鏡頭篇：
自然界存在許多種顏色的光線，但歸納起來，這些光線可以看作是紅色、藍色、綠色這三種基本顏色的不同強度的搭配。光我們可以簡單地看作是壹種“電磁波”，不同顏色的光有著不同的波長。
顏色是物體其本身的壹種狀態，我們經常說某東西是什麽顏色。但是，嚴格說來，物體在我們的眼裏呈現的顏色與環境照明條件有著因果關系。不同的物體反射的光譜不同，因而在我們的眼睛裏有不同的顏色感覺。但這個是在用白色光的前提下才有的結論，如果我們換用不同顏色的光源來照射，那得到的結果肯定是不壹樣的。例如，我們平時所說的紅色的布，如果用紅色的光源來照射，那麽它在我們的眼裏就變成了白布！當包含各種顏色的光線束通過本身就有顏色的濾光鏡片時，只有和它相同顏色的光線才能大量地通過，其他的光線都會被濾光鏡吸收掉，轉化為熱能。
鏡頭的作用是將光線及聚集到感光期間上來。數碼相機的感光器件很小，而且外部的光線有時無法產生足夠的強度來使感光器件獲得足夠的光源信息。鏡頭就將外部的目標物體反射回來的光線通過其特定的形狀，令光線折射到感光器件上。類似的工作狀態有點像我們小時候在太陽光下用放大鏡來燒螞蟻。
鏡頭是由許多塊鏡片組成的，這些鏡片的形狀大都不相同，所以每壹塊鏡片在鏡頭中的作用也不壹定壹樣。壹般來說，在不使鏡頭的透過率降低的情況下，采用多組的鏡片可以使鏡頭的成像更接近現實世界。
上面我們提到壹個“鏡頭的透過率”，簡單講來，就是光線可以有多少穿過鏡頭。鏡頭是由許多塊表面光滑的鏡片組成的，這些光滑的鏡片本身就會對光線產生反射。這樣會使進入鏡頭的光線總量減少，影響後面的CCD/CMOS感光器件的成像。現在的數碼相機壹般采用在鏡片上鍍壹層特殊的膜來使鏡片的反射盡可能減少。由於鍍壹種膜只能使某壹種顏色的光線減少反射，而不可能使所有的光全部進入鏡頭。所以，我們壹般的鍍膜主要集中在減少綠色的反射，因為人的肉眼對綠色光非常敏感。還有壹種鍍膜是為了增強鏡頭的耐磨性，使物鏡不那麽容易被劃傷。
采用多種鏡片的作用主要是糾正單塊鏡片所造成的“失真”。由於透過鏡片的光線有許多種，其本身在同壹塊鏡片中的折射率就不同，透過鏡片後會因為鏡片的幹擾而產生像差。像差有許多種，例如球面象差，暈光和失光。我們在壹些手機或廉價的攝像頭所拍攝的照片可以看到，照片中央有壹個小圓圈，這是因為他們采用了壹塊鏡片而無法對鏡片的衍射現象進行校正造成像差。還有就是圖像變形，這也是因為沒有對光線的路徑進行校正。
在確認要拍攝的對象以後，我們把相機的鏡頭對準目標物體。這時，物鏡或物鏡組就會根據自動對焦系統（由相機的中央控制器來完成，具體後面再介紹）的控制信號來調節它和感光器件的距離，使物體的像剛好落到CCD/CMOS上，這樣才可以形成清晰的圖像。鏡頭有壹個非常重要的指標就是焦距。焦距就是鏡頭的“目鏡”（最後的壹塊鏡片）中央到通過的光線剛好可以匯聚那壹點的距離。現在壹些數碼相機自帶的鏡頭是可以改變焦距的，這類型的鏡頭可以改變鏡頭內部的鏡片的距離，使相機鏡頭可以像望遠鏡那樣把物體拉近或放大。但是，由於這類型鏡頭的鏡片本身設計時的最好工作狀態是正常焦距，所以變焦以後會由於鏡片本身的壹些不可改變物理形狀而導致成像變形或產生某種畸變。
在光線通過的路徑中，必須對光線的強度加以控制，以適應不同的拍攝環境。這個“通過光線控制”就是由光圈來完成。光圈是壹組在鏡頭內部的“閥”，它由幾塊不透光材料圍成圓圈型，通過改變這個圓圈的直徑大小來控制通過鏡頭的光線量。光圈的主要作用有：1.調節光線，控制光線通過量；2.收小光圈能減少鏡頭的殘余象差；3.收小光圈能增長景深範圍以及使入射的光線均勻，避免圖像四角發暗的現象；4.利用大光圈可減小景深範圍以達到虛化焦點以外的形象，達到突出主題的作用。景深通俗講就是目標物體後面的景物能否清晰成像。光圈壹般用F來表示，例如F8/F5.6等。後面的數值越大，表示可透過的光線越少，光圈的直徑也越小。
