数码成像原理

1、1数码成像原理第五章23 二十世纪八十年代中后期，快速、便捷的数字成像手段，顺应了时代的潮流，得到前所未有的发展。技术推动：微电子技术的快速发展、电子计算机的普及、互联网（移动互联网）用户的膨胀应用需求：报刊、杂志；Internet互联网、家 庭4光电器件记光电器件记录亮度分布，录亮度分布，并以电荷形并以电荷形式存储式存储并行、并行、串行串行电荷电荷扫描扫描模拟模拟信号信号放大放大模数模数转换转换数字数字图像图像液晶、存储液晶、存储卡、计算机卡、计算机客观客观景物景物光学光学成像成像系统系统DSP处理处理和压缩和压缩数码成像的基本流程 光电子成像方式光电子成像方式51.1. 瞬时显示摄影效果：

2、瞬时显示摄影效果： 节省时间； 提高成片率2.允许重拍：影像记录介质可读、可写、可重复使用3. 更好的曝光控制：更好的曝光控制：电子快门速度更快，可达微秒量级，适合高照度环境拍摄；较大的相对孔径和较高的光电灵敏度（有的器件具有相当于胶片灵敏度ISO1600的感光水平），使得低照条件摄影不成问题。4. 色彩更趋饱和：色彩更趋饱和：常规彩色胶片和相纸存在“有害吸收”；而数码相机通过CFA分别记录红、绿、蓝光，而且还可以通过影像增强，颜色曲线校正来避免“有害吸收”。 6传统相机拍传统相机拍摄效果摄效果数码相机拍数码相机拍摄效果摄效果75. 便于图像特技处理：便于图像特技处理：可以利用图像处理软件进行

3、诸如对比度校正、曝光校正、色彩重建和多图像合成等，另外还可以校正像差。 处理后处理后处理前处理前85.2 数码相机的特点数码相机的特点6. 便捷的图像通信：便捷的图像通信： Email，Internet, 卫星与地面工作站，视频聊天，视频会议 7. 准确复制和长期保存准确复制和长期保存 ：传统光化学底片和照片会发生褪色，数码照片不褪色，不损坏。 8. 节省时间和空间节省时间和空间 ：一台电脑，一张桌子即可。 9. 绿色环保，没有化学污染绿色环保，没有化学污染95.3.1 按照感光器件分按照感光器件分CCD芯片芯片CMOS芯片芯片u CCD（Charge-Coupled Device） 指电荷耦

4、合型光电器件电荷耦合型光电器件，是用集成电路工艺制成的成像光电器件。CCD器件由微型光电二极管以电荷包形式记录光强分布，然后通过电荷的逐个转移依次读出每个像素上的电荷量。u CMOS ( Complementary Metal-Oxide Semiconducter) 指互补型金属氧化物半导体光电器件，由MOS芯片上的微型光电管阵列记录图像的光强分布，并由CMOS开关阵列控制每个像素电荷的读取，由行开关和列开关坐标决定被选中的像素，从而通过闭合的开关输出电荷信号。105.3 数码相机的分类数码相机的分类5.3.2 按照图像接收器件的形式分按照图像接收器件的形式分u 面阵型 感光面积大（正方形或

5、长方形），有1/3英寸，1/2英寸，2/3英寸和1英寸几种规格，1英寸2.54cm。一次曝光，摄影速度快，适于运动物体拍摄和闪光拍摄，但是制造困难。u 扫描型 感光芯片长而窄，由微小光敏单元均匀排成一列，在CCD移动过程中一行一行扫描“拍摄”景物，靠跨越影像平面的扫描来俘获二维影像区。特点是分辨率高，曝光时间长，光机结构复杂，不适于运动物体和闪光拍摄。115.3.3 按照俘获方式分按照俘获方式分u 单次俘获型 一次曝光记录彩色影像，绝大多数数码相机采用单次俘获方式。有单CCD和3CCD两种形式。 3CCD型较单CCD型具有更好的影像轮廓图形，其像素水平相当于单CCD的3倍。但是，叠加处理不好会

