镜头

工作原理

景物通过镜头(LENS)生成的光学图像投射到图像传感器表面上，然后转为电信号，经过A/D(模数转换)转换后变为数字图像信号，再送到数字信号处理芯片(DSP)中加工处理，再通过USB接口传输到电脑中处理，通过显示器就可以看到图像了。

分类：

摄像头分为数字摄像头和模拟摄像头两大类。数字摄像头可以将视频采集设备产生的模拟视频信号转换成数字信号，进而将其储存在计算机里。模拟摄像头捕捉到的视频信号必须经过摄像头特定的视频捕捉卡将模拟信号转换成数字模式，并加以压缩后才可以转换到计算机上运用。

技术指标　　

1、图像解析度/分辨率(Resolution)  摄像头
●SXGA(1280x1024)又称130万像素 　　
●XGA(1024x768)又称80万像素 　　

●960H(960X576)
●SVGA(800x600)又称50万像素 　　
●VGA(640x480)又称30万像素(35万是指648X488) 　　
●CIF(352x288)又称10万像素 　　
●SIF/QVGA(320x240) 　　
●QCIF(176x144) 　　
●QSIF/QQVGA(160x120) 　　
2、图像格式(imageFormat/Colorspace) 　　
RGB24，420是目前最常用的两种图像格式。 　　
●RGB24：表示R、G、B三种颜色各8bit，最多可表现256级浓淡，从而可以再现256*256*256种颜色。 　　
●I420：YUV格式之一。 　　
●其它格式有:RGB565，RGB444，YUV4:2:2等。
3、自动白平衡调整(AWB) 　　
定义：要求在不同色温环境下，照白色的物体，屏幕中的图像应也是白色的。色温表示光谱成份，光的颜色。色温低表示长波光成分多。当色温改变时，光源中三基色(红、绿、蓝)的比例会发生变化，需要调节三基色的比例来达到彩色的平衡，这就是白平衡调节的实际。 　　
4、图像压缩方式 　　
JPEG：(jointphotographicexpertgroup)静态图像压缩方式。一种有损图像的压缩方式。压缩比越大，图像质量也就越差。当图像精度要求不高存储空间有限时，可以选择这种格式。目前大部分数码相机都使用JPEG格式。 　　
5、彩色深度(色彩位数) 　　反映对色彩的识别能力和成像的色彩表现能力，实际就是A/D转换器的量化精度，是指将信号分成多少个等级。常用色彩位数(bit)表示。彩色深度越高，获得的影像色彩就越艳丽动人。现在市场上的摄像头均已达到24位，有的甚至是32位。 　　
6、图像噪音 　　指的是图像中的杂点干扰。表现为图像中有固定的彩色杂点。 　　
7、视角 　　与人的眼睛成像是相同原理，简单说就是成像范围。 　　
8、输出/输入接口 　　
串行接口(RS232/422):传输速率慢，为115kbit/s 　　
并行接口(PP)：速率可以达到1Mbit/s 　　
红外接口(IrDA)：速率也是115kbit/s，一般笔记本电脑有此接口 　　
通用串行总线USB：即插即用的接口标准，支持热插拔。USB1.1速率可达12Mbit/s,USB2.0可达480Mbit/s 　　
IEEE1394(火线)接口(亦称ilink):其传输速率可达100M~400Mbit/s

选购指南　　

从摄像头的组成来看决定一个摄像头的品质从硬件上来说主要是：镜头、主控芯片与感光芯片。

镜头(LENS)

