一、 CCD

大部分?jǐn)?shù)碼相機(jī)使用的感光元件是CCD（Chagre Couled Device），它的中文名字叫電荷耦合器，是一種特殊的半導(dǎo)體材料。他是由大量獨(dú)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(guò)鏡頭照射到CCD上，并被轉(zhuǎn)換成電荷，每個(gè)元件上的電荷量取決于它所受到的光照強(qiáng)度。當(dāng)你按動(dòng)快門，CCD將各個(gè)元件的信息傳送到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器上，模擬電信號(hào)經(jīng)過(guò)模/數(shù)轉(zhuǎn)換器處理后變成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)以一定格式壓縮后存入緩存內(nèi)，此時(shí)一張數(shù)碼照片誕生了。然后圖像數(shù)據(jù)根據(jù)不同的需要以數(shù)字信號(hào)和視頻信號(hào)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(tài)照相機(jī)，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(wú)法用來(lái)拍攝移動(dòng)的物體，也無(wú)法使用閃光燈。因此在很多場(chǎng)合不適用，不在今天我們討論的范圍里。

另一種是矩陣式CCD，它的每一個(gè)光敏元件代表圖象中的一個(gè)像素，當(dāng)快門打開(kāi)時(shí)，整個(gè)圖象一次同時(shí)曝光。通常矩陣式CCD用來(lái)處理色彩的方法有兩種。一種是將彩色濾鏡嵌在CCD矩陣中，相近的像素使用不同顏色的濾鏡。典型的有G-R-G-B和C-Y-G-M兩種排列方式。這兩種排列方式成像的原理都是一樣的。在記錄照片的過(guò)程中，相機(jī)內(nèi)部的微處理器從每個(gè)像素獲得信號(hào)，將相鄰的四個(gè)點(diǎn)合成為一個(gè)像素點(diǎn)。該方法允許瞬間曝光，微處理器能運(yùn)算地非常快。這就是大多數(shù)數(shù)碼相機(jī)CCD的成像原理。因?yàn)椴皇峭c(diǎn)合成，其中包含著數(shù)學(xué)計(jì)算，因此這種CCD最大的缺陷是所產(chǎn)生的圖象總是無(wú)法達(dá)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(nèi)置光柵來(lái)過(guò)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(gè)高分辨率、色彩精確的圖象。如300萬(wàn)像素的相機(jī)就是由三塊300萬(wàn)像素的CCD來(lái)感光。也就是可以做到同點(diǎn)合成，因此拍攝的照片清晰度相當(dāng)高。該方法的主要困難在于其中包含的數(shù)據(jù)太多。在你照下一張照片前，必須將存儲(chǔ)在相機(jī)的緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)清除并存盤。因此這類相機(jī)對(duì)其他部件的要求非常高，其價(jià)格自然也非常昂貴。

三、 CMOS

我們對(duì)CMOS的認(rèn)識(shí)是從去年佳能公司發(fā)布EOS D30的準(zhǔn)專業(yè)級(jí)數(shù)碼機(jī)身開(kāi)始的。當(dāng)時(shí)許多業(yè)內(nèi)人士都大吃一驚，對(duì)采用這種廉價(jià)的材料來(lái)做感光元件感到不可思議，認(rèn)為CMOS的成像質(zhì)量無(wú)法滿足較高要求的專業(yè)用戶的需要。那用CMOS做的感光元件在成像質(zhì)量上真的一無(wú)是處嗎？還是讓我們先來(lái)了解一下什么是CMOS吧。CMOS（Complementary metal-Oxide-Semiconductor Transistor）即互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體，其在微處理器、閃存和ASIC（特定用途集成電路）的半導(dǎo)體技術(shù)上占有絕對(duì)重要的地位。CMOS和CCD一樣都可用來(lái)感受光線變化的半導(dǎo)體。CMOS主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，通過(guò)CMOS上帶負(fù)電和帶正電的晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)基本的功能的。這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀(jì)錄和解讀成影像。

CMOS針對(duì)CCD最主要的優(yōu)勢(shì)就是非常省電。不像由二極管組成的CCD，CMOS 電路幾乎沒(méi)有靜態(tài)電量消耗，只有在電路接通時(shí)才有電量的消耗。這就使得CMOS的耗電量只有普通CCD的1/3左右，這有助于改善人們心目中數(shù)碼相機(jī)是電老虎的不良印象。我們知道在佳能EOS系列AF相機(jī)上，CMOS一直在測(cè)光對(duì)焦系統(tǒng)中使用。佳能在這方面有雄厚的技術(shù)力量和豐富的經(jīng)驗(yàn)。發(fā)展到今日已經(jīng)比較容易地以較低的成本制造較大大尺寸的CMOS感光芯片，并且CMOS可以將影像處理電路集成在芯片上。CMOS主要問(wèn)題是在處理快速變化的影像時(shí)，由于電流變化過(guò)于頻繁而過(guò)熱。暗電流抑制得好就問(wèn)題不大，如果抑制得不好就十分容易出現(xiàn)雜點(diǎn)。D30有專門的回路控制暗電流，在長(zhǎng)于1秒的曝光時(shí)降噪系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)工作，可以從很大程度上降低噪點(diǎn)的產(chǎn)生。

