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文檔簡介

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

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