　　五层“全玻”，也算目前顶级的摄像头镜头了。镜头的组成是透镜结构，由几片透镜组成，一般有塑胶透镜(plastic)或玻璃透镜(glass)。通常摄像头用的镜头构造有：1P、2P、1G1P、1G2P、2G2P、4G等。透镜越多，成本越高；玻璃透镜比塑胶贵。因此一个品质好的摄像头应该是采用玻璃镜头，成像效果就相对塑胶镜头会好。现在市场上的大多摄像头产品为了降低成本，一般会采用塑胶镜头或半塑胶半玻璃镜头(即：1P、2P、1G1P、1G2P等)。 　　
    摄像头的核心就是镜头，现在市面上的分别有两种感光元器件的镜头，一种是CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器），一般是用于摄影摄像方面的高端技术元件，应用技术成熟，成像效果较好，但是价格相对而言较贵。另外一种是比较新型的感光器件CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体），它相对于CCD来说价格低，功耗小。较早期的CMOS对光源的要求比较高，现在在采用CMOS为感光元器件的产品中，通过采用影像光源自动增益补强技术，自动亮度、白平衡控制技术，色饱和度、对比度、边缘增强以及伽马矫正等先进的影像控制技术，可以接近CCD摄像头的效果。现在的高端摄像头，比如Logitech,Creative的产品基本都采用的是CCD感光元器件,主流产品则基本是CCD和CMOS平分秋色,总的来说还是CCD的效果好一点，目前CCD元件的尺寸多为1/3英寸或者1/4英寸，在相同的分辨率下，宜选择元件尺寸较大的为好。用户可以根据自己的喜好来选购。

感光芯片

　　(SENSOR) 是组成数码摄像头的重要组成部分，根据元件不同分为CCD，CMOS。 　　
CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合元件）应用在摄影摄像方面的高端技术元件。 　　
CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金属氧化物半导体元件）应用于较低影像品质的产品中。 　　
    目前CCD元件的尺寸多为1/3英寸或者1/4英寸，在相同的分辨率下，宜选择元件尺寸较大的为好。 　　
CCD的优点是灵敏度高，噪音小，信噪比大。但是生产工艺复杂、成本高、功耗高。 　　
CMOS的优点是集成度高、功耗低(不到CCD的1/3)、成本低。但是噪音比较大、灵敏度较低、对光源要求高。在相同像素下CCD的成像往往通透性、明锐度都很好，色彩还原、曝光可以保证基本准确。而CMOS的产品往往通透性一般，对实物的色彩还原能力偏弱，曝光也都不太好。 　　
所以我们在使用摄像头，尤其是采用CMOS芯片的产品时就更应该注重技巧： 　　
    首先不要在逆光环境下使用(这点CCD同)，尤其不要直接指向太阳，否则“放大镜烧蚂蚁”的惨剧就会发生在您的摄像头上。其次环境光线不要太弱，否则直接影响成像质量。克服这种困难有两种办法，一是加强周围亮度，二是选择要求最小照明度小的产品，现在有些摄像头已经可以达到5lux。 　　
    最后要注意的是合理使用镜头变焦，不要小瞧这点，通过正确的调整，摄像头也同样可以拥有拍摄芯片的功能。目前，市场销售的数码摄像头中，基本是CCD和CMOS平分秋色。在采用CMOS为感光元器件的产品中，通过采用影像光源自动增益补强技术，自动亮度、白平衡控制技术，色饱和度、对比度、边缘增强以及伽马矫正等先进的影像控制技术，完全可以达到与CCD摄像头相媲美的效果。受市场情况及市场发展等情况的限制，摄像头采用CCD图像传感器的厂商为数不多，主要原因是采用CCD图像传感器成本高的影响。

主控芯片

　　(DSP)中星微(VIMICRO)301Plus主控芯片，是目前摄像头中最好的核心IC之一。 　　
在DSP的选择上，是根据摄像头成本、市场接受程度来进行确定。现在DSP厂商在设计、生产DSP的技术已经逐渐成熟，在各项技术指标上相差不是很大，只是有些DSP在细微的环节及驱动程序要进行进一步改进。

图像解析度

　　(Resolution)即传感器像素，也就是我们常说的多少像素的摄像头，是衡量摄像头的一个重要指标之一，一些产品都会在包装盒标着30万像素或35万像素。在实际应用中，摄像头的像素越高，拍摄出来的图像品质就越好，但另一方面也并不是像素越高越好，对于同一画面，像素越高的产品它的解析图像的能力也越强，但相对它记录的数据量也会大得多，所以对存储设备的要求也就高得多，因而在选择时宜采用当前的主流产品。由于受到摄像头价格、电脑硬件、成像效果等因素的影响，现在市面上的摄像头基本在30万像素这个档次上进行销售。还有就是由于CMOS成像效果在高像素上并不理想，因此统治高像素摄像头的市场仍然是CCD摄像头。值得注意的一点：有些分辨率的标识是指这些产品利用软件所能达到的插值分辨率，虽然说也能适当提高所得图像的精度，但和硬件分辨率相比还是有着一定的差距的。

