感光器材.doc

1、提到数码相机，不得不说到就是数码相机的心脏感光器件。与传统相机相比，传统相机使用“胶卷”作为其记录信息的载体，而数码相机的“胶卷”就是其成像感光器件，而且是与相机一体的，是数码相机的心脏。感光器是数码相机的核心，也是最关键的技术。数码相机的发展道路，可以说就是感光器的发展道路。目前数码相机的核心成像部件有两种：一种是广泛使用的 CCD（电荷藕合）元件；另一种是CMOS（互补金属氧化物导体）器件。什么是 CCD？CCD 和传统底片相比，CCD 更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过，人眼的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞，分工合作组成视觉感应。 CCD 经过长达 35 年的发展，

2、大致的形状和运作方式都已经定型。CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。目前有能力生产 CCD 的公司分别为：索尼、菲利普、柯达、松下、富士和夏普，大半是日本厂商。柯达 3900 万像素 CCD“KAF-39000”目前主要有两种类型的 CCD 光敏元件，分别是线性 CCD 和矩阵性 CCD。线性 CCD 用于高分辨率的静态相机，它每次只拍摄图象的一条线，这与平板扫描仪扫描照片的方法相同。这种 CCD 精度高，速度慢，无法用来拍摄移动的物体，也无法使用闪光灯。矩阵式 CCD，它的每一个光敏元件代表图象中的一个像素，当快门打开时，整个图象一次同时曝

3、光。通常矩阵式 CCD 用来处理色彩的方法有两种。一种是将彩色滤镜嵌在 CCD 矩阵中，相近的像素使用不同颜色的滤镜。典型的有 G-R-G-B 和 C-Y-G-M 两种排列方式。这两种排列方式成像的原理都是一样的。在记录照片的过程中，相机内部的微处理器从每个像素获得信号，将相邻的四个点合成为一个像素点。该方法允许瞬间曝光，微处理器能运算地非常快。这就是大多数数码相机 CCD 的成像原理。因为不是同点合成，其中包含着数学计算，因此这种 CCD 最大的缺陷是所产生的图象总是无法达到如刀刻般的锐利。什么是 CMOS？CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconduct

4、or）中文全称“互补性氧化金属半导体”，和 CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS 的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在 CMOS 上共存着带 N（带电）和 P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。然而，CMOS 的缺点就是太容易出现杂点, 这主要是因为早期的设计使 CMOS 在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而产生过热现象。佳能 EOS 1Ds Mark II 搭载的 1670 万像素的 CMOS富士超级 CCD：除了 CCD 和 CMOS 之外，还有富士公司独家推出的

5、SUPER CCD，SUPER CCD 并没有采用常规正方形二极管，而是使用了一种八边形的二极管，像素是以蜂窝状形式排列，并且单位像素的面积要比传统的 CCD 大。将像素旋转 45 度排列的结果是可以缩小对图像拍摄无用的多余空间，光线集中的效率比较高，效率增加之后使感光性、信噪比和动态范围都有所提高。左为传统 CCD（呈矩阵排列）,右为超级 CCD（呈蜂窝状排列）传统 CCD 中的每个像素由一个二极管、控制信号路径和电量传输路径组成。SUPER CCD 采用蜂窝状的八边二极管，原有的控制信号路径被取消了，只需要一个方向的电量传输路径即可，感光二极管就有更多的空间。SUPER CCD 在排列结构

6、上比普通 CCD 要紧密，此外像素的利用率较高，也就是说在同一尺寸下，SUPER CCD 的感光二极管对光线的吸收程度也比较高，使感光度、信噪比和动态范围都有所提高。富士 SuperCCD SR那为什么 SUPER CCD 的输出像素会比有效像素高呢？我们知道 CCD 对绿色不很敏感，因此是以GBRG 来合成。各个合成的像素点实际上有一部分真实像素点是共用，因此图象质量与理想状态有一定差距，这就是为什么一些高端专业级数码相机使用 3CCD 分别感受 RGB 三色光的原因。而 SUPER CCD通过改变像素之间的排列关系，做到了 R、G、B 像素相当，在合成像素时也是以三个为一组。因此传统CCD

