了解高清數(shù)碼攝像機(jī)的技術(shù)原理 剖析佳能ＬＥＧＲＩＡ?。龋啤。樱保埃暗娜蟾咔逡?/h1>
2009-11-30 04:33:06老張
微型計(jì)算機(jī) 2009年19期
老 張
在這個(gè)全民高清年代，數(shù)碼攝像機(jī)也走下神壇，進(jìn)入Full HD的時(shí)代。將高清DV拍攝的視頻直接連接電腦即可進(jìn)行后續(xù)的編輯，在電腦的輔助下輕松制作出自己導(dǎo)演的大片也并非難事，而且高清DV通過USB接口連接電腦即可將視頻與家人和朋友分享。這讓越來越多的人開始關(guān)注高清DV。
不過，在你手持小巧精致的高清DV記錄生活點(diǎn)滴的同時(shí)，你是否清楚手中的小精靈是如何工作的呢?當(dāng)你在高清DV市場上面對眾多產(chǎn)品之時(shí)，你知道如何從技術(shù)參數(shù)上去判斷高清DV的優(yōu)劣嗎?
近段時(shí)間有一款高清DV產(chǎn)品因成像質(zhì)量優(yōu)秀而在市場上非常火爆，它就是眾多攝影愛好者議論的焦點(diǎn)——佳能LEGRIA HF S100。下面，就讓我們搭乘HF S100，一起進(jìn)入高清DV的技術(shù)世界!
數(shù)碼攝像機(jī)的成像原理
在深入了解高清DV之前，讓我們先來看看數(shù)碼攝像機(jī)的基本工作原理吧。
其實(shí)數(shù)碼攝像機(jī)的工作原理很簡單，與普通的相機(jī)幾乎如出一轍，只不過它記錄的是動(dòng)態(tài)影像而已。
首先，外部的光線經(jīng)過鏡頭的匯聚、過濾之后，將光信號直接傳輸?shù)紺CD(電荷藕合)或者CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物導(dǎo)體)影像傳感器。
如果用人的眼睛作比喻，DV的鏡頭就相當(dāng)于眼睛的晶狀體，負(fù)責(zé)匯聚光線，而影像傳感器就相當(dāng)于視網(wǎng)膜，負(fù)責(zé)捕捉光線信號。影像傳感器負(fù)責(zé)將捕捉的光線信號轉(zhuǎn)換為電荷，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并輸入到后端的影像處理器中。
在影像處理器中，數(shù)字信號經(jīng)過處理還原，再度成為圖像信號，經(jīng)過特殊的算法進(jìn)行圖像信號的后期處理(如亮度增強(qiáng)，色彩補(bǔ)償?shù)?，并壓縮為視頻源之后，直接輸送到存儲器中進(jìn)行存儲，完成整個(gè)DV視頻拍攝的過程。
這原理說起來好像很簡單，不過正如數(shù)碼相機(jī)的成像質(zhì)量有優(yōu)劣之分一樣，各個(gè)不同型號的DV成像質(zhì)量也有差別，那么影像DV成像質(zhì)量的主要因素是什么呢?
三大關(guān)鍵——高清Dv成像質(zhì)量的秘密
總的來說，排除人為的因素，從硬件層面來看，對高清DV成像質(zhì)量影響最大的+因素是CMOS影像傳感器、鏡頭以及影像處理器，而這三大件也是衡量高清DV性能的最主要的三個(gè)參數(shù)。下面，就讓老張為你一一道來。
CMOS影像傳感器
在以往的DV產(chǎn)品中，大多使用的是CCD影像傳感器。而在DV進(jìn)入高清時(shí)代之后，幾乎所有廠商都在其主流產(chǎn)品上使用了CMOS影像傳感器，為什么呢?
CCD在工作時(shí)，上百萬個(gè)像素感光后會生成上百萬個(gè)電荷，而所有的電荷都需要經(jīng)過同一個(gè)“處理器”進(jìn)行電壓的放大轉(zhuǎn)換，形成電信號，完成光電轉(zhuǎn)換過程。可想而知，當(dāng)數(shù)據(jù)量特別大的時(shí)候，這個(gè)“理器”無疑就成了提升圖像處理速度的瓶頸——千軍萬馬去爭著過一座獨(dú)木橋，要多久的時(shí)間?
