1.1.1 数码照相机的结构
数码照相机是由镜头、CCD（感光器件）、A/D（模/数转换器）、MPU（微处理器）、内置存储器、LCD（液晶显示器）、PC卡（可移动存储器）和接口（计算机接口、电视机接口）等部分组成，通常它们都安装在数码照相机的内部，当然也有一些数码照相机的液晶显示器与机身分离。
数码照相机中的工作原理如下：当按下快门时，镜头将光线会聚到感光器件CCD（电荷耦合器件）上，CCD是半导体器件，它代替了普通照相机中胶卷的位置，它的功能是把光信号转变为电信号。这样，就得到了对应于拍摄景物的电子图像，但是它还不能马上被送去计算机处理，还需要按照计算机的要求进行从模拟信号到数字信号的转换，ADC（模数转换器）器件用来执行转换工作。接下来MPU（微处理器）对数字信号进行压缩并转化为特定的图像格式，例如JPEG格式。最后，图像文件被存储在内置存储器中。至此，数码照相机的主要工作已经完成，剩下要做的是通过LCD（液晶显示器）查看拍摄到的照片。有一些数码照相机为扩大存储容量而使用可移动存储器（如PC卡）。此外，还提供了连接到计算机和电视机的接口。下面，来详细地介绍照相机的结构。
（1）镜头部分
镜头部分包括镜片组和镜筒以及镜头内部的驱动马达等，还包括光圈系统。
数码照相机的镜头由多片镜片组成，材质分为玻璃与塑料两类。
照相机镜头的焦距是镜头的一个非常重要的指标。镜头焦距的长短决定了被摄物在成像介质（胶片或CCD等）上成像的大小，也就是相当于物和像的比例尺。当对同一距离远的同一个被摄目标拍摄时，镜头焦距长的所成的像大，镜头焦距短的所成的像小。根据用途的不同，照相机镜头的焦距相差非常大，有短到几毫米，十几毫米的，也有长达几米的，较常见的有8mm，15mm，24mm，28mm，35mm，50mm，85mm，105mm，135mm，200mm，400mm，600mm，1200mm等，还有长达2500mm的超长焦望远镜头，如图1-2和图1-3所示。
图 1-2
图 1-3
（2）机身部分
机身部分主要是指机器框架，即机身是超薄的还是壮硕型的，还包括各种操作按钮。
照相机的机身相当于汽车的发动机，是照相机的灵魂部分，包含许多成像系统，也是区分照相机性能差异的一个重要标准。单反照相机的级别划分一般为：低端入门级、中级、准专业级、专业级。例如，佳能500D、尼康D3000是低端入门级机，佳能50D、尼康D90是中级机，佳能5D MARK II、尼康D700是准专业级机，佳能1DS MARK3、尼康D3X是专业级机。
如果要投入摄影队伍，先要选定一部适合自己使用的数码单反机身，从入门到中阶的产品都是可以考虑的对象，如图1-4所示。
图 1-4
（3）传感器系统
传感器系统主要是指电荷耦合器件图像传感器（Charge Coupled Device，CCD），如图1-5和图1-6所示，它由一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由照相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要来修改图像。CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。
CCD和传统底片相比更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过，人眼的视网膜是由负责光强度感应的干细胞和色彩感应的锥细胞分工合作组成视觉感应。CCD经过三十多年的发展，大致的形状和运作方式都已经定型。CCD主要是由类似马赛克的网格、聚光镜片及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。目前生产CCD的公司有：Sony、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp等。
