数码相机感光器件.doc

数码相机参数详解数码相机感光器件提到 数码 相机 ，不得不说到就是 数码 相机 的心脏感光器件。与传统 相机 相比，传统 相机 使用“胶卷”作为其记录信息的载体，而 数码 相机 的“胶卷”就是其成像感光器件，而且是与 相机 一体的，是 数码 相机 的心脏。感光器是 数码 相机 的核心，也是最关键的技术。 数码 相机 的发展道路，可以说就是感光器的发展道路。目前 数码 相机 的核心成像部件有两种：一种是广泛使用的CCD（电荷藕合）元件；另一种是CMOS（互补金属氧化物导体）器件。感光器件工作原理电荷藕合器件图像传感器 CCD (Charge Coupled Device），它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想像来修改图像。CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。CCD和传统底片相比，CCD 更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过，人眼的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞，分工合作组成视觉感应。 CCD经过长达35年的发展，大致的形状和运作方式都已经定型。CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。目前有能力生产 CCD 的公司分别为：SONY、Philips、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp，大半是日本厂商。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。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最大的缺陷是所产生的图象总是无法达到如刀刻般的锐利。互补性氧化金属半导体 CMOS （Complementary Metal-Oxide Semiconductor)和CCD一样同为在 数码 相机 中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带电） 和 P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。然而，CMOS的缺点就是太容易出现杂点, 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。除了CCD和CMOS之外，还有富士公司独家推出的 SUPER CCD ，SUPER CCD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。传统CCD中的每个像素由一个二极管、控制信号路径和电量传输路径组成。SUPER CCD采用蜂窝状的八边二极管，原有的控制信号路径被取消了，只需要一个方向的电量传输路径即可，感光二极管就有更多的空间。SUPERCCD在排列结构上比普通CCD要紧密，此外像素的利用率较高，也就是说在同一尺寸下，SUPER CCD的感光二极管对光线的吸收程度也比较高，使感光度、信噪比和动态范围都有所提高。那为什么SUPER CCD的输出像素会比有效像素高呢？我们知道CCD对绿色不很敏感，因此是以GBRG来合成。各个合成的像素点实际上有一部分真实像素点是共用，因此图象质量与理想状态有一定差距，这就是为什么一些高端专业级 数码 相机 使用3CCD分别感受RGB三色光的原因。而SUPERCCD通过改变像素之间的排列关系，做到了R、G、B像素相当，在合成像素时也是以三个为一组。因此传统CCD是四个合成一个像素点，其实只要三个就行了，浪费了一个，而SUPER CCD就发现了这一点，只用三个就能合成一个像素点。也就是说，CCD每4个点合成一个像素，每个点计算4次；SUPER CCD每3个点合成一个像素，每个点也是计算4次，因此SUPER CCD像素的利用率较传统CCD高，生成的像素就多了。两种元件不同之处由两种感光器件的工作原理可以看出，CCD的优势在于成像质量好，但是由于制造工艺复杂，只有少数的厂商能够掌握，所以导致制造成本居高不下，特别是大型CCD，价格非常高昂。在相同分辨率下，CMOS价格比CCD便宜，但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。