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  tomakethan天枰 2011-08-06 00:00:00

  大腦咯！相機主要的東西咯

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  shuiwsxiapg6 2011-08-08 00:00:00

  感光元件，和白平衡識別調整相關的原件

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  zhu8957705 2017-09-20 13:46:09

  　　提到數碼相機，不得不說到就是數碼相機的心臟——感光元件。與傳統相機相比，傳統相機使用“膠卷”作為其記錄信息的載體，而數碼相機的“膠卷”就是其成像感光元件，而且是與相機一體的，是數碼相機的心臟。感光器是數碼相機的核心，也是Z關鍵的技術。數碼相機的發展道路，可以說就是感光器的發展道路。目前數碼相機的核心成像部件有兩種：一種是廣泛使用的CCD（電荷藕合）元件；另一種是CMOS（互補金屬氧化物導體）器件。 　　感光元件工作原理 　　電荷藕合器件圖像傳感器CCD（Charge Coupled Device），它使用一種高感光度的半導體材料制成，能把光線轉變成電荷，通過模數轉換器芯片轉換成數字信號，數字信號經過壓縮以后由相機內部的閃速存儲器或內置硬盤卡保存，因而可以輕而易舉地把數據傳輸給計算機，并借助于計算機的處理手段，根據需要和想像來修改圖像。CCD由許多感光單位組成，通常以百萬像素為單位。當CCD表面受到光線照射時，每個感光單位會將電荷反映在組件上，所有的感光單位所產生的信號加在一起，就構成了一幅完整的畫面。 　　CCD和傳統底片相比，CCD 更接近于人眼對視覺的工作方式。只不過，人眼的視網膜是由負責光強度感應的桿細胞和色彩感應的錐細胞，分工合作組成視覺感應。 CCD經過長達35年的發展，大致的形狀和運作方式都已經定型。CCD 的組成主要是由一個類似馬賽克的網格、聚光鏡片以及墊于Z底下的電子線路矩陣所組成。目前有能力生產 CCD 的公司分別為：SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp，大半是日本廠商。 　　互補性氧化金屬半導體CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）和CCD一樣同為在數碼相機中可記錄光線變化的半導體。CMOS的制造技術和一般計算機芯片沒什么差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體，使其在CMOS上共存著帶N（帶–電） 和 P（帶+電）級的半導體，這兩個互補效應所產生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影像。然而，CMOS的缺點就是太容易出現雜點， 這主要是因為早期的設計使CMOS在處理快速變化的影像時，由于電流變化過于頻繁而會產生過熱的現象。 　　兩種感光元件的不同之處 　　由兩種感光元件的工作原理可以看出，CCD的優勢在于成像質量好，但是由于制造工藝復雜，只有少數的廠商能夠掌握，所以導致制造成本居高不下，特別是大型CCD，價格非常高昂。同時，這幾年來，CCD從30萬像素開始，一直發展到現在的600萬，像素的提高已經到了一個極限。 　　在相同分辨率下，CMOS價格比CCD便宜，但是CMOS器件產生的圖像質量相比CCD來說要低一些。到目前為止，市面上絕大多數的消費級別以及高端數碼相機都使用CCD作為感應器；CMOS感應器則作為低端產品應用于一些攝像頭上，若有哪家攝像頭廠商生產的攝想頭使用CCD感應器，廠商一定會不遺余力地以其作為賣點大肆宣傳，甚至冠以“數碼相機”之名。一時間，是否具有CCD感應器變成了人們判斷數碼相機檔次的標準之一。 　　