此外，CMOS與CCD的圖像數(shù)據(jù)掃描方法有很大的差別。舉個(gè)例子，如果分辨率為300萬(wàn)像素，那么CCD傳感器可連續(xù)掃描300萬(wàn)個(gè)電荷，掃描的方法非常簡(jiǎn)單，就好像把水桶從一個(gè)人傳給另一個(gè)人，并且只有在最后一個(gè)數(shù)據(jù)掃描完成之后才能將信號(hào)放大。CMOS傳感器的每個(gè)像素都有一個(gè)將電荷轉(zhuǎn)化為電子信號(hào)的放大器。因此，CMOS傳感器可以在每個(gè)像素基礎(chǔ)上進(jìn)行信號(hào)放大，采用這種方法可節(jié)省任何無(wú)效的傳輸操作，所以只需少量能量消耗就可以進(jìn)行快速數(shù)據(jù)掃描，同時(shí)噪音也有所降低。這就是佳能的像素內(nèi)電荷完全轉(zhuǎn)送技術(shù)。

通過(guò)INTERNET查看了大量由Canon EOS D30所拍攝的照片，發(fā)現(xiàn)CMOS的成像效果一點(diǎn)也不比傳統(tǒng)CCD差。這種能耗低、制造相對(duì)容易的感光芯片如果能在影像的銳利度、動(dòng)態(tài)范圍等方面再做進(jìn)一步的努力，相信CMOS是未來(lái)數(shù)碼相機(jī)的發(fā)展方向。

CMOS相對(duì)于CCD的最主要優(yōu)勢(shì)在于它非常省電。它幾乎沒(méi)有靜態(tài)電量消耗，只有在電路接通時(shí)才耗電。CMOS的耗電量只有普通CCD的1/3左右。CMOS結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成品率高，制造成本低，CMOS價(jià)格比CCD更具有優(yōu)勢(shì)。與CCD技術(shù)相比，CMOS是標(biāo)準(zhǔn)工藝，可利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體設(shè)備生產(chǎn)，不需要額外的投資設(shè)備，且品質(zhì)可隨著半導(dǎo)體技術(shù)的提升而進(jìn)步。

CMOS傳感器的最大優(yōu)勢(shì)，具有高度系統(tǒng)整合能力。它擁有所有圖像傳感器所需的功能，例如垂直位移、水平位移暫存器、時(shí)序控制、CDS、ADC等都可集成在一片晶片上，使CMOS傳感器成為移動(dòng)、多功能數(shù)字產(chǎn)品的理想的選擇。

但CMOS技術(shù)也存在弱點(diǎn)，如對(duì)光線的靈敏度稍低，信噪比也很低，這導(dǎo)致了其在成像質(zhì)量沙鍋內(nèi)難以與CCD抗衡。但新的CMOS技術(shù)不斷推陳出新，高動(dòng)態(tài)范圍CMOS已經(jīng)出現(xiàn)。

四、 Foveon X3

這個(gè)技術(shù)是美國(guó)Foveon公司2005年2月11日公布的。如果按大類算的話，它應(yīng)該歸屬于CMOS圖像感光技術(shù)，但它卻不同于傳統(tǒng)的CMOS。傳統(tǒng)的CMOS都是單像素提供單原色的一種感光技術(shù)，而X3卻是用單像素提供三原色的感光技術(shù)。

X3的感光器如果要用什么東西來(lái)比喻一下，那就非拿銀鹽彩色膠片不可了。這種感光器與銀鹽彩色膠片相似，由三層感光原素垂直疊在一起，據(jù)Foveon聲稱，同等像素的X3圖像感光器比傳統(tǒng)CCD銳利兩倍，并且能提供更豐富的彩色還原度以及避免采用Bayer Pattern傳統(tǒng)感光器所特有的色彩干擾。

此外，這種技術(shù)由于每個(gè)像素都能提供完整的三原色信息，把色彩信號(hào)組合成圖像文件的過(guò)程簡(jiǎn)單很多，降低了對(duì)圖像處理的計(jì)算要求，并且采用CMOS半導(dǎo)體工藝的X3圖像感光器耗電要比傳統(tǒng)CCD小。