到目前为止，市面上绝大多数的消费级别以及高端 数码 相机 都使用CCD作为感应器；CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上，若有哪家摄像头厂商生产的摄像头使用CCD感应器，厂商一定会不遗余力地以其作为卖点大肆宣传，甚至冠以“ 数码 相机 ”之名。一时间，是否具有CCD感应器变成了人们判断 数码 相机 档次的标准之一。CMOS针对CCD最主要的优势就是非常省电，不像由二极管组成的CCD，CMOS 电路几乎没有静态电量消耗，只有在电路接通时才有电量的消耗。这就使得CMOS的耗电量只有普通CCD的1/3左右，这有助于改善人们心目中 数码 相机 是电老虎的不良印象。CMOS主要问题是在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而过热。暗电流抑制得好就问题不大，如果抑制得不好就十分容易出现杂点。此外，CMOS与CCD的图像数据扫描方法有很大的差别。例如，如果分辨率为300万像素，那么CCD传感器可连续扫描300万个电荷，扫描的方法非常简单，就好像把水桶从一个人传给另一个人，并且只有在最后一个数据扫描完成之后才能将信号放大。CMOS传感器的每个像素都有一个将电荷转化为电子信号的放大器。因此，CMOS传感器可以在每个像素基础上进行信号放大，采用这种方法可节省任何无效的传输操作，所以只需少量能量消耗就可以进行快速数据扫描，同时噪音也有所降低。这就是佳能的像素内电荷完全转送技术。影响感光器件因素对于数码相机来说，影像感光器件成像的因素主要有两个方面：一 是感光器件的面积；二是感光器件的色彩深度。 感光器件面积越大，成像较大，相同条件下，能记录更多的图像细节，各像素间的干扰也小，成像质量越好。但随着 数码相机向时尚小巧化的方向发展，感光器件的面积也只能是越来越小。除了面积之外，感光器件还有一个重要指标，就是 色彩深度 ，也就是色彩位，就是用多少位的二进制数字来记录三种原色。非专业型数码相机的感光器件一般是24位的，高档点的采样时是30位，而记录时仍然是24位，专业型数码相机 的成像器件至少是36位的，据说已经有了48位的CCD。对于24位的器件而言，感光单元能记录的光亮度值最多有28=256级，每一种原色用一个8位的二进制数字来表示，最多能记录的色彩是256x256x256约16,77万种。对于36位的器件而言，感光单元能记录的光亮度值最多有212=4096级，每一种原色用一个12位的二进制数字来表示，最多能记录的色彩是4096x4096x4096约68.7亿种。举例来说，如果某一被摄体，最亮部位的亮度是最暗部位亮度的400倍，用使用24位感光器件的 数码 相机 来拍摄的话，如果按低光部位曝光，则凡是亮度高于256倍的部位，均曝光过度，层次损失，形成亮斑，如果按高光部位来曝光，则某一亮度以下的部位全部曝光不足，如果用使用了36位感光器件的专业 数码 相机 ，就不会有这样的问题。感光器件的发展CCD是1969年由美国的贝尔研究室所开发出来的。进入80年代，CCD影像传感器虽然有缺陷，由于不断的研究终于克服了困难，而于80年代后半期制造出高分辨率且高品质的CCD。到了90年代制造出百万像素之高分辨率CCD，此时CCD的发展更是突飞猛进，算一算CCD 发展至今也有二十多个年头了。进入90年代中期后，CCD技术得到了迅猛发展，同时，CCD的单位面积也越来越小。但为了在CCD面积减小的同时提高图像的成像质量，SONY与1989年开发出了SUPER HAD CCD，这种新的感光器件是在CCD面积减小的情况下，依靠CCD组件内部放大器的放大倍率提升成像质量。以后相继出现了NEW STRUCTURE CCD、EXVIEW HAD CCD、四色滤光技术（专为SONY F828所应用）。而富士 数码 相机 则采用了超级CCD（Super CCD）、Super CCD SR。对于CMOS来说，具有便于大规模生产，且速度快、成本较低，将是数字 相机 关键器件的发展方向。目前，在CANON等公司的不断努力下，新的CMOS器件不断推陈出新，高动态范围CMOS器件已经出现，这一技术消除了对快门、光圈、自动增益控制及伽玛校正的需要，使之接近了CCD的成像质量。另外由于CMOS先天的可塑性，可以做出高像素的大型CMOS感光器而成本却不上升多少。相对于CCD的停滞不前相比，CMOS作为新生事物而展示出了蓬勃的活力。作为 数码 相机 的核心部件，CMOS感光器以已经有逐渐取代CCD感光器的趋势，并有希望在不久的将来成为主流的感光器。鉴别行货与水货 购买数码相机时， 首先应该清点一下包装盒里面是否有中文的产品保修卡及 数码 相机 的中文使用说明书 。