而對于CMOS來說，每一個(gè)像素點(diǎn)都有單獨(dú)的“處理器”，因而不存在圖像處理速度的瓶頸，對于數(shù)據(jù)吞吐量特別大的高清視頻來說，具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。而且CMOS的工作電壓遠(yuǎn)低于CCD，功耗低，高清DV的小型化也得以實(shí)現(xiàn)，更貼近消費(fèi)者的實(shí)際使用需求。
我們都知道，CMOS相比CCD有一個(gè)劣勢——噪點(diǎn)嚴(yán)重，那么在高清DV上如何去克服這個(gè)問題呢?
目前，市場上確實(shí)充斥著低質(zhì)的CMOS傳感器，比如攝像頭使用的CMOS傳感器。不過，從潛力方面看，無論是CCD還是CMOS都是硅片，兩者的共同之處在于，只有注入的那部分光會產(chǎn)生電子。因此，如果能夠減少噪點(diǎn)，那么從理論上來說是可以否定CMOS低畫質(zhì)的說法的。
相反，由于可以在像素部位放大信號電荷，所以在噪點(diǎn)進(jìn)入之前，如果能放大信號的話，CMOs就可以實(shí)現(xiàn)比CCD更高的S／N(Signal／Noise，信噪比，越大成像質(zhì)量越好)。另外，從原理上來說，不會出現(xiàn)噪點(diǎn)也將是其特征之一。對于標(biāo)清DV而言，由于本身的像素較低，數(shù)據(jù)流量并不太大，因此CMOS影像傳感器在標(biāo)清DV上應(yīng)用的話反而發(fā)揮不出其自身的獨(dú)到優(yōu)勢。
目前市場的高清DV中使用的CMOS影像傳感器各家自有不同的技術(shù)，不過幾乎都是殊途同歸。以佳能LEGRIA HF S100為例，其CMOS影像傳感器就具有鮮明的技術(shù)特點(diǎn)：
鏡頭
對于高清DV的鏡頭而言，我們需要了解并引起重視的是兩個(gè)方面——焦段與鏡頭質(zhì)量。
由于DV鏡頭的影像傳感器面積一般都比較小，因此它的變焦倍數(shù)往往可以做得很大，目前市場上光學(xué)變焦倍數(shù)超過20倍的產(chǎn)品也不在少數(shù)。不過就日常的使用而言，使用率最高的焦段一般都集中在10倍以內(nèi)，至多到15倍變焦就已經(jīng)足矣。
特別提醒大家，需要注意光學(xué)變焦與數(shù)碼變焦的區(qū)別，普通的數(shù)碼變焦，只是用電子的方式來提高像素，因此變焦倍數(shù)越大，畫質(zhì)損失的就越多。而光學(xué)變焦是配合光學(xué)鏡頭運(yùn)動(dòng)，連續(xù)改變感光元件讀取范圍的一種技術(shù)，不會帶來畫質(zhì)的損失。購買DV的時(shí)候可得特別注意了，千萬別被XⅪ陪數(shù)碼變焦給忽悠了!
另外一個(gè)重點(diǎn)就是鏡頭本身的質(zhì)量。目前的幾大主流DV廠商都在高清DV上使用了很優(yōu)秀的鏡頭，比如佳能的新高清攝像鏡頭、SONY的卡爾蔡司Sonnar鏡頭以及松下的徠卡鏡頭等，都是非常優(yōu)秀的產(chǎn)品。同樣，以HF S100上使用的佳能新高清攝像鏡頭為例，它的幾大技術(shù)特點(diǎn)也是保證HF S100成像質(zhì)量的重要原因。
非球面透鏡
佳能攝像機(jī)都采用了玻璃模鑄的非球面透鏡，這種透鏡具有出色的曲率半徑，可以維持良好的像差修正，帶來卓越的銳度和精細(xì)的分辨率，同時(shí)讓鏡頭的小型化設(shè)計(jì)成為現(xiàn)實(shí)。
新高清攝像鏡頭
HF S100配備的佳能新高清攝像鏡頭，即采用了2片非球面鏡片，可以顯著改善廣角端的失真及提高長焦端防抖時(shí)的周邊光量；新灰度顯示的大型ND濾光鏡也支持更高質(zhì)量的畫質(zhì)。同時(shí)，它能實(shí)現(xiàn)接近IXUS數(shù)碼相機(jī)鏡頭的MTF特性，抑制高清影像細(xì)微模糊現(xiàn)象，并通過“球體轉(zhuǎn)動(dòng)控制”實(shí)現(xiàn)高響應(yīng)性的防抖，從而為拍攝真正的高清影像提供了保障。
當(dāng)然，鏡頭光圈的參數(shù)也是DV的性能指標(biāo)之一，不過對于這個(gè)參數(shù)的要求就相對比較簡單——對于同類產(chǎn)品而言，大就好!
