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1、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 感光元件。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 ”就是其成像感光元件，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。感光元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
2、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
3、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、Philps 、Kodak、Matsushita、Fuji 和 Sharp，大半是日本厂商。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
4、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。两种感光元件的不同之处由两种感光元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。同时，这几年来，CCD 从30万像素开始，一直发展到现在的600万，像素的提高已经到了一个极限。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
5、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想头使用 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 影像传感器的优点之一是电源消耗量比 CCD 低，CCD 为提供优异的影像品质，付出代价即是较高的电源消耗量，为使电荷传输顺畅，噪声降低，需由高压差改善传输效果。但 CMOS 影像传感器将每一画素的电荷转换成电压，读取前便将其放大，利用3.3V的电源即可驱动，电源消耗量比 CCD 低。CMOS 影像传感器的另一优点，是与周边电路的整合性高，可将 ADC 与讯号处理
6、器整合在一起，使体积大幅缩小，例如，CMOS 影像传感器只需一组电源，CCD 却需三或四组电源，由于 ADC 与讯号处理器的制程与 CCD 不同，要缩小 CCD 套件的体积很困难。但目前 CMOS 影像传感器首要解决的问题就是降低噪声的产生，未来 CMOS 影像传感器是否可以改变长久以来被 CCD 压抑的宿命，往后技术的发展是重要关键。影响感光元件的因素对于数码相机来说，影像感光元件成像的因素主要有两个方面：一是感光元件的面积；二是感光元件的色彩深度。感光元件面积越大，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，感光元件的
7、面积也只能是越来越小。除了面积之外，感光元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元件一般是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4096x40
8、96x4096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位感光元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备的部位，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位感光元件的专业数码相机，就不会有这样的问题。感光元件的发展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
9、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，这种新的感光元件是在 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
10、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。CCD 尺寸说到 CCD 的尺寸，其实是说感光
11、器件的面积大小，这里就包括了 CCD 和 CMOS。感光器件的面积大小，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
12、，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 CM
13、YK，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(Y)、黑(K)。在印刷业中， CMYK 更为适用，但其调节出来的颜色不及 RGB 的多。原色 CCD 的优势在于画质锐利，色彩真实，但缺点则是噪声问题。因此，大家可以注意，一般采用原色 CCD 的数码相机，在 ISO 感光度上多半不会超过400。相对的，补色CCD 多了一个 Y 黄色滤色器，在色彩的分辨上比较仔细，但却牺牲了部分影像的分辨率，而在 ISO 值上，补色 CCD 可以容忍较高的感光度，一般都可设定在800以上第三层：感光层CCD 的第三层是“感光片”，这层主要是负责将穿过滤色层的光源转换成电子信号，并将信号传
14、送到影像处理芯片，将影像还原。传统的照相机胶卷尺寸为35mm，35mm 为对角长度，35mm 胶卷的感光面积为36 x 24mm。换算到数码相机，对角长度约接近35mm 的，CCD/CMOS 尺寸越大。在单反数码相机中，很多都拥有接近35mm 的 CCD/CMOS 尺寸，例如尼康德 D100，CCD/CMOS 尺寸面积达到23.7 x 15.6，比起消费级数码相机要大很多，而佳能的 EOS-1Ds 的 CMOS 尺寸为36 x 24mm，达到了35mm 的面积，所以成像也相对较好。现在市面上的消费级数码相机主要有2/3 英寸、1/1.8 英寸、 1/2.7英寸、1/3.2英寸四种。CCD/CM
15、OS 尺寸越大，感光面积越大，成像效果越好。1/1.8英寸的300万像素相机效果通常好于1/2.7英寸的400万像素相机 (后者的感光面积只有前者的55%)。而相同尺寸的CCD/CMOS 像素增加固然是件好事，但这也会导致单个像素的感光面积缩小，有曝光不足的可能。但如果在增加 CCD/CMOS 像素的同时想维持现有的图像质量，就必须在至少维持单个像素面积不减小的基础上增大 CCD/CMOS 的总面积。目前更大尺寸 CCD/CMOS 加工制造比较困难，成本也非常高。因此，CCD/CMOS 尺寸较大的数码相机，价格也较高。感光器件的大小直接影响数码相机的体积重量。超薄、超轻的数码相机一般 CCD/
16、CMOS 尺寸也小，而越专业的数码相机，CCD/CMOS 尺寸也越大。有效像素数英文名称为 Effective Pixels。与最大像素不同，有效像素数是指真正参与感光成像的像素值。最高像素的数值是感光器件的真实像素，这个数据通常包含了感光器件的非成像部分，而有效像素是在镜头变焦倍率下所换算出来的值。以美能达的 DiMAGE7为例，其 CCD 像素为524万（5.24Megapixel） ，因为 CCD 有一部分并不参与成像，有效像素只为490万。数码图片的储存方式一般以像素（Pixel）为单位，每个象素是数码图片里面积最小的单位。像素越大，图片的面积越大。要增加一个图片的面积大小，如果没有更多的光进入感光器件，唯一的办法就是把像素的面积增大，这样一来，可能会影响图片的锐力度和清晰度。所以，在像素面积不变的情况下，数码相机能获得最大的图片像素，即为有效像素。用户在购买数码相机的时候，通常会看到商家标榜“最大像素达到 XXX”和“有效像素达到 XXX”，那用户应该怎样选择呢？在选择数码相机的时候，应该注重看数码相机的有效像素是多少，有效像素的数
