數(shù)碼相機的眼睛

數(shù)碼相機的眼睛第1頁/共20頁“數(shù)碼相機的眼睛”：CCD與CMOS1970年是影像處理行業(yè)具有里程碑意義的一年，美國貝爾實驗室發(fā)明了CCD。數(shù)碼相機無需膠卷和沖洗、可重復(fù)拍攝和即時調(diào)整；影像可無限次復(fù)制且不會降低質(zhì)量，方便永久保存，并可用于電子傳送和處理。它的誕生給影像處理業(yè)帶來了一場革命。第2頁/共20頁感光傳感器，尤其是CCD，在數(shù)碼相機中的功能是將透過鏡頭的光線捕獲并轉(zhuǎn)換為電子信號，與其說是數(shù)碼相機的心臟，不如說是數(shù)碼相機的眼睛。它們在很大程度上決定了數(shù)碼相機的像素第3頁/共20頁CCD的成像點為X－Y縱橫矩陣排列，每個成像點由一個光電二極管和其控制的一個鄰近電荷存儲區(qū)組成。光電二極管將光線（光量子）轉(zhuǎn)換為電荷（電子），聚集的電子數(shù)量與光線的強度成正比。在讀取這些電荷時，各行數(shù)據(jù)被移動到垂直電荷傳輸方向的緩存器中。每行的電荷信息被連續(xù)讀出，再通過電荷/電壓轉(zhuǎn)換器和放大器傳感。。第4頁/共20頁CCD，(ChargeCoupledDevice)，即“電荷耦合器件”，以百萬像素為單位。數(shù)碼相機規(guī)格中的多少百萬像素，指的就是CCD的分辨率。CCD是一種感光半導(dǎo)體芯片，用于捕捉圖形，廣泛運用于掃描儀、復(fù)印機以及無膠片相機等設(shè)備。與膠卷的原理相似，光線穿過一個鏡頭，將圖形信息投射到CCD上。但與膠卷不同的是，CCD既沒有能力記錄圖形數(shù)據(jù)，也沒有能力永久保存下來，甚至不具備“曝光”能力。所有圖形數(shù)據(jù)都會不停留地送入一個“模-數(shù)”轉(zhuǎn)換器，一個信號處理器以及一個存儲設(shè)備(比如內(nèi)存芯片或內(nèi)存卡)。CCD有各式各樣的尺寸和形狀，最大的有2×2平方英寸。第5頁/共20頁CCD傳感器的手機第6頁/共20頁500萬像素拍照手機LGC960實拍樣張第7頁/共20頁CMOS：互補性氧化金屬半導(dǎo)體CMOS（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor）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。第8頁/共20頁

采用CMOS傳感器的手機是目前市場的主流

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CCD與CMOS有什么不同？

信息讀取方式CCD電荷耦合器存儲的電荷信息，需在同步信號控制下一位一位地實施轉(zhuǎn)移后讀取，電荷信息轉(zhuǎn)移和讀取輸出需要有時鐘控制電路和三組不同的電源相配合，整個電路較為復(fù)雜。CMOS光電傳感器經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)生電流（或電壓）信號，信號讀取十分簡單。第10頁/共20頁速度CCD電荷耦合器需在同步時鐘的控制下，以行為單位一位一位地輸出信息，速度較慢；而CMOS光電傳感器采集光信號的同時就可以取出電信號，還能同時處理各單元的圖像信息，速度比CCD電荷耦合器快很多。第11頁/共20頁電源及耗電量CCD電荷耦合器大多需要三組電源供電，耗電量較大；CMOS光電傳感器只需使用一個電源，耗電量非常小，僅為CCD電荷耦合器的1/8到1/10，CMOS光電傳感器在節(jié)能方面具有很大優(yōu)勢.成像質(zhì)量CCD電荷耦合器制作技術(shù)起步早，技術(shù)成熟，采用PN結(jié)或二氧化硅（SiO2）隔離層隔離噪聲，成像質(zhì)量相對CMOS光電傳感器有一定優(yōu)勢。由于CMOS光電傳感器集成度高，各光電傳感元件、電路之間距離很近，相互之間的光、電、磁干擾較嚴重，噪聲對圖像質(zhì)量影響很大，使CMOS光電傳感器很長一段時間無法進入實用。近年，隨著CMOS電路消噪技術(shù)的不斷發(fā)展，為生產(chǎn)高密度優(yōu)質(zhì)的CMOS圖像傳感器提供了良好的條件。第12頁/共20頁感光器件的發(fā)展