影像處理器
對于高清DV的成像質(zhì)量來說，影像處理器的性能至關(guān)重要。它的性能直接關(guān)系到高清視頻影像的動(dòng)態(tài)范圍、平衡光暗度以及影像層次感，對最終視頻質(zhì)量有著直接的影響。對于各大DV廠商而言，在影像處理器上都有自身獨(dú)到的技術(shù)，而用在HF S100上的則是大名鼎鼎的佳能DIGIC家族的影像處理器。
愛好攝影的單反發(fā)燒友應(yīng)該對DIGIC并不陌生，而DIGIC除了在DC上的應(yīng)用之外，DV上也同樣衍生出了DIGIC DV系列高速影像處理器。該影像處理器是專門為處理高清視頻影像而研發(fā)的，目前已經(jīng)發(fā)展到了DIGICDVⅢ。
影像處理器是實(shí)現(xiàn)高清視頻高畫質(zhì)影像的核心部分，它負(fù)責(zé)對高像素的CMoS影像感應(yīng)器接收并轉(zhuǎn)換后的龐大信息數(shù)據(jù)進(jìn)行高速運(yùn)算處理，最終保證視頻的高畫質(zhì)輸出。對于HF S1001所采用的DIGIC DVⅢ來說，它還能夠通過組合使用面部優(yōu)先功能，發(fā)揮更高精度的場景分析能力，十分智能化。
色彩還原
DIGIC DV系列更真實(shí)地還原皮膚顏色，有效地控制黑暗場景的細(xì)節(jié)和噪音，并真實(shí)還原明亮場景的色彩。
改善色調(diào)還原
單獨(dú)處理Gamma和Knee曲線，Gamma曲線用于調(diào)整適合人眼觀看的顯示設(shè)備影像，Knee曲線用于調(diào)整動(dòng)態(tài)范圍。
混合降噪
除了具有優(yōu)異的圖像處理能力外，DIGIC DV系列還搭載了混合型降噪系統(tǒng)。通常的降噪技術(shù)就是通過犧牲圖像的輪廓銳度和細(xì)節(jié)來達(dá)到干凈畫面的目的，降噪的同時(shí)也會丟失影像細(xì)節(jié)。佳能DIGIC DV系列高速影像處理器在降低影像噪音的同時(shí)也控制了影像細(xì)節(jié)的損失，以損失很少的影像細(xì)節(jié)分辨率獲得了高質(zhì)量低噪音的影像。
高速處理
強(qiáng)大的同步照片拍攝及高速連拍能力，拍攝出的照片具有同樣的高畫質(zhì)。
猜你喜歡
佳能EOS 4000D攝影之友(影像視覺)(2019年3期)2019-03-30 01:37:14 佳能EOS 2000D攝影之友(影像視覺)(2019年3期)2019-03-30 01:37:14 佳能EOS M50攝影之友(影像視覺)(2019年2期)2019-03-05 08:27:22 Naim Audio Uniti Nova數(shù)碼播放/放大器一體機(jī)家庭影院技術(shù)(2018年11期)2018-12-26 12:55:09 遲來的更新 佳能EOS 6D Mark II攝影之友(影像視覺)(2017年11期)2017-11-27 02:39:48 大變焦比鏡頭攝影之友(影像視覺)(2017年10期)2017-11-07 02:37:15 合理變焦拍遠(yuǎn)景大眾攝影(2016年12期)2016-12-07 18:32:41 寬譜段、動(dòng)態(tài)局部高分辨離軸主動(dòng)反射變焦系統(tǒng)光學(xué)精密工程(2016年1期)2016-11-07 09:01:05 數(shù)碼暗房影像視覺(2016年5期)2016-06-23 09:17:12 掃描型長波紅外連續(xù)變焦光學(xué)系統(tǒng)中國光學(xué)(2015年1期)2015-06-06 18:30:20
老 張
在這個(gè)全民高清年代，數(shù)碼攝像機(jī)也走下神壇，進(jìn)入Full HD的時(shí)代。將高清DV拍攝的視頻直接連接電腦即可進(jìn)行后續(xù)的編輯，在電腦的輔助下輕松制作出自己導(dǎo)演的大片也并非難事，而且高清DV通過USB接口連接電腦即可將視頻與家人和朋友分享。這讓越來越多的人開始關(guān)注高清DV。
不過，在你手持小巧精致的高清DV記錄生活點(diǎn)滴的同時(shí)，你是否清楚手中的小精靈是如何工作的呢?當(dāng)你在高清DV市場上面對眾多產(chǎn)品之時(shí)，你知道如何從技術(shù)參數(shù)上去判斷高清DV的優(yōu)劣嗎?
