数码相机工作原理?
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发布时间:2022-04-21 01:27
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时间:2022-06-17 02:38
数码相机的工作原理是:首先通过镜头接收光线,然后被称为CCD(电耦合元件)的摄影元件(有时也使用CMOS传感器)将所接收的光线转换成电信号,最后将电信号作为数据记录到内置存储器和存储卡中。在数码相机的基本性能中,像素数、摄影元件、变焦倍率和镜头亮度这几个技术指标最为关键。一、像素数 在数码相机的规格和广告中最先映入人们眼帘的描述一般就是它的像素数。所谓像素数,可以理解为在摄影元件上设置的像栅格一样的东西。而光线的颜色和强度则能够以这种栅格为单位接收到相机中。所以,栅格越细(也就是像素越多),照片的颗粒就越细,相应地拍摄对象的细节部分就表现得越好。 但在广告上、样本上、说明书上、相机上标出的数据有时却是不一样的,明明一个400万像素的数码相机,拍摄的图像文件尺寸怎么算也只有390万像素,这里面是不是该有什么标准呢? 确实,在以前,我们看到这些像素数的数据时还要在心里仔细盘算,因为图像传感器的技术发展非常迅猛,原有的标准出现了许多漏洞。JCIA(Japan Camera Instry Association,日本照相机工业协会)于2001年7月发布了《数码相机规格标注指导》,严格规范了各种标称方式的名称、内容,以谋求能够为一般消费者提供可以作为挑选数码相机依据的指标。 新标准的要点是,作为表现数码相机性能的指标,将优先标记“有效像素数”,一般消费者在购买数码相机时,应以有效像素数作为选购的依据。新的标准适用于从2001年9月1日开始销售的数码相机。JCIA希望这一标准能够成为全球数码相机业界的标准。 下面我们把用户可能在选择时遇到的像素数指标罗列如下,使用户在评判时有所依据。 (1)有效像素数(Number of Effective Pixels) 它在规范中被指定为数码相机描述性能时最优先提及的指标。根据物理学光衍射原理, 在相机的光通道(取像孔)被厂家固定下来后,在CCD上成像时外缘部分会形成衍射现象,导致图像模糊。为了提高图像质量,我们就会放弃在这部分像素点上的成像内容,这样一来,成像单元(像素点)就没有百分之百地被利用, 导致实际利用像素数没有提供的那么多,这样被利用的绝大部分像素数就是“有效像素数”了。这就是为什么我们总在数码相机的说明资料中常看到“有效像素数”的原因。(2)总像素数(Number of Total Pixels) 这是图像传感器本身的规格,是传感器上所有像素的数目。在设计一系列产品时,可能采用同样的镜头和CCD,但最终在市场上要依靠像素数和外围设计区分档次,所以目前一些数码相机镜头的成像范围要小于CCD面积,只能利用部分CCD的像素。因此,我们常常可以看到有效像素数小于总像素数的情况。 (3)记录像素数(Number of Recorded Pixels) 这是最终记录在存储媒体上的静态图像中所包含的像素数。一些采用插补、智能像素扩充技术产生的高分辨率图像也可以按照这个标准标出,因此,对一些采用独特布局或是算法的CCD的数码相机来说,记录像素数代表了其性能的重要一面。当然,厂家会标注出采用何种技术产生的这些像素。 (4)输出像素数(Number of Output Pixels) 这是通过输出转换后,数码相机产生的图像中包含的像素数。这个指标和记录像素数有些类似,但它是最终传递到计算机中的图像分辨率,与存储媒体中的数据略有不同。 看了以上这些指标,你是不是心中有数了呢?找一款数码相机的样本看看可能会更直观一些。其实也不必太深究它们的含义,目前比较新的数码相机(2001年7月以后上市)都把有效像素数作为最明显的指标。