数码相机知识问答(5) — 成像器件

文章摘要：1、数码相机根据光电转换器件的不同分为那几类？答：数码相机与使用胶卷的传统相机的最大不同，是数码相机采用光电转换器件“感光”成像，而不同于胶卷感光成像。现在数码相机用的光电转换器件有CCD和CMOS两大类。 CCD为“电荷耦合器件”英文Charge Couple Device的缩写。CMOS为“互补金属氧化物半导体”英文Complementary Metal-Oxide Semiconductor的缩写。CMOS成像芯片用于数码相机始于1997年。 2、既然CCD与CMOS都是感光传感器，为何价格如此悬殊，它们之间到底有何区别？答：CCD是目前比较成熟的成像器件，CMOS被看作未来的成像器件。

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1、数码相机根据光电转换器件的不同分为那几类？
答：数码相机与使用胶卷的传统相机的最大不同，是数码相机采用光电转换器件“感光”成像，而不同于胶卷感光成像。现在数码相机用的光电转换器件有CCD和CMOS两大类。
CCD为“电荷耦合器件”英文Charge Couple Device的缩写。
CMOS为“互补金属氧化物半导体”英文Complementary Metal-Oxide Semiconductor的缩写。CMOS成像芯片用于数码相机始于1997年。
2、既然CCD与CMOS都是感光传感器，为何价格如此悬殊，它们之间到底有何区别？
答：CCD是目前比较成熟的成像器件，CMOS被看作未来的成像器件。
因为CMOS结构相对简单，与现有的大规模集成电路生产工艺相同，从而生产成本可以降低。从原理上，CMOS的信号是以点为单位的电荷信号，而CCD是以行为单位的电流信号，前者更为敏感，速度也更快，更为省电。现在高级的CMOS并不比一般CCD差，但是CMOS工艺还不是十分成熟，普通的 CMOS 分辨率低而成像较差，太容易出现杂点。这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。
目前的情况是，许多低档入门型的数码相机使用廉价的低档CMOS芯片，成像质量比较差。普及型、高级型及专业型数码相机使用不同档次的CCD，个别专业型或准专业型数码相机使用高级的CMOS芯片。代表成像技术未来发展的X3芯片实际也是一种CMOS芯片。

3、什么是超级CCD？
答：传统彩色CCD感光单元及滤色镜的排列是方形的，以G-R-G-B型CCD为例，可以简单的理解为4个感光单元的中心点构成一个“像素点”，这样，每个感光单元的光值都是复用的，使用了4次（边缘部位除外），每4个感光单元计算出4个像素。在超级CCD上，感光单元的排列是交叉的，即每三个感光单元的中心构成一个“像素点”。这种计算方法，每个感光单元的光值复用了6次，感光单元又只有3类，所以，虽然感光单元没有增加，产生的像素数却多了一倍。
应该说，这种计算方法，是相当科学的，并没有故弄玄虚，但由于光值仍然是复用的，说它因排列方式的改变而比传统CCD提高了成像锐度是没有根据的。

4、关于CCD逐行扫描与隔行扫描的区别？
答：隔行、逐行只是数据处理方式的不同，隔行技术源于早期电视技术，是先提取奇数行的数据形成图像轮廓，再用偶数行数据补充，因那时的技术限制，数据处理速度跟不上，就采取隔行方式，用于连续图像，可以先把画面轮廓送到观众面前。由于不是连续扫描，若成像过程中被摄体移动，就会出现错位。
如果数据采集速度慢，逐行扫描的CCD拍摄动体也会出现扭曲，反之，如果数据采集速度足够快，隔行扫描也没有什么问题，这一点可以从使用隔行扫描CCD的索尼 DSC-S70优良的成像得到证实，所以，尽管从技术层面来讲逐行扫描CCD是好一些，但从日本的相关资料了解到，由于同样大小CCD像素的不断增加，CCD中传送信号的通路无法适应逐行扫描得到的一次性的大量的数据，会造成图象处理速度的下降。因此在高像素的数码相机中隔行扫描的技术的应用越来越多。至于隔行扫描会造成的错位问题，已经得到了解决，解决的办法是利用机械快门的运动。考虑到其它因素对成像的影响远大于此，故个人用户购买数码相机时完全可以不予重视CCD是隔行扫描还是逐行扫描。

5、为什么同样像素的CCD面积大小不同呢？
答：首先要区分成像的“像素”和物理的“感光单元”两个概念，数字图像的“像素”是无所谓面积的，它没有物理尺寸，CCD构成中有物理尺寸的是感光单元，它是将经滤镜过滤后的光的强度转换成电讯号的器件。数码照片的“像素”和CCD的感光单元并不是简单的一一对应，成像算法不同，对应关系也不同，所以，相同分辨率（像素数）的CCD有面积大小之分。

6、CCD面积对数码相机成像质量有什么影响？
答：一般说来，如果分辨率相同，生产工艺相同，面积大的CCD成像效果更好一些，因为大的成像面积可以使用更大口径、更长焦距、更大通光量的镜头，降低对镜头分辨率的要求（对镜头畸变的要求更高了），减少光线干涉、衍射对成像的影响，提高信噪比。

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