了解高清数码摄像机的技术原理 剖析佳能ＬＥＧＲＩＡ ＨＦ Ｓ１００的三大高清要素

老　张

在这个全民高清年代，数码摄像机也走下神坛，进入Full HD的时代。将高清DV拍摄的视频直接连接电脑即可进行后续的编辑，在电脑的辅助下轻松制作出自己导演的大片也并非难事，而且高清DV通过USB接口连接电脑即可将视频与家人和朋友分享。这让越来越多的人开始关注高清DV。

不过，在你手持小巧精致的高清DV记录生活点滴的同时，你是否清楚手中的小精灵是如何工作的呢?当你在高清DV市场上面对众多产品之时，你知道如何从技术参数上去判断高清DV的优劣吗?

近段时间有一款高清DV产品因成像质量优秀而在市场上非常火爆，它就是众多摄影爱好者议论的焦点——佳能LEGRIA HF S100。下面，就让我们搭乘HF S100，一起进入高清DV的技术世界!

数码摄像机的成像原理

在深入了解高清DV之前，让我们先来看看数码摄像机的基本工作原理吧。

其实数码摄像机的工作原理很简单，与普通的相机几乎如出一辙，只不过它记录的是动态影像而已。

首先，外部的光线经过镜头的汇聚、过滤之后，将光信号直接传输到CCD(电荷藕合)或者CMOS(互补金属氧化物导体)影像传感器。

如果用人的眼睛作比喻，DV的镜头就相当于眼睛的晶状体，负责汇聚光线，而影像传感器就相当于视网膜，负责捕捉光线信号。影像传感器负责将捕捉的光线信号转换为电荷，再通过模数转换芯片转换为数字信号，并输入到后端的影像处理器中。

在影像处理器中，数字信号经过处理还原，再度成为图像信号，经过特殊的算法进行图像信号的后期处理(如亮度增强，色彩补偿等)，并压缩为视频源之后，直接输送到存储器中进行存储，完成整个DV视频拍摄的过程。

这原理说起来好像很简单，不过正如数码相机的成像质量有优劣之分一样，各个不同型号的DV成像质量也有差别，那么影像DV成像质量的主要因素是什么呢?

三大关键——高清Dv成像质量的秘密

总的来说，排除人为的因素，从硬件层面来看，对高清DV成像质量影响最大的+因素是CMOS影像传感器、镜头以及影像处理器，而这三大件也是衡量高清DV性能的最主要的三个参数。下面，就让老张为你一一道来。

CMOS影像传感器

在以往的DV产品中，大多使用的是CCD影像传感器。而在DV进入高清时代之后，几乎所有厂商都在其主流产品上使用了CMOS影像传感器，为什么呢?

CCD在工作时，上百万个像素感光后会生成上百万个电荷，而所有的电荷都需要经过同一个“处理器”进行电压的放大转换，形成电信号，完成光电转换过程。可想而知，当数据量特别大的时候，这个“理器”无疑就成了提升图像处理速度的瓶颈——千军万马去争着过一座独木桥，要多久的时间?

而对于CMOS来说，每一个像素点都有单独的“处理器”，因而不存在图像处理速度的瓶颈，对于数据吞吐量特别大的高清视频来说，具有得天独厚的优势。而且CMOS的工作电压远低于CCD，功耗低，高清DV的小型化也得以实现，更贴近消费者的实际使用需求。

我们都知道，CMOS相比CCD有一个劣势——噪点严重，那么在高清DV上如何去克服这个问题呢?

目前，市场上确实充斥着低质的CMOS传感器，比如摄像头使用的CMOS传感器。不过，从潜力方面看，无论是CCD还是CMOS都是硅片，两者的共同之处在于，只有注入的那部分光会产生电子。因此，如果能够减少噪点，那么从理论上来说是可以否定CMOS低画质的说法的。

相反，由于可以在像素部位放大信号电荷，所以在噪点进入之前，如果能放大信号的话，CMOs就可以实现比CCD更高的S／N(Signal／Noise，信噪比，越大成像质量越好)。另外，从原理上来说，不会出现噪点也将是其特征之一。对于标清DV而言，由于本身的像素较低，数据流量并不太大，因此CMOS影像传感器在标清DV上应用的话反而发挥不出其自身的独到优势。

