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CCD與CMOS的對比

數碼相機的發展真可謂一日千里,近來各種新的感光技術紛紛涌現。很多數碼相機生產廠商大肆宣揚自己的產品像素有多少多少高,畫質怎么怎么好。顧客在選購數碼相機時也比較困惑,心里沒底。為了讓大家對目前市場上常見的三種數碼相機感光芯片--CCD、CCD、CMOS有一個大概的了解,我們對這三種感光元件做了個總結,歡迎各位讀者和我們進行探討。

大部分數碼相機使用的感光元件是CCD(ChagreCouledDevice),它的中文名字叫電荷耦合器,是一種特殊的半導體材料。他是由大量獨立的光敏元件組成,這些光敏元件通常是按矩陣排列的。光線透過鏡頭照射到CCD上,并被轉換成電荷,每個元件上的電荷量取決于它所受到的光照強度。當你按動快門,CCD將各個元件的信息傳送到模/數轉換器上,模擬電信號經過模/數轉換器處理后變成數字信號,數字信號以一定格式壓縮后存入緩存內,此時一張數碼照片誕生了。然后圖像數據根據不同的需要以數字信號和視頻信號的方式輸出。

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。因此在很多場合不適用。

另一種是矩陣式CCD,MV-VD USB2.0接口CCD和 MV-VS 1394接口工業CCD,它的每一個光敏元件代表圖象中的一個像素,當快門打開時,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。在記錄照片的過程中,相機內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。這就是大多數數碼相機CCD的成像原理。因為不是同點合成,其中包含著數學計算,因此這種CCD最大的缺陷是所產生的圖象總是無法達到如刀刻般的銳利。


另一種處理方法是使用三棱鏡,他將從鏡頭射入的光分成三束,每束光都由不同的內置光柵來過濾出某一種三原色,然后使用三塊CCD分別感光。這些圖象再合成出一個高分辨率、色彩精確的圖象。如300萬像素的相機就是由三塊300萬像素的CCD來感光。也就是可以做到同點合成,因此拍攝的照片清晰度相當高。該方法的主要困難在于其中包含的數據太多。在你照下一張照片前,必須將存儲在相機的緩沖區內的數據清除并存盤。因此這類相機對其他部件的要求非常高,其價格自然也非常昂貴。

此外,CMOS與CCD的圖像數據掃描方法有很大的差別。舉個例子,如果分辨率為300萬像素,那么CCD傳感器可連續掃描300萬個電荷,掃描的方法非常簡單,就好像把水桶從一個人傳給另一個人,并且只有在最后一個數據掃描完成之后才能將信號放大。CMOS傳感器的每個像素都有一個將電荷轉化為電子信號的放大器。因此,CMOS傳感器可以在每個像素基礎上進行信號放大,采用這種方法可節省任何無效的傳輸操作,所以只需少量能量消耗就可以進行快速數據掃描,同時噪音也有所降低。這就是佳能的像素內電荷完全轉送技術。我們通過INTERNET查看了大量由CANONEOSD30所拍攝的照片,發現CMOS的成像效果一點也不比傳統CCD差。這種能耗低、制造相對容易的感光芯片如果能在影像的銳利度、動態范圍等方面再做進一步的努力,相信CMOS是未來數碼相機的發展方向。

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