6、导致影像模糊。单次单单次单CCD型型 单CCD型用在每个像素上贴极薄的染料滤色片阵列（CFA）构成彩色成像传感器，各像素俘获每种颜色的影像数据后，再合成彩色影像。12单次3CCD型 3CCD影像传感器用3块二维成像器件俘获被彩色分光棱镜分色的不同波长的影像，而后通过计算机软件将不同波长的影像结合产生彩色影像。u 三次俘获型 红、绿、蓝旋转滤色镜放置在镜头或面阵成像器件前面，需要3次各不相同的曝光，每次曝光时接收穿过不同颜色滤色镜的光线。分辨率高，色再现性好，像素密度高。由于振动会发生套色不准，不适合运动物体拍摄。分分光光滤滤色色系系统统135.3.4 按照能否独立使用分按照能否独立使用分u 脱

7、机型 有自己的影像存储媒体（内置式存储媒体或可移动式存储媒体），能作为独立的单元使用。便于携带，户外拍摄方便。u 联机型 数码相机必须与计算机相连才能使用，主要用于户内拍摄，如影楼室内拍摄、身份证拍摄等。结构简单，价格低。145.3.5 按照光机结构分按照光机结构分u 单反型 在35mm单反相机的机体上加上CCD成像器件、信号放大、模数转换、图像压缩与存储等相关部件组成的一个整体系统，机身更高或更厚。u 轻便型 结构紧凑，小巧轻便，外形各异，镜头不可卸，广泛用于桌面印刷、多媒体、保安和制证等，讲究性价比，成像效果较数码单反相机要低。u 数码机背 用于中幅相机和大型相机，可方便地将现有中幅相机数

8、字化。数字拍摄与传统拍摄方式易互换，多用于要求较高的商业摄影和广告摄影。155.3.6 按照摄影功能分按照摄影功能分 只具有拍摄静态画面的功能，由于图像读取、处理与存储时间充足，往往具有较高的分辨率。 静态、连续画面，电视会议，有些可以同时具有数字成像和传统胶卷成像。u 单功能型u 多功能型165.3.7 按照接口方式分按照接口方式分 采用通用串行总线架构接口。 USB为树状拓扑结构，最多可以分为5层，连接127个外部设备。其用意是计算机外围设备连接标准化、单一化，下载速率可达1.5Mbit/s和12Mbit/s，具有软件自动侦察和热插拔功能。u USB数码相机注：USB （Universal

9、 Serial Bus）由Intel公司提出，由Intel，IBM，Microsoft，NEC等公司于1994年11月共同制定的计算机周边设备连接标准。17采用通用的并行接口，初期占统治地位，发展前景黯淡。 采用周边元件互连接口作为与计算机相连的接口。PCI插槽支持7种外围设备，并支持32位和64位的数据传输。PCI接口性能好，相机要贵一些。u PP数码相机（Parallel Port） u PCI数码相机（Peripheral Component Interconnect）185.4 数码相机的技术指标数码相机的技术指标5.4.1. 成像器件像素水平成像器件像素水平 数码相机的像素数与其分辨

10、率有密切的关系。一般将像素指标用于评价CCD/CMOS的性能（只有一个），而将分辨率指标用于评价数码图片的拍照质量（多个）。根据像素水平，可以分为几个档次：VGA：30万（640480）；XGA：80万（1024768）；MegaPixel：百万以上（12801024）。195.4.2 镜头性能镜头性能评价镜头质量需要考虑其像差校正水平和制造精度。l 镜头的色贡献指数是否较好地保证图像的色彩还原。l 镜头的渐晕系数是否明显影响到像面照度的均匀性。l 考虑光学弥散圆的控制是否与成像器件的像素很好地匹配。l 相对孔径用光圈数F来表达：F数越小，镜头的相对孔径越大，越有利于在照明不佳的条件下实现成像

11、器件的正确曝光。 l 光学变焦的范围越宽，越能在各种环境中进行拍摄。一般变焦数码相机光学变焦能力在24倍之间，高的可达812倍。205.4.3 模数转换精度模数转换精度 模数转换器件用于将光电成像器件生成的模拟电信号转换为计算机可以识别的数字信号。它的性能的好坏直接影响数码相机的照片质量和数码相机的功能。 一般用转换速度和量化精度衡量模数转换的优劣。l 转换速度：指每秒钟A/D集成电路可以实现的将模拟量转换为数字量的次数，它决定数码相机拍照时的处理速度（最短曝光间隔时间）。l 量化精度：指每次量化可以达到的离散电压等级，其大小直接影响数码图像的亮度和色彩表现。（16位，24位，36位）21 实

