Hardware 版 (精华区)
发信人: fzx (化石), 信区: Hardware
标 题: 计算机新型外设输入设备——数码照相机
发信站: 紫 丁 香 (Tue Sep 8 12:59:01 1998), 转信
计算机新型外设输入设备——数码照相机
华 北 计 算 机 技 术 研 究 所---魏 梓 栋
---- 随 着 多 媒 体 计 算 机 的 迅 速 发 展，Pentium PC 及Windows
操 作 系 统 的 日 益 普 及， 彩 色 输 入 输 出 设 备 的 广 泛 采
用， 使 桌 面 出 版 系 统、 电 子 邮 件 系 统、 计 算 机 网 络 系
统、 办 公 自 动 化 系 统， 乃 至 生 活 中 的 一 些 领 域， 对 彩
色 图 象 的 要 求 愈 来 愈 迫 切。 特 别 是 近 几 年 来Internet
及intranet 网 的 神 速 发 展， 新 的 图 象 处 理 软 件 不 断 涌 现，
其 功 能 不 断 完 善 和 增 强， 使 得 高 速、 高 画 质 的 图 象 处
理 的 获 得 变 得 比 较 易 于 实 现 了。 而 数 码 照 相 机 的 出
现， 又 使 图 象 信 息 的 转 换、 存 储、 处 理 等 发 生 了 革 命
性 的 变 化， 使 摄 影 界 真 正 迎 来 了 数 字 化 时 代， 计 算 机
时 代。 所 以 有 人 说， 数 码 照 相 机 的 出 现， 迎 来 了 摄 影
领 域 的 数 字 化 革 命， 或 者 迎 来 了 摄 影 界 的 计 算 机 革
命。 在 这 种 闪 光 耀 眼 的“ 时 代” 里， 数 码 照 相 机 自 然 成
为 计 算 机 外 设 新 型 输 入 设 备， 并 正 在 迅 速 地 变 成 一 种
主 流 技 术。 目 前 全 球 有30 多 家 厂 商， 诸 如 柯 达、 富 士、
佳 能、 尼 康、 美 能 达、 阿 克 发、 卡 西 欧、 宝 丽 来 等 公 司
不 惜 花 费 数 十 亿 美 元 研 制、 生 产 各 种 类 型 的 数 字 照 相
机， 以 便 试 图 在 现 代 摄 影 市 场 领 域 取 得 较 大 的 市 场 份
额， 夺 取 市 场 的 领 先 地 位， 在 满 足 用 户 极 大 需 要 的 同
时， 也 获 得 了 丰 厚 的 经 济 回 报。 那 么 什 么 是 数 码 照 相
机， 其 特 点、 技 术 及 应 用 趋 势 又 是 怎 样 的 呢? 本 文 将 给
予 简 单 地 描 述。
数 码 照 相 机 的 类 型 及 特 点
---- 数 码 照 相 机 的 基 本 类 型
---- 应 用 推 动 发 展， 发 展 促 使 应 用。 由 于 数 码 照 相 机 广
阔 的 发 展 前 景 及 其 巨 大 的 潜 在 市 场， 使 全 球 众 多 的 数
码 相 机 的 公 司 或 厂 商 争 先 恐 后 地 以 巨 资 开 发、 研 制、
生 产 各 种 类 型 的 数 码 照 相 机。 因 此， 在 短 短 的 几 年
内， 数 码 照 相 机 如 雨 后 春 笋 般 地 发 展 壮 大 起 来， 品 种
繁 多， 不 胜 枚 举。 尽 管 种 类 繁 多， 性 能 各 异， 但 人 们
还 是 能 够 对 数 码 照 相 机 从 用 途、 结 构、CCD 类 型、 影 象
捕 捉 方 式、 对 计 算 机 依 附 程 度、 精 度 等 级 乃 至 接 口 方
式 等 来 划 分。
按 用 途 分： 有 数 码 记 录 照 相 机、 数 码 视 频 照 相
机、 数 码 静 止 图 象 照 相 机。
按 结 构 分： 有 数 码 单 镜 头 反 光 式 照 相 机、 数 码 轻