图 1-5
图 1-6
（4）取景器
取景器（View finder）是摄影者观察想要拍摄的景物的“窗口”，如图1-7所示。下面介绍4种数码照相机常用的取景器。
图 1-7
光学取景器：小型数码照相机上的光学取景器由一组简单的光学元件组成，这套元件与镜头的光学系统相连，让光学取景器中的影像与进入镜头的影像同步相连。这种取景器体积小巧，但最大的问题是有取景误差。取景器通常置于镜头上方，从光学取景器上看到的影像跟镜头投射在传感器上的影像是不同的，在短距离拍摄中，这种“视差”就更为明显了。一般的光学取景器只能让用户看到镜头实际覆盖范围的80％～90％。如果想准确取景，还是使用无视差的LCD比较好。戴眼镜的用户在使用光学取景器的时候最好看一下取景器旁是否有屈光度调节，如果有的话会方便一些。
非专业数码照相机的LCD取景：小型数码照相机的LCD取景让用户能实时观察到想拍摄的影像，这个影像与镜头投射在CCD上的影像是相同的，不会有视差产生。这种取景方式又称TTL（Through-The-Lens，通过镜头取景）。但使用LCD取景很耗电，而且在阳光猛烈的时候，很难看到LCD上的画面。另外，数码单反照相机上的LCD并不作取景用，它只能让用户拍摄后在LCD上观看照片和操作菜单，当然数码单反照相机有自己特有的取景方式，这将在下文介绍。
数码单反照相机上的光学取景器（TTL）：同样是使用光学取景器的数码单反照相机是没有取景视差的，因为它的光学取景器比小型数码照相机的精密，而且它的原理是把一块反光镜和菱镜连到传感器上，镜头投射到传感器上的影像就是TTL上看到的影像。当摄影者按下快门的时候，反光镜便会弹起，光线通过镜头进入传感器，传感器开始曝光。由于传感器的限制，多数数码单反照相机的LCD只能用来观看照片回放而不能用于取景拍摄。在数码单反照相机光学取景器的旁边通常还会有一块小小的LCD，用于显示照相机的各项设定及状态，如光圈快门、曝光补偿、白平衡等。
小型数码照相机上的EVF电子取景：电子取景其实是把LCD上的画面传送到数码照相机的电子取景器上，因此从EVF看到的影像和镜头投射到CCD上的影像是相同的，而且与LCD上的影像同步。EVF从根本上来说就是镜头上方一块很小的LCD，它让用户能更精确地取景，特别是在强光下也不用担心取景困难。EVF吸收了数码单反照相机TTL取景器的众多优点，比如没有视差，但是装有EVF的照相机就不能再装光学取景器了。
（5）快门系统
快门（Shutter）是照相机上控制感光片有效曝光时间的一种装置，如图1-8所示。目前的数码照相机快门包括电子快门、机械快门和B门。
图 1-8
首先介绍电子快门和机械快门的区别。二者控制快门的原理不同，如电子快门，是用电路控制快门线圈磁铁的原理来控制快门时间的，齿轮与连动零件大多为塑料材质；机械快门控制快门的原理是齿轮带动控制时间，连动与齿轮为铜与铁的材质居多。另外，前者受到风沙的侵袭容易损坏，后者虽也怕风沙的侵蚀，但是清洁方便。
当需要超过1s曝光时间时，就要用到B门。使用B门的时候，快门释放按钮按下，快门便长时间开启，直至松开释放按钮，快门才会关闭。这是专门为长曝光设定的快门。
快门的工作原理是这样的，为了保护照相机内的感光器件，不至于曝光，快门总是关闭的；拍摄时，调整好快门速度后，只要按住照相机的快门释放按钮（也就是拍照的按钮），在快门开启与闭合的间隙间，让光线通过摄影镜头，使照相机内的感光片获得正确的曝光，光穿过快门进入感光器件，写入记忆卡。
至于单反照相机常见的B门功能，虽然可由用户自由决定曝光时间的长短，拍摄弹性更高，不过目前大多数的消费性数码照相机都还不能支持，最多提供如2s、8s、16s等较慢速度的默认值。
