在過去二十年里，消費(fèi)電子產(chǎn)品的大多數(shù)重要技術(shù)突破實(shí)際上可歸結(jié)于一項更大意義上的科技革命。仔細(xì)觀察就會發(fā)現(xiàn)，CD、DVD、高清電視、MP3和DVR其實(shí)都是基于相同的原理，即：將傳統(tǒng)的模擬信息轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信息。這一技術(shù)上的根本轉(zhuǎn)變完全顛覆了我們處理圖像和聲音信息的方式，使許多事情成為可能。

　　數(shù)碼相機(jī)的出現(xiàn)是這一轉(zhuǎn)變最顯著的例子——它與傳統(tǒng)相機(jī)存在本質(zhì)上的差異。數(shù)碼相機(jī)的面世，使非專業(yè)攝影師也能拍出美麗照片的幾率大大提高。用數(shù)碼相機(jī)拍出來的照片也有著艷麗的色彩，清晰的畫面，而且照片的后期處理更加方便和快捷。但數(shù)碼相機(jī)是怎么工作的，以及這些工作原理和傳統(tǒng)的膠片相機(jī)有何異同，了解的人就不是很多了。今天我們就按數(shù)碼照片的形成過程，從鏡頭、感光元件、處理器一直到存儲系統(tǒng)，一步一步地來了解數(shù)碼相機(jī)的工作原理。

　相機(jī)的數(shù)碼化歷程

　　數(shù)碼相機(jī)的歷史可以追溯到上個世紀(jì)四五十年代，電視就是在那個時候出現(xiàn)的。伴隨著電視的推廣，人們需要一種能夠?qū)⒄�在轉(zhuǎn)播的電視節(jié)目記錄下來的設(shè)備。1951年賓·克羅司比實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了錄像機(jī)（VTR），這種新機(jī)器可以將電視轉(zhuǎn)播中的電流脈沖記錄到磁帶上。到了1956年，錄像機(jī)開始大量生產(chǎn)。同時，它被視為電子成像技術(shù)的誕生。

　　第二個里程碑式的事件發(fā)生在二十世紀(jì)六十年代的美國宇航局。在宇航員被派往月球之前，宇航局必須對月球表面進(jìn)行勘測。然而工程師們發(fā)現(xiàn)，由探測器傳送回來的模擬信號被夾雜在宇宙里其它的射線之中，顯得十分微弱，地面上的接收器無法將信號轉(zhuǎn)變成清晰的圖像。于是工程師們不得不另想辦法。

　　1970年是影像處理行業(yè)具有里程碑意義的一年，美國貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了CCD。當(dāng)工程師使用電腦將CCD得到的圖像信息進(jìn)行數(shù)字處理后，所有的干擾信息都被剔除了。后來“阿波羅”登月飛船上就安裝有使用CCD的裝置，這就是數(shù)碼相機(jī)的原形。得益于這一技術(shù)，在“阿波羅”號登上月球的過程中，美國宇航局接收到的數(shù)字圖像如水晶般清晰。

“阿波羅”號回傳的數(shù)字圖像

　　在這之后，數(shù)碼圖像技術(shù)發(fā)展得更快，主要?dú)w功于冷戰(zhàn)期間的科技競爭。而這些技術(shù)也主要應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，大多數(shù)的間諜衛(wèi)星都使用了數(shù)碼圖像技術(shù)。

　　在數(shù)碼相機(jī)發(fā)展史上，不得不提的是索尼公司。索尼于1981年8月在一款電視攝像機(jī)中首次采用CCD，將其用作直接將光轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號的傳感器。目前索尼每年生產(chǎn)的感光元件也占據(jù)了全球很大一部分的市場，這也正是現(xiàn)今索尼能夠在感光元件市場上傲視群雄的一個原因，因?yàn)楹诵拿�脈掌握在自己手中。

　　在冷戰(zhàn)結(jié)束之后，軍備科技競賽很快地轉(zhuǎn)變?yōu)榱耸袌隹萍紶幇浴?995年，以生產(chǎn)傳統(tǒng)相機(jī)和擁有強(qiáng)大膠片生產(chǎn)能力的柯達(dá)公司向市場發(fā)布了其研制成熟的民用消費(fèi)型數(shù)碼相機(jī)DC40。這被很多人視為數(shù)碼相機(jī)市場成型的開端。DC40使用了內(nèi)置為4MB的內(nèi)存，不能使用其它移動存儲介質(zhì)，其38萬像素的CCD支持生成756×504的圖像，兼容Windows 3.1和DOS。蘋果公司的QuickTake 100也同時在市場上推出。當(dāng)時兩款相機(jī)都提供了對電腦的串口連接。

柯達(dá)DC40

　　從此之后，數(shù)碼相機(jī)就如雨后春筍般不斷由各相機(jī)廠商推出，感光元件的像素不斷增加，創(chuàng)意功能不斷翻新，拍攝的圖像效果也越來越接近并超越傳統(tǒng)相機(jī)。

　　鏡頭

　　人類用眼睛來感知色彩繽紛的世界，而照相機(jī)則是用鏡頭來攝取美麗的景物。人眼中客觀存在的場景實(shí)際上是一種光學(xué)信息的表達(dá)，景物反射出不同亮度和光譜的光線以顯示出不同的色彩。照相機(jī)就是要把某一瞬間的光線永久保存下來，傳統(tǒng)照相機(jī)是把這些光線轉(zhuǎn)化對應(yīng)為膠片上化學(xué)藥劑的變化，而這些膠片也只是半成品，還需進(jìn)一步的化學(xué)反應(yīng)才能顯影，可見傳統(tǒng)膠片照相機(jī)的拍攝過程完全是光信號與化學(xué)信號的轉(zhuǎn)換過程。

　而數(shù)碼相機(jī)不管其最終的存儲介質(zhì)是什么，其本質(zhì)是把一組一定亮度和光譜的光線轉(zhuǎn)化為一堆二進(jìn)制數(shù)，然后保存在某種記錄介質(zhì)上，屬于光信號與電信號的轉(zhuǎn)換。然而不論是數(shù)碼相機(jī)還是傳統(tǒng)照相機(jī)，首先接收的都是景物的光學(xué)信息，所以，光學(xué)鏡頭是必不可少的第一組件，被攝景物信息必須經(jīng)過光學(xué)鏡頭才能成像到達(dá)成像器件。

鏡頭的作用是將外部的目標(biāo)物體反射回來的光線通過其特定的形狀，匯聚折射到感光器件上。類似的工作狀態(tài)有點(diǎn)像我們小時候在自然課上學(xué)過的用一片凸透鏡聚光來產(chǎn)生更多的光亮。

　　在通過鏡頭確認(rèn)要拍攝的對象以后，我們把相機(jī)的鏡頭對準(zhǔn)目標(biāo)物體。這時，物鏡或物鏡組就會根據(jù)自動對焦系統(tǒng)的控制信號來調(diào)節(jié)它和感光器件的距離，使物體的像剛好落到感光元件上，這樣才可以形成清晰的圖像。而鏡頭的自動對焦系統(tǒng)的工作原理，就是我們要討論的重點(diǎn)之一。