如果这两样东西都没有，那必是水货无疑。除外用肉眼看之外，最有效也是最便捷的方法就是检查机身序列号 。一般来说所有的数码相机都会有一个机身序列号，各大数码相机厂商也都会设有800免费咨询热线，以及中文官方网站提供真伪的查询，只要查询机身序列号，就会很快的分别出水货与行货。还有在购买 数码 相机 的同时 一定要向商家索要相关票据，一定要商家把 数码相机的机身序列号写在发票上 ，这样有了问题奸商就无法抵赖了。 由于水货 数码相机在运输，储藏等渠道上操作的不规范，会对 相机本身的质量造成严重影响，留下质量隐患，所以水货产品在价格上具有一定的优势，且水货数码 相机无法享受数码相机厂商提供的包括免费维修在内的所有售后服务，所以建议最好还是购买行货产品。另外还要稍留心一些，在购买数码 相机的时候一定要货比三家，太高的价格自然是不能接受，但是低于市场平均售价太多也不是什么好事，而且购买 数码相机产品最好去正规的经销商或是专卖店去购买。DC与DV的区别 DC（Digital Camera）即 数码 相机 ，是用来拍摄单张静态照片的；DV（Digital Video Camera）即 数码 摄像机，是用来拍摄动态视频图像的。 简单地说，DC、DV各有各的用途，侧重点不同。但随着两类产品的发展目前有一种趋势，就是DC的动态摄录功能越来越强，DV中也出现了可以拍摄200万、300万像素甚至更高精度静态照片的机型，更有三洋C系列DC/DV二合一的东西。但这类产品在众多产品线中只是很少一部分，而且市场表现也并不十分理想。那么DC拍摄动态图像或者DV拍摄静态图像的困难在哪里呢？ DC当作DV的难点 ，首先是难以实现高分辨率，其次是光电系统的配合。 先说第一点：难以实现高分辨率，虽然 数码相机的像素数高达数百万，动态录像的单幅图像的像素数只要几十万，但动态录像每秒钟要记录数十帧，总的数据量是非常庞大的， 数码 相机 的图像处理芯片是专为处理静态图片设计的，要处理动态的流文件往往有些力不从心，因为DC、DV的图像处理芯片都是专用芯片，其“高效率”来自于“功能专一”，要兼顾双方，要么使用运算能力更为强大的处理器，要么牺牲处理效率，而前者意味着昂贵，后者意味着低能。另一方面，巨大的数据量需要庞大的存储空间，所以现在主流的DV仍使用磁带，因为即使采用高压缩比的MPEG-4格式压缩，512MB的存储卡也只能存储十几分钟的高精度录像。 第二点：光电系统的配合。拍摄单张照片时可以预先变焦、对焦，精确是第一要求，为了精确甚至可以舍弃一点速度。拍摄动态图像时，变焦、对焦与图像拍摄同时进行，要求光电系统的配合不但要准整，而且要快，甚至对“快”的要求超过了精度。所以，DC、DV两者对光电系统配合的要求是不同的，很难两边兼顾。因此，现在很多DC虽然能够拍摄录像短片，却不能在拍摄中途进行变焦操作，许多低端机型甚至在录像开始后对焦距离也锁定了。 DV当作DC的难点 首先要考虑的仍是分辨率，由于人们视觉感受的不同，对动态图像精度的要求远比静态图像低得多，标准PAL制式和NTSC制式的视频信号，如果换算成像素来表示的话，单幅画面的精度都不足30万像素，VGA级（640x480，30万像素）的视频信号，已经算是高精度了，即使高清晰电视HDTV，单幅画面也不过200万像素（1920x1080像素），所以目前主流的DV仍是80万像素。而就DC而言，目前300万像素的机型，已经逐步退出主流市场，家用产品已经迈入500万像素了。数码相机取景器 众所周知， 数码 相机 的取景一般有两种方式，一是通过液晶显示屏（LCD），另一种是通过目镜取景器，下面所要介绍就是第二种 数码 相机 的目镜取景器。这种取景器一般来说可分为： 与镜头分开，一般称为光学取景器 ；通过镜头，一般称为TTL取景器； 电子取景器，称为单眼LCD取景器（Eye-level LCD viewfinder） 与LCD取景器相比，前两种取景器有许多优点。首先，可以避免因开启LCD而过度耗尽电量，从而可以增长拍摄时间和电池的使用寿命。其次，在室外拍摄时，它可以避免因LCD显示屏反光导致的取景误差。下面我们详细的来看一下这三种取景器的不同之处： 1、光学取景器 不管相机的镜头是定焦还是变焦，光学取景器的取景都是不变的，它工作时与镜头无关，它只是模仿镜头的视角和焦距。有家用傻瓜型 相机 （包括家用级 数码 相机 ）大都使用这种取景方式。 取景器进光孔的大小决定了图像的清晰程度，对于戴眼镜的用户而言，有相对来说大一些的光孔就显得比较重要了，因为眼镜会使他们的眼睛离取景器较远，这样就不可能准确地取景。现在有些取景器配备了可以进行屈光度调节的功能，使拍摄者在拍照时可以不戴眼镜就可进行较为准确的取景。