3.3 数码相机
数码相机，是数字技术与相机原理相结合的产物，它的产生是对传统摄影体系的一场革命。数码相机采用CCD—电子耦合器件作为图像传感器，把光线转化为电荷，再将模拟信号转换成数字信号，并将图像压缩后存储在相机内的存储器内。（有关数码摄影、系统性能的细节将在以后章节详细讨论。）
3.3.1 数码相机成像原理简介
数码相机对摄取的影像可起到数码化输入的功能，但它的光学成像系统和传统相机是一样的，只不过记录影像的材料不同，传统相机记录影像是用感光材料——胶片，而数码相机则采用CCD或CMOS（影像传感器）接收成像信号，把光线信号转化为模拟信号，再将模拟信号转化成数字信号，并将图像经压缩存储在相机内的存储器中。
图3-5 数码相机成像原理
3.3.2 数码相机的类型
根据数码相机最常用的用途，可以简单将其分为：卡片相机、长焦（普及型）家用相机、单反相机。
卡片数码相机在业界内没有明确的概念，小巧的外形、相对较轻的机身以及超薄时尚的设计是衡量此类数码相机的主要标准。长焦（普及型）家用数码相机指的是具有较大光学变焦倍数的机型，而光学变焦倍数越大，能拍摄的景物就越远。单反专业相机指的是单镜头反光数码相机，这是单反相机与其他数码相机的主要区别。
图3-6 卡片机
图3-7 数码相机
（1）卡片相机
卡片相机仅指那些外形小巧、超薄时尚设计的机型。其中索尼T系列、奥林巴斯AZ1和卡西欧Z系列等都应划分于这一领域。其主要特点是携带方便。
（2）长焦（普及型）家用相机
长焦（普及型）家用数码相机指的是具有较大光学变焦倍数的机型，而光学变焦倍数越大，能拍摄的景物就越远。代表机型为：美能达Z系列、松下FX系列、富士S系列、柯达DX系列等。
其主要特点有：
通过镜头内部镜片的移动而改变焦距。当我们拍摄远处的景物或者是被拍摄者不希望被打扰时，长焦的好处就发挥出来了。另外，焦距越长则景深越浅，这和光圈越大景深越浅的效果是一样的。浅景深的好处在于突出主体而虚化背景，相信很多摄影者在拍照时都追求一种浅景深的效果，这样使照片拍出来更加专业。镜头越长的数码相机，内部的镜片和感光器移动空间更大，所以变焦倍数也更大。
如今数码相机的光学变焦倍数大多在3～14倍之间，有的可达32倍，即可把10米以外的物体拉近至4～2米。
但是对于镜头的整体素质而言，实际上变焦范围越大，镜头的质量也越差。14倍超大变焦的镜头，最常遇到的两个问题就是镜头畸变和色散。紫边情况都比较严重，超大变焦的镜头很容易在广角端产生桶形变形。而在长焦端产生枕形变形。虽然镜头变形是不可避免的，但是好的镜头会将变形控制在一个合理范围内。
随着光学技术的进步，目前的14倍变焦镜头实际上在光学性能上应该可以满足我们日常拍摄的需要。但14倍以上光学变焦镜头的这些超大变焦数码相机，整体上的某些缺陷，将对最终的拍摄质量以及用户的使用造成致命的影响：
①长焦端对焦较慢。众所周知，消费类数码相机的自动对焦技术实际上并不是非常领先的，从速度上来说也不理想。
②手持时的抖动。熟悉摄影的朋友大多数都知道安全快门速度这个概念。安全快门速度其实就是焦距的倒数。所谓安全，也就是说如果你所使用的快门速度高于安全快门速度，那么拍摄出的照片基本不会因为手不受控制的抖动而变得模糊。相反，如果低于这个速度，那么就会比较危险了。
③画面质量。就目前刚刚上市的超大变焦数码相机而言，它们的画面质量严格来说也不属于很好的范畴，特别是在长焦端。
（3）单反相机
单反数码相机指的是单镜头反光数码相机，即Digital（数码）、Single（单独）、Lens（镜头）、Reflex（反光）的英文缩写DSLR。目前市面上常见的单反数码相机品牌有：尼康、佳能、宾得、富士等。
普通级（消费级）单反尼康D7000套机（18-105mm）
图3-9 全画幅单反尼康D3X
①工作原理
在单反数码相机的工作系统中，光线透过镜头到达反光镜后，折射到上面的对焦屏并结成影像，透过五棱镜，我们可以在取景器中看到外面的景物。与此相对的，一般数码相机只能通过LCD屏或者电子取景器（EVF）看到所拍摄的影像。显然直接看到的影像比通过处理看到的影像更利于拍摄。