12、现图像压缩。高压缩比可以节省数码相机的存储空间，快的压缩速度可以提高相机的连拍速度。5.4.4 DSP能力 对成像器件上获取的数字图像信号进行处理与完处理与完善善工作。比如黑色补偿、光照度补偿，缺陷像素修补等。 从获取的数字图像中提取曝光量信息和对焦信息并实时反馈，控制成像物镜和快门，实现自动对焦和自动曝光。5.4 数码相机的技术指标数码相机的技术指标225.4.5 取景系统取景系统l 平视取景：结构简单，取景器光轴与镜头光轴不重合，不仅存在位置误差，也存在大小误差。l 镜头取景(TTL)：取景光轴与成像光轴重合，取景误差小。u LCD（Liquid Crystal Display）取景 利用

13、液晶显示屏显示由光电器件接收并经DSP预处理的图像。取景视场精度高，所见即所得。目前还存在跟踪速度不高，对比度差，视角范围窄等缺点。u 光学取景23 数码相机中的存储器用于保存图像，其性能表现在存储容量，数据交换能力和可更换性方面，结构类型可以是芯片和磁性材料，具体可以分为内存卡和可移动式存储卡。5.4.6 图像存储5.4.7 耗电量 由于成像光电器件、DSP图像处理器件、液晶显示等部件工作时均需大量耗电，所以，数码相机的耗电量较传统照相机要大十几倍之多。241. 声音备忘录：声音备忘录：以MPEG文件格式保存，更具声色。2. 间歇定时拍摄功能间歇定时拍摄功能3. MPEG数码视频功能数码视频

14、功能4. 浮动水印设定：在拍摄画面添加拍摄印记，保护版权。浮动水印设定：在拍摄画面添加拍摄印记，保护版权。5. 数码相机间的影像复制。数码相机间的影像复制。6. 定向感应。定向感应。7. 直接打印。直接打印。8. 显微拍摄：专业科研应用。显微拍摄：专业科研应用。9. 全景功能和全景拼接功能。全景功能和全景拼接功能。10. windows图形操作界面图形操作界面2526275.6.1 光学系统结构光学系统结构 光学系统是数码相机接收客观景物信息的眼睛，是决定照相机成像质量的关键之一。 其功能与传统相机的光学系统基本一致：成像光学镜头将外界景物成实像于光电器件上，光学取景器将外界景物成虚像于人眼的

15、明视距离。28u 成像分辨率成像分辨率数码成像数码成像系统的分系统的分辨率辨率成像光学系统的分辨率成像光学系统的分辨率光电成像器件的分辨率光电成像器件的分辨率电子电路的分辨率电子电路的分辨率成像光学系统的分辨率：光学弥散圆的大小，成像光学系统的分辨率：光学弥散圆的大小，对焦物平面前、后的点在像平面上呈现的模糊圆，小于人眼分辨率，由光学像差或光学衍射引起。光电成像器件的分辨率光电成像器件的分辨率：光电器件像素大小，光电器件像素大小，由制作工艺和光电灵敏度决定。29数码成像分辨率的定性描述数码成像分辨率的定性描述 像素面积大于光学弥散圆，数码成像分辨率主要由像素面积决定。常见于孔径较大的情况。 C

16、ase ICase II 光学弥散圆大于像素面积，数码成像分辨率主要由光学弥散圆决定。常见于孔径较小的情况。 30数码成像分辨率的定量描述数码成像分辨率的定量描述假定：假定：系统的综合分辨率可以用等效分辨长度Re来表示，而 Re与调制传递函数的平方成反比： 201R2( )esysMTFudu（5-1）式中，u是空间频率（线对/mm）。可见，当 MTFsys（u）时，Re，系统的分辨能力提高。31 令R0为光学分辨长度，在不考虑光学像差的情况下，可以近似表示为： 1.8541.854ofRFD（5-2） 令Rd为光电器件分辨长度，它等于像素的有效感光宽度d，即：dRd（5-3）32 系统的等效