光圈的控制壹般是自動的，即中央控制器通過測光系統來給出這個快門速度和感光度下的最佳的光圈數，然後驅動光圈改變數值。在壹些相機上還有手動模式，用戶自己可以改變光圈數。
CCD/CMOS傳感器篇：
CCD/CMOS傳感器是數碼相機最重要的器件之壹，也是數碼相機根本區別於傳統膠片相機的特征。CCD的全稱是Charge Couple Device，譯過來就是“光電荷耦合器件”，CMOS的全稱是Complementary Metal-Oxide Semiconductor，有“互補金屬氧化物半導體”的意思。CCD和CMOS的工作原理有壹個***通點，那就是都是用光敏二極管來作為光-電信號的轉化元件。
前面已經講過，不同顏色的光線透過某壹種顏色濾光鏡的總量是不是壹樣的。當我們在壹個光敏二極管上安裝壹個綠色濾鏡時，穿過壹定是綠色的光線，但它們的深淺可能因入射光線的顏色而有所不同。所以，我們用四個光敏二極管來獲取某物體的反射光線。R單元可以獲取紅色的光線；B單元可以獲取藍色的光線；G單元可以獲取綠色的光線。將四個單元的信號（兩個G單元各取50%）進行處理就可以獲得原始光線的顏色。
CCD傳感器有壹個重要的工作特征：CCD傳感器輸出的是連續的電流信號。CCD設計時沒有像CMOS那樣在周圍設置信號放大器，而是設置壹個緩沖器，將壹行的信號按壹定的時鐘周期連接成連續變化的電流信號輸出。在輸出端由圖像處理器依照時鐘信號的周期來確定信號的物理位置。
光敏二極管屬於模擬元件，對於它所接收的強弱不同的光信號可以輸出不定值的連續電流信號或電壓信號。將這些信號進行量化，亦即“數碼化”，就是將電流信號或電壓信號按強度的不同劃分等級。例如，將光敏二極管受到（壹定值）最大強度的光線時輸出的電壓信號設為第255級；將無光線時照射時社為第1級。這樣，最大和最低之間有256個等級，圖像處理器對中間值的信號采取類似“四舍五入”的方法對信號強度進行等級劃分，這樣最終將連續的變化的模擬電流/電壓信號變成了離散穩定的數字信號。現在的數碼相機壹般就是按每個光敏二極管輸出的信號可以量化為256級來進行計算的，在這種狀態下，三個光敏二極管壹***可以有256*256*256種顏色搭配。因為256實質上就是壹個二進制8位數，所以256色就是壹個8bit通道，故這樣的數碼相機就是8bit*8bit*8bit=24bit。
CMOS傳感器亦是壹種采用光敏二極管來擔任由光信號到電信號的轉換工作的，不同的是，CMOS輸出的是電壓信號。傳感器的每壹個光敏二極管都有壹個獨立的放大器，這是因為傳感器的制造材料不能像CCD那樣，可以阻止電子在上面自由走動，因而CMOS傳感器的信號互相幹擾非常厲害，產生了許多寄生幹擾。為了盡量將光敏二極管輸出的極其微弱和容易受幹擾的電壓信號放大，必須在光敏二極管附近設置壹個放大器來放大後再輸出，這樣即使幹擾，影響也微弱壹些。但這些放大器的參數很難完全壹致，它們參數的不壹致使最後計算出來的結果產生了壹些差異也是這個原因，我們看到許多采用CMOS作為傳感器的攝像頭或低檔數碼相機的圖像有許多白色的噪點或其他顏色的色斑，那就是信號互相幹擾而導致放大器不能正確放大信號的結果。
在數碼相機中，感光度的調節是通過改變光敏二極管的放大器的放大率來實現的。例如，在光線不足的情況下，我們可以使信號放大器的放大率提高，使後面的模擬/數字轉換器可以獲得更高的輸出電壓/電流信號。相對於不調節放大率，這樣可以獲得亮度信號更強的畫面。
在壹般的應用類數碼相機中，傳感器壹般都是根據上述的原理制成的，最多只是在光敏二極管的排列上做些文章。
中央控制器篇：
中央是數碼相機的大腦，數碼相機的壹切動作，例如開機自檢、錯誤處理等，都由中央控制器發出。中央控制器是壹塊可編程的DSP（Digital Signal Processing 數字信號處理），在外圍或其內部，有壹個小容量的FLASH，負責存放壹些程序語句。中央控制器按照這些程序語句對相機的各種操作做出反應，例如對環境的光線強度做出判斷、調節感光二極管放大器的放大率、用不用閃光燈、采用何種快門速度和光圈等。