在统一的标准之下,我们也就更容易选择符合自己需求的产品了。二、摄影元件 另外,摄影元件(CCD)尺寸也很重要。如果像素数相同,摄影元件越大,每个像素的尺寸就越大。像素尺寸越大,所能处理的数据量就会增加,从而就能够区别微细光线的颜色和强度,也就能够生成层次感丰富的照片。 中档数码相机一般使用尺寸在1/2.7~1/1.5英寸的CCD,但是高级单反相机有的会超过1英寸。 当前的数码相机上CCD的直径大小常见的尺寸有:2/3英寸和1/1.8英寸等。在一块CCD板上如果集成了200万个光电成像单元,那我们就说这款数码相机就是200万个像素的。所以当CCD板的大小和集成度固定下来后,像素点就变成绝对概念了。在集成度一样的前提下,CCD尺寸越大的数码相机像素数就越高,当然分辨率也就越大,价格就越贵。三、变焦倍率(1)镜头焦距 镜头焦距是相机镜头最重要的特性之一,为了让传统摄影者很容易地了解消费级数码相机镜头焦距的意义,我们常常将其转换成135相机的等值焦距。镜头焦距指的是平行的光线穿过镜片后,所汇集的焦点至镜片间的距离。基本上,若是被摄体的位置不变,镜头的焦距与物体的放大率会呈现正比的关系。 即:放大率=影像尺寸/被摄体尺寸光学变焦 例如,Nikon CoolPix 990数码相机的镜头焦距为38~115mm(相当于135相机),我们便说它是3X的光学变焦。原始的镜头焦距为38mm,经过镜头系统的伸缩改变,最大可以将镜头焦距调整到115mm。在相同的拍摄距离下,可以将被摄体放大3倍。(2)数码变焦 今日的数码相机已经演进成小型的计算机一般,内部含有操作系统,可以执行既定的程序。透过程序的演算及光学系统的配合,我们可以将被摄体再做局部放大,以插补的方式仿真出光学变焦的效果。数码变焦必然会损耗掉影像的品质,在一般的拍摄状况下,我们都不建议使用数码变焦的功能。但我们也知道“较差的相片”胜过“没有相片”,在某些特殊状况下,我们还是会动用“数码变焦”的功能。(3)光学变焦 VS 数码变焦 光学变焦的影像品质胜过数码变焦,请尽量采取光学变焦的功能。光学变焦及数码变焦的计算如下。 若一相机的光学变焦为3X,数码变焦为4X,则该相机合并运用光学变焦及数码变焦功能,可以达到12X的放大能力(尽管这不太实际)。(4)定焦与变焦 无论是什么品牌的相机,变焦的功能同样还是会造成影像品质的损耗,因此,同级的数码相机/镜头系统,定焦镜头所拍摄的结果,应该比变焦镜头还要锐利。另一方面,定焦镜头较易设计,成本较低,但是在构图时,则没有变焦镜头那么方便。 对于数码相机来说,变焦倍率越大,远景拍摄就越方便。但相应地镜头就越大,价格也就越高。 如果只是把数码相机用作记录用途,而采用尽可能轻便的产品的话,可以选择无变焦功能的产品。而稍微需要一点变焦功能的话,有3倍左右的变焦功能也就足够用了。 但是,规格中也许会出现“光学变焦倍率”和“数码变焦倍率”两项。其中体现镜头性能的是“光学变焦”。“数码变焦”是指将部分图像裁剪出来进行放大的功能。所以,利用数码变焦进行放大的越多,画质就越差。四、镜头亮度 “F值”表示镜头亮度。不用闪光灯在中午进行拍摄时,达到F4.5左右就足够了。但是当经常在傍晚时分或光线昏暗的室内拍摄时,最好达到F3.5或F2.8左右。 虽说如此,镜头的性能并不能仅由规格来判断。模糊度、色彩表现性能以及外部光量和像差等数据并不写在规格中。另外,摄影目的和个人兴趣不同,喜好也就不同。这方面最好是参考杂志上刊登的测试报告。 五、其他需要注意的地方 对数码相机的易用性影响较大的规格包括从打开电源到可以拍摄之间的启动时间、可连续拍摄的最短时间,以及从按下快门到快门关闭之间的时滞。为了不放过任何拍摄时机,显然这些指标的数值越小越好。参考资料: http://www.qqdc.com.cn/viewthread.php?tid=9717