17、分辨长度Re与光学分辨长度R0和光电器件分辨长度Rd关系可以近似表示为： （5-4）22eOdRRR 将5-2，5-3式代入5-4式，可以得到：21.854()1eFRdd（5-5）33 根据以上分析，可以画出三种分辨长度的曲线：横坐标：Fd纵坐标：对Rd 取的相对分辨长度34平衡点0.41Re1.25Rd35u 光学结构设计光学结构设计数码相机的镜头设计光学方面考虑光学方面考虑光电匹配方面考虑选择镜头的相对孔径校正衍射弥散圆组合不同光焦度、不同光学材料的透镜校正像差弥散圆选择平衡点：已知光电器件像素的等效感光宽度d，则可以计算出光学分辨长度R00.75d365.6 数码相机的系统结构数码相机

18、的系统结构 从曝光宽容度考虑，数码相机需要较大的相对孔径，较短的焦距和较长的后截距，所以，数码相机的镜头结构比较复杂，像差校正困难。数码相机基本的成像光学系统数码相机基本的成像光学系统 第一个负透镜使像方光学主面靠向光电成像器件表面，在空间上保证低通滤波片和快门结构的存在。 校正像差低通滤波器：滤除高频部分，避免低频条纹37利用石英晶体的双折射效应（分光效应），使通过石英晶体的普通光束和异常光束错开一定的距离，降低空间频率采用光学增透膜，用于降低入射光能力的损耗 。采用红外滤光膜，可以减小红外辐射对光电探测器件的影响。晶晶体体一一晶晶体体二二5.6 数码相机的系统结构数码相机的系统结构提高成像

19、质量的措施：38物距镜头焦距物方视场大小物方视场大小像方视场大小像方视场大小半视场角22221122tan ()2tan ()22hvHVflu 焦距与视场焦距与视场 可见，对于一定大小的光电成像器件，焦距的增大意味着视场角的减小。 39 根据焦距f与像方视场对角线的关系，可以将镜头分为：广角镜头：镜头焦距小于像方视场对角线时，视场角增大。标准镜头：镜头焦距与像方视场对角线近似相等；望远镜头：镜头焦距大于像方视场对角线，视场角减小，成像放大倍数增加，产生远方物体被拉近的效果；40l 电子电子 变焦变焦能够真正改变成像系统的焦距，并且在变焦过程中能够保证系统的等效分辨率水平。在变焦过程中，一般将

20、光学系统的光学像差控制在光电探测器像素宽的0.75倍。对已获得的数字图像信息进行数字图像处理，对其中的局部进行放大。电子变焦可以放大图像，但不能够增加被放大部分的细节信息。u 数码相机的变焦设计数码相机的变焦设计l 光学光学 变焦变焦415.6.2 成像光电器件成像光电器件 u CCD（Charge-Coupled Device） CCD是20世纪70年代初发展起来的新型半导体集成光电器件，由大量独立的微型微型MOS电容器电容器或光电二极管光电二极管用集成电路工艺制成，其作用相当于传统照相技术中的感光胶卷。 CCD以电荷包的形式存储和传送信息，主要由光敏单元、输入结构和输出结构部分组成。光敏单

21、元的排列方式：面阵和线阵；受光面积尺寸：1/4英寸，1/3英寸，1/2英寸，2/3英寸，1英寸；使用场合：黑白和彩色 42面阵型面阵型CCD的两种不同排列结构的两种不同排列结构 CCD器件的光谱响应范围宽于人眼的视觉范围（0.380.78um），一般在0.21.1um的波长范围内。特种材料的红外CCD的波长响应可以扩展到几个微米，即CCD的光谱响应范围从远紫外、近紫外、可见光到近红外区。 43CCD的基本工作原理的基本工作原理1）光电转换与存储）光电转换与存储 设计利用光电效应将光子能量转换成电荷的器件，然后将这些电荷存储起来。MOS电容器电容器光电二极管光电二极管 二者都是采用P型Si衬底做

