揭开相机像素与CCD之间的秘密 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 天极Blog

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2007年10月

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揭开相机像素与CCD之间的秘密

虽然数码相机普及的速度实在太快，但对于数码相机真正了解的人却非常少。由于经常去卖场和经销商沟通，自然有了很多与普通消费者面对面的机会。

“麻烦问一下，这里有800万像素的数码相机吗？”

“怎么才300万像素呀，听说这样的机器拍出来照片效果很差”

“我就是买画质好的数码相机，500万以下的您就别给我介绍了”

　　其实这些只是我选出了一些比较典型的例子，由于消费者对于像素认识上的误区，所以很容易将画质和像素联系在一起，错觉上认为高像素，拍出来的照片就一定清晰，其实不然。

　　对于消费级数码相机来说，特别是强调性价比的家用型数码相机，如果一味的追求高像素，则很可能损失相机本身的功能，例如像变焦、微距、甚至镜头素质，就单一的成像而言，画质的优良与镜头、CCD、数字处理芯片等多个部件都有关系，特别是CCD感光元件，并非是大家想象的那样，像素越高，画质就越清晰，相反，如果在CCD尺寸不变的情况下，像素越高，画质就越不清晰。接下来我们就从原理来给大家分几个点介绍什么是CCD感光元件，像素值多少才最合适。

解析图
CCD究竟是什么？

　　CCD传感器又叫电荷耦合器，它是一种特殊的半导体材料，由大量独立的感光二极管组成，一般按照矩阵形式排列，相当于传统相机的胶卷。

解析图

　　目前，CCD的种类有很多，其中面阵型CCD是主要应用在数码相机中。它是由许多单个感光二极管组成的阵列，整体呈正方形，然后像砌砖一样将这些感光二极管砌成阵列来组成可以输出一定解析度图像的CCD传感器。

解析图

　　它的成像原理是使用感光二极管将光线转换为电荷，当拍摄者对焦完毕按下快门的时候，光线通过打开的快门（目前消费级数码相机基本都是采用电子快门）透过马赛克色块射入在CCD图像传感器上，感光二极管在接受光子的撞击后释放电子，所产生电子的数目与该感光二极管感应到的光成正比。当本次曝光结束之后，每个感光二极管上含有不同数量的电子，而我们在显示器上面看到的数码图像就是通过电子数量的多与少来进行表示和储存，然后控制电路从CCD中读取图像，进行红R、绿G和蓝B三原色合成，并且放大和将其数字化，这些数字信号被存入数码相机的缓存内，最后写入相机的移动存储介质完成数码相片的拍摄。（由于CCD技术发展很快，此成像原理只适用目前大部分消费级数码相机，像索尼4color super HAD CCD等产品的原理都不相同）

SUPER CCD真的很神奇吗？

　　SuperCCD是富士独创的一项CCD技术，至今已经发展到了第五代的SuperCCD。这项CCD技术与前面介绍的普通型CCD最大的不同在于，它改变了矩阵CCD四个原色点合成一个象素点的原理，八边形几何构造和间断排列，使蜂窝状的感光单元能更好的利用了CCD表面空间，在象素相等的情况下获得了更多的信息量。

解析图

　　应该说，采用SUPER CCD技术的富士相机在画质上的确要比普通CCD的相机好，特别是在色彩方面，表现比较突出。但自从富士推出这项技术开始，实际象素和最大输出象素之间的争论就没有停止，特别是在中端民用产品S602和S7000上面体现的更为突出，S7000的插值输出可产生1230万像素，而它的实际像素只达到600万。

评价CMOS是好还是坏？

　　在消费级数码相机中，最高端和最低端的机型中，我们都会发现它们采用的是CMOS感光元件。为什么没有采用大众型的CCD？COMS和CCD两种感光元件究竟有什么不同呢？

评价CMOS是好还是坏

CCD和CMOS传感器的构造图对比

　　CMOS结构相对简单，它与CCD最大的不同在于，CCD是以行为单位的电流信号，而CMOS是以点为单位的电荷信号。相比，CMOS具有敏感度高，解析度高，功率低，高整合度的特性，但由于目前生产技术还不成熟，特别是量产的良品率还比较低，所以高质量的CMOS还只是应用在专业级的数码相机上面。之所以在低端产品中使用COMS，主要由于较小尺寸的COMS，价格比CCD便宜很多，其工艺也很差，从而造成自身反差小，在噪点的控制上和成像质量方面问题很大。