图3-10
在拍摄时，当按下快门钮，反光镜便会往上弹起，感光元件（CCD或CMOS）前面的快门幕帘便同时打开，通过镜头的光线便投影到感光元件上感光，然后反光镜立即恢复原状，取景器中再次可以看到影像。单镜头反光相机的这种构造，确定了它是完全透过镜头对焦拍摄的，它能使取景器中所看到的影像和实景永远一样，它的取景范围和实际拍摄范围基本一致，十分有利于直观地取景构图。
②主要特点
首先，单反数码相机的一个很大的特点就是可以交换不同规格的镜头，这是单反相机天生的优点；镜头口径较大，便于创作，是普通数码相机不能比拟的。
其次，现在单反数码相机都定位于数码相机中的高端产品，因此在感光元件（CCD或CMOS）的面积上，单反数码相机的面积远远大于普通数码相机，这使得单反数码相机的每个像素点的感光面积也远远大于普通数码相机，因此每个像素点也就能表现出更加细致的亮度和色彩范围，使单反数码相机的摄影质量明显高于普通数码相机。
再次，单反数码相机采用单镜头反光式取景，无视差现象。
最后，单反数码相机还配有各种强大的功能。如除自动功能，程序功能，还有手动功能；有较高的快门速度，高达1／8000秒，还有较高的感光度，如尼康D3X感光度高达23000°，便于抓拍飞驰的动体；便于在较暗的环境中拍摄；配备有每秒三张、五张、九张不等的连拍装置，适合抓拍新闻。
③不足之处
一是像素越高，功能越多，则体积越大，体重越重，且外出携带不方便；二是价格昂贵。目前，尼康D3X的机身就需7万多元。
3.3.3 数码相机的等效焦距
之所以有等效焦距这一概念，是因为传统35mm相机以前是流行很广的相机，35mm胶片的尺寸是36mm＊24mm，由于35mm焦长的广泛使用，所以它成了一种标尺，也成了一个标准，就像我们用米或者公斤来度衡长度和重量一样，35mm成为我们判断镜头视野度的一种标注。例如，28mm焦长可以实现广角拍摄，50mm镜头是最接近人眼自然视角的，而500mm～600mm镜头就属于超望远视角，可捕捉远方的景物。
现在的数码相机传感器尺寸有许多种，以至于只知道镜头的实际焦距并不能知道拍摄范围（即镜头的视角）有多大，所以才告知等效焦距，比如一只17mm镜头装在佳能400D（APS-C传感器）上的取景范围与一只27mm的镜头装在传统135相机上（胶片24mm＊36mm）的取景范围是一样的，因此说佳能400D相机的17mm镜头等效于135的焦距为27mm。
在实际运用中，对于那些小于35mm胶片尺寸的传感器所配备的镜头，都要进行换算后，才能等效于135的焦距。
如果是普通单反，佳能要乘以1.6倍，尼康要乘以1.5倍，适马要乘以1.7倍，而奥林巴斯是2倍。
例如：200mm的镜头用在尼康D200上，200mm＊1.5，其焦距便是300mm。但如果是全画幅CMOS，比如佳能EOS 1Ds Mark 2／3、佳能EOS5D、尼康D3这些机型，由于COMS尺寸与胶片尺寸相同，所以不用换算，与胶片135焦距相同。
3.3.4 全画幅单反数码相机
画幅是指数码相机成像元件感光面积的大小。在数码相机中，感光元件面积大小分为大画幅、中画幅、全画幅、小画幅。大多数数码相机感光元件面积都比较小，制造商经过努力，并借用了135底片面（36mm＊24mm）这一标准，制造出了画幅适中又可承载很多像素的感光元件——全画幅感光元件。它的大小等于普通胶卷大小，尺寸为36mm＊24mm，这样数码相机所使用的镜头都能达到等焦距，如：佳能EF24-70mm的镜头用在全画幅的5D11上时焦距仍然是24～70mm，如果该镜头用在小画幅的相机佳能600D上时，由于感光元件画幅变小，同样镜头的焦距也相应延长，约为1.5倍，相当于36～105mm的焦距。