视频捕获速度

　　视频捕获能力是用户最为关心的功能之一，很多厂家都声称最大30帧/秒的视频捕获能力，但实际使用时并不能尽如人意。目前摄像头的视频捕获都是通过软件来实现的，因而对电脑的要求非常高，即CPU的处理能力要足够的快，其次对画面要求的不同，捕获能力也不尽相同。现在摄像头捕获画面的最大分辨率为640×480，在这种分辨下没有任何数字摄像头能达到30帧/秒的捕获效果，因而画面会产生跳动现象。比较现实的是在320×240分辨率下依靠硬件与软件的结合有可能达到标准速率的捕获指标，所以对于完全的视频捕获速度，只是一种理论指标。用户应根据自己的切实需要，选择合适的产品以达到预期的效果。 　　
    除了上述说的这些之外，用户购买时还可以考虑的因素包括附带软件，摄像头外型，镜头的灵敏性，是否内置麦克风等等，另外比如Logitech和网站合作，可以使用户设置网上摄像机或进行网络实况转播。这些售后的服务也可以在考虑范围之内。

保养技巧　

1、尽量避免将摄像头直接指向阳光，以免损害摄像头的图像感应器件。 　　
2、避免摄像头和油、蒸气、水气、湿气和灰尘等物质接触，避免和水直接接触。 　　
3、不要使用刺激的清洁剂或有机溶剂擦拭摄像头。 　　
4、不要拉扯和扭转连接线，类摄像头保养有以下6条小秘诀，包括电脑摄像头和监控摄像头： 　　
5、非必要情况下，自己不要随意拆卸摄像头，试图碰触其内部零件，这容易对摄像头造成损伤，一旦损坏经销商估计也不会给予保修。 　　
6、仓储时，应当将摄像头存放在干净、干燥的地方。似动作可能会对摄像头造成损伤。

 

镜头的基本概念

色差
        色差（Chromatic aberration；chromatic aberration）： 色差又称色像差，是透镜成像的一个严重缺陷，色差简单来说就是颜色的差别，发生在以多色光为光源的情况下，单色光不产生色差。可见光的波长范围大约400至700纳米，不同波长的光，颜色各不相同，其通过透镜时的折射率也各不相同，这样物方一个点，在像方则可能形成一个色斑。色差一般有位置色差，放大率色差。位置色差使像在任何位置观察，都带有色斑或晕环，使像模糊不清，而放大率色差使像带有彩色边缘。光学系统最主要的功能就是消色差 。
  分类
 （一）不同波长的光将以不同的程度色散。白光被色散为紫外波段、可见波段和红外波段范围的各种波长的光，通过透镜时所成的像便带有彩色边缘，即为色差。光学系统的实际成像与理想成像的差别，统称为像差。色差是像差中的一种，是因透射材料的透射率随波长不同而不同造成的，故只有对多色光才显现出来。用不同的玻璃材料制成的凹凸镜组合可以消除色差。
 （二）定量表示的色知觉差异。从明度、色调和彩度这三种颜色属性的差异来表示。明度差表示深浅的差异，色调差表示色相的差异（即偏红或偏蓝等），彩度差表示鲜艳度的差异。色差的评定在工业和商业中非常重要，主要应用于生产中的配色和产品的颜色质量控制。现代色差评定根据国际照明协会（CIE）推荐的标准色差公式并采用仪器和电脑测量计算，用精确的数字来表示。常用如CIE 1976L*a*b*和CIE 1976L*u*v*色差公式等。
 （三）染同一颜色的革，其批与批之间出现颜色不一致，或者同一转鼓、同一次染色的革出现几种颜色差别的现象称为色差。特别是绒面革更易出现色差。可指同一张皮革不同部位的色泽差别，也可指同一批加工皮革之间存在的颜色差异，还可指原定染同一颜色之不同批次皮革间的颜色差别。
 
