數碼相機的發展真可謂一日千里,近來各種新的感光技術紛紛涌現。很多數碼相機生產廠商大肆宣揚自己的產品像素有多少多少高,畫質怎么怎么好。顧客在選購數碼相機時也比較困惑,心里沒底。為了讓大家對目前市場上常見的三種數碼相機感光芯片—— CCD、SUPER CCD、CMOS有一個大概的了解,我們對這三種感光元件做了個總結,歡迎各位讀者和我們進行探討。
大部分數碼相機使用的感光元件是 CCD(Chagre Couled Device),它的中文名字叫電荷耦合器,是一種特殊的半導體材料。他是由大量獨立的光敏元件組成,這些光敏元件通常是按矩陣排列的。
光線透過鏡頭照射到 CCD上,并被轉換成電荷,每個元件上的電荷量取決于它所受到的光照強度。當你按動快門,CCD 將各個元件的信息傳送到模/數轉換器上,模擬電信號經過模/數轉換器處理后變成數字信號,數字信號以一定格式壓縮后存入緩存內,此時一張數碼照片誕生了。然后圖像數據根據不同的需要以數字信號和視頻信號的方式輸出。目前主要有兩種類型的CCD光敏元件,分別是線性CCD和矩陣性CCD。線性CCD用于高分辨率的靜態照相機,它每次只拍攝圖象的一條線,這與平板掃描儀掃描照片的方法相同。這種CCD 精度高,速度慢,無法用來拍攝移動的物體,也無法使用閃光燈。因此在很多場合不適用,不在今天我們討論的范圍里。
另一種是矩陣式 CCD,它的每一個光敏元件代表圖象中的一個像素,當快門打開時,整個圖象一次同時曝光。通常矩陣式CCD用來處理色彩的方法有兩種。一種是將彩色濾鏡嵌在CCD矩陣中,相近的像素使用不同顏色的濾鏡。典型的有G-R-G-B和C-Y-G-M兩種排列方式。這兩種排列方式成像的原理都是一樣的。在記錄照片的過程中,相機內部的微處理器從每個像素獲得信號,將相鄰的四個點合成為一個像素點。該方法允許瞬間曝光,微處理器能運算地非常快。
這就是大多數數碼相機 CCD的成像原理。因為不是同點合成,其中包含著數學計算,因此這種 CCD的缺陷是所產生的圖象總是無法達到如刀刻般的銳利。另一種處理方法是使用三棱鏡,他將從鏡頭射入的光分成三束,每束光都由不同的內置光柵來過濾出某一種三原色,然后使用三塊CCD分別感光。這些圖象再合成出一個高分辨率、色彩精確的圖象。如300萬像素的相機就是由三塊300萬像素的CCD來感光。也就是可以做到同點合成,因此拍攝的照片清晰度相當高。該方法的主要困難在于其中包含的數據太多。在你照下一張照片前,必須將存儲在相機的緩沖區內的數據清除并存盤。因此這類相機對其他部件的要求非常高,其價格自然也非常昂貴。
SUPER CCD 是由富士公司推出的,它并沒有采用常規正方形二極管,而是使用了一種八邊形的二極管,像素是以蜂窩狀形式排列,并且單位像素的面積要比傳統的 CCD大。將像素旋轉45度排列的結果是可以縮小對圖像拍攝無用的多余空間,光線集中的效率比較高,效率增加之后使感光性、信噪比和動態范圍都有所提高。富士公司宣稱,SUPER CCD 可以實現相當于ISO 800的高感度,信噪比比以往增加30左右,顏色的再現也大幅改善,電量消耗減少了許多。富士公司宣稱SUPER CCD可與多40%像素的傳統CCD的分辨率相媲美,SUPRE CCD 打破了以往CCD 有效像素小于總像素的金科玉律,可以在 240萬像素的 SUPER CCD上輸出430萬像素的畫面來。因此,富士公司和他們的SUPER CCD一推出即在業界引起了廣泛的關注。
在傳統 CCD上為了增加分辨率,大多數數碼相機生產廠商對民用級產品采取的辦法是不增大 CCD尺寸,降低單位像素面積,增加像素密度。我們知道單位像素的面積越小,其感光性能越低,信噪比越低,動態范圍越窄。因此這種方法不能無限制地增大分辨率。如果不增加CCD 面積而一味地提高分辨率,只會引起圖象質量的惡化。但如果在增加CCD 像素的同時想維持現有的圖象質量,就必須在至少維持單位像素面積不減小的基礎上增大CCD 的總面積。但目前更大尺寸CCD加工制造比較困難,成品率也比較低,因此成本也一直降不下來。