便 型 照 相 机、 数 码 机 背 型 照 相 机。
按 采 用CCD 类 型 分： 有 面CCD 型 数 码 照 相 机、 扫 描
线 性CCD 型 数 码 照 相 机。
按 脱 机 联 机 分： 有 脱 机 型 数 码 照 相 机 及 联 机 型 数
码 照 相 机。
按 精 度 等 级 分： 有 低 档 型 数 码 照 相 机、 中 型 数 码
照 相 机、 高 档 型 数 码 照 相 机。
按 接 口 方 式 分： 有 与 计 算 机RS-232C 串 型 接 口 连 接
的 数 码 照 相 机、 有 通 过SCSI 或SCSI -2 接 口 与 计 算
机 相 连 的 数 码 照 相 机。
---- 数 码 照 相 机 的 基 本 特 点
---- 获 取 图 象 速 度 快、 成 本 低、 操 作 简 便。 所 谓 速 度
快， 是 说 利 用 数 码 相 机， 能 瞬 间 获 取 图 象， 甚 至 把 图
象 拍 摄 下 来 几 分 钟 之 后 就 可 把 其 放 到 自 己 的Web 站 点
上， 或 将 拍 摄 的 照 片 通 过 电 子 邮 件E -mail 送 给 客 户。 所
谓 成 本 低 是 指 数 码 照 相 机 获 取 图 象 无 需 胶 卷 费、 冲 洗
费、 存 储 费 等。 又 由 于 数 码 照 相 机 能 把 图 象 输 入 到 计
算 机， 能 把 不 理 想 的 图 片 删 除 或 修 改， 存 储 能 力 几 乎
无 限， 成 本 近 乎 为 零。 所 谓 操 作 简 便， 是 指 数 码 照 相
机 工 作 时， 只 需 开 机、 对 准 景 物、 按 动 快 门， 不 需 要
对 焦、 设 置 快 门 速 度 等。 可 以 说， 数 码 照 相 机 简 化 了
在 稿 件 嵌 入 图 片 的 操 作， 以 前 要 拍 摄、 冲 洗、 扫 描、
编 辑 等 步 骤， 现 在 可 一 步 到 位， 与 数 字 化 的 印 刷 流 程
实 现 无 缝 连 接。
---- 数 码 照 相 机 的 最 大 特 点 是 其 信 息 的 数 字 化， 即 能 实
现 图 象 的 实 时 传 递 及 图 象 所 在 计 算 机 上 任 意 加 工， 并
利 用 普 通 图 象 软 件 提 高 图 象 质 量。 所 谓 图 象 的 实 时 传
递， 是 利 用 数 字 信 息 借 助 遍 及 全 球 的 数 字 通 讯 网 即 时
传 送 的， 如 通 过Internet 网 能 把 图 象 送 到 世 界 每 个 地 方。
数 字 照 相 机 基 本 结 构 原 理
---- 数 码 照 相 机 基 本 结 构
---- 数 码 照 相 机 是 计 算 机 新 型 输 入 设 备， 所 以 和 其 他 输
入 设 备 一 样， 其 结 构 系 统 由 硬 件 和 软 件 所 组 成。 就 硬
件 而 论， 它 包 括 机 械 部 分： 如 照 相 机 外 壳、 电 池 盒、
接 口 座 等； 光 学 部 分： 如 具 有 不 同 解 析 度 的 光 学 镜 头
系 统、 图 象 传 感 器 部 件 等； 电 学 子 部 分 包 括 电 子 测 光
系 统、 电 子 快 门 系 统、 数 模 转 换 部 件、 存 储 部 件 及 信
息 传 输 部 件 等。 在 诸 多 硬 件 中， 最 最 重 要 的 部 份 是 电
荷 耦 合 元 件 图 象 传 感 器， 因 为 它 的 优 劣 直 接 影 响 数 码
照 相 机 的 图 象 质 量。 除 硬 件 外 还 有 软 件 部 件， 一 般 采
用 的 软 件 就 是 图 象 处 理 应 用 软 件， 以 确 定 图 象 处 理 格
式 及 对 图 象 进 行 修 改 等。