近段時(shí)間有一款高清DV產(chǎn)品因成像質(zhì)量優(yōu)秀而在市場上非常火爆，它就是眾多攝影愛好者議論的焦點(diǎn)——佳能LEGRIA HF S100。下面，就讓我們搭乘HF S100，一起進(jìn)入高清DV的技術(shù)世界!
數(shù)碼攝像機(jī)的成像原理
在深入了解高清DV之前，讓我們先來看看數(shù)碼攝像機(jī)的基本工作原理吧。
其實(shí)數(shù)碼攝像機(jī)的工作原理很簡單，與普通的相機(jī)幾乎如出一轍，只不過它記錄的是動(dòng)態(tài)影像而已。
首先，外部的光線經(jīng)過鏡頭的匯聚、過濾之后，將光信號直接傳輸?shù)紺CD(電荷藕合)或者CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物導(dǎo)體)影像傳感器。
如果用人的眼睛作比喻，DV的鏡頭就相當(dāng)于眼睛的晶狀體，負(fù)責(zé)匯聚光線，而影像傳感器就相當(dāng)于視網(wǎng)膜，負(fù)責(zé)捕捉光線信號。影像傳感器負(fù)責(zé)將捕捉的光線信號轉(zhuǎn)換為電荷，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并輸入到后端的影像處理器中。
在影像處理器中，數(shù)字信號經(jīng)過處理還原，再度成為圖像信號，經(jīng)過特殊的算法進(jìn)行圖像信號的后期處理(如亮度增強(qiáng)，色彩補(bǔ)償?shù)?，并壓縮為視頻源之后，直接輸送到存儲器中進(jìn)行存儲，完成整個(gè)DV視頻拍攝的過程。
這原理說起來好像很簡單，不過正如數(shù)碼相機(jī)的成像質(zhì)量有優(yōu)劣之分一樣，各個(gè)不同型號的DV成像質(zhì)量也有差別，那么影像DV成像質(zhì)量的主要因素是什么呢?
三大關(guān)鍵——高清Dv成像質(zhì)量的秘密
總的來說，排除人為的因素，從硬件層面來看，對高清DV成像質(zhì)量影響最大的+因素是CMOS影像傳感器、鏡頭以及影像處理器，而這三大件也是衡量高清DV性能的最主要的三個(gè)參數(shù)。下面，就讓老張為你一一道來。
CMOS影像傳感器
在以往的DV產(chǎn)品中，大多使用的是CCD影像傳感器。而在DV進(jìn)入高清時(shí)代之后，幾乎所有廠商都在其主流產(chǎn)品上使用了CMOS影像傳感器，為什么呢?
CCD在工作時(shí)，上百萬個(gè)像素感光后會生成上百萬個(gè)電荷，而所有的電荷都需要經(jīng)過同一個(gè)“處理器”進(jìn)行電壓的放大轉(zhuǎn)換，形成電信號，完成光電轉(zhuǎn)換過程。可想而知，當(dāng)數(shù)據(jù)量特別大的時(shí)候，這個(gè)“理器”無疑就成了提升圖像處理速度的瓶頸——千軍萬馬去爭著過一座獨(dú)木橋，要多久的時(shí)間?