22、底座，通过氧化蒸镀（MOS电容器）或扩散（形成P-N结二极管）形成能够存储电荷的“势阱”。其中，光生电荷的产生决定于入射光子的能量和数量。44l MOS电容器的特点电容器的特点 MOS电容器由于要经过多层膜的吸收、反射和干涉，量子效率降低，灵敏度也降低，而且由于多晶硅电极对短波部分的吸收，MOS电容器的蓝光响应差。 l 光电二极管的特点光电二极管的特点 光电二极管灵敏度高，光谱响应宽，蓝光响应好，暗电流小，性能比MOS电容器好，基本取代了MOS电容器。 452）电荷转移）电荷转移 通过给光敏单元的电极施加一定时序的驱动脉冲，可以实现电荷的转移。下图演示了一个三相时钟驱动工作的CCD电荷转移过程

23、。每个电极都保持一个阈值电压（2V），势阱深度随着电压的增大而增加。初始状态新势阱产生电荷耦合电荷转移转移结束465.6 数码相机的系统结构数码相机的系统结构3）电荷读出）电荷读出 CCD信号电荷的读出通常采用选通电荷积分器结构。3：输出电极； R：复位脉冲，控制电荷的输出；V0：输出电压；a：复位电平；复位电平；b：馈通电平；：馈通电平；c：参考电平；：参考电平；d：信：信号电压号电压输出输出电路电路输出输出波形波形473）R正脉冲结束，T1截止，存储在势阱中的信号电荷流向高电位，使A点电位下降。信号电荷越多，A点电位下降越多，源极跟随器T2的输出电平V0也跟着下降，下降幅度为真正的信号电压

24、d。 1）电荷包在驱动脉冲的作用下，进入最后一个势阱3 。5.6 数码相机的系统结构数码相机的系统结构2）复位：复位脉冲R为正，场效应管 T1导通，输出二极管D反向偏置，二极管极电容充电到Vcc，源极跟随器T2的输出电平复位到一个固定且略低于Vcc的正电平上（复位电平a）。 485.6 数码相机的系统结构数码相机的系统结构面阵面阵CCD的信号转移形式的信号转移形式帧转移面阵帧转移面阵CCD结构结构结构简单，结构简单，易增加像素易增加像素数；数；CCD尺尺寸较大，易寸较大，易产生垂直拖产生垂直拖影。影。491）帧转移形式）帧转移形式 在第二场积分的同时，暂存区的驱动脉冲为行转移脉冲，水平消隐期间

25、，暂存区将信号电荷逐行转移到水平寄存器读出； 第一场积分时间内，在整个光敏区形成一个与光强分布相对应的电荷图像； 发出帧转移脉冲，光敏区的信号电荷在垂直消隐期间平移到遮光暂存区。之后，光敏区脉冲又处于光积分电平，进行第二场的积分； 已进入读出寄存器的信号电荷，在行正程期间由水平时钟驱动，快速地一行一行读出； 第一场信号电荷全部读出时，第二场的信号又从光敏区平移到暂存区，光敏区又开始新一场的积分，暂存区又将第二场信号一行一行水平读到寄存器中转移，周而复始。505.6 数码相机的系统结构数码相机的系统结构行间转移CCD面阵结构 每列光敏单元的右边是一一对应的垂直移位寄存器，二者之间由转移栅控制，底

26、部仍是一个水平读出寄存器，其单元数等于垂直寄存器的个数。多采用二相形式，隔行扫描容易实现。行间转移型是主流产品。 2）行间转移形式）行间转移形式 515.6 数码相机的系统结构数码相机的系统结构3）开关选择形式）开关选择形式 开关选择型CCD由水平和垂直控制电路控制一个行开关和一个列开关，被选中的CCD单元上的信号，经闭合的开关传输到输出端。按照一定的顺序排列组合，即可在输出端得到一幅图像的信号序列。 开关选择型开关选择型CCD525.6 数码相机的系统结构数码相机的系统结构u CMOS （Complementary Metal- Oxide Semiconductor ） 20世纪80年代中

27、期，CMOS技术逐渐成熟，采用标准CMOS技术生产具有高质量实用像元的固体成像光电器件成为可能。1997年，已有用0.15um设计规则试制成功高集成度元件的报道。l CMOS像素结构像素结构 CMOS成像器件的像素电路可以分为无源像素型和有源像素型，具体有光电二极管无源像素结构，光电二极管有源像素结构和光栅型有源像素结构三种。PPS: passive pixel styleAPS: active pixel style53开光管闭合时，列线电压保持一个常数，然后在读出信号的控制下，将与光信号成正比的电荷，由电荷积分放大器转换为电压输出。无源像素结构填充系数高，量子效率高，但是由于传输线电容较大