完善的快门必须具备以下几个方面的作用：
一是能够准确调控曝光时间，这一点是照相机快门的最基本的作用；
二是有足够高的快门速度，以利于拍摄高速动作或有效控制景深；
三是能长时间曝光，即应设有T门或B门；
四是具有闪光同步拍摄的功能；
五是具有自拍的功能，以便于自拍或在无快门线的情况下进行长时间曝光时，使快门开启。
（6）影像处理器
所谓影像处理器，就是固化到数码照相机主机板的一个大型的集成电路芯片，如图1-9所示。主要功能是在成像过程中对CCD（或CMOS）蓄积下的电荷信息进行处理，用于完成数码图像的压缩、显示和存储。
图 1-9
CCD在数码照相机的整个工作流程中起到了非常关键的作用。数码照相机之所以能够成像，除了镜头和感光元件之外，还有一个核心部件至关重要，那就是影像处理器。如果把镜头比作人眼睛中的晶状体，把感光器比作眼睛中的视网膜，那么影像处理器就可以看作大脑。镜头用来采集光线，感光器把采集到的光线转化成数字信号，而影像处理器则把这些数字信号加以处理，最终转化成图像。
在数码成像的工作流程中，镜头和感光元件的工作都是基础性的，影像处理器的工作则是决定性的。数码照相机最终能拍摄出什么样的图片，图片色彩的丰富性和饱和度、图片的整体层次感、图片效果的细腻程度、细节部分的表现力等，都要经过影像处理器的处理之后，才能展现出来。
除了对成像的决定性影响之外，影像处理器还有其他很多重要的作用。首先是影响照相机的整体操作响应速度，比如开机速度、对焦速度、拍摄间隔等。只有影像处理器保持正常、高效的运转，才能在单位时间内快速、准确地处理完大量数据，进而提升照相机的操作响应速度。其次是影响照相机的电池续航能力，如果影像处理器的工作流程尽可能合理，那么就能减少很多电力的损耗，进而延长电池的续航能力。
影像处理器技术经过长期发展，相对已经成熟，各大照相机厂商也都推出了自己的特色影像处理器作为一个卖点，并且为之单独命名。主流品牌影像处理器包括：
佳能：DIGIC Ⅱ、DIGIC Ⅲ、DIGIC 4数码影像处理器。
索尼：Bionz真实影像处理器。
奥林巴斯：TruePic Turbo、TruePic Ⅲ影像处理器。
富士：RP自然影像处理器。
松下：VENUS（维纳斯）Ⅱ代、Ⅲ代影像处理器。
卡西欧：EXILIM影像处理器。
尼康：EXPEED、EXPEED2、EXPEED 3图像处理器。
宾得：PRIME真实影像处理器。
（7）存储设备
数码照相机中存储器的作用是保存数字图像数据，这如同胶卷记录光信号一样，不同的是存储器中的图像数据可以反复记录和删除，而胶卷只能记录一次。存储器可以分为内置存储器和可移动存储器，内置存储器为半导体存储器，安装在照相机内部，用于临时存储图像，当向计算机传送图像时须通过串行接口。它的缺点是存储满之后要及时向计算机转移图像文件，否则就无法再往里面存入图像数据。早期数码照相机多采用内置存储器，而新近开发的数码照相机更多地使用可移动存储器。可移动存储器可以是记忆棒、Secure Digital Memory卡、xD-PICTURE卡、Compact Flash卡、Smart Media卡等。这些存储器使用方便，拍摄完毕后可以取出更换，这样可以降低数码照相机的制造成本，增加应用的灵活性，并提高连续拍摄的性能。存储器保存图像的多少取决于存储器的容量（以GB为单位），以及图像质量和图像文件的大小（以MB为单位）。图像的质量越高，图像文件就越大，需要的存储空间就越多。显然，存储器的容量越大，能保存的图像就越多。一般情况下，数码照相机能保存10～200幅图像。这里介绍一些常用的存储设备。