解析图

　　未来COMS要想有所作为，首先要解决的是量产良品率，第二是控制噪点，因为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，这也是很多厂商为寻求产品升级的一个突破口。

为什么说CCD是决定像素的关键？

　　前面我们也说到，CCD在数码相机中的作用就像传统相机中的胶片一样，胶片是通过化学反应，将影像投影出来，而CCD则是由很多“感光单元”构成，它们将经过镜头的光按照强度转换成电讯号。在相同像素的情况下，相机CCD的面积越大，单个感光单元的面积也就越大，其信噪比和感光能力也就越强，成像的质量自然就越好。相反，单个感光单元的面积越小，其信噪比和感光能力也就越弱，成像的质量自然就很差了。

镜头

　　像素数的多与少，决定了一块CCD上有多少个感光单元，也体现了CCD的分辨率。当厂商和经销商正为每提高一个百万像素欢欣雀跃的时候，消费者眼中往往最容易忽略的是CCD的尺寸，而这恰恰很重要。打个的简单比方，如果一个房间内，原来住着4个人，大家住的很舒适，而突然又多出来一个人，也就是说，在面积不变的情况下，住了5个人，那住着有原来舒适吗？答案显然是否定的。那么面积只有1/2.7英寸的CCD上已经排列几百万个像素点，如果想在这样的芯片面积上再增加像素数，就会带来图像信噪比降低、等效感光度降低等大量问题。

　　通常CCD分为四种尺寸，由大到小依次为：APS、2/3英寸、1/1.8英寸、1/2.7英寸。　CCD面积越小，制造成本就越低，通常消费者在使用的时候会明显感觉，CCD面积小的数码相机在光线比较弱的情况下，快门速度会非常慢，在暗部的表现不理想，即便在光线很好的时候，在色彩方面也不能完全的还原，虽然在一定程度上和镜头有关系，但CCD不能摆脱干系。大家如果对这一说法不相信的话，可以拿起自己家里面500万像素以上的数码相机，例如索尼F828、柯达DX7590等，在某一固定位置，设置成最大像素拍一张，再设置成最小像素拍一张，放大局部，对比一下看看图像质量就会明白。

CCD面积肯定是越来越好，但和COMS一样，面积越大，对制造工艺的要求也在提高，成品率也无法保证，所以目前大部分消费级高端数码相机使用的都是2/3英寸的CCD。而800万高像素之风的降温，和CCD的研发停滞有一定关系，估计年内不大有可能有厂商推出800万以上像素的数码相机。

　　插值有意义吗？

　　我想“插值”这个词，出现最多的就是在我们国货数码相机和一些摄像头的广告中。那么究竟何为插值呢？它只是将 CCD 感光元件所形成的实际像素数，利用特定的软件进行一定程度的模糊处理后，在空隙间进行填充，从而增加图像的像素值。它并不是由CCD直接生成，只是通过程序的不断计算之后生成了一个放大图像，放大的图像虽然表面看起来比较平滑、干净，我们从表面参数来看，总像素的确提高了，但CCD所生成的实际像素值在整个过程中没有发生变化。不过更可怕的是，这样的“提高”会对图像本身的质量产生影响，局部放大之后你就会发现，很多细节部分有可能丧失，就好像拔苗助长一样。

这种所谓的文字游戏，有点和光学变焦与数码变焦的道理是一样的，一个是通过镜头的变换来进行图像的远近变化，而另外一个是通过对图像的放大，来实现局部的表现，所以以后看到类似的词语，后面的那个插值数据就没有必要在意了，反正是个摆设。

　　这里还特别提一下前面说到的SUPER CCD技术，由于CCD原理的不同，富士所有采用SUPER CCD的数码相机几乎都会在显著位置标注实际象素和最大输出象素，虽然它也是采用插值放大，来生成最大输出像素，但根据国内某些专业网站的测试，像S602这样实际像素300万，插值输出600万象素的相机，插值图像能和实际像素输出500万相机拍出的图片去媲美，所以采用SUPER CCD技术的富士算是一个插值计算的特例来看待。

作者:小新阅读() 评论() 编辑发表于:2007-08-31 15:27