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时间:2022-06-17 02:39
把光学图像信号转变为电信号,以便于存储或者传输。当我们拍摄一个物体时,此物体上反射的光被摄像机镜头收集,使其聚焦在摄像器件的受光面(例如摄像管的靶面)上,再通过摄像器件把光转变为电能,即得到了“视频信号”。
光电信号很微弱,需通过预放电路进行放大,再经过各种电路进行处理和调整,最后得到的标准信号可以送到录像机等记录媒介上记录下来,或通过传播系统传播或送到监视器上显示出来。
扩展资料
监控摄像机和普通摄像机区别
1、适用领域
普通摄像机主要满足日常的网络需求,如视频聊天、拍照等;监控摄像机主要用于安全检查、实时监控等。
2、 操控方式
监控摄像机采用远程无线操控方式,普通摄像机则不是。
3、 成像质量
大部分监控摄像机都具备抗强光、抗震动等功能,成像分辨率高,画面清晰明亮,夜视效果好,后台可加装多种软件。普通摄像机则拍摄角度固定,镜头透光性差,成像模糊,无法进行远距离拍照摄影,不具备感应红外光的能力,夜间成像质量较差。
参考资料来源:百度百科—摄像机
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时间:2022-06-17 02:39
摄像机是一种把景物光像转变为电信号的装置。从能量的转变来看,摄像机的工作原理是一个光--电--磁--电--光的转换过程。
摄像机所以能摄影成像,主要是靠镜头将被摄体结成影像投在摄像管或固体摄像器件的成像面上。
景深原理在摄像上有着极其重要的作用。正确理解和运用景深,有助于拍出满意的画面。光圈、焦距和物距是决定景深的主要因素。
变焦距镜头具有在一定范围内连续改变焦距而成像面位置不变的性能,已成为家用摄像机上运用最广泛的镜头。
自动聚集装置有四种工作方式,即红外线方式、超声波方式、海耐乌艾方式和佳能SST方式。它们都有较高的测量精度,分别被应用在不同类型的摄像机之中。
一、摄像机的工作原理
摄像机是一种把景物光像转变为电信号的装置。其结构大致可分为三部分:光学系统(主要指镜头)、光电转换系统(主要指摄像管或固体摄像器件)以及电路系统(主要指视频处理电路)。
光学系统的主要部件是光学镜头,它由透镜系统组合而成。这个透镜系统包含着许多片凸凹不同的透镜,其中凸透镜的中比边缘厚,因而经透镜边缘部分的光线比*部分的光线会发生更多的折射。当被摄对象经过光学系统透镜的折射,在光电转换系统的摄像管或固体摄像器件的成像面上形成“焦点”。光电转换系统中的光敏原件会把“焦点”外的光学图像转变成携带电荷的电信号。这些电信号的作用是微弱的,必须经过电路系统进一步放大,形成符合特定技术要求的信号,并从摄像机中输出。
光学系统相当于摄像机的眼睛,与操作技巧密切相关,在本章以后的小节里将详细叙述。光电转换系统是摄像机的核心,摄像管或固体摄像器件便是摄像机的“心脏”,有关这一部分的内容,将在第三章里介绍。由于家用摄像机大多是将摄像部分和录像部分合为一体,下面再概述一下录像部分的工作原理。
当摄像机中的摄像系统把被摄对象的光学图像转变成相应的电信号后,便形成了被记录的信号源。录像系统把信号源送来的电信号通过电磁转换系统变成磁信号,并将其记录在录像带上。如果需要摄像机的放像系统将所记录的信号重放出来,可操纵有关按键,把录像带上的磁信号变成电信号,再经过放大处理后送到电视机的屏幕上成像。
从能量的转变来看,摄像机的工作原理是一个光--电--磁--电--光的转换过程。
二、镜头及其成像原理