7、 是四个合成一个像素点，其实只要三个就行了，浪费了一个，而 SUPER CCD 就发现了这一点，只用三个就能合成一个像素点。也就是说，CCD 每 4 个点合成一个像素，每个点计算 4 次；SUPER CCD 每 3 个点合成一个像素，每个点也是计算 4 次，因此 SUPER CCD 像素的利用率较传统 CCD 高，生成的像素就多了。适马 Foveon X3 三层感光元件：这是一种用单像素提供三原色的 CMOS 图像感光器技术。与传统的单像素提供单原色的 CCD/CMOS 感光器技术不同，X3 技术的感光器与银盐彩色胶片相似，由三层感光元素垂直叠在一起。同等像素的 X3 图像感光器比传统 CCD

8、 锐利两倍，提供更丰富的彩色还原度以及避免采用 Bayer Pattern 传统感光器所特有的色彩干扰。另外，由于每个像素提供完整的三原色信息，把色彩信号组合成图像文件的过程简单很多，降低了对图像处理的计算要求。采用 CMOS 半导体工艺的 X3 图像感光器耗电比传统 CCD 小。 Foveon X3 三层感光元件Foveon X3 吸收红绿蓝光线演示图Foveon X3 吸收绿蓝光光线示意图X3 技术的另一个特点是虚拟像素尺寸-VPS（Virtual Pixel Size）。它可以把邻近的像素信号组合成一个像素，如 2x2 或者 4x4，从而增加信噪比。这可以应用于提高感光度同时保持低噪音。

9、此外使用VPS 减低像素还可以加快从感光器提取信号的速度，这对于摄像应用有帮助。Foveon X3 虚拟像素尺寸-VPS 原理提到数码相机，不得不说到就是数码相机的心脏感光器件。与传统相机相比，传统相机使用“胶卷”作为其记录信息的载体，而数码相机的“胶卷”就是其成像感光器件，而且是与相机一体的，是数码相机的心脏。感光器是数码相机的核心，也是最关键的技术。数码相机的发展道路，可以说就是感光器的发展道路。目前数码相机的核心成像部件有两种：一种是广泛使用的 CCD（电荷藕合）元件；另一种是CMOS（互补金属氧化物导体）器件。什么是 CCD？CCD 和传统底片相比，CCD 更接近于人眼对视觉的工作方式

10、。只不过，人眼的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞，分工合作组成视觉感应。 CCD 经过长达 35 年的发展，大致的形状和运作方式都已经定型。CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。目前有能力生产 CCD 的公司分别为：索尼、菲利普、柯达、松下、富士和夏普，大半是日本厂商。柯达 3900 万像素 CCD“KAF-39000”目前主要有两种类型的 CCD 光敏元件，分别是线性 CCD 和矩阵性 CCD。线性 CCD 用于高分辨率的静态相机，它每次只拍摄图象的一条线，这与平板扫描仪扫描照片的方法相同。这种 CCD 精度高，速度慢，无法

11、用来拍摄移动的物体，也无法使用闪光灯。矩阵式 CCD，它的每一个光敏元件代表图象中的一个像素，当快门打开时，整个图象一次同时曝光。通常矩阵式 CCD 用来处理色彩的方法有两种。一种是将彩色滤镜嵌在 CCD 矩阵中，相近的像素使用不同颜色的滤镜。典型的有 G-R-G-B 和 C-Y-G-M 两种排列方式。这两种排列方式成像的原理都是一样的。在记录照片的过程中，相机内部的微处理器从每个像素获得信号，将相邻的四个点合成为一个像素点。该方法允许瞬间曝光，微处理器能运算地非常快。这就是大多数数码相机 CCD 的成像原理。因为不是同点合成，其中包含着数学计算，因此这种 CCD 最大的缺陷是所产生的图象总是

12、无法达到如刀刻般的锐利。什么是 CMOS？CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）中文全称“互补性氧化金属半导体”，和 CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS 的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在 CMOS 上共存着带 N（带电）和 P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。然而，CMOS 的缺点就是太容易出现杂点, 这主要是因为早期的设计使 CMOS 在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而产生过热现象。佳能 EOS 1Ds Mark II 搭载的 1670 万像素的 CMOS