數(shù)碼相機感光元件

鏡頭是組成數(shù)字攝像頭的重要組成部分，根據(jù)元件不同分為CCD和CMOS。CCD（Charge Coupled Device，電荷耦合元件）是應(yīng)用在攝影攝像方面的高端技術(shù)元件，CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor，金屬氧化物半導(dǎo)體元件）則應(yīng)用于較低影像品質(zhì)的產(chǎn)品中，它的優(yōu)點是制造成本較CCD更低，功耗也低得多，這也是市場很多采用USB接口的產(chǎn)品無須外接電源且價格便宜的原因。盡管在技術(shù)上有較大的不同，但CCD和CMOS兩者性能差距不是很大，只是CMOS攝像頭對光源的要求要高一些，但該問題已經(jīng)基本得到解決。CCD元件的尺寸多為1/3英寸或者1/4英寸，在相同的分辨率下，宜選擇元件尺寸較大的為好。2100433B

作為手機新型的拍攝功能，內(nèi)置的數(shù)碼相機功能與我們平時所見到的低端的（10萬~130萬像素）數(shù)碼相機相同。與傳統(tǒng)相機相比，傳統(tǒng)相機使用“膠卷”作為其記錄信息的載體，而數(shù)碼相機的“膠卷”就是其成像感光器件，而且是與相機一體的，是數(shù)碼相機的心臟。感光器是數(shù)碼相機的核心，也是最關(guān)鍵的技術(shù)。數(shù)碼相機的核心成像部件有兩種：一種是廣泛使用的CCD（電荷藕合）元件；另一種是CMOS（互補金屬氧化物導(dǎo)體）器件。由于手機中的拍照功能是新興起的，所以用于手機中數(shù)碼相機的感光元件基本上都是CMOS的。

對于數(shù)碼相機來說，影像感光元件成像的因素主要有兩個方面：一是感光元件的面積；二是感光元件的色彩深度。

鏡頭感光元件面積

感光元件面積越大，成像較大，相同條件下，能記錄更多的圖像細節(jié)，各像素間的干擾也小，成像質(zhì)量越好。但隨著數(shù)碼相機向時尚小巧化的方向發(fā)展，感光元件的面積也只能是越來越小。

鏡頭感光元件色彩深度

除了面積之外，感光元件還有一個重要指標，就是色彩深度，也就是色彩位，就是用多少位的二進制數(shù)字來記錄三種原色。非專業(yè)型數(shù)碼相機的感光元件一般是24位的，高檔點的采樣時是30位，而記錄時仍然是24位，專業(yè)型數(shù)碼相機的成像器件至少是36位的，據(jù)說已經(jīng)有了48位的CCD。對于24位的器件而言，感光單元能記錄的光亮度值最多有2^8=256級，每一種原色用一個8位的二進制數(shù)字來表示，最多能記錄的色彩是256x256x256約16,77萬種。對于36位的器件而言，感光單元能記錄的光亮度值最多有2^12=4096級，每一種原色用一個12位的二進制數(shù)字來表示，最多能記錄的色彩是4096x4096x4096約68.7億種。舉例來說，如果某一被攝體，最亮部位的亮度是最暗部位亮度的400倍，用使用24位感光元件的數(shù)碼相機來拍攝的話，如果按低光部位曝光，則凡是亮度高于256備的部位，均曝光過度，層次損失，形成亮斑，如果按高光部位來曝光，則某一亮度以下的部位全部曝光不足，如果用使用了36位感光元件的專業(yè)數(shù)碼相機，就不會有這樣的問題。

數(shù)碼相機的感光度是一種類似于膠卷感光度的一種指標，實際上，數(shù)碼相機的ISO是通過調(diào)整感光器件的靈敏度或者合并感光點來實現(xiàn)的，也就是說是通過提升感光器件的光線敏感度或者合并幾個相鄰的感光點來達到提升ISO的目的。感光器件都有一個反應(yīng)能力，這個反應(yīng)能力是固定不變的，提升數(shù)碼相機的ISO是通過兩種方式實現(xiàn)的：

1、強行提高每個像素點的亮度和對比度；

2、使用多個像素點共同完成原來只要一個像素點來完成的任務(wù)。

在拍攝活動中改變數(shù)碼相機的感光度并不需要更換膠卷，只需調(diào)節(jié)相機ISO值即可，數(shù)碼相機是怎樣實現(xiàn)可隨意調(diào)節(jié)ISO的呢？相信這是令很多數(shù)碼愛好者費解的問題，為了說清楚這個問題，首先要了解數(shù)碼相機內(nèi)部影像傳感器的信號傳輸原理。

CCD的信號傳輸原理

當光線透過鏡頭射到CCD上，相應(yīng)強度的電荷量就會被蓄積在感光電極之下，單位存儲電荷量的多少取決于單位感光單元受到光照的強弱，當我們按下快門釋放開關(guān)時，各單位上的影像電信號被傳輸給模數(shù)信號處理組件（ADC/CDS），這一切動作都必須受到相機內(nèi)部影像處理器的脈沖操控，通常被分成相互傳遞型和單一傳遞型兩種傳輸方式。

由兩種感光元件的工作原理可以看出，CCD的優(yōu)勢在于成像質(zhì)量好，但是由于制造工藝復(fù)雜，只有少數(shù)的廠商能夠掌握，所以導(dǎo)致制造成本居高不下，特別是大型CCD，價格非常高昂。同時，這幾年來，CCD從30萬像素開始，一直發(fā)展到600萬，像素的提高已經(jīng)到了一個極限。

在相同分辨率下，CMOS價格比CCD便宜，但是CMOS器件產(chǎn)生的圖像質(zhì)量相比CCD來說要低一些。市面上絕大多數(shù)的消費級別以及高端數(shù)碼相機都使用CCD作為感應(yīng)器；CMOS感應(yīng)器則作為低端產(chǎn)品應(yīng)用于一些攝像頭上，若有哪家攝像頭廠商生產(chǎn)的攝想頭使用CCD感應(yīng)器，廠商一定會不遺余力地以其作為賣點大肆宣傳，甚至冠以“數(shù)碼相機”之名。一時間，是否具有CCD感應(yīng)器變成了人們判斷數(shù)碼相機檔次的標準之一。

CMOS影像傳感器的優(yōu)點之一是電源消耗量比CCD低，CCD為提供優(yōu)異的影像品質(zhì)，付出代價即是較高的電源消耗量，為使電荷傳輸順暢，噪聲降低，需由高壓差改善傳輸效果。但CMOS影像傳感器將每一畫素的電荷轉(zhuǎn)換成電壓，讀取前便將其放大，利用3.3V的電源即可驅(qū)動，電源消耗量比CCD低。CMOS影像傳感器的另一優(yōu)點，是與周邊電路的整合性高，可將ADC與訊號處理器整合在一起，使體積大幅縮小，例如，CMOS影像傳感器只需一組電源，CCD卻需三或四組電源，由于ADC與訊號處理器的制程與CCD不同，要縮小CCD套件的體積很困難。但CMOS影像傳感器首要解決的問題就是降低噪聲的產(chǎn)生，未來CMOS影像傳感器是否可以改變長久以來被CCD壓抑的宿命，往后技術(shù)的發(fā)展是重要關(guān)鍵。