20130421 傳統相機、單眼相機 及數位相機的原理及構造

* 傳統相機的基本原理
>> 這邊所提及的傳統相機，其實就是指一般我們所使用的傻瓜或是單眼相機；由於數位相機的推出，顛覆了一般相機的運用概念，以及數位影像的趣味玩法，讓這些單眼或者是傻瓜相機就淪落成「傳統」的相機了！

在認識數位及一般相機之前，讓我們先來了解相機的演進以及他的成像原理吧！

相機的演進
我們都知道相機的英文叫做「Camera」，此字其實是源自希臘語「Camera Obscura」，為黑暗房屋之意。而早在11世紀人們就瞭解針孔成像原理﹙攝影的基本原理是建立在針孔成像原理之上的﹚。其原理是：當光線由很小的孔進入黑暗的房屋時，那麼屋外的景物就會顯影在小孔相對的牆壁上。

到有了針孔成像的原理之後，便有人進而製作出大型的暗房﹙也可說是相機的始祖﹚，並利用它來描繪室外的景像﹙將紙放在投影處描繪﹚。後來暗房又演進成暗箱﹙小型木箱﹚，開始具備反光鏡﹙方便畫家繪圖﹚、可前後移動的鏡頭﹙讓影像清晰的投影；也就是對焦﹚等新功能，已經可以說是和目前的相機基本結構一樣，只是差在還沒發明出底片顯影的技術罷了。

軟片的發明
後來發明出一種單張的感光材料（軟片），用以放置在相機後方的毛玻璃﹙拍照時要先對焦，然後再將軟片放上去﹚，而目前的大型相機就是一直延用這樣的原理與結構！為了解決拍照換裝軟片的不便，柯達公司便發明了35mm「捲裝軟片」，而萊卡則發明了世界第一部的35mm相機！多了可捲片的功能，讓相機的結構有了很大的變化，而這樣結構的相機，也就是目前35mm小型相機的基本結構。

後來又因為軟片的感光能力增強，必須讓軟片得到正確的曝光量，所以又發明設計出機械式結構來控制進光量（也就是光圈與快門的功能；光圈控制進光量的多寡，快門則控制光線作用在軟片的時間多寡）。後來光圈與快門又演進成讓電子自動判別正確的數值，讓拍攝者知道控制正確的光圈與快門數值（電子測光系統；一般的單眼反光相機採用）；以及35mm全自動﹙傻瓜﹚相機所擁有的自動曝光功能。

一般我們所使用的傻瓜或是單眼相機，其拍照原理都是透過折射鏡將實物所反射的光線給聚焦，並折射在我們所買的底片上，而底片上的鹵化銀晶粒變成感光乳劑層，在底片吸收光能量後即產生相當複雜的物理變化（若不小心打開相機底片蓋，底片就會大量吸收到光能量而造成所謂的曝光喔），最後再藉由專業的沖洗技術將相片顯像。


* 數位相機的原理與構造
>> 數位相機的技術發展其實已經有十幾年了，不過一直等到了1988年時，才由Fuji（富士通）與Toshiba（新禾）兩家公司合作，推出全球第一部的數位相機成品；而後來也開始從研發階段進入生產階段，進而帶入全球的消費市場。

數位相機的成像原理
相信大家對於這一點都相當好奇吧！一般的傳統相機是透過底片感光來保存影像，而數位相機呢？目前我們所見的數位相機，都是使用CCD或者是CMOS來做為感光元件的；CCD是電荷耦合元件（Charge Coupled Device）的簡稱，而CMOS則是另外一種感光元件Complementray Metal-Oxide Semiconductor（一種補足的金屬化學半導體）。

它們有什麼不同呢？CCD它比較耗電，成本也比較高，可是它的影像擷取品質卻是比CMOS好很多！而不論透過CCD或是CMOS元件來感光，都是對欲拍攝的物體來進行掃描（感測因光照射而產生電荷），進而產生一道道的反射光線，經過放大電路變成電壓（也就是轉換成電波信號的強弱），然後再經過類比/數位轉換器將其信號轉換成數位信號，接著再交給信號處理IC進行影像壓縮與特殊的影像處理，最後再將所得到影像儲存到數位相機的記憶體中。

數位相機的構造
最後在瞭解了數位相機的成像原理之後，接著讓來我們來瞧瞧數位相機的構造吧！ 數位相機它包含了攝像光學系統與光電感測系統；而攝像光學系統這部分其實和傳統相機相當類似，像是鏡頭、閃光燈、光圈、快門、焦距與觀景窗都是一樣的構造。