圖像處理器篇：
在圖像處理器中除了要把每壹個像素點的顏色計算出來外，還要把它們按照壹定的時鐘周期進行排列，組成完整的圖像。在某些場合還要對圖像進行壹定格式的壓縮，使圖像的容量更小。圖象處理器實質上也是壹塊可編程的DSP處理器。事實上，圖像處理器算法的好壞對處理出來的圖像質量影響很大。
在對電壓/電流信號進行量化以後，圖象處理器要對像素的顏色進行計算。例如，在R單元得到的數值是255，在G單元得到的是153，在B單元得到的是51，那麽，圖象處理器按照本身定義的算法，將以上三個值代入，得到壹個R值為255、G值為153、B值為51的顏色。
在圖像處理的過程中，通常會用到“插值計算”這個算法。所謂的插值，就是在離散數據之間補充壹些數據，使這組離散數據能夠符合某個連續函數。利用插值可通過函數在有限個點處的取值狀況，估算該函數在別處的值，即通過有限的數據，以得出完整的數學描述。通俗地講，我們把壹張圖片的像素值增多，就是運用了插值算法。圖片的像素本來就是那麽多，但我們卻可以用軟件把某兩個像素的中間值計算出來，然後插在這兩個像素的中間。這種方法不能真正地使圖片的分辨細節增加，但通過插值計算而來的像素通常不會和真實情況相差太遠，在某些場合（例如想把照片放大但又不想出現馬賽克鋸齒）還是有壹定的用處的。現在壹些相機的廣告說它的產品最高可以拍出達到多少多少像素的照片，這時我們就要註意它是否是有效像素；如果只是經過插值處理的，那是沒多大意義的，因為從理論上來說，插值計算是可以無限的。
這樣，生成的圖片按照產生的光敏二極管的物理位置來進行排列，就可以得到壹張完整的，未經壓縮的圖片，存放在隨機動態內存RAM中，如果沒有壓縮要求，它們就會被寫入FLASH中保存或通過接口傳輸到其他設備。
JPG是數碼相機在壓縮圖片時首選的壓縮格式，這是因為JPG有著極高的壓縮比，並且可以根據使用者的容量要求來設置圖像質量。就現實而言，壹張內容復雜的而未經壓縮的TIFT圖片和內容相同而肉眼難以覺察它們的區別的JPG的容量比例大概可以達到5：1甚至更高。
JPG的壓縮方法可大致分為三個步驟（註意，離散余弦變換針對的是R、G、B中的其中壹個值，而不是針對R、G、B的處理後的值，所以，離散余弦變換的系數就是壹個彩色分量編碼，由1到255）：1、進行離散余弦變換（DCT），去掉圖像中多余的數據；2、對圖像進行量化，量化是根據人的眼睛的生理特點而采取的特定結構排列方式,量化表就是確定這些排列方式的標準化的表格；3、編碼，用統計的方式對數據本身進行壓縮，使壓縮出來的圖像的數據流可以減到最小。在離散余弦變換的過程中，首先將圖像分成8*8個小像塊，然後對每個像塊逐壹進行DCT變換。DCT變換是壹種正交變換，它有如下特點：第壹、沒有失真，整個過程是可逆的；第二、可以去除相關性；第三、能量重新分布且集中在圖像的左上角呈現倒三角型分布。以壹個8*8 的小像塊為例，它壹***包含8*8=64個樣品數值，在經DCT變換後仍然是64個樣品數值，這並不能達到碼率壓縮的目的；但在量化取整時，量化表符合人眼特性，即對圖像左上角的低頻分量設置較細的量化，而對其余部分即高頻分量設置較粗的量化，這時，網格內大部分系數為零；然後，再用“Zig-Zag”掃描進行Z字型讀出數據後，這壹串數據中只有前面部分數據較大，而其余部分數據較小甚至為零，這時采用零遊程編碼就可以讓數碼率得到有效的壓縮。在壹些對比鮮明的地方，例如壹些邊界，我們會發現那些像塊的像素根本就對不齊；還有壹些“暈圈”、“幻影”現象，就是對小像塊進行量化的過程出現的，但如果采用的壓縮率比較低，這些失真很小，我們壹般是不會覺察的。量化以後，就要對圖像進行編碼，就是對壹連串的數據進行排隊，利用概率的原理對數據進行無損性壓縮。霍夫曼編碼是編碼中應用最廣泛的壹種編碼方法，是壹種統計編碼，壹般人們所說的可變字長編碼就是指霍夫曼編碼。