CMOS影像傳感器的優點之一是電源消耗量比CCD低，CCD為提供優異的影像品質，付出代價即是較高的電源消耗量，為使電荷傳輸順暢，噪聲降低，需由高壓差改善傳輸效果。但CMOS影像傳感器將每一畫素的電荷轉換成電壓，讀取前便將其放大，利用3.3V的電源即可驅動，電源消耗量比CCD低。CMOS影像傳感器的另一優點，是與周邊電路的整合性高，可將ADC與訊號處理器整合在一起，使體積大幅縮小，例如，CMOS影像傳感器只需一組電源，CCD卻需三或四組電源，由于ADC與訊號處理器的制程與CCD不同，要縮小CCD套件的體積很困難。但目前CMOS影像傳感器首要解決的問題就是降低噪聲的產生，未來CMOS影像傳感器是否可以改變長久以來被CCD壓抑的宿命，往后技術的發展是重要關鍵。 　　影響感光元件的因素 　　對于數碼相機來說，影像感光元件成像的因素主要有兩個方面：一是感光元件的面積；二是感光元件的色彩深度。 　　感光元件面積越大，成像較大，相同條件下，能記錄更多的圖像細節，各像素間的干擾也小，成像質量越好。但隨著數碼相機向時尚小巧化的方向發展，感光元件的面積也只能是越來越小。 　　除了面積之外，感光元件還有一個重要指標，就是色彩深度，也就是色彩位，就是用多少位的二進制數字來記錄三種原色。非專業型數碼相機的感光元件一般是24位的，點的采樣時是30位，而記錄時仍然是24位，專業型數碼相機的成像器件至少是36位的，據說已經有了48位的CCD。對于24位的器件而言，感光單元能記錄的光亮度值Z多有2^8=256級，每一種原色用一個8位的二進制數字來表示，Z多能記錄的色彩是256x256x256約16，77萬種。對于36位的器件而言，感光單元能記錄的光亮度值Z多有2^12=4096級，每一種原色用一個12位的二進制數字來表示，Z多能記錄的色彩是4096x4096x4096約68.7億種。舉例來說，如果某一被攝體，Z亮部位的亮度是Z暗部位亮度的400倍，用使用24位感光元件的數碼相機來拍攝的話，如果按低光部位曝光，則凡是亮度高于256備的部位，均曝光過度，層次損失，形成亮斑，如果按高光部位來曝光，則某一亮度以下的部位全部曝光不足，如果用使用了36位感光元件的專業數碼相機，就不會有這樣的問題。 　　感光元件的發展 　　CCD是1969年由美國的貝爾研究室所開發出來的。進入80年代，CCD影像傳感器雖然有缺陷，由于不斷的研究終于克服了困難，而于80年代后半期制造出高分辨率且高品質的CCD。到了90年代制造出百萬像素之高分辨率CCD，此時CCD的發展更是突飛猛進，算一算CCD 發展至今也有二十多個年頭了。進入90年代中期后，CCD技術得到了迅猛發展，同時，CCD的單位面積也越來越小。但為了在CCD面積減小的同時提高圖像的成像質量，SONY與1989年開發出了SUPER HAD CCD，這種新的感光元件是在CCD面積減小的情況下，依靠CCD組件內部放大器的放大倍率提升成像質量。以后相繼出現了NEW STRUCTURE CCD、EXVIEW HAD CCD、四色濾光技術（專為SONY F828所應用）。而富士數碼相機則采用了超級CCD（Super CCD）、Super CCD SR。 　　對于CMOS來說，具有便于大規模生產，且速度快、成本較低，將是數字相機關鍵器件的發展方向。目前，在CANON等公司的不斷努力下，新的CMOS器件不斷推陳出新，高動態范圍CMOS器件已經出現，這一技術消除了對快門、光圈、自動增益控制及伽瑪校正的需要，使之接近了CCD的成像質量。另外由于CMOS先天的可塑性，可以做出高像素的大型CMOS感光器而成本卻不上升多少。相對于CCD的停滯不前相比，CMOS作為新生事物而展示出了蓬勃的活力。作為數碼相機的核心部件，CMOS感光器以已經有逐漸取代CCD感光器的趨勢，并有希望在不久的將來成為主流的感光器。

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