---- 如 佳 能 推 出 的 数 码 照 相 机Powershot 600 随 机 配
有Photocompact 软 件 包， 就 具 有 电 子 影 象 储 存 能 力 及 高
水 准 图 象 处 理 能 力 等。
---- 数 码 照 相 机 基 本 工 作 原 理
---- 数 码 照 相 机 也 称 谓 数 字 照 相 机， 它 是 集 机 械 学、 光
学、 电 子 学 于 一 体 的 高 科 技 产 品。 正 如 上 述， 它 集 成
了 影 象 信 息 的 转 换、 存 储、 传 输 等 部 分。 基 本 工 作 原
理 是： 通 过 把 自 然 界 的 一 切 瞬 间 或 人 们 所 需 要 的 图
象、 信 息 等 轻 而 易 举 地 拍 摄 下 来， 经 核 心 部 件 电 荷 耦
合 元 件CCD 图 象 传 感 器， 进 行 光 电 转 换 即 把 光 线 信 号
转 变 为 电 信 号， 再 通 过 模 拟 数 字 转 换 器ADC(Analog to
Digital Converter)， 把 电 压 模 拟 信 号 转 换 成 数 字 信 号。 把
获 得 的 大 量 数 字 信 息 经 压 缩 后， 可 由 数 码 照 相 机 内 部
的 快 闪 存 储 器 保 存， 也 可 由 计 算 机 保 存 或 处 理， 或 由
内 置 的 硬 盘 卡 进 行 保 存。 如 果 对 拍 摄 的 影 象 信 息 不 满
意， 还 可 通 过 图 象 处 理 软 件 进 行 处 理 加 工， 诸 如 浮
雕、 柔 化、 反 转、 黑 白 彩 色 转 换、 裂 象 特 技 效 果， 甚 至
把 不 好 的 图 象 信 息 完 全 删 除 等。 总 之， 数 码 照 相 机 的
图 象 信 息 可 在 计 算 机 上 任 意 加 工 处 理， 用 图 象 处 理 软
件 来 润 色 自 己 需 要 的 图 象， 充 分 发 挥 自 己 的 创 造 力 和
想 象 力， 并 把 自 己 设 计 的 理 想 图 象 变 成 现 实。 如 果 数
码 照 相 机 通 过 串 口 或SCSI-2 口 与 计 算 机 连 接 的 话， 把 输
入 到 计 算 机 的 图 象 信 息 就 可 以 通 过 打 印 机 打 印 出 来
了。 如 果 计 算 机 上 网 的 话， 还 可 通 过Internet 网 传 到 世 界
各 地。 由 于 数 码 照 相 机 能 在 瞬 间 获 取 图 象 信 息， 并 在
几 分 钟 后 通 过 计 算 机 传 给 千 家 万 户。 所 以， 这 种 数 码
照 相 机 充 满 无 限 生 机 的 计 算 机 新 型 外 设 输 入 设 备， 市
场 前 景 会 无 限 广 阔。 厂 商 之 间 的 市 场 竞 争 无 疑 会 更 加
激 烈 起 来。
数 码 照 相 机 技 术 态 势
---- 数 码 照 相 机 之 所 以 能 与 电 脑 同 步 发 展， 与 电 视 并 驾
齐 驱， 主 要 是 因 为 数 码 摄 影 技 术 不 断 获 得 新 的 突 破，
不 断 为 人 们 所 接 受。 数 码 照 相 机 获 得 的 图 象 质 量 大 幅
度 提 高， 价 格 不 断 下 滑， 使 用 方 便、 快 捷 等 特 点， 已
获 得 广 大 用 户 的 认 可。 下 面 就 数 码 照 相 机 采 用 的 关 键
技 术 给 予 简 单 地 描 述。
---- CCD 技 术
---- 这 是 目 前 全 球 数 码 照 相 机 采 用 的 一 种 关 键 技 术， 它
是 数 码 照 相 机 的 核 心 部 件，CCD 图 象 传 感 器 是 用 一 种
高 感 光 度 半 导 体 材 料 制 成 的， 能 把 光 信 号 转 变 成 电 信