①SM卡（Smart Media Card）。SM卡是由东芝公司在1995年11月发布的闪存卡，韩国的三星公司在1996年购买了生产和销售许可，这两家公司成为主要的SM卡厂商。SM卡最早的名字是SSFDC卡（Solid State Floppy Disk Card），1996年6月改名为SmartMedia，并成为东芝的注册商标，如图1-10所示。
SM卡曾经是市场上常见的微存储卡，一度在MP3播放器上非常流行。在2002年以前被广泛应用于数码产品中，如奥林巴斯的老款数码照相机以及富士的老款数码照相机多采用SM存储卡。但由于SM卡的控制电路是集成在数码产品中（比如数码照相机），这使得数码照相机的兼容性容易受到影响，所以目前新推出的数码照相机中都已经没有采用SM存储卡的产品了，SM卡也开始逐步地退出了存储卡历史的大舞台。
②xD卡（xD-PICTURE Card）。xD卡是由SM卡的推崇者——富士和奥林巴斯公司联合推出的专为数码照相机使用的小型存储卡，它采用单面18针接口，是目前体积最小的存储卡。xD取自于“Extreme Digital”，是“极限数字”的意思，如图1-11所示。
图 1-10
图 1-11
相比于其他闪存卡，它拥有众多的优势特点：袖珍的外形尺寸，外形尺寸为20mm×25mm×1.7mm，总体积只有0.85cm，重约为0.002kg，是目前世界上最为轻便、体积最小的数字闪存卡；优秀的兼容性，配合各式的读卡器，可以方便地与个人计算机连接；超大的存储容量，xD卡的理论最大容量可达8GB，具有很大的扩展空间。
不过，xD卡的最大劣势就是价格偏贵，是目前市场上价格最为昂贵的存储卡，相信随着技术的提高和成本的降低，Xd卡的价格最终会降到一个合理的水平的。
③CF卡（Compact Flash Card）。CF卡是1994年由SanDisk公司率先推出的。它采用闪存（Flash）技术，是一种稳定的存储解决方案，不需要电池来维持其中存储的数据。对所保存的数据来说，CF卡比传统的磁盘驱动器安全性和保护性都更高，而且CF卡的用电量仅为小型磁盘驱动器的5％。这些优异的条件使得几年前众多数码照相机都选择CF卡作为其首选存储介质，其中尤其是以佳能公司作为代表，其产品采用了CF卡作为存储介质，如图1-12所示。
随着CF卡的发展，各种采用CF卡规格的非Flash Memory卡也开始出现，后来又发展出了CF+的规格，使CF卡的范围扩展到非Flash Memory的其他领域，包括其他I/O设备和磁盘存储器，以及一个更新物理规格的Type Ⅱ规格（IBM的Microdrive就是Type Ⅱ的CF卡）。
不过随着技术的发展，CF卡的一些缺点也逐渐暴露出来，例如：容量有限、体积较大、工作温度限制等（CF卡的工作温度一般是0～40摄氏度）。与其他种类的存储卡相比，CF卡的体积略微偏大，这也限制了使用CF卡的数码照相机体积，所以时下流行的数码照相机开始逐步放弃了CF卡而改用体积更为小巧、性能更加稳定的SD卡。
④MMC卡（Multi Media Card）。MMC卡由西门子公司和SanDisk公司于1997年共同推出，其目标主要是针对数码影像、音乐、手机、PDA、电子书、玩具等产品，比当年的SM既小又轻，它把存储单元和控制器一同做到了卡上，智能的控制器使得MMC保证兼容性和灵活性，如图1-13所示。
图 1-12
图 1-13
MMC被设计作为一种低成本的数据平台和通信介质，它的接口设计非常简单：只有7针，接口成本低，相比之下Smart Media和Memory Stick的接口成本都比MMC高。MMC的操作电压为2.7～3.6V，写/读电流只有27mA和23mA，功耗比较低，适合长时间户外拍摄的需要。
