數碼攝影教程－第二章　數碼相機成像基礎

傳統相機產生圖像的方法是讓光通過鏡頭到達膠捲上。膠捲上塗有一層光敏化學藥品—鹵化銀，膠捲上受到光照的敵方產生一種化學反應，記錄下一個潛在的圖像。在沖洗膠捲的過程中又發生更多的化學反應，把這個潛在的圖像轉變成照片。數碼相機也用光來產生圖像，但不是用膠捲，而是使用一種叫做圖像感測器的影像攝取元件來捕捉圖像。這些指甲大小的矽片包含了幾十萬或幾百萬個感光元件，這些元件能夠記錄照射在它上面的光的強度和亮度，反映到計算機顯示器或噴墨印表機列印出的圖像上就是它們的色彩及明暗。數碼相機的圖像感測器所包含的感光元件的數目越多，成像的質量越高，當然所需的成本也越高。這些被記錄的光信號通過處理器處理後被轉換為數字信號並存儲在數碼相機的存儲器中。

第一節 像素—構成圖像的基礎材料

數字圖像被像素劃分成一個個格子。計算機能通過這些格子改變每個區域 色彩或亮度。這樣，文章和圖像就被顯示出來。

有一個問題就是當你把數字圖像列印成小尺寸時，它看起來好極了。但當你把它放的過大時這些像素就會顯現出來，真箇畫面邊緣呈鋸齒狀顯得很粗糙。大部分低檔數碼相機不可能用大於4x6英寸的尺寸列印出高質量的相片來。

木偶的相片看起來正常, 但是當眼睛被擴大時太多 ( 左邊 ) 像素開始顯示出來

第二節 數字設備的解析度

低檔數碼相機所建立的圖像一般是640個像素寬和480個像素高，所以它們不能用作大幅面輸出。因此，任何數字圖像的質量如何, 如列印或在一幅屏幕上顯示出來, 很大部分地取決於它的解析度，更多更小的像素能更加反映出圖像的細節。表示一幅圖像的解析度有3種方法：由像素的總數目或像素/英寸（ppi）或點/英寸（dpi）。目前，一般彩色電視機的解析度為320X525，總像素在16.8萬左右，人眼睛的解析度為11000X11000，總像素在12億左右，傳統感光膠捲的像素在2百萬以上，目前高檔商用數碼像機的解析度在1600X1200以上，總像素也達到了211萬以上。

有一點值得說明的是，數碼相機的解析度當然是越高越好，但你要注意這個值是圖像感測器的物理的解析度還是進過軟體處理後得到的解析度。這一點同樣出現在掃描儀中。因為如果圖像感測器像素大幅提高，產品的成本必然大幅提高，因此某些廠家採用軟體插值運算的方法來提高像素和解析度。這一方法的原理是用兩個相鄰的像素進行運算得到一個新的像素，從而提升解析度（實際上在計算機中通過一些圖像處理軟體可以很容易的實現這一功能）。這一方法雖然提高了解析度，但通過軟體生成的像素並不能真正反映真實的色彩，所以在圖像中不同色彩的邊界往往會產生色差和明顯的鋸齒。所以在選購數碼相機時，一定要注意標稱的像素是圖像感測器的解析度還是通過軟體提升得到的像素。

插值運算的原理

插值運算在兩種色彩交界處產生了一個非真實的色彩。

第三節 數碼相機的色彩

解析度不是決定你的圖像質量的唯一因素，顏色同等地十分重要。當你欣賞自然景色或一幅高質量的攝影圖片時, 你能區分的數百萬種顏色。一幅圖像或你的計算機顯示器能顯示的顏色數目叫做彩色深度或位深度。彩色深度用位或比特表示，它決定了色調的範圍。彩色深度的值越高，便能更好地還原亮部和陰影部的細節。現在一般的數碼相機都達到24位，即真彩色。

在顏色方面，數碼相機的圖像感測器比傳統的膠捲有一定優勢：多數數碼相機可以用24位數據採集顏色。24位的彩色就意味著可以表現一千六百萬種以上的顏色，一般認為這是人眼可以分辨的最多的顏色數了。而且數碼相機在採集顏色時紅、綠、藍三色是分別取樣的，相互之間沒有干擾。而膠捲則不同，各個感光層之間多少總會有一些相互影響，就會導致膠片的偏色現象，而且這種偏色隨製造商和具體產品型號還各有差別。

但為什麼傳統的相片有時看起來比數碼相機拍攝的相片效果要好呢？一方面以前的數碼相機的圖像感測器的像素 大多在幾十萬或一百萬左右，像素不夠自然效果不理想；另一方面，還是傳統膠捲的根本原理拯救了它：鹵化銀晶體。我們知道，膠片使用鹵化銀晶體進行感光、成像。在膠片中，鹵化銀晶體的排列是隨機分布的，在研究膠片的顆粒時可以看到鹵化銀顆粒感光後沒有固定的排列模式。其解析度取決於鹵化銀顆粒的大小。而CCD則不同，它的排列要按照生產時的工藝整齊放置。不幸人眼對這種圖像中的排列模式十分敏感，在影像放大到一定程度可以看到顆粒的時候，人眼可以輕易地分辨出CCD固定的排列模式，尤其在色調變化劇烈的位置，每一個像素都可以看清，而膠片的顆粒性相比之下就沒有那麼明顯了。正是這個原因，噴墨印表機的廠商已經開始使用某種抖動技術，讓墨點以更加隨機的方式分布，使列印的圖像更加自然。

對這個問題數字相機可以有兩個解決方案：繼續提高解析度，直到人眼不能分辨其中的點，也就解決了像素排列模式的問題。目前大多數數碼相機的CCD已經做到了200萬像素以上，已基本上解決這一問題；另一種方法是在CCD捕捉圖像之後使用某種演算法把圖像變得更加自然，這在現在的一些相機中也有應用。