[OpenCV实战]42 数码单反相机的技术细节

在这篇文章中，我们将说明数码单反相机DSLR(Digital Single Lens Reflex Camera)的各个技术方面。本文将说明焦距(focal length)，f-stop，景深(depth of field)，光圈(aperture)，快门速度(shutter speed)，ISO设置(ISO setting)，图像稳定(image stabilization)和自动包围曝光( auto exposure bracketing)。
数码单反相机（或单反相机——数码单反、单反、反光镜）是一种数码相机，它使用镜子机制将光线从相机镜头反射到光学取景器上，或者让光线传递到图像传感器以拍摄照片。从本质上讲，相机的镜面使您可以在取景器中查看图像，并且在拍摄照片时，该镜面会向上翻转以供图像传感器使用。让我们研究一下数码单反的一些技术方面，并了解它们的确切含义。

1 焦距Focal Length

透镜的焦距是透镜将平行光束聚焦到一个点的距离。通常情况下，图像传感器被放置在焦点上，这样被拍摄的对象就对焦了，通常以毫米为单位。焦距可以告诉我们特定镜头的视角–也可以告诉我们使用该镜头时能捕捉到多少场景。焦距也给人一种放大的感觉。

焦距越短，视角就越宽。同样，焦距越长，视场就会越窄，也会越“放大”。

2 景深depth of field

当涉及到摄影时，景深是最广为人知的术语之一-尽管如果你不熟悉它的确切含义，你可能没有在你的照片中最大限度地利用它。从理论上讲，当我们把镜头对准一个物体时，镜头会对焦，以便在离镜头一定距离处拍摄清晰的图像。距离这一距离更近或更远的任何东西都是模糊的，这种效果称为景深效果。本质上，景深是指图像中元素清晰出现的清晰区域。此焦点区域可以浅或深。浅景深意味着背景模糊，被摄体突出在焦点上。深景深意味着背景和拍摄对象一样清晰。

在景深方面，以下三个主要因素将影响您的控制方式：

2.1 光圈The Aperture

光圈是让光线进入相机的开口，大光圈意味着较小的焦比(f-number，相对孔径)和较浅的景深。小孔径意味着更大的f值和更深的景深。关于焦比(f-number)具体见：焦比介绍

2.2 拍摄对象到相机的距离The Subject’s Distance to the Camera

景深越浅，被摄对象离相机越近。随着照相机远离被摄物体，景深变深。

2.3 镜头焦距Focal Length of the Lens

为简单起见，焦距越长，景深越浅。

3 光学稳像Optical Image Stabilization

光学图像稳定功能可补偿照相机或镜头的移动，以产生更清晰的图像。有两种类型的图像稳定器：

1. 镜头稳定：在这种情况下，稳定装置位于镜头内。镜头制造商声称，使用这种方法可以实现出色的稳定性，因为可以根据各个镜头的大小，重量和焦距对其进行微调。镜头稳定也更适合大镜头和弱光环境。
2. 相机内稳定：在这种情况下，可以通过调节相机内部的传感器来实现稳定。它适用于所有镜头，这意味着您可以购买更轻，更便宜的镜头（因为您的相机已经可以从内部稳定下来）。

要了解有关图像稳定的更多信息，请单击此处。

4 曝光时间Exposure Time

曝光是三个因素的组合，可以共同告诉我们传感器上积累了多少光以形成图像。

1. 光圈Aperture：如前所述，光圈是指控制进入相机的光量的开口大小。它是以f光圈为单位测量的。把光圈想象成你家里的百叶窗–百叶窗开得越多，透进来的光就越多。当镜头上的光圈打开时，更多的光会累积在传感器上。光圈数越小，光圈越大。光圈数越小，开口越大，光线越多，景深越浅。或者，光圈数越大，开口越小，光线越少，景深越深。
2. 快门速度Shutter speed：控制快门保持打开状态的时间，以使光线积聚在传感器上。百叶窗打开的时间越长，传感器接收到的光线越多。但是，如果要拍摄的场景中有快速移动的物体，则希望快门速度快以避免运动模糊。
3. ISO设置ISO setting：此设置是指传感器对光的敏感度。灵敏度越高（例如3200），则正确曝光所需的时间越短，所需的光量也就越少。较高灵敏度的缺点是较高的噪声水平。在阳光明媚的日子使用ISO为100，因为光线充足，通过降低感光度，我们可以减少图像中的噪点。另一方面，在弱光条件下拍摄运动物体时，我们可能别无选择，只能使用较高的ISO设置。

5 F-stop

f光圈设置确定允许多少光进入镜头并通过，它还决定了被摄体前后的焦距(景深)。
光圈和f-stop的区别在于光圈是指透镜圆形入口的直径（以毫米为单位）。f-stop是指焦距与光圈直径的比值（f-stop=焦距除以光圈直径）。

6 自动包围曝光Automatic Exposure Bracketing

自动包围曝光（AEB）用于拍摄HDR照片。许多数码单反相机都配备了自动包围曝光功能，可以帮助摄影师在不同的曝光设置下自动拍摄场景的多张图像。

7 相机自动对焦Camera Autofocus

相机的自动对焦系统知道如何调整相机镜头以帮助使被摄物体聚焦。每个传感器都会评估图像中各个点的对比度变化，并有助于获得最大的清晰度。影响自动对焦的三个因素是光线水平，被摄体对比度以及被摄体或相机的运动。当相机尝试自动对焦时，它会将光圈最大程度地打开以允许更多的光线。相机具有良好的自动对焦，就像拥有完美的视觉效果一样，它可以提供高清晰度，细节和鲜明的场景。

8 RAW格式RAW Format

图像中的像素由R，G和B这三种颜色组成。但是，传感器没有为每个像素提供三个通道。传感器包含一个元素网格，其中每个元素记录红色，绿色或蓝色。该网格图案称为拜耳阵列。拜耳阵列具体信息见：https://blog.csdn.net/edogawachia/article/details/84963652

此外，DSLR相机传感器通常记录大约12位信息，而不是我们最终看到的8位信息。该12位图像通常称为RAW图像。通过从RAW图像的相邻像素进行插值计算每个元素的R，G和B像素值，然后使用色调映射算法将信息的12位转换为每通道8位。
以RAW拍摄时，可以为最终图像提供灵活性。如果以RAW拍摄，则计算机（而不是照相机）将处理数据并从中生成图像。使用RAW拍摄还可以更好地控制后期处理后的图像外观，并在拍摄场景时留有错误和错误的余地。
如果您想扩大摄影领域，那么数码单反相机将迅速成为无价之宝。从曝光到自动对焦，再到光学图像稳定-我们希望将数码单反的这些简单（但必不可少）的技术要素绘制出来，将对您的摄影之旅有所帮助！

9 参考

https://www.learnopencv.com/technical-aspects-of-a-digital-slr/