28、，使背景噪声增大（约250个均方根电子）。光电二极管无源像素结构光电二极管无源像素结构开关管开关管545.6 数码相机的系统结构数码相机的系统结构光电二极管有源像素结构光电二极管有源像素结构有源放有源放大器大器 通过在像元内引入缓冲器或有源放大器可以改善像元性能。由于每个放大器仅在读出期间被激发，所以，CMOS有源像素传感器的功耗比CCD小。光电二极管型有源像素量子效率高，读出噪声较无源型有所降低，为75100个均方根电子。55 光栅型有源像素传感器结合了CCD和二维寻址的优点：光生信号电荷收集在光栅PG下，输出前，先由浮置扩散节点A复位，然后改变光栅脉冲，使收集在光栅下的信号电荷转移到扩散节

29、点。复位电压水平与信号电压水平之差为传感器的输出信号。暗电流噪声小，成像速度高暗电流噪声小，成像速度高光栅型有源像素结构光栅型有源像素结构复位电压复位电压56l CMOS像素总体结构和像素总体结构和工作过程工作过程 可以选择不同的信号读取模式：窗口读取模式和跳跃读取模式，二者结合可以实现电子全景摄像，倾斜摄像和可变焦摄像。 外界光线照射像素阵列，产生信号电荷，行选通逻辑单元根据需要，选通相应的行像素单元，行像素内的信号电荷通过各自所在列的信号总线传输到对应的模拟信号处理器(ASP)及A/D变换器，转换成相应的数字图像信号输出。57l CCD与与CMOS器件的比较器件的比较 20世纪70年代末9

30、0年代初：CCD器件光照灵敏度高、噪声低、像素面积小（注意：CCD器件不易与驱动电路和信号处理电路集成是其主要弱点）；CMOS器件由于工艺问题，灵敏度不高，噪声大，CCD器件明显占优势。 90年代中期以后： CMOS器件的制造工艺有了突破，大大改善了CMOS器件的成像质量。其集成能力强，体积小，工作电压单一，功耗低，成本低，动态范围宽，抗辐射等优点显得更加突出。 目前CMOS单元面积的像素已与CCD相当，如果信噪比再提高10dB，光照灵敏度再提高45倍，CMOS器件取代CCD也并非不无可能。58CCD与CMOS数码相机芯片的典型性能比较595.6.3 曝光控制曝光控制 同传统照相机类似，数码相

31、机也需要进行曝光控制，获得合适的曝光量。但是，由于用光电器件代替了胶片，使得二者之间的曝光控制稍有不同。 光电成像器件的曝光宽容度比传统化学胶片的曝光宽容度小，所以，传统相机的曝光误差要求是小于0.51EV，而高档数码相机的曝光误差要求在0.3EV左右。 60 数码相机的曝光控制也是通过光圈与快门进行控制：光圈位于成像光学物镜之中，用于控制镜头的相对通光孔径；快门有全电子式快门和机械式快门两种形式，用以控制曝光的时间。 l 光圈控制 光圈控制关键在于光圈数F大小的设计。fFDf 是镜头的焦距，D为镜头的入瞳直径 F数设计得越小，低照条件下成像器件的光电灵敏度越高，但是，球面光学像差矫正困难，而

32、且镜头光学结构变复杂，制造成本增高；F数增大，系统的光学弥散圆增大，不利于产生高质量的图像。数码相机常见的F数范围是F1.4，F2.0，F2.8，F4.0， F5.6，F8.0。 61l 快门控制 数码相机的快门与传统相机相比，主要采用集成在光电成像器件上的全电子快门，也有部分数码相机还具有辅助的机械快门。 1）全电子快门 全电子快门是完全通过对光电模拟电量读取时间的控制来控制曝光时间，速度可以轻松达到微秒量级。其实现方式有三种：行转移电子快门 、幅转移电子快门 、狭缝电子快门 。625.6 数码相机的系统结构数码相机的系统结构 行转移电子快门用像素感光面与该像素相邻的存储单元来实现快门的功能

