最小光圈有的为F16．0，有的为F22．0。

　　7．等值感光度，正因为数码相机的感光元件为CCD，所以它才有相当于传统感光胶片的“等值光度”。CCD芯片的等值感光度有的相当于传统胶片感光度的ISO50，有的相当于ISO100；有些灵敏度高的CCD芯片，相当于传统胶片感光度的ISO400，甚至ISO800。

　　其它功能。数码相机的其它功能有的与传统相机类似，如连拍功能，闪光灯功能，自拍功能，闪光灯指数等；有的为数码相机所特有，如文档格式（压缩形式）；使用界面（计算机术语）、贮存容量（能贮存多少张画面）、接口（与计算机的联接）等。

　　（下一期将继续刊登数码相机的的牌号等相关内容）

[时间：2001-08-07  作者：于琪林  来源：电子出版2001－7]