数码相机之芯

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1、数码相机之芯―图像传感器原理与最新技术数码相机作为一种时尚计算机外设，以其强大的功能、方便的使用和越来越接近普通相机的拍摄效果，逐渐进入寻常百姓家。而数码相机中的光电转换系统（图像传感器）是数码相机的最基本的组成部份，同时它也是决定数码相机品质的重要因素，但它的结构与原理你知道吗？数码相机中的图像传感器又称影像传感器或光电传感器，其作用是将接收到的光（图像）信号转变为模拟电信号。目前数码相机使用的图像传感器有占主导地位的CCD和新开发的CMOS两种类型。CCD图像传感器CCD的感光作用与普通相机中的胶片相当，在数码相机中起着十分重要的作用。它接受从摄影透

2、镜来的光信号。并把它转换成电信号。由CCD产生的电信号被输出并转变为图像。目前绝大多数码相机采用的是CCD图像传感器，或称为CCD光电耦合器件。它可以将光信号转换成惟一对应的电信号。CCD电荷耦合器是数码相机的心脏，负责捕捉影像的重要工作。它最初是为摄影机设计的，随着技术的不断进步，其分辨率逐步提高，色彩还原日趋逼真。1.CCD图像传感器的结构和工作原理CCD是电荷耦合器件（ChangeCoupledDevice）的英文缩写，它具有光电转换、电荷存储和电荷转移的功能。它的主要特点是由光电变换所产生的电荷可以在驱动脉冲作用下自行转移运动，这种运动方式又称为

3、电荷的自行扫描。CCD图像传感器从外形上看是一种大规模集成电路，景物在其感光面上成像，感光面是由一排排的像素单元构成的。整个感光面少则几十万个像素单元，多则达数百万个像素单元。每个像素单元都可以把照射其上的光通量（光能）变成相应的电荷，拍摄景物时整个感光面上的各个像素单元都产生了与光图像相对应的电荷。这就是CCD由光图像变成光电荷的过程。CCD在驱动脉部的作用下将一排排的电荷按水平和垂直排列的顺序输出，就变成了代表图像的电信号。实际上，CCD感光面的尺寸是与照片相应的。普通的CCD长宽之比约为4：3。CCD的像素影响数是横向数乘以纵向数，CCD的像素数越

4、多，其图像的清晰度越高，而成本也相应越高。CCD的微观结构CCD中的每个像素单元是由一个光电二极管、一个场效应晶体管和电荷舆的电极等部分构成，此外在光电二极管的上面，还没有微型透镜和彩色滤光器光电二极管的功能是产生电荷，它所产生电荷的量是与光照强弱及积累的时间成正比。数字相机在拍摄景物时，在暴光期间，景物之光射入相机，照射到CCD上，光电二极管产生电荷并积累电荷，每个光电二极管产生的电荷在驱动信号的作用下全部转移到垂直CCD中去。然后再按水平方向排列的顺序输出电荷信号，直到将整个CCD感光面上的信号全部输出，完成一幅照片的信号转移。2.CCD图像传感器的

5、主要类别CCD图像传感器根据像素排列的情况，通常分为线阵CCD和面阵CCD两大类。近年来日本富士公司又研制出一种超级CCD。线阵CCD线阵CCD每次只拍摄图像的一条线，这与台式扫描仪图片的方法相同，速度很慢，分辨率较高，获得一幅完整的图像需要的时间长。此外，使用线阵CCD扫描的数码相机需要一个保持静止的目标，无法使用线阵CCD来拍摄移动物体。室内照明或明亮的阳光是线阵CCD必需的，线阵CCD无法使用闪光灯，线阵CCD主要用于高分辨率的室内扫描数码相机。面阵CCD面阵CCD是平面阵列CCD的简称，又称为区域阵列CCD，面阵CCD是包含一个光敏元件矩阵，而不

6、是单条线的CCD元件。面阵CCD光电转换器件的作用是将图像光能量信息转换为电子模拟量信息，并将每个像素上的电子模拟量信息通过串行扫描的方法自动传输出来，矩阵中的每个元件代表图像中的一个像素，当快门按动时，整个图像同时曝光，同时被拍摄。超级CCDCCD像素的增加存在着技术瓶颈－在面积固定的一块CCD上面，如果排列更多的像素单元，即意味着每一个像素单元的尺寸更小，带来的直接后果是像素单元的灵敏度、信噪比以及动态范围等都将有所损失，从某种意义上讲，如果要保证一定水平的图像质量，CCD像素数不能无限制地增加，如何在保证图像质量的前提下，进一步增加像素数，一直是数

7、码相机CCD开发商的主攻方向。Fujifilm（富士胶片）公司不仅是传统胶片的重要生产厂商，也是数码相机CCD的主要提供者。1999年第四季度，Fujifilm公司在日本、美国、欧洲三地相继发布了参照人眼视觉原理开发的SuperCCD技术，并于2000年3月推出了采用SupperCCD的第一款数码相机－FujifilmMX-4700型采用一块1.47cm240万像素的超级CCD，将数码影像发展到一个新水平。与传统CCD相比，SuperCCD有两点根本的不同。它的像素单元呈八角形，并且像素单元阵列排列呈45度角，整个CCD上的像素排列如蜂窝状。所以有人称之

8、为“蜂窝状的CCD”。虽然看起来只是一点形状上小小的改变，但它对CCD的表现却带