而對于CMOS來說，每一個(gè)像素點(diǎn)都有單獨(dú)的“處理器”，因而不存在圖像處理速度的瓶頸，對于數(shù)據(jù)吞吐量特別大的高清視頻來說，具有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢。而且CMOS的工作電壓遠(yuǎn)低于CCD，功耗低，高清DV的小型化也得以實(shí)現(xiàn)，更貼近消費(fèi)者的實(shí)際使用需求。
我們都知道，CMOS相比CCD有一個(gè)劣勢——噪點(diǎn)嚴(yán)重，那么在高清DV上如何去克服這個(gè)問題呢?
目前，市場上確實(shí)充斥著低質(zhì)的CMOS傳感器，比如攝像頭使用的CMOS傳感器。不過，從潛力方面看，無論是CCD還是CMOS都是硅片，兩者的共同之處在于，只有注入的那部分光會產(chǎn)生電子。因此，如果能夠減少噪點(diǎn)，那么從理論上來說是可以否定CMOS低畫質(zhì)的說法的。
相反，由于可以在像素部位放大信號電荷，所以在噪點(diǎn)進(jìn)入之前，如果能放大信號的話，CMOs就可以實(shí)現(xiàn)比CCD更高的S／N(Signal／Noise，信噪比，越大成像質(zhì)量越好)。另外，從原理上來說，不會出現(xiàn)噪點(diǎn)也將是其特征之一。對于標(biāo)清DV而言，由于本身的像素較低，數(shù)據(jù)流量并不太大，因此CMOS影像傳感器在標(biāo)清DV上應(yīng)用的話反而發(fā)揮不出其自身的獨(dú)到優(yōu)勢。
目前市場的高清DV中使用的CMOS影像傳感器各家自有不同的技術(shù)，不過幾乎都是殊途同歸。以佳能LEGRIA HF S100為例，其CMOS影像傳感器就具有鮮明的技術(shù)特點(diǎn)：
鏡頭
對于高清DV的鏡頭而言，我們需要了解并引起重視的是兩個(gè)方面——焦段與鏡頭質(zhì)量。
由于DV鏡頭的影像傳感器面積一般都比較小，因此它的變焦倍數(shù)往往可以做得很大，目前市場上光學(xué)變焦倍數(shù)超過20倍的產(chǎn)品也不在少數(shù)。不過就日常的使用而言，使用率最高的焦段一般都集中在10倍以內(nèi)，至多到15倍變焦就已經(jīng)足矣。
特別提醒大家，需要注意光學(xué)變焦與數(shù)碼變焦的區(qū)別，普通的數(shù)碼變焦，只是用電子的方式來提高像素，因此變焦倍數(shù)越大，畫質(zhì)損失的就越多。而光學(xué)變焦是配合光學(xué)鏡頭運(yùn)動(dòng)，連續(xù)改變感光元件讀取范圍的一種技術(shù)，不會帶來畫質(zhì)的損失。購買DV的時(shí)候可得特別注意了，千萬別被XⅪ陪數(shù)碼變焦給忽悠了!
另外一個(gè)重點(diǎn)就是鏡頭本身的質(zhì)量。目前的幾大主流DV廠商都在高清DV上使用了很優(yōu)秀的鏡頭，比如佳能的新高清攝像鏡頭、SONY的卡爾蔡司Sonnar鏡頭以及松下的徠卡鏡頭等，都是非常優(yōu)秀的產(chǎn)品。同樣，以HF S100上使用的佳能新高清攝像鏡頭為例，它的幾大技術(shù)特點(diǎn)也是保證HF S100成像質(zhì)量的重要原因。
非球面透鏡
佳能攝像機(jī)都采用了玻璃模鑄的非球面透鏡，這種透鏡具有出色的曲率半徑，可以維持良好的像差修正，帶來卓越的銳度和精細(xì)的分辨率，同時(shí)讓鏡頭的小型化設(shè)計(jì)成為現(xiàn)實(shí)。
新高清攝像鏡頭
HF S100配備的佳能新高清攝像鏡頭，即采用了2片非球面鏡片，可以顯著改善廣角端的失真及提高長焦端防抖時(shí)的周邊光量；新灰度顯示的大型ND濾光鏡也支持更高質(zhì)量的畫質(zhì)。同時(shí)，它能實(shí)現(xiàn)接近IXUS數(shù)碼相機(jī)鏡頭的MTF特性，抑制高清影像細(xì)微模糊現(xiàn)象，并通過“球體轉(zhuǎn)動(dòng)控制”實(shí)現(xiàn)高響應(yīng)性的防抖，從而為拍攝真正的高清影像提供了保障。
當(dāng)然，鏡頭光圈的參數(shù)也是DV的性能指標(biāo)之一，不過對于這個(gè)參數(shù)的要求就相對比較簡單——對于同類產(chǎn)品而言，大就好!