是摄像机最主要的组成部分,并被喻为人的眼睛。人眼之所以能看到宇宙万物,是由于凭眼球水晶体能在视网膜上结成影像的缘故;摄像机所以能摄影成像,也主要是靠镜头将被摄体结成影像投在摄像管或固体摄像器件的成像面上。因此说,镜头就是摄像机的眼睛。电视画面的清晰程度和影像层次是否丰富等表现能力,受光学镜头的内在质量所制约。当今市场上常见的各种摄像机的镜头都是加膜镜头。加膜就是在镜头表面涂上一层带色彩的薄膜,用以消减镜片与镜片之间所产生的色散现象,还能减少逆光拍摄时所产生的眩光,保护光线顺利通过镜头,提高镜头透光的能力,使所摄的画面更清晰。
摄像者在自学摄像的过程中,首先要熟知镜头的成像原理,它主要包括焦距、视角、视场和像场。
焦距是焦点距离的简称。例如,把放大镜的一面对着太阳,另一面对着纸片,上下移动到一定的距离时,纸片上就会聚成一个很亮的光点,而且一会儿就能把纸片烧焦成小孔,故称之为“焦点”。从透镜中心到纸片的距离,就是透镜的焦点距离。对摄像机来说,焦距相当于从镜头“中心”到摄像管或固体摄像器件成像面的距离。
焦距是标志着光学镜头性能的重要数据之一,因为镜头拍摄影像的大小是受焦距控制的。在电视摄像的过程中,摄像者经常变换焦距来进行造型和构图,以形成多样化的视觉效果。例如,在对同一距离的同一目标拍摄时,镜头的焦距越长,镜头的水平视角越窄,拍摄到景物的范围也就越小;镜头的焦距越短,镜头的水平视角越宽,拍摄到的景物范围也就越大。
一个摄像机镜头能涵盖多大范围的景物,通常以角度来表示,这个角度就叫镜头的视角。被摄对象透过镜头在焦点平面上结成可见影像所包括的面积,是镜头的视场。但是,视场上所呈现的影像,中心和边缘的清晰度和亮度不一样。中心部分及比较接近中心部分的影像清晰度较高,也较明亮;边缘部分的影像清晰度差,也暗得多。这边缘部分的影像,对摄像来说是不能用的。所以,在设计摄像机的镜头时,只采用视场。需要重点指出,摄像机最终拍摄画面的尺寸并不完全取决于镜头的像场尺寸。也就是说,镜头成像尺寸必须与摄像管或固体摄像器件成像面的最佳尺寸一致。
当摄像机镜头的成像尺寸被确定之后,对一个固定焦距的镜头来说则相对具有一个固定的视野,常用视场来表示视野的大小。它的规律是,焦距越短,视角和视场就越大。所以短焦距镜头又被称为广角镜头。
三、镜头的景深原理
当镜头聚集于被摄影物的某一点时,这一点上的物体就能在电视画面上清晰地结像。在这一点前后一定范围内的景物也能记录得较为清晰。这就是说,镜头拍摄景物的清晰范围是有一定限度的。这种在摄像管聚焦成像面前后能记录得“较为清晰”的被摄影物纵深的范围便为景深。当镜头对准被摄景物时,被摄景物前面的清晰范围叫前景深,后面的清晰范围叫后景深。前景深和后景深加在一起,也就是整个电视画面从最近清晰点到最远清晰点的深度,叫全景深。一般所说的景深就是指全景深。
有的画面上被摄体是前面清晰而后面模糊,有的画面上被摄体是后面清晰而前面模糊,还有的画面上是只有被摄体清晰而前后者模糊,这些现象都是由镜头的景深特性造成的。可以说,景深原理在摄像上有着极其重要的作用。正确地理解和运用景深,将有助于拍出满意的画面。决定景深的主要因素有如下三个方面:
光圈 在镜头焦距相同,拍摄距离相同时,光圈越小,景深的范围越大;光圈越大,景深的范围越小。这是因为光圈越小,进入镜头的光束越细,近轴效应越明显,光线会聚的角度就越小。这样在成像面前后.会聚的光线将在成像面上留下更小的光斑,使得原来离镜头较近和较远的不清晰景物具备了可以接受的清晰度。
焦距 在光圈系数和拍摄距离都相同的情况下,镜头焦距越短,景深范围越大;镜头焦越长,景深范围越小。这是因为焦距短的镜头比起焦距长的镜头,对来自前后不同距离上的景物的光线所形成的聚焦带(焦深)要狭窄得很多,因此会有更多光斑进入可接受的清晰度区域。
物距 在镜头焦距和光圈系数都相等的情况下,物距越远,景深范围越大;物距越近,景深范围越小。这是因为远离镜头的景物只需做很少的调节就能获得清晰调焦,而且前后景物结焦点被聚集得很紧密。这样会使更多的光斑进入可接受的清晰度区域,因此景深就增大。相反,对靠近镜头的景物调焦,由于扩大了前后结焦点的间隔,即焦深范围扩大了,因而使进入可接受的清晰度区域的光斑减少,景深变小。由于这样的原因,镜头的前景深总是小于后景深。