目前市场的高清DV中使用的CMOS影像传感器各家自有不同的技术，不过几乎都是殊途同归。以佳能LEGRIA HF S100为例，其CMOS影像传感器就具有鲜明的技术特点：

镜头

对于高清DV的镜头而言，我们需要了解并引起重视的是两个方面——焦段与镜头质量。

由于DV镜头的影像传感器面积一般都比较小，因此它的变焦倍数往往可以做得很大，目前市场上光学变焦倍数超过20倍的产品也不在少数。不过就日常的使用而言，使用率最高的焦段一般都集中在10倍以内，至多到15倍变焦就已经足矣。

特别提醒大家，需要注意光学变焦与数码变焦的区别，普通的数码变焦，只是用电子的方式来提高像素，因此变焦倍数越大，画质损失的就越多。而光学变焦是配合光学镜头运动，连续改变感光元件读取范围的一种技术，不会带来画质的损失。购买DV的时候可得特别注意了，千万别被XⅪ陪数码变焦给忽悠了!

另外一个重点就是镜头本身的质量。目前的几大主流DV厂商都在高清DV上使用了很优秀的镜头，比如佳能的新高清摄像镜头、SONY的卡尔蔡司Sonnar镜头以及松下的徕卡镜头等，都是非常优秀的产品。同样，以HF S100上使用的佳能新高清摄像镜头为例，它的几大技术特点也是保证HF S100成像质量的重要原因。

非球面透镜

佳能摄像机都采用了玻璃模铸的非球面透镜，这种透镜具有出色的曲率半径，可以维持良好的像差修正，带来卓越的锐度和精细的分辨率，同时让镜头的小型化设计成为现实。

新高清摄像镜头

HF S100配备的佳能新高清摄像镜头，即采用了2片非球面镜片，可以显著改善广角端的失真及提高长焦端防抖时的周边光量；新灰度显示的大型ND滤光镜也支持更高质量的画质。同时，它能实现接近IXUS数码相机镜头的MTF特性，抑制高清影像细微模糊现象，并通过“球体转动控制”实现高响应性的防抖，从而为拍摄真正的高清影像提供了保障。

当然，镜头光圈的参数也是DV的性能指标之一，不过对于这个参数的要求就相对比较简单——对于同类产品而言，大就好!

影像处理器

对于高清DV的成像质量来说，影像处理器的性能至关重要。它的性能直接关系到高清视频影像的动态范围、平衡光暗度以及影像层次感，对最终视频质量有着直接的影响。对于各大DV厂商而言，在影像处理器上都有自身独到的技术，而用在HF S100上的则是大名鼎鼎的佳能DIGIC家族的影像处理器。

爱好摄影的单反发烧友应该对DIGIC并不陌生，而DIGIC除了在DC上的应用之外，DV上也同样衍生出了DIGIC DV系列高速影像处理器。该影像处理器是专门为处理高清视频影像而研发的，目前已经发展到了DIGICDVⅢ。

影像处理器是实现高清视频高画质影像的核心部分，它负责对高像素的CMoS影像感应器接收并转换后的庞大信息数据进行高速运算处理，最终保证视频的高画质输出。对于HF S1001所采用的DIGIC DVⅢ来说，它还能够通过组合使用面部优先功能，发挥更高精度的场景分析能力，十分智能化。

色彩还原

DIGIC DV系列更真实地还原皮肤颜色，有效地控制黑暗场景的细节和噪音，并真实还原明亮场景的色彩。

改善色调还原

单独处理Gamma和Knee曲线，Gamma曲线用于调整适合人眼观看的显示设备影像，Knee曲线用于调整动态范围。

混合降噪

除了具有优异的图像处理能力外，DIGIC DV系列还搭载了混合型降噪系统。通常的降噪技术就是通过牺牲图像的轮廓锐度和细节来达到干净画面的目的，降噪的同时也会丢失影像细节。佳能DIGIC DV系列高速影像处理器在降低影像噪音的同时也控制了影像细节的损失，以损失很少的影像细节分辨率获得了高质量低噪音的影像。

高速处理

强大的同步照片拍摄及高速连拍能力，拍摄出的照片具有同样的高画质。