33、。 a）行转移电子快门）行转移电子快门特点：速度高，噪声低（感光面向存储单元转移的空间距离很短，仅需一个时钟周期），但是由于存储单元占用像素面积，感光灵敏度低。行转移电子快门行转移电子快门 635.6 数码相机的系统结构数码相机的系统结构b）幅转移电子快门）幅转移电子快门 幅转移电子快门的存储单元物理结构上远离感光单元，光电信息由像素感光面向相应存储单元转移时，需要经过相邻像素的传递，图像信号的传递需要多个时钟周期，总像素越高，需要的传递时间越大。幅转移电子快门幅转移电子快门特点：感光灵敏度高，速度降低，光电转换和电信号传输功能相互干扰，使抗噪能力减弱。645.6 数码相机的系统结构数码相机的

34、系统结构c）狭缝电子快门）狭缝电子快门 狭缝式电子快门在成像器件上不存在信息存储单元。复位时钟控制曝光，信号的读出由转移时钟控制，通过列放大器直接输出。特点：速度快（开关特性），感光灵敏度高，抗噪声能力强，结构简单，成本较低，综合性能好，但是，不是同时曝光，拍摄运动物体时易发生变形。狭缝电子快门狭缝电子快门65 2）机械快门 数码相机的机械快门一般是作为辅助构件，其动作均由系统CPU控制，所以，与传统相机的电子快门有相似之处。机械快门的速度通常在1/151/500s之间。数码相机的全遮光瞬间是记录暗电流。66l 自动曝光 数码相机的自动曝光系统是一个TTL（Through The Lens）测

35、光和控制系统。 系统运用成像光电器件实时获取被摄景物照度信息，经模数转换，信号合成，CPU分析等实时处理后，通过实时反馈，控制光学系统的相对孔径、成像器件的电子快门和信号放大增益，获得合适的曝光量。曝光量合成公式 12kL GSF （5-6）为曝光量合成值，k1为常数，L为景物，亮度，S为快门速度，G为电路增益，F为镜头光圈数。67数码相机的测光取样方式数码相机的测光取样方式大多数被测物体大多数被测物体处于该区域中处于该区域中整个画面采样，整个画面采样，采样空间频率低采样空间频率低于中央测光于中央测光灵活，根据不同灵活，根据不同位置，选择不同位置，选择不同权因子权因子68具体的曝光控制流程初始

36、化曝光控制参数：G、S、F，读取当前的曝光量合成值(i) ；根据 计算景物亮度，由此亮度查询表格中接近正确曝光的位置n(i)； 21( )( )iFL ikGS 根据地址n(i)获得参数G(i) ，s(i)，F(i)，并由这些参数控制系统曝光得到(i+1) ； 重复第二步，查询n(i1)地址中的曝光参数 ；重复循环几次，即可得到最终能够正确控制曝光的数据。 695.6 数码相机的系统结构数码相机的系统结构5. 6.4 自动对焦系统自动对焦系统 数码相机的自动对焦技术是以CCD获取的数字图像为对焦基数字图像为对焦基本信息本信息，利用数字图像的处理和分析进行智能化对焦的技术。 用CCD将景物图像信

37、息以数字形式记录下来； 用专用处理器处理离焦和模糊图像，给出评价因子； 根据评价函数的特征确定准焦位置，由反馈系统控制伺服电机驱动成像透镜移动。l 对焦深度法： “自动对焦”或“软件对焦”，是建立在搜寻过程上的对焦方式，通过一系列对焦并逐渐准确的图像（10幅以上）确定物点至相机的距离。l 离焦深度法：从离焦图像中获取物体深度信息，需要建立离焦模型对图像的局部区域进行处理分析，相机需要精确校准。705.6.5 数字图像处理数字图像处理 DSP电路（中央处理器）是数码相机的大脑，几乎控制着所有电子元件的工作，包括CCD、A/D转换器件、LCD以及数码相机中的各种控制面板。图像通道是DSP的一个处理通道，可以进行多种高强度、高速度、多方位的图像处理过程，提高图像质量。715.6 数码相机的系统结构数码