提到數(shù)碼相機(jī)，不得不說到就是數(shù)碼相機(jī)的心臟——感光器件，

感光器件

。與傳統(tǒng)相機(jī)相比，傳統(tǒng)相機(jī)使用“膠卷”作為其記錄信息的載體，而數(shù)碼相機(jī)的“膠卷”就是其成像感光器件，而且是與相機(jī)一體的，是數(shù)碼相機(jī)的心臟。感光器是數(shù)碼相機(jī)的核心，也是最關(guān)鍵的技術(shù)。數(shù)碼相機(jī)的發(fā)展道路，可以說就是感光器的發(fā)展道路。目前數(shù)碼相機(jī)的核心成像部件有兩種：一種是廣泛使用的CCD(電荷藕合)元件;另一種是CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物導(dǎo)體)器件。

　　什么是CCD?

　　CCD和傳統(tǒng)底片相比，CCD 更接近于人眼對(duì)視覺的工作方式。只不過，人眼的視網(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(zhǎng)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(gè)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。

　　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(dòng)的物體，也無法使用閃光燈。

　　矩陣式CCD，它的每一個(gè)光敏元件代表圖象中的一個(gè)像素，當(dāng)快門打開時(shí)，整個(gè)圖象一次同時(shí)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(gè)像素獲得信號(hào)，將相鄰的四個(gè)點(diǎn)合成為一個(gè)像素點(diǎn)。該方法允許瞬間曝光，微處理器能運(yùn)算地非常快。這就是大多數(shù)數(shù)碼相機(jī)CCD的成像原理。因?yàn)椴皇峭�點(diǎn)合成，其中包含著數(shù)學(xué)計(jì)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(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)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(jì)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(jí)的半導(dǎo)體，這兩個(gè)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?yàn)樵缙诘脑O(shè)計(jì)使CMOS在處理快速變化的影像時(shí)，由于電流變化過于頻繁而產(chǎn)生過熱現(xiàn)象。

　　佳能EOS 1Ds Mark II搭載的1670萬像素的CMOS

　　富士超級(jí)CCD：

　　除了CCD和CMOS之外，還有富士公司獨(dú)家推出的SUPER CCD，SUPER CCD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，

電腦資料

《感光器件》(http://www.msguai.com)。將像素旋轉(zhuǎn)45度排列的結(jié)果是可以縮小對(duì)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(dòng)態(tài)范圍都有所提高。

　　左為傳統(tǒng)CCD(呈矩陣排列),右為超級(jí)CCD(呈蜂窩狀排列)

　　傳統(tǒng)CCD中的每個(gè)像素由一個(gè)二極管、控制信號(hào)路徑和電量傳輸路徑組成。SUPER CCD采用蜂窩狀的八邊二極管，原有的控制信號(hào)路徑被取消了，只需要一個(gè)方向的電量傳輸路徑即可，感光二極管就有更多的空間。SUPER　CCD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，SUPER CCD的感光二極管對(duì)光線的吸收程度也比較高，使感光度、信噪比和動(dòng)態(tài)范圍都有所提高。

　　富士SuperCCD SR

　　那為什么SUPER CCD的輸出像素會(huì)比有效像素高呢?我們知道CCD對(duì)綠色不很敏感，因此是以G-B-R-G來合成。各個(gè)合成的像素點(diǎn)實(shí)際上有一部分真實(shí)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(jí)數(shù)碼相機(jī)使用3CCD分別感受RGB三色光的原因。而SUPER　CCD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(shí)也是以三個(gè)為一組。因此傳統(tǒng)CCD是四個(gè)合成一個(gè)像素點(diǎn)，其實(shí)只要三個(gè)就行了，浪費(fèi)了一個(gè)，而SUPER CCD就發(fā)現(xiàn)了這一點(diǎn)，只用三個(gè)就能合成一個(gè)像素點(diǎn)。也就是說，CCD每4個(gè)點(diǎn)合成一個(gè)像素，每個(gè)點(diǎn)計(jì)算4次;SUPER CCD每3個(gè)點(diǎn)合成一個(gè)像素，每個(gè)點(diǎn)也是計(jì)算4次，因此SUPER CCD像素的利用率較傳統(tǒng)CCD高，生成的像素就多了。

　　適馬Foveon X3三層感光元件：

　　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Bayer Pattern傳統(tǒng)感光器所特有的色彩干擾。另外，由于每個(gè)像素提供完整的三原色信息，把色彩信號(hào)組合成圖像文件的過程簡(jiǎn)單很多，降低了對(duì)圖像處理的計(jì)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。

　　Foveon X3三層感光元件

　　Foveon X3吸收紅綠藍(lán)光線演示圖

　　Foveon X3吸收綠藍(lán)光光線示意圖

　　X3技術(shù)的另一個(gè)特點(diǎn)是虛擬像素尺寸-VPS(Virtual Pixel Size)。它可以把鄰近的像素信號(hào)組合成一個(gè)像素，如2x2或者4x4，從而增加信噪比。這可以應(yīng)用于提高感光度同時(shí)保持低噪音。此外使用VPS減低像素還可以加快從感光器提取信號(hào)的速度，這對(duì)于攝像應(yīng)用有幫助。

　　Foveon X3虛擬像素尺寸-VPS原理