小痰盂，大三元，小三元
 
“小痰盂”是佳能 EF 50mm F/1.8镜头的昵称。
“大三元”镜头指的就是恒定F2.8光圈的三只变焦镜头的总称。这三只镜头一只是负责超广角、一只负责标准变焦，一只负责长焦，三者加起来可以覆盖从超广角到长焦的最常用焦段（通常是16-200mm），因此，就被称为“大三元”。同时，只有最高档次的恒定光圈镜头，才能被冠以“大三元”之名。
 “小三元”镜头指的就是恒定F4光圈的三只变焦镜头的总称。这三只镜头一只是负责超广角、一只负责标准变焦，一只负责长焦，三者加起来可以覆盖从超广角到长焦的最常用焦段（通常是16-200mm），因此，就被称为“小三元”。也许有人会说，我的原配套头是18-55mm，然后又买了一只55-200mm的镜头，这可以算是“小三元”吗？当然不算，只有恒定光圈镜头，才能被冠以“小三元”之名。佳能小三元指的是最大光圈为f4的三款恒定光圈红圈镜头。
 
 光学变焦与数字变焦
 
       光学变焦依靠光学镜头结构来实现变焦，变焦方式与传统相机设计一样，取决于镜头的焦距，是通过摄像头的镜片移动来放大与缩小需要拍摄的景物。光学变焦倍数越大，能拍摄的景物就越远。光学变焦可以支持图像主体成像后，分辨率及画质不会改变，相对清晰。
         数码变焦实际上是画面的电子放大，把原来CCD影像感应器上的一部份像素使用“插值”算法将画面放大。通过数码变焦，拍摄的景物放大了，但它的清晰度会有一定程度的下降，类似与VCD或DVD中的zoom功能，只能将原先的图像尺寸裁小，让图像在LCD屏幕上变得较大，但并不会使细节更清晰。

宽动态技术
        动态范围表示图像中所包含的从“最暗”至“最亮”的范围。动态范围越大，所能表现的层次越丰富，所包含的色彩空间也越广。宽动态技术是在非常强烈的对比下让摄像机看到影像的特色而运用的一种技术。 当在强光源（日光、灯具或反光等）照射下的高亮度区域及阴影、逆光等相对亮度较低的区域在图像中同时存在时，摄像机输出的图像会出现明亮区域因曝光过度成为白色，而黑暗区域因曝光不足成为黑色，严重影响图像质量。摄像机在同一场景中对最亮区域及较暗区域的表现是存在局限的，这种局限就是通常所讲的“动态范围”。 
镜头参数
 
索尼 70-300mm F/4.5-5.6G SSM ，70-300mm是这个镜头的焦距范围（变焦范围），对于这个镜头来说，它的广角端在70mm，长焦端是300mm，这个镜头的变焦比是300/75=4.5倍F4.5代表在70mm焦段时，可用最大光圈是4.5，F5.6代表在300mm焦段时，可用最大光圈是5.6，G代表这个镜头是G型镜头，是目前最新型的，支持各种测光模式。SSM是sony的超声波马达技术，在尼康叫AFS，在佳能叫EFS，在适马镜头上叫HSM。这是一款望远变焦镜头。可以用来捕捉鸟、远处的人、动物的瞬间。
 
