数码相机的发展真可谓一日千里,近来各种新的感光技术纷纷涌现。很多数码相机生产厂商大肆宣扬自己的产品像素有多少多少高,画质怎么怎么好。顾客在选购数码相机时也比较困惑,心里没底。为了让大家对目前市场上常见的三种数码相机感光芯片—— CCD、SUPER CCD、CMOS有一个大概的了解,我们对这三种感光元件做了个总结,欢迎各位读者和我们进行探讨。
大部分数码相机使用的感光元件是 CCD(Chagre Couled Device),它的中文名字叫电荷耦合器,是一种特殊的半导体材料。他是由大量独立的光敏元件组成,这些光敏元件通常是按矩阵排列的。
光线透过镜头照射到 CCD上,并被转换成电荷,每个元件上的电荷量取决于它所受到的光照强度。当你按动快门,CCD 将各个元件的信息传送到模/数转换器上,模拟电信号经过模/数转换器处理后变成数字信号,数字信号以一定格式压缩后存入缓存内,此时一张数码照片诞生了。然后图像数据根据不同的需要以数字信号和视频信号的方式输出。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照相机,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。因此在很多场合不适用,不在今天我们讨论的范围里。
另一种是矩阵式 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的缺陷是所产生的图象总是无法达到如刀刻般的锐利。另一种处理方法是使用三棱镜,他将从镜头射入的光分成三束,每束光都由不同的内置光栅来过滤出某一种三原色,然后使用三块CCD分别感光。这些图象再合成出一个高分辨率、色彩精确的图象。如300万像素的相机就是由三块300万像素的CCD来感光。也就是可以做到同点合成,因此拍摄的照片清晰度相当高。该方法的主要困难在于其中包含的数据太多。在你照下一张照片前,必须将存储在相机的缓冲区内的数据清除并存盘。因此这类相机对其他部件的要求非常高,其价格自然也非常昂贵。
SUPER CCD 是由富士公司推出的,它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。富士公司宣称,SUPER CCD 可以实现相当于ISO 800的高感度,信噪比比以往增加30左右,颜色的再现也大幅改善,电量消耗减少了许多。富士公司宣称SUPER CCD可与多40%像素的传统CCD的分辨率相媲美,SUPRE CCD 打破了以往CCD 有效像素小于总像素的金科玉律,可以在 240万像素的 SUPER CCD上输出430万像素的画面来。因此,富士公司和他们的SUPER CCD一推出即在业界引起了广泛的关注。
在传统 CCD上为了增加分辨率,大多数数码相机生产厂商对民用级产品采取的办法是不增大 CCD尺寸,降低单位像素面积,增加像素密度。我们知道单位像素的面积越小,其感光性能越低,信噪比越低,动态范围越窄。因此这种方法不能无限制地增大分辨率。如果不增加CCD 面积而一味地提高分辨率,只会引起图象质量的恶化。但如果在增加CCD 像素的同时想维持现有的图象质量,就必须在至少维持单位像素面积不减小的基础上增大CCD 的总面积。但目前更大尺寸CCD加工制造比较困难,成品率也比较低,因此成本也一直降不下来。