号。 因 此，CCD 图 象 传 感 器 能 从 整 体 上 提 高 图 象 解 析
度， 使 图 象 边 缘 部 分 获 得 良 好 的 聚 焦 效 果。 图 象 质 量
是 以CCD 象 素 计 算 的， 因 为CCD 内 包 含 的 晶 体 管 的 数 量
越 多， 象 素 就 越 多， 象 素 越 多 分 辨 率 自 然 就 越 高。
---- 目 前 数 码 照 相 机 大 致 包 括 从25 万 象 素 到100 多 万 个
象 素， 市 场 上 主 流 产 品 为40 万 象 素， 相 当 于VGA 640
×480 象 素。 很 显 然， 对 于 中 档、 高 档 的 数 码 照 相 机，
会 采 用 更 多 的CCD 组 成 的 阵 列， 足 以 生 成 能 容 纳 几 兆
字 节 信 息 的 文 件。 如Nikon E2s 中 档 数 码 照 相 机， 每 秒 钟
能 记 录3 帧、7 幅 连 续 的 图 形， 分 辨 率 达 到1 280 ×1 000 象
素。Dicomed Digital Comera 高 档 数 码 背 型 照 相 机， 可 连 接
在 照 相 机 的4 ×5 英 寸 镜 头 背 面， 分 辨 出 高 达6 000 ×7
520 的 象 素。CCD 的 数 量 多 少 影 响 图 象 质 量，CCD 排 列 的
不 同 也 会 产 生 不 同 的 效 果。 如 面 型CCD 数 码 照 相 机 中
的CCD 芯 片， 其 感 光 区 为 一 矩 阵 平 面， 一 般 为3 ∶2 的 长
方 形。 这 种 矩 阵 平 面， 捕 获 影 象 时 能 一 次 曝 光 完 成。
因 此， 具 有 速 度 快， 能 拍 摄 活 动 景 物 以 及 可 用 普 通 闪
光 灯 拍 摄 等 优 点。 但 是， 制 造 具 有 高 象 素 密 度 的 面CCD
技 术 难 度 较 大。 而 扫 描 线 性CCD 数 码 照 相 机 中 的CCD 芯
片 是 长 而 窄 形 的， 即 由 对 光 线 敏 感 的 微 小 单 元 均 匀 地
排 成 一 列。 因 此， 这 种 数 码 照 相 机 是 在CCD 扫 描 过 程 中
一 行 一 行 地 拍 摄 景 物， 也 就 是 靠CCD 跨 越 影 象 平 面 扫
描 来 捕 获 大 的 影 象 区。 故 分 辨 率 很 高， 但 不 能 拍 摄 活
动 景 物， 也 不 能 进 行 闪 光 拍 摄。CCD 技 术 虽 然 取 得 很 大
发 展， 但CCD 芯 片 的 制 造 成 本 还 很 难 大 幅 度 下 调， 还 有
不 少 技 术 问 题 有 待 解 决， 比 如 它 只 适 用 单 色 调， 因
为CCD 在 较 亮 或 较 暗 的 光 线 下 会 丢 失 部 分 细 节， 影 响
了 图 象 质 量 等。
---- CMOS 影 象 技 术
---- 这 种 技 术 是CPU 市 场 霸 主Intel 公 司 最 新 推 出 的。 利 用
此 种 技 术 作 为 影 象 感 应 单 元， 能 大 幅 度 降 低 数 码 照 相
机 的 生 产 成 本。 其 目 的 就 是 要 挑 战 目 前 日 本 不 少 大 公
司 以 电 荷 耦 合 器 件CCD 技 术 为 基 础 的 数 码 照 相 机 市
场， 由 此 看 来， 数 码 照 相 机 市 场 进 入 关 键 技 术 大 战 已
是 不 可 避 免 的 了。Intel 公 司 透 露， 此CMOS 技 术 已 授 权 韩
国 三 星、 新 加 坡 的Aztech、 台 湾 源 兴 科 技 公 司 等 以 低 价
格、 大 批 量 生 产CMOS 影 象 感 应 部 件 装 备 数 码 照 相 机。