曝光补偿
 
        曝光补偿是一种曝光控制方式，一般常见在±2-3EV左右，如果环境光源偏暗，即可增加曝光值(如调整为+1EV、+2EV)以突显画面的清晰度。曝光补偿就是有意识地变更相机自动演算出的“合适”曝光参数，让照片更明亮或者更昏暗的拍摄手法。拍摄者可以根据自己的想法调节照片的明暗程度，创造出独特的视觉效果等。一般来说相机会变更光圈值或者快门速度来进行曝光值的调节。
         拍摄环境比较昏暗，进行曝光补偿的时候，如果照片过暗，要增加EV值，EV值每增加1.0，相当于摄入的光线量增加一倍，如果照片过亮，要减小EV值，EV值每减小1.0，相当于摄入的光线量减小一倍。按照不同相机的补偿间隔可以以1/2（0.5）或1/3（0.3）的单位来调节。
         被拍摄的白色物体在照片里看起来是灰色或不够白的时候，要增加曝光量，简单的说就是“越白越加”，这与曝光的基本原则和习惯是背道而驰的，其实不然，这是因为相机的测光往往偏重于中心主体，白色的主体会让相机误以为环境很明亮，因而造成曝光不足，这也是多数初学者易犯的通病。
         由于相机的快门时间或光圈大小是有限的，因此并非总是能达到2EV的调整范围，因此曝光补偿也不是万能的，在过于暗的环境下仍然可能曝光不足，此时要考虑配合闪光灯或增加相机的ISO感光灵敏度来提高画面亮度。
 

 『什么是焦距』
　　『焦距』是指镜头光心（又称为『主点』，即光线入射光线汇聚的一点）到感光元件平面的距离。为了与『等效焦距』相区分，这个『焦距』又被称为『物理焦距』。早期照相机镜头曾以『cm』作为焦距单位，而现代照相机均以『mm』作为焦距单位。
　　『焦距』不要与『对焦距离』相混淆，后者指从感光元件平面到被摄体的距离。

『什么是视角』
　　在摄影中，视角可以理解为以照相机镜头为顶点，所能取到景物范围两边之间的夹角。视角的单位是『度』，通常以『宽广』、『狭窄』来形容视角。焦距变长，视角变『窄』；焦距变短，视角变『广』。
『什么是等效焦距』
　　通过相同物理焦距的镜头，不同画幅感光元件所能容纳的影像区域不一样，从而导致『视角』产生了变化。为了便于不同画幅相机之间进行比较，影像厂商引入了『等效焦距』，并且通常选择应用最广泛的135相机作为基准。以1.5倍系数的APS-C画幅相机接装50mm镜头为例，我们可以说此时的『等效焦距』为75mm，即与135相机接装75mm镜头在『视角』上是相同的，但『物理焦距』依然是50mm，不会发生改变。
『按焦距对镜头进行分类』
　　我们可以根据焦距对镜头进行分类，当然，这只是一个大体上的划分。不同厂商、不同标准在划分的界限上存在一些差别。需要说明的是，并不是比16mm更短的镜头就一定是鱼眼镜头。鱼眼镜头的概念是视角达到或接近180度，如果付出最够多的成本，14mm、8mm也都可以做成常规的超广角镜头。
- 28mm以下：超广角镜头
- 28mm至35mm：广角镜头
- 50mm左右：标准镜头
- 85mm至135mm：中焦镜头
- 135mm至200mm：中长焦镜头
- 200mm至300mm：长焦镜头（又称远摄镜头）
- 300mm以上：超长焦镜头（又称超远摄镜头）
（以上焦距均指按照135等效焦距， 日常使用16-105这个焦段范围足够用了。）
『焦距与透视感』
　　我们常说焦距会影响照片的『透视感』，但事实上，『透视』只与我们到被摄对象的距离有关。近大远小、平行线向远方汇聚是『透视现象』的最主要体现，除此之外，使用常规镜头仰拍时的下大上小、俯拍时的上大下小也都属于『透视』所造成的形变。当我们同被摄体距离保持不变时，使用不同焦距镜头能得到不同的视角，但透视并没有改变；而当我们所使用的镜头焦距保持不变时，通过改变到被摄体的距离，视角和透视都会发上变化。
『焦距对镜头选购的影响』
　　焦距影像取景和拍照的视角，而视角又决定了在相同构图时到被摄体的距离。正因如此，焦距应该是在选购一款镜头时最需要关注的。
　　首先，我们要明确需要拍摄的人像范围，是一个人的全身、大半身、半身、大头或者面部特写（比如只拍眼睛），这决定了最终照片的构图。然后，我们要明确拍摄时我们到人像的距离，比如家庭环境中的人像拍摄通常在2-3m、室内晚会的拍摄距离通常是5-10m、足球等体育运动的拍摄就可能在20m或更远。知道了构图和距离，就能知道现在应该选择社么焦距的镜头。