影像處理器
對于高清DV的成像質(zhì)量來說，影像處理器的性能至關(guān)重要。它的性能直接關(guān)系到高清視頻影像的動(dòng)態(tài)范圍、平衡光暗度以及影像層次感，對最終視頻質(zhì)量有著直接的影響。對于各大DV廠商而言，在影像處理器上都有自身獨(dú)到的技術(shù)，而用在HF S100上的則是大名鼎鼎的佳能DIGIC家族的影像處理器。
愛好攝影的單反發(fā)燒友應(yīng)該對DIGIC并不陌生，而DIGIC除了在DC上的應(yīng)用之外，DV上也同樣衍生出了DIGIC DV系列高速影像處理器。該影像處理器是專門為處理高清視頻影像而研發(fā)的，目前已經(jīng)發(fā)展到了DIGICDVⅢ。
影像處理器是實(shí)現(xiàn)高清視頻高畫質(zhì)影像的核心部分，它負(fù)責(zé)對高像素的CMoS影像感應(yīng)器接收并轉(zhuǎn)換后的龐大信息數(shù)據(jù)進(jìn)行高速運(yùn)算處理，最終保證視頻的高畫質(zhì)輸出。對于HF S1001所采用的DIGIC DVⅢ來說，它還能夠通過組合使用面部優(yōu)先功能，發(fā)揮更高精度的場景分析能力，十分智能化。
色彩還原
DIGIC DV系列更真實(shí)地還原皮膚顏色，有效地控制黑暗場景的細(xì)節(jié)和噪音，并真實(shí)還原明亮場景的色彩。
改善色調(diào)還原
單獨(dú)處理Gamma和Knee曲線，Gamma曲線用于調(diào)整適合人眼觀看的顯示設(shè)備影像，Knee曲線用于調(diào)整動(dòng)態(tài)范圍。
混合降噪
除了具有優(yōu)異的圖像處理能力外，DIGIC DV系列還搭載了混合型降噪系統(tǒng)。通常的降噪技術(shù)就是通過犧牲圖像的輪廓銳度和細(xì)節(jié)來達(dá)到干凈畫面的目的，降噪的同時(shí)也會丟失影像細(xì)節(jié)。佳能DIGIC DV系列高速影像處理器在降低影像噪音的同時(shí)也控制了影像細(xì)節(jié)的損失，以損失很少的影像細(xì)節(jié)分辨率獲得了高質(zhì)量低噪音的影像。
高速處理
強(qiáng)大的同步照片拍攝及高速連拍能力，拍攝出的照片具有同樣的高畫質(zhì)。
猜你喜歡
攝影之友(影像視覺)(2019年3期)2019-03-30 01:37:14
攝影之友(影像視覺)(2019年3期)2019-03-30 01:37:14
攝影之友(影像視覺)(2019年2期)2019-03-05 08:27:22
家庭影院技術(shù)(2018年11期)2018-12-26 12:55:09
攝影之友(影像視覺)(2017年11期)2017-11-27 02:39:48
攝影之友(影像視覺)(2017年10期)2017-11-07 02:37:15
大眾攝影(2016年12期)2016-12-07 18:32:41
光學(xué)精密工程(2016年1期)2016-11-07 09:01:05
影像視覺(2016年5期)2016-06-23 09:17:12
中國光學(xué)(2015年1期)2015-06-06 18:30:20