使 用CMOS 技 术 的 照 相 机 不 仅 便 宜、 方 便， 还 可 把 它 作
为 普 通 相 机 使 用。 因 此，Intel 公 司 乐 观 的 估 计，2001 年
此 数 码 照 相 机 可 占 电 脑 市 场 约70 ％ 的 份 额， 前 景 十 分
看 好。
---- DCAM-101 芯 片 技 术
---- 此 芯 片 技 术 是1997 年5 月 由 美 国LSILogic 公 司 与 日
本Minolta 公 司 联 合 推 出 的 全 球 第 一 个 数 码 照 相 机 芯 片。
与 其 他 数 码 照 相 机 芯 片 组 不 同 之 处 是， 其 图 象 处 理 电
路 工 作 速 度 快， 拍 摄 能 力 比 现 用 电 路 快4 倍， 每 秒 能
拍11 张 画 面。 而 且，DCAM 产 生 的 图 象 清 晰 度 达2 048 ×2
048 象 素。 据 称，DCAM 已 于97 年8 月 份 投 入 批 量 生
产。DCAM 技 术 的 出 现， 使 数 码 照 相 机 的 成 本 降 低25
％， 因 此， 采 用DCAM 技 术 的 新 型 数 码 照 相 机 可 望 夺
得30 ％ ～40 ％ 的 市 场 份 额。 由 此 看 出， 数 码 照 相 机 市 场
竞 争 的 实 质 是 新 技 术 的 较 量。
---- 其 他 还 有MD 技 术、LCD 技 术、ISO 标 准 技 术 等 都 会 对
数 码 照 相 机 的 市 场 应 用 产 生 不 同 程 度 的 影 响。
数 码 照 相 机 的 应 用 及 趋 势
---- 数 码 照 相 机 的 应 用
---- 应 用 促 进 发 展， 发 展 推 动 应 用。 随 着 应 用 领 域 的 不
断 拓 展， 数 码 照 相 机 品 种 数 量 也 随 之 增 多 了， 以 满 足
不 同 行 业、 不 同 部 门、 不 同 档 次 的 用 户 需 求。 下 面 就
不 同 档 次 的 数 码 照 相 机 所 适 用 的 范 围 给 予 概 述：
---- 1.低 档 数 码 照 相 机： 如Apple 的QuickTake 150 由 于 分 辨
率 偏 低， 存 储 量 有 限。 所 以 其 输 出 一 般 适 用 于 多 媒
体、 视 频、 报 纸 和 一 些 辅 助 印 刷 介 质 如 简 讯 及 产 品 样
本 等。 由 于 价 格 便 宜， 操 作 方 便， 视 频 显 示 效 果 也 不
错， 所 以 也 适 合 家 庭 使 用， 如 野 外 摄 影、 电 子 影 集 的
制 作 等。
---- 市 场 上 出 售 的 还 有 柯 达DC 20、DC 25、DC 40， 卡 西 欧
的QV 10A，Epson 的Photo CD 等。 价 格 一 般 在2000 元 ～7000
元 范 围， 用 户 容 易 接 受。
---- 2.中 档 数 码 照 相 机： 如Nikon E2s 数 码 照 相 机 就 属 此
类， 采 用 较 大 的CCD 阵 列， 存 储 量 较 大， 分 辩 率 较 高。
故 一 般 适 用 于 多 媒 体 制 作、 建 筑 物 业、 法 律 执 行、 军
事 情 报 获 取、 保 险 业 等 领 域。 适 用 上 述 范 围 的 数 码 照
相 机 还 有 柯 达DC 50、 卡 西 欧 的QV-100 等， 价 格 一 般
在7000 元 以 上， 故 此 种 相 机 很 适 合 各 种 商 业 部 门。
---- 3.高 档 数 码 照 相 机： 这 是 属 于 扫 描 型、 高 分 辨 率、
色 深 度 适 于 与 计 算 机 连 接 的 数 码 照 相 机。 如 果 结 合 传