霍夫曼編碼需要事先約定並存成編碼表，便於以後對照，在解碼時才能正確找出編碼所代表的意思。它具體做法是對壹數據串先按符號出現的概率大小進行排隊，再把兩個最小的概率相加作為新的概率和剩余的概率重新排隊，如此重復，直到最後概率之和為1。每次相加時都將“0”和“1”賦予相加的兩個概率，讀出時由該符號開始壹直沿續到最後的“1”，將路線上所遇到的“0”和“1”按最低位到最高位的順序排好就是該符號的霍夫曼編碼。這樣產生的二進制數就是JPEG的實質性數據了。但我們壹般不會就這樣把圖像傳輸出去，還要進行組織數據流和打包工作。組織數據流是把各種標記代碼和編碼後的圖像數據組成壹幀壹幀的數據，這樣做的目的是為了便於傳輸、存儲和譯碼器進行譯碼；打包就是對編碼產生的二進制數進行壹些必要的說明，使解碼器可以正確解碼出圖像。壹般的打包還包括相機在拍攝這張照片時的壹些數據，例如這臺相機的型號/光圈/快門/分辨率/日期等。然後，這些數據就可以傳輸到接口電路，或寫入FLASH或傳輸到外部的其他處理設備。
存儲器篇：
存儲器在數碼相機壹般是外設，其內部壹般只會安裝很小容量的FLASH芯片，這對拍攝高分辨率的照片來說是遠遠不夠的。壹般的存儲器有CF（Compact Flash）、SM（Smart Media）、MMC（Multi Media Card）、SDC（Secure Digital Card）、MSD（Memory Stick Duo）、IBM的微型硬盤等。但就壹般而言，這些存儲器除了IBM的產品以外，其他的都是采用閃存FLASH來作為存儲部件的。我們就從FLASH的內部微觀結構來看它是怎麽保存數據的。
我們知道，二進制數的保存主要通過壹個簡單的開關就可以達到。FLASH也是這樣，它的內部就是壹串串不怕斷電的“開關”，這些“開關”的開、斷就代表壹個二進制數0、1，那麽壹串串的開關就可以表示很多個二進制數，再對這些二進制數進行轉換，就可以得到我們平時所見的有含義的數據了。
FLASH芯片是由許多個絕緣柵MOS管陣列按照壹定的排列順序構成的。FLASH芯片的“開/關”主要也是通過這些MOS管來進行的。絕緣柵MOS管的底層是壹個晶體管的NP結，在這個NP結的上面有壹個被場氧化物所包圍的多晶矽浮空
柵。這個浮空柵的“浮空”構成了MOS管的源極、漏極之間的導電溝。如果這個浮空柵上有足夠的電荷存在而不用依賴電源，那麽就可以使MOS管的源極、漏極導通，在斷電的情況下也可以達到保存數據的目的。在MOS管的源極和柵極之間加壹個正向的電壓，使浮空柵上的電荷向源極擴散，那麽源極、漏極不導通；如果在源極和柵極之間加壹個正向的電壓U-1，但同時也在源極和漏極之間加壹個正向的電壓U-2，而且U-2總是小於U-1，那麽源極上的電荷就向柵極上擴散，使浮柵帶上電荷，這樣就可以使源極、漏極導通。因為浮柵是“浮”空的，沒有放電回路，浮柵上的電荷可以在斷電的情況下很長時間不向其他地方擴散，使源極和漏極保持“開/關”。
這樣，控制器通過壹定的接口和圖形處理器連接。在接到寫入命令以後，就控制某個MOS管的源極和柵極、源極和漏極電源的開或關，使其中的MOS管導通或斷開，從而達到存儲數據的目的。
通過上面的分析，我們大致了解了數碼相機各個部分的工作原理。雖然現在市面上有壹些產品宣稱采用了許多所謂的新技術，性能如何如何優於其他產品。但數碼相機的基本工作原理還是差不多的，那些新技術大多數也是壹些小打小鬧的“改良”，並未真正改變數碼相機的基本工作原理。
數碼相機的平民化是現代人們的福音。數碼相機、數碼攝像機的出現讓更多的人享受藝術的樂趣。藝術不再是那些扛著昂貴的單反相機、有著雄厚經濟實力的人的專利。伴隨著降價潮，越來越多的人開始用上了高質量的數碼相機，用數碼相機高速、高質量地記錄我們身邊轉縱即逝的故事。正是這些隨手拍下的故事，使我們這個時代的氣息，可以永恒地留在人們的記憶中。我們不得不說：技術，改變的是世界。