不过，只有近、远视者才可以进行屈光调节，对于视力正常的拍摄者而言，屈光度调节毫无意义。光学取景器应尽量地靠近镜头的光轴中心，以减少取景视差。之所以会出现视差，是因为 相机 镜头和取景器是从不同位置观看拍摄对象的，因而它们各自看到的景物也是存在一些差异的。一般来说，光学取景器不能显示100%的镜头所拍摄图像，大概只有实际帧的85%或更少。这就是开发TTL取景器的原因。 2、TTL光学取景器 这种取景器通常配备在较昂贵的 数码 相机 上，它可显示镜头所拍摄到的图像。在传统胶卷 相机 中，绝大多数已经采用这种取景方式。 不同TTL取景系统的工作方式是不同的，在具体使用时，所能显示的细节也不尽相同，但它们都是通过将穿过镜头的光线反射或散射，从而达到取景的目的。所以对于使用TTL光学取景器的 数码 相机 来说，通过液晶屏和取景器看到的图像是一致的。 3、电子取景器 这种取景器的优点与TTL取景器一样：显示待拍景物的全貌，在日光下可以看到，并且可以显示光圈、快门速度等拍摄信息，但除此之外，还可以显示 相机 菜单，这是其它取景器所无法做到的。 电子取景器的缺点可归纳为三条：与光学取景器、TTL取景器不同，它需要大量的电源；类似于LCD显示屏，容易反光，从而影响取景的准确；与光学系统相比显得比较粗糙。最后一项会显得很重要，因为这样的系统无法显示拍摄帧里的最小细节，比如人眼是不是睁开的等等。坏点和噪点 数码相机的成像元件（CCD或CMOS）一般有数百万个感光单元组成，如果某个感光单元损坏，不能成像，即成为坏点（Dead Pixel）。感光元件都有热稳定性的问题，温度升高，噪音信号过强，会在画面上形成杂色的斑点，这就是我们常听说的噪点或是噪音（hot pixel）。 坏点的检测方式 ：打开 相机 ，盖上镜头盖拍摄，理论上图像应该是纯黑色，若有斑点即是坏点或噪点。坏点总在画面的固定位置，而且无论使用怎样的曝光组合或怎样的感光度，始终存在。 数码 相机 的LCD也可能有坏点，无论是菜单操作还是浏览图像，也无论用什么比例浏览，在LCD上始终存在的点是LCD的坏点。LCD一般没有所谓的噪点。 数百万像素的 数码 相机 有一两个坏点，对成像的影响其实并不大，但总归不完美，令人不舒服，遇到有坏点的产品，只有更换。噪点的严重程度不但不同型号的 相机 差别很大，同一款产品也有个体差异，有条件的话应该多对比几台。 噪点的产生 ：噪点在一般情况下并不存在（除非 相机 质量过于低劣），随着曝光时间延长、感光度（ISO）调高或 相机 温度升高（长时间开机）而增加。 其实，噪点的检测只是在两机对比时有意义，数值设到多少也没有标准，感光度的设定也一样，看跟谁比，大家都设成一样就能比。其实关于噪点用不着这么复杂，只要觉得图片质量能接受就行。同样的噪点数，颗粒的形态和大小不同都会影响视觉效果。 DC的指标里也没有明确定义噪点值，不同的机子差别比较大，对于不同型号，一般以你是否能接受其效果为准，对于同一型号，可模向比较一下，两台之间是否有比较大的差异，如果有，则说明品质不太稳定，应该多挑两台看看。数码相机 CCD尺寸 说到CCD的尺寸，其实是说感光器件的面积大小，这里就包括了CCD和CMOS。感光器件的面积越大，也即CCD/CMOS面积越大，捕获的光子越多，感光性能越好，信噪比越低。CCD/CMOS是 数码 相机 用来感光成像的部件，相当于光学传统 相机 中的胶卷。 CCD上感光组件的表面具有储存电荷的能力，并以矩阵的方式排列。当其表面感受到光线时，会将电荷反应在组件上，整个CCD上的所有感光组件所产生的信号，就构成了一个完整的画面。 如果分解CCD，你会发现CCD的结构为三层，第一层是“微型镜头”，第二层是“分色滤色片”以及第三层“感光层”。 第一层“微型镜头” 我们知道， 数码 相机 成像的关键是在于其感光层，为了扩展CCD的采光率，必须扩展单一像素的受光面积。但是提高采光率的办法也容易使画质下降。这一层“微型镜头”就等于在感光层前面加上一副眼镜。因此感光面积不再因为传感器的开口面积而决定，而改由微型镜片的表面积来决定。 第二层是“分色滤色片” CCD的第二层是“分色滤色片”，目前有两种分色方式，一是RGB原色分色法，另一个则是CMYK补色分色法这两种方法各有优缺点。首先，我们先了解一下两种分色法的概念，RGB即三原色分色法，几乎所有人类眼镜可以识别的颜色，都可以通过红、绿和蓝来组成，而RGB三个字母分别就是Red, Green和Blue，这说明RGB分色法是通过这三个通道的颜色调节而成。再说CMYK，这是由四个通道的颜色配合而成，他们分别是青（C）、洋红(M)、黄