四、变焦距镜头及其原理 摄像机的镜头可划分为标准镜头、长焦距镜头和广角镜头。以16毫米的摄影机为例,其标准镜头的焦距是25毫米,之所以将此焦确定为标准镜头的焦距,其主要原因是这一焦距和人眼正常的水平视角(24度)相似。在使用标准镜头拍摄时,被摄对象的空间和透视关系与摄像者在寻像器中所见到的相同。焦距50毫米以上称为长焦距镜头,16毫米以下的称为广角镜头。摄像机划分镜头的标准基本与16毫米摄影机相同。但是,目前我国的电视摄像机大多只采用一个变焦距镜头,即一个透镜系统能实现从“广角镜头”到“标准镜头”以至“长焦距镜头”的连续转换,从而给摄像的操作带来了极大的方便。
距镜头的主要特点之一是具有在一定范围内边疆改变焦距而成像面位置不变的性能,已成为家用摄像机上运用最广泛的镜头。
变集中镜头由许多单透镜组成。最简单的是由两个凸透镜组成的组合镜。现设定两个透镜之间的距离为X,通过实践可以得知,只要改变两个凸透镜之间的距离X的长短,就能使组合透镜的焦距发生变化。这是变焦距镜头的最基本原理。但是,上述组合透镜的缺点是,当改变了X的距离后,不仅使焦距发生了变化,而且成像面的位置也会有所改变。为了使成像面的位置不变,还必须再增加几组透镜,并有规律地共同移动。因此,摄像机中的变焦距镜头至少要有三组组合透镜,即调焦组、变焦组和像面补偿组。如果因为像距太长,成像面亮度不中,需要缩短像距时,还要再增加一组组合透镜,这组透镜叫物镜组。图五是变焦距镜头的结构图。
变焦距镜头在变焦时,视角也发生了改变,但焦点位置与光圈开度不变。通常所说的镜头的就焦倍数,是指变焦距镜头的最长焦距与最短焦距之比。目前,在一些普及型的摄像机中,其变焦距镜头的变焦范围大体上是从10-90(mm),故其倍数约为6-8倍。一些广播级摄像机变焦距镜头的倍数约为14-15倍。另外,有些机器上还装有一个变焦倍率器,使镜头焦距可以在最长焦距的基础上增加一倍,从而延伸了镜头的长焦范围。但是,这种变倍装置会影响图像的质量,使用时要格外谨慎。
在实际拍摄时,当把变焦距镜头从广角端渐渐地变为长焦端时,其画面的视觉效果好像是摄像机离这一景物越来越近,这种效果便是所谓的“推镜头”。相反的变化效果便是“拉镜头”。摄像机镜头进行变焦距的变化有两种控制方法,一是电动变焦,二是手动变焦。电动变焦靠电动推拉杆(T推-W拉)来控制,手在推拉杆上用力的大小可改变镜头运动的速度。电动变焦的特点是镜头在推拉的过程中变化均匀。手动变焦是通过直接用手拨动变焦环实现的,手动变焦一般是在镜头需要急速推拉时才能使用。
变焦距镜头的操作有一定的难度,初学者会更为明显地感到困难,这是因为影响聚焦清晰的因素如镜头焦距、光圈、景深以及主体离摄像机的距离等可能同时都在变化。为了有效地解决这一问题,初学者可以在拍摄中把握这样一点,即先用变焦距镜头最长的焦距对准被摄对象聚焦,然后再恢复到拍摄时所需要的焦距上,这样就能保证被摄对象的清晰。
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时间:2022-06-17 02:40
一个小实验,揭开3D影像原理
要把它的原理简单化,也非常的简单。我们可以做一个实验:两只手同时拿上笔或者筷子,闭上一只眼睛,仅用另一只眼睛,尝试将两只手中的笔或者筷子尖对到一起。你会发现完成这个动作要比想象的难。一只眼睛看到物体是二维图像,利用物体提供的有关尺寸和重叠等视觉线索,可以判断位于背景前这些物体的前后排列次序,但是却无法知道它们之间究竟距离多远。好在人的视觉系统是基于两只眼睛的,水平排列的两只眼睛在看同一物体时,由于所处的角度有略微不同,所以看到的图像略微差别,这就是所谓的视差,大脑将这两幅画面综合在一起,自动合成分析,就形成一种深度的视觉。同时,大脑还能够根据接收到的两幅图像中,同一物体之间位差的大小,判断出物体的深度和远近,距离眼睛越远,位差就越小,反之就越大。这就是3D影像的基本原理。