因此，全画幅的数码相机不但可使镜头得到等焦距的应用，而且成像画质也相当高。全画幅的优势显而易见，不仅可以让老镜头物尽其用，还因为感光元件CCD／CMOS面积大，这样一来捕获的光子就越多，感光性能就越好，信噪比越低。说全画幅单反是未来数码单反发展的一个大趋势，原因也就在此。
另：大、中画幅的相机大家接触较少，这里简单介绍下宾得的一款中画幅相机645D，此机有效像素：4000万像素，传感器尺寸超过了全画幅达到44mm＊33mm，成像品质极高，属于商业摄影类别的机器了。
3.3.5 传感器尺寸
60mm＊60mm是120胶卷的尺寸，这个级别的数码相机很少，家用的更少。
全画幅，也就是135底片的大小，大概是我们能承受的最高档次了，如，佳能5D2，尼康D3等。
APS-H级为非主流，常见的就佳能1D系列的部分产品。
APS-C是入门单反和部分单电最常用的规格，其中佳能略小一些，尼康和索尼稍大。索尼的大多数单电也是这个级别。
其他品牌如松下、奥林巴斯、柯达等单电系列比APS-C再小些，叫做4／3系统（Four Thirds System，又经常直称为四三系统），由奥林巴斯和柯达共同发起。
图3-11 传感器尺寸
图3-11中心两个尺寸是卡片机级别。好一点的是1／1.8英寸（有的会略大一点，比如松下LX5是1／1.65英寸），差点的就是1／2.5英寸或略小。
再往下还有，1／3～1／4英寸。这个一般是DV才用（当然好的DV是3CCD的，红绿蓝信号分别处理）。
所以带视频功能的单反拍出来的视频效果胜过DV，而DV的拍照功能拍出来的照片总是较差。
手机的传感器尺寸就更小了，总不会大过DV的。
这样，单反好在哪、贵在哪就不言而喻了。虽然同样是千万像素级，但指望像指甲盖大小的传感器能提供优质的信号是不可能的。
3.3.6 单电相机
单电相机，顾名思义，是采用电子取景器（EVF）且具有数码单反功能（如可更换镜头、具备快速相位检测自动对焦，较大的影像传感器尺寸等）的相机。2010年8月，索尼首推数码单电相机——SLT-A55和SLT-A33。“单电”是索尼公司的商标。
（1）概念
指具备全手动操作，采用固定式半透镜技术（Translucent Mirror Technology）、电子取景器的相机。
（2）与单反相机的区别
单反相机有反光镜和五棱镜，光线通过镜头，再通过反光镜、五棱镜的反射，最后到达眼睛，所以我们从光学取景器中看到的景物是以光速传播的，速度非常快。而单电相机没有反光镜和五棱镜，我们在电子显示屏或电子取景器上看到的景物，实际来自电路中传递来的信号。
图3-12 数码单电相机
（3）半透镜技术
半透镜固定在相机中原本是反光镜的地方。从镜头进入的光线中，有30%被反射到机顶，给测光和对焦系统使用；70%透过反光镜射到图像传感器上，用来取景、成像。
图3-13 半透镜功能相机
（4）单电相机的优缺点
优点是：无需抬起的半透镜，降低了振动，保证了相机的连拍优势和弱光环境下更小的机震；同时，由于将一部分光路反射到AF传感器上，无论连拍还是视频拍摄，都能做到实时相位检测自动对焦。通过电子取景器，能预览曝光补偿、直方图、白平衡效果，按快门之前就能知道拍出来的照片是什么样，减少回放次数。
缺点是：由于用电阻屏取景，比较耗电；不适于抓拍。
总的来说单电相机是介于单反相机和卡片机之间的产品，它既不如单反相机“快”，又不如卡片机便携，主要的好处是可以更换镜头。对于家用和旅行来说还算不错，对于严肃的摄影爱好者或者是摄影师来说，作为备用机来使用可能更合适一些。
3.3.7 微电相机
微电相机之前就是单电相机，它只是索尼公司为了区分两种机型而提出来的叫法。微电相机最大的特点就是太像单反了，它可以更换镜头，拥有多种手动控制功能，同时它又像卡片机一样轻便小巧，有很多功能，让用户可以轻松使用。
微电相机的缺点是：①对焦速度慢，镜头品种缺乏。在专业摄影领域，单反仍将占据主流，原因是微电的操控和响应速度无论如何也比不上单反。②微电相机体积小，机身上的按钮不可能很多，大量功能需要进入菜单才能设置。③微电相机电池容量也不大。
图3-14 微电相机