數位相機系統的介紹

隨著計算機技術的不斷成熟，數字化成為社會發展的趨勢，以數 位相機為代表的數位成像技術引起了學術界和產業界的重視。特別是 近幾年來，隨著微電子技術的快速發展，電腦的日益普及，以及遍及 世界各地的網路用戶的膨脹，數位成像技術獲得了前所未有的發展。

數位成像系統是對傳統的光化學成像系統的概念革新。數位照相 機(Digital Still Camera 簡稱 DSC)採用 CCD 或 CMOS 作為圖像的紀 錄器件，取代了傳統照相機成像物鏡焦平面上的膠片。在曝光過程 中，被攝圖像被 CCD/CMOS 面陣上各感光單元─像素所紀錄，以電荷 存儲量來表示。通過對像素陣列上電荷的掃描讀取、信號放大和 A/D 轉換，得到可以用像素矩陣描述的數字圖像。將數字圖像進一步壓縮 與處理後，既可儲存在數位相機的存儲介質中，又可直接實現與計算 機的圖像交換。數位成像技術改變了傳統攝影的沖印化學過程，完全 用光電子成像方式取代了光化學影像方式。快速、便捷的數字成像手 段，直接與電腦相連的圖像傳輸方式順應了時代的潮流。

目前，廣用的商用數位相機已到百萬像素等級，某些數位相機的 功能超過了傳統相機和掃描儀的簡單組合。同時，數位相機的價格卻 在不斷的下降，所以數位相機在商業應用和家庭應用中越來越受到人 們的喜愛。

今天，無論在 Internet、報章雜誌、家庭以至各行各業到處都

可見到數位相機的身影。各大傳統相機生產商和一些著名的多媒體設 備商也都紛紛加入到數位相機市場的競爭中。數位相機在功能上逐漸 接近傳統相機，數位相機必然會衝擊傳統相機的地位，甚至在不久的 將來，隨著技術的不斷進步，數位相機有可能代替傳統相機，開創人 類攝影技術的新紀元。

5.1.1 數位相機鏡頭的光學結構

因為本論文的研究僅涉及數位相機系統鏡頭的部分，所以僅介紹 數位相機系統的光學結構及特性，對於系統中的成像光電元件就不多 做介紹，圖 5.1 所示為一般數位相機成像光學系統。系統由位於前部 的成像物鏡和後部的低通濾波片(low-pass filter)所組成。

和傳統 35mm 底片照相機一樣，數位相機鏡頭的設計中需要校正 球差、慧差、像散、場曲、畸變、縱向色差和橫向色差。與傳統的照

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圖 5.1 數位相機基本的成像光學系統

相物鏡相比，數位相機的鏡頭結構比較複雜。傳統 35mm 以基本 Cooke

系統中的低通濾波片的作用是將對提高系統整體成像分辨率無 貢獻的高頻部分過濾掉，使光學系統的調制傳遞函數曲線(MTF)呈現 出如圖 5.3 所示的狀態。低通率波片通常用兩片石英晶體制成，第一 片晶體的表面鍍有光學增透膜用來降低入射光能量的損耗，第二片晶 體的表面鍍有紅外濾光膜，以減小紅外輻射對光電探測元件的影響。

數位相機系統也由於需要放置濾波片，所以需要較長的後焦。