
發(fā)布日期:2021-01-19

電荷藕合器件圖像傳感器CCD,它使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成,能把光線轉(zhuǎn)變成電荷,通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,數(shù)字信號經(jīng)過壓縮以后由相機內(nèi)部的閃速存儲器或內(nèi)置硬盤卡保存,因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計算機,并借助于計算機的處理手段,根據(jù)需要和想像來修改圖像。CCD由許多感光單位組成,通常以百萬像素為單位。
當(dāng)CCD表面受到光線照射時,每個感光單位會將電荷反映在組件上,所有的感光單位所產(chǎn)生的信號加在一起,就構(gòu)成了一幅完整的畫面。
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,人眼的視網(wǎng)膜是由負責(zé)光強度感應(yīng)的桿細胞和色彩感應(yīng)的錐細胞,分工合作組成視覺感應(yīng)。CCD經(jīng)過長達35年的發(fā)展,大致的形狀和運作方式都已經(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:SONY、Philips、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp,大半是日本廠商。
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)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。
CCD特點
矩陣式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,相機內(nèi)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(shù)數(shù)碼相機CCD的成像原理。因為不是同點合成,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到如刀刻般的銳利。
互補性氧化金屬半導(dǎo)體CMOS和CCD一樣同為在數(shù)碼相機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,這兩個互補效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影像。然而,CMOS的缺點就是太容易出現(xiàn)雜點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會產(chǎn)生過熱的現(xiàn)象。
CMOS特點
除了CCD和CMOS之外,還有富士公司獨家推出的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。
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。
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G-B-R-G來合成。各個合成的像素點實際上有一部分真實像素點是共用,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,其實只要三個就行了,浪費了一個,而SUPERCCD就發(fā)現(xiàn)了這一點,只用三個就能合成一個像素點。
也就是說,CCD每4個點合成一個像素,每個點計算4次;SUPERCCD每3個點合成一個像素,每個點也是計算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