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CCD的原理

發(fā)布時間:2011-05-31

中心議題:
  • CCD的結構原理
解決方案:
  • 第一層“微型鏡頭”
  • 第二層是“分色濾色片”
  • 第三層:感光層
 
說到CCD的尺寸,其實是說感光器件的面積大小,這里就包括了CCD和CMOS。感光器件的面積大小,CCD/CMOS面積越大,捕獲的光子越多,感光性能越好,信噪比越低。CCD/CMOS是數(shù)碼相機用來感光成像的部件,相當于光學傳統(tǒng)相機中的膠卷。
  
CCD上感光組件的表面具有儲存電荷的能力,并以矩陣的方式排列。當其表面感受到光線時,會將電荷反應在組件上,整個CCD上的所有感光組件所產(chǎn)生的信號,就構成了一個完整的畫面。
  
如果分解CCD,你會發(fā)現(xiàn)CCD的結構為三層,第一層是“微型鏡頭”,第二層是“分色濾色片”以及第三層“感光層”。
  
第一層“微型鏡頭”
  
我們知道,數(shù)碼相機成像的關鍵是在于其感光層,為了擴展CCD的采光率,必須擴展單一像素的受光面積。但是提高采光率的辦法也容易使畫質(zhì)下降。這一層“微型鏡頭”就等于在感光層前面加上一副眼鏡。因此感光面積不再因為傳感器的開口面積而決定,而改由微型鏡片的表面積來決定。
  
第二層是“分色濾色片”
  
CCD的第二層是“分色濾色片”,目前有兩種分色方式,一是RGB原色分色法,另一個則是CMYK補色分色法這兩種方法各有優(yōu)缺點。首先,我們先了解一下兩種分色法的概念,RGB即三原色分色法,幾乎所有人類眼鏡可以識別的顏色,都可以通過紅、綠和藍來組成,而RGB三個字母分別就是Red,Green和Blue,這說明RGB分色法是通過這三個通道的顏色調(diào)節(jié)而成。再說CMYK,這是由四個通道的顏色配合而成,他們分別是青(C)、洋紅(M)、黃(Y)、黑(K)。在印刷業(yè)中,CMYK更為適用,但其調(diào)節(jié)出來的顏色不及RGB的多。
  
原色CCD的優(yōu)勢在于畫質(zhì)銳利,色彩真實,但缺點則是噪聲問題。因此,大家可以注意,一般采用原色CCD的數(shù)碼相機,在ISO感光度上多半不會超過400。相對的,補色CCD多了一個Y黃色濾色器,在色彩的分辨上比較仔細,但卻犧牲了部分影像的分辨率,而在ISO值上,補色CCD可以容忍較高的感光度,一般都可設定在800以上
  
第三層:感光層

  
CCD的第三層是“感光片”,這層主要是負責將穿過濾色層的光源轉(zhuǎn)換成電子信號,并將信號傳送到影像處理芯片,將影像還原。
  
傳統(tǒng)的照相機膠卷尺寸為35mm,35mm為對角長度,35mm膠卷的感光面積為36x24mm。換算到數(shù)碼相機,對角長度約接近35mm的,CCD/CMOS尺寸越大。在單反數(shù)碼相機中,很多都擁有接近35mm的CCD/CMOS尺寸,例如尼康德D100,CCD/CMOS尺寸面積達到23.7x15.6,比起消費級數(shù)碼相機要大很多,而佳能的EOS-1Ds的CMOS尺寸為36x24mm,達到了35mm的面積,所以成像也相對較好。
  
現(xiàn)在市面上的消費級數(shù)碼相機主要有2/3英寸、1/1.8英寸、1/2.7英寸、1/3.2英寸四種。CCD/CMOS尺寸越大,感光面積越大,成像效果越好。1/1.8英寸的300萬像素相機效果通常好于1/2.7英寸的400萬像素相機(后者的感光面積只有前者的55%)。而相同尺寸的CCD/CMOS像素增加固然是件好事,但這也會導致單個像素的感光面積縮小,有曝光不足的可能。但如果在增加CCD/CMOS像素的同時想維持現(xiàn)有的圖像質(zhì)量,就必須在至少維持單個像素面積不減小的基礎上增大CCD/CMOS的總面積。目前更大尺寸CCD/CMOS加工制造比較困難,成本也非常高。因此,CCD/CMOS尺寸較大的數(shù)碼相機,價格也較高。感光器件的大小直接影響數(shù)碼相機的體積重量。超薄、超輕的數(shù)碼相機一般CCD/CMOS尺寸也小,而越專業(yè)的數(shù)碼相機,CCD/CMOS尺寸也越大。
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