更多用户接触到3D影像,是从立体电影开始。近几年,国内各大城市斥资引进3D数字电影放映设备,通过构造立体图像并且利用立体观察眼镜,使观众能从银幕上获得三维空间影像,与影片主人公的命运血肉相连,不可思议地感受飞机从屏幕里“冲”出来的刺激。这种收看方式运用的是最简单的左右眼分离法,利用红色镜片只能透过红光,绿色镜片只能透过绿光的特性,将左右眼进行了分离,视神经会将这种视觉的差异结合起来,产生了三维的感觉。
然而,随着技术的进步,左右眼分离法的不便和失真逐渐显现,人们已经通过类似的思路开发出了不需要眼镜的3D设备。 也就是说,3D数码相机的成功,是依赖于图像处理引擎——自然影像处理引擎3D,将采集到的两块CCD传感器上的同步图像信号合并,并即时处理成高质量的影像。3D数码相机通过内建传感器的方式来决定最理想的拍摄条件,当快门被完全按下的瞬间,跟拍摄相关的重要参数,例如对焦、变焦范围、曝光等都被同步。相机还内建了同步控制系统,精度达到了惊人的0.001秒,实现快门控制和电影拍摄同步。 因此,和普通数码相机不同,为了获得立体效果,相机必须配备双镜头和双CCD感光元件,而其LCD面板也应为特殊材质。
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时间:2022-06-17 02:40
数码相机工作原理和具体介绍如下:
工作原理:光线从镜头进入,通过反光镜和五棱镜的双重反光,到达取景器,实现取景。依靠附着在五棱镜下方的对焦屏,通过相位式对焦系统,实现自动对焦。通过机身内部测光系统,实现测光。拍摄时,反光板(第一项里的部件)迅速抬起,露出感光元件,光线直接照射在感光元件上,完成曝光成像。曝光成像结果经过机身影像处理器的运算,形成照片文件,传输进入储存卡;
镜头的作用是将光线聚集到感光元件上来。相比传统胶片相机来说,大部分数码相机的感光元件尺寸较小,而且外部的光线有时无法产生足够的强度来使感光器件获得 足够的光源信息。镜头就将外部的目标物体反射回来的光线通过其特定的形状,汇聚折射到感光器件上。类似的工作状态有点像我们小时候在自然课上学过的用一片 凸透镜聚光来产生更多的光亮;
无源光学基线测距。熟悉摄影的朋友都知道,这是一种在取景器里使用光学基线原理得到磨砂、裂像、菱锥等手段的焦距调节方式。磨砂颗粒最细腻时、景物目标在两 半圆裂像环中完全吻合上、菱锥的晶体不再明显时就是被摄目标的物距调节到清晰。这些应用技术都是可以通过光路传递给光电电路捕获到阴影面积发生的变化,经过一系列的函数分析计算后,进行调焦驱动;
在接受光照之后,感光元件产生对应的电流。电流大小与光强对应,因此感光元件直接输出的电信号是模拟的。在CCD传感器中,每一个感光元件都不对此作进一步 的处理,而是将它直接输出到下一个感光元件的存储单元,结合该元件生成的模拟信号后再输出给第三个感光元件,依次类推,直到结合最后一个感光元件的信号才 能形成统一的输出。由于感光元件生成的电信号实在太微弱了,无法直接进行模数转换工作,因此这些输出数据必须做统一的放大处理;
存储器一般是数码相机的外设部分,因为数码相机的内部一般只会安装很小容量的FLASH芯片,这对拍摄高分辨率的照片来说是远远不够的。一般的外设存储器有CF(Compact Flash)、SM(Smart Media)、MMC(Multi Media Card)、SDC(Secure Digital Card)、MSD(Memory Stick Duo)、IBM的微型硬盘等。但就一般而言,这些存储器除了IBM的产品以外,其他的都是采用闪存FLASH来作为存储部件的。
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