CCD是1969年由美國的貝爾研究室所開發(fā)出來的。進入80年代，CCD影像傳感器雖然有缺陷，由于不斷的研究終于克服了困難，而于80年代后半期制造出高分辨率且高品質(zhì)的CCD。到了90年代制造出百萬像素之高分辨率CCD，此時CCD的發(fā)展更是突飛猛進，算一算CCD發(fā)展至今也有二十多個年頭了。第13頁/共20頁進入90年代中期后，CCD技術(shù)得到了迅猛發(fā)展，同時，CCD的單位面積也越來越小。但為了在CCD面積減小的同時提高圖像的成像質(zhì)量，SONY與1989年開發(fā)出了SUPERHADCCD，這種新的感光器件是在CCD面積減小的情況下，依靠CCD組件內(nèi)部放大器的放大倍率提升成像質(zhì)量。以后相繼出現(xiàn)了NEWSTRUCTURECCD、EXVIEWHADCCD、四色濾光技術(shù)（專為SONYF828所應(yīng)用）。而富士數(shù)碼相機則采用了超級CCD（SuperCCD）、SuperCCDSR第14頁/共20頁對于CMOS來說，具有便于大規(guī)模生產(chǎn)，且速度快、成本較低，將是數(shù)字相機關(guān)鍵器件的發(fā)展方向。目前，在CANON等公司的不斷努力下，新的CMOS器件不斷推陳出新，高動態(tài)范圍CMOS器件已經(jīng)出現(xiàn)，這一技術(shù)消除了對快門、光圈、自動增益控制及伽瑪校正的需要，使之接近了CCD的成像質(zhì)量。另外由于CMOS先天的可塑性，可以做出高像素的大型CMOS感光器而成本卻不上升多少。相對于CCD的停滯不前相比，CMOS作為新生事物而展示出了蓬勃的活力。作為數(shù)碼相機的核心部件，CMOS感光器以已經(jīng)有逐漸取代CCD感光器的趨勢，并有希望在不久的將來成為主流的感光器。第15頁/共20頁使用高端CMOS感光器的代表佳能單反EOS350D第16頁/共20頁產(chǎn)品應(yīng)用

目前，CCD技術(shù)主要掌握在索尼、佳能、奧林巴斯等幾大廠商手中。主流的數(shù)碼相機均采用CCD作為光敏傳感器件，像素數(shù)一般為三百萬左右。其制造工藝復(fù)雜，功耗大，成本較高?？逻_、富士、索尼、佳能、奧林巴斯、三洋等廠商的產(chǎn)品占據(jù)著數(shù)碼相機的高端市場。由于技術(shù)的局限，數(shù)碼相機目前還不可能達到傳統(tǒng)的銀鹽相機一樣的成像質(zhì)量。此類產(chǎn)品的應(yīng)用對象主要是新聞工作者，攝影專業(yè)人士及攝影愛好者，并可作為辦公設(shè)備。第17頁/共20頁值得一提的是，富士膠片公司獨自研發(fā)的“超級CCD”技術(shù)已經(jīng)在富士公司全系列的數(shù)碼相機中得到了應(yīng)用。其與普通CCD的關(guān)鍵區(qū)別在于：普通CCD采用的是普通的矩形光電二極管，而超級CCD使用的是八角形光電二極管，且采用了像素的45°蜂窩式排列。八角形光電二極管因其更接近微透的圓形，可更有效地吸收光。目前，富士公司已推出第二代超級CCD。未來，采用CCD傳感器的數(shù)碼相機將繼續(xù)朝著提高像素數(shù)，增加拍攝功能，提高照片質(zhì)量的方向發(fā)展，力爭在各項指標上早日達到傳統(tǒng)相機的標準。第18頁/共20頁采用CMOS傳感器的數(shù)碼相機一般低于35萬像素，主要面向以家庭、個人用戶為主的低端市場。其時尚化、多功能、