CCD與CMOS介紹

1、CCD與CMOS介紹CCD，是英文ChargeCoupledDevice的縮寫，中文譯名即“電荷耦合器件”。從功能上看，它負(fù)責(zé)將鏡頭傳來的光信號轉(zhuǎn)換為電信號，類似于普通光學(xué)相機(jī)的膠片。CCD光電轉(zhuǎn)換是通過CCD上面布滿的許多感光點(diǎn)（MOS電容）來實現(xiàn)的。一張圖片，就是通過這一個個的感光點(diǎn)來描述其色彩、亮度與灰度的。對CCD感光點(diǎn)，我們通常的另一種描述是“像素”。理論上，像素越多，拍攝時就能使被拍攝物的影像分得更精細(xì)，對圖像的描述也會更精細(xì)。也就是說，要提高圖像的分辨率，最直接的方式就是提高像素個數(shù)，即CCD感光點(diǎn)的個數(shù)。CCD和傳統(tǒng)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

2、網(wǎng)膜是由負(fù)責(zé)光強(qiáng)度感應(yīng)的桿細(xì)胞和色彩感應(yīng)的錐細(xì)胞，分工合作組成視覺感應(yīng)。CCD經(jīng)過長達(dá)35年的發(fā)展，大致的形狀和運(yùn)作方式都已經(jīng)定型。CCD的組成主要是由一個類似馬賽克的網(wǎng)格、聚光鏡片以及墊于最底下的電子線路矩陣所組成。目前有能力生產(chǎn)CCD的公司分別為：索尼、菲利普、柯達(dá)、松下、富士和夏普，大半是日本廠商。.comIon柯達(dá)3900萬像素CCD“KAF-39000”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(tài)相機(jī)，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。矩陣

3、式CCD,它的每一個光敏元件代表圖象中的一個像素，當(dāng)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(jī)內(nèi)部的微處理器從每個像素獲得信號，將相鄰的四個點(diǎn)合成為一個像素點(diǎn)。該方法允許瞬間曝光，微處理器能運(yùn)算地非?？臁＿@就是大多數(shù)數(shù)碼相機(jī)CCD的成像原理。因為不是同點(diǎn)合成，其中包含著數(shù)學(xué)計算，因此這種CCD最大的缺陷是所產(chǎn)生的圖象總是無法達(dá)到如刀刻般的銳利。什么是CMOS？CMOS（Complemen

4、taryMetal-OxideSemiconductor）中文全稱“互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體”，和CCD一樣同為在數(shù)碼相機(jī)中可記錄光線變化的半導(dǎo)體。CMOS的制造技術(shù)和一般計算機(jī)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(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶-電）和P（帶+電）級的半導(dǎo)體，這兩個互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀(jì)錄和解讀成影像。然而,CMOS的缺點(diǎn)就是太容易出現(xiàn)雜點(diǎn),這主要是因為早期的設(shè)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產(chǎn)生過熱現(xiàn)象。佳能EOS1DsMarkII搭載的1670萬像素的CMOS富士超級CCD：除了CCD和CMOS之外，還有富士公司獨(dú)家

5、推出的SUPERCCD，SUPERCCD并沒有采用常規(guī)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(tǒng)的CCD大。將像素旋轉(zhuǎn)45度排列的結(jié)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(tài)范圍都有所提高。左為傳統(tǒng)CCD（呈矩陣排列），右為超級CCD（呈蜂窩狀排列）傳統(tǒng)CCD中的每個像素由一個二極管、控制信號路徑和電量傳輸路徑組成。SUPERCCD采用蜂窩狀的八邊二極管，原有的控制信號路徑被取消了，只需要一個方向的電量傳輸路徑即可，感光二極管就有更多的空間。SUPERCCD在排列結(jié)構(gòu)上比普通CCD要緊密，此

6、外像素的利用率較高，也就是說在同一尺寸下，SUPERCCD的感光二極管對光線的吸收程度也比較高，使感光度、信噪比和動態(tài)范圍都有所提高。富士SuperCCDSR那為什么SUPERCCD的輸出像素會比有效像素高呢？我們知道CCD對綠色不很敏感，因此是以GBRG來合成。各個合成的像素點(diǎn)實際上有一部分真實像素點(diǎn)是共用，因此圖象質(zhì)量與理想狀態(tài)有一定差距，這就是為什么一些高端專業(yè)級數(shù)碼相機(jī)使用3CCD分別感受RGB三色光的原因。而SUPERCCD通過改變像素之間的排列關(guān)系，做到了R、G、B像素相當(dāng)，在合成像素時也是以三個為一組。因此傳統(tǒng)CCD是四個合成一個像素點(diǎn)，其實只要三個就行了，浪費(fèi)了一個，而SUPE

7、RCCD就發(fā)現(xiàn)了這一點(diǎn)，只用三個就能合成一個像素點(diǎn)。也就是說，CCD每4個點(diǎn)合成一個像素，每個點(diǎn)計算4次；SUPERCCD每3個點(diǎn)合成一個像素，每個點(diǎn)也是計算4次，因此SUPERCCD像素的利用率較傳統(tǒng)CCD高，生成的像素就多了。適馬FoveonX3三層感光元件：這是一種用單像素提供三原色的CMOS圖像感光器技術(shù)。與傳統(tǒng)的單像素提供單原色的CCD/CMOS感光器技術(shù)不同，X3技術(shù)的感光器與銀鹽彩色膠片相似，由三層感光元素垂直疊在一起。同等像素的X3圖像感光器比傳統(tǒng)CCD銳利兩倍，提供更豐富的彩色還原度以及避免采用BayerPattern傳統(tǒng)感光器所特有的色彩干擾。另外，由于每個像素提供完整的三

8、原色信息，把色彩信號組合成圖像文件的過程簡單很多，降低了對圖像處理的計算要求。采用CMOS半導(dǎo)體工藝的X3圖像感光器耗電比傳統(tǒng)CCD小。FoveonX3三層感光元件FoveonX3匚apiture祎三醫(yī)埋溺在桂片的測光元親.曲于哇片在不阿裸盛吸收不同滅長的光線*毎一層特取不闔的屈生.門nsaicCapfaire忙撫酮遏建感光豁的第層感比遞上趙蓋e層話烘狀的夥色過濾蠱”因此徑苗磚塊式腸北器鵡題日毗的綠色2*的虹白鴉遐也©在耳T像素過請器只讓某牛諛檢的光翅£紅綜蔬)W.W個橡柔攝囲螢一額色.FoveonX3吸收紅綠藍(lán)光線演示圖FoveonX3吸收綠藍(lán)光光線示意圖X3技術(shù)的另一個特點(diǎn)是虛擬像素尺寸-VPS(Virtua