统 的 及 新 型 的 印 前 处 理 系 统， 适 合 于 桌 面 印 刷、 广 告
制 作、 艺 术 摄 影、 新 闻 摄 影、 专 业 摄 影、 医 疗 病 历 影
象 档 案 及 网 上 异 地 会 诊、 科 学 分 析， 如 实 验 样 品 影 象
的 采 集、 特 殊 实 验 呈 现 影 象 档 案、CD-ROM 资 料 库、 公
安 户 籍、 护 照 管 理、 海 关、 保 险、 专 利、 商 检、 新 闻、
影 象 制 作、 高 品 质 广 告 制 作、 静 止 实 物、 小 册 子、 慢
速 拍 摄 等 场 合。 这 种 照 相 机 的 代 表 是Dicomed Digital
Camera, 其 分 辨 率 高 达6 000 ×7 520 象 素， 摄 取 时 间 长 达10
多 分 钟， 文 件 存 储 量 达130MB。 除 此 外， 还 有 柯 达 的DC
420、DC 460、DC 465 等， 高 档 数 码 照 相 机 由 于 精 度 高、
存 储 量 大、 功 能 强 等 特 点， 所 以 价 格 一 般 比 较 昂 贵，
每 台 约10 万 元 以 上， 这 是 一 般 用 户 不 敢 问 津 的。
---- 数 码 照 相 机 发 展 趋 势
---- 颇 具 神 奇 色 彩 的 数 码 照 相 机， 已 成 为 计 算 机 新 型 图
象 输 入 设 备， 正 在 成 为 机、 光、 电 一 体 化 的 高 科 技 主
流 技 术， 正 在 引 起 越 来 越 多 的 人 们 的 关 注 和 谈 论 的 话
题。 它 的 最 大 优 势 就 是 信 息 数 字 化， 能 实 现 图 象 的 实
时 传 递。 早 在20 年 前， 美 国 就 利 用 数 码 摄 影 技 术， 通
过 卫 星 向 地 面 传 送 照 片， 但 图 象 质 量 比 较 粗 糙。26 届
奥 运 会 的 新 闻 发 稿、 海 湾 战 争 及 波 黑 战 争 中 的 战 事 通
报 均 采 用 数 码 照 相 机 来 拍 摄 图 象。 图 象 质 量 比20 年 前
有 很 大 的 改 观， 可 以 说 是 质 的 飞 跃。 这 是 由 于 数 码 照
相 机 的 新 技 术、 新 品 种 不 断 推 出， 功 能 不 断 完 善 的 结
果。 从 目 前 市 场 情 况 看， 主 要 被 美、 日 所 垄 断， 尤 其 是
日 本 最 为 活 跃， 从 应 用 的 角 度 看， 数 码 照 相 机 有2 极 分
化 的 发 展 趋 势， 也 就 是 满 足 一 般 民 用 的 低 档 产 品， 以
及 满 足 专 业 用 户 的 高 档 产 品。 但 总 的 趋 向 是 不 断 向 更
高 层 次 方 向 发 展， 分 辨 率 会 越 来 越 高。 但 分 辨 率 太 高
也 会 带 来 负 面 效 应， 因 为 生 成 的 数 码 文 件 太 长， 对 计
算 机 的 速 度、 内 存 容 量、 硬 盘 容 量、 相 应 软 件 等 都 会
提 出 更 高 的 要 求。
---- 具 体 而 言， 数 码 照 相 机 的 半 数 字 化 向 全 数 字 化 方 向
发 展，CCD 技 术 向CMOS 技 术 演 变， 内 置 存 储 向 移 动 存
储 转 变 等。 总 之， 数 码 摄 影 技 术 的 普 及 和 发 展 比 人 们
预 料 的 要 快 的 多。 因 此， 全 球 众 多 的 公 司 争 先 恐 后 角
逐 数 码 照 相 机 市 场， 他 们 真 正 认 识 到 数 码 照 相 机 确 实
引 起 了 摄 影 领 域 的 一 场 数 字 化 革 命。
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