⑤SD卡（Secure Digital Memory Card）。SD卡是一种基于半导体快闪记忆器的存储卡，由日本松下、东芝及美国SanDisk公司于1999年8月共同开发研制。其大小犹如一张邮票，内部结合了SanDisk快闪记忆卡控制与MLC（Multilevel Cell）技术和Toshiba（东芝）0.16u及0.13u的NAND技术，重量只有0.002kg，但却拥有高记忆容量、快速数据传输率、极大的移动灵活性以及很好的安全性，是目前市场上最为普及的存储卡类型，如图1-14所示。
图 1-14
SD卡是一体化固体介质，没有任何移动部分，所以不用担心机械运动的损坏。它的数据传送和物理规范由MMC发展而来，外形采用了与MMC厚度一样的导轨式设计，以使SD设备可以适合MMC大小和MMC差不多，尺寸为32mm×24mm×2.1mm。长宽和MMC一样，只是厚了0.7mm，以容纳更大容量的存储单元。SD卡与MMC卡保持着向上兼容，也就是说，MMC可以被新的SD设备存取，兼容性则取决于应用软件，但SD卡却不可以被MMC设备存取。
SD卡的结构能保证数字文件传送的安全性，也很容易重新格式化，所以有着广泛的应用领域，音乐、电影、新闻等多媒体文件都可以方便地保存到SD卡中。因此当前许多数码照相机都支持SD卡，松下是目前SD卡最主要的生产厂家，很多存储卡公司也都开发SD卡，它已经逐渐取代了CF卡的昔日地位。
⑥索尼记忆棒（Memory Stick）。索尼记忆棒是索尼公司开发研制的，和很多Flash Memory存储卡不同，Memory Stick规范是非公开的，没有什么标准化组织，采用了索尼自己的外形、协议、物理格式和版权保护技术，要使用它的规范就必须和索尼谈判签订许可。索尼记忆棒的发展经过了几个时期，即记忆棒（蓝条和白条）D、记忆棒DUO D双面2×128MB、记忆棒PRO D和记忆棒PRO Duo，凭借着索尼的强大品牌效应，记忆棒推出后，三星、爱华、三洋、卡西欧、富士通、奥林巴斯、夏普等一系列公司都已经表示了对此格式的支持。Memory Stick如图1-15所示。
图 1-15
除了外形小巧、具有极高稳定性和版权保护功能以及方便地使用于各种记忆棒系列产品等特点外，记忆棒的优势还在于索尼推出的大量利用该项技术的产品，如DV摄像机、数码照相机、VAIO个人电脑、彩色打印机、Walkman、IC录音机、LCD电视等，而PC卡转换器、并行出口转换器和USB读写器等全线附件使得记忆棒可轻松实现与PC及苹果机的连接。
随着PRO D和PRO Duo记忆棒的推出，当前的索尼记忆棒已经摆脱了最初的容量小、速度慢等的劣势，逐步开始和SD卡平起平坐，不过目前价格问题仍是阻碍记忆棒进一步发展的障碍。
（8）LCD（液晶显示器）
LCD（Liquid Crystal Display）为液晶显示屏，数码照相机使用的LCD与笔记本式计算机的液晶显示屏工作原理相同，只是尺寸较小，如图1-16所示。从种类上讲，LCD大致可以分为两类，即DSTN-LCD（双层盒超扭曲向列液晶显示器）和TFT-LCD（薄膜晶体管液晶显示器）。与DSTN相比，TFT的特点是亮度高，从各个角度观看都可以得到清晰的画面，因此数码照相机中大部分采用TFT-LCD。LCD的作用有三个：一为取景，二为显示，三为显示功能菜单。
图 1-16
（9）输出接口
数码照相机的输出接口主要有计算机通信接口、连接电视机的视频接口和连接打印机的接口，如图1-17所示。常用的计算机通信接口有串行接口、并行接口、USB接口和SCSI接口。若使用红外线接口，则要为计算机安装相应的红外接收器及其驱动程序。如果数码照相机带有PCMCIA存储卡，那么可以将存储卡直接插入笔记本式计算机的PC卡插槽中。
图 1-17
知识拓展
通过本节的学习充分认识数码照相机的成像原理和各个部分的结构及其作用，下面以佳能600D照相机为例通过图示的形式详细介绍照相机每部分和按钮的名称，如图1-18所示。
图 1-18