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[相机]成像器件CCD常识 [复制链接]

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离线木鱼
 

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只看楼主 倒序阅读 我要置顶 楼主  发表于: 2011-06-03
— 本帖被 mydigit 从 数码相机维修 移动到本区(2014-06-30) —



CCD,是英文Charge Coupled Device 即电荷耦合器件的缩写,它是一种特殊半导体器件,上面有很多一样的感光元件,每个感光元件叫一个像素。CCD在摄像机里是一个极其重要的部件,它起到将光线转换

1、数码相机根据光电转换器件的不同分为那几类?
答:数码相机与使用胶卷的传统相机的最大不同,是数码相机采用光电转换器件“感光”成像,而不同于胶卷感光成像。现在数码相机用的光电转换器件有CCD和CMOS两大类。 CCD为“电荷耦合器件”英文Charge Couple Device的缩写。CMOS为“互补金属氧化物半导体”英文Complementary Metal-Oxide Semiconductor的缩写。CMOS成像芯片用于数码相机始于1997年。

2、既然CCD与CMOS都是感光传感器,为何价格如此悬殊,它们之间到底有何区别?
答:CCD是目前比较成熟的成像器件,CMOS被看作未来的成像器件。因为CMOS结构相对简单,与现有的大规模集成电路生产工艺相同,从而生产成本可以降低。从原理上,CMOS的信号是以点为单位的电荷信号,而CCD是以行为单位的电流信号,前者更为敏感,速度也更快,更为省电。现在高级的CMOS并不比一般CCD差,但是CMOS工艺还不是十分成熟,普通的 CMOS 分辨率低而成像较差,太容易出现杂点。这主要是因为早期的设计使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。目前的情况是,许多低档入门型的数码相机使用廉价的低档CMOS芯片,成像质量比较差。普及型、高级型及专业型数码相机使用不同档次的CCD,个别专业型或准专业型数码相机使用高级的CMOS芯片。代表成像技术未来发展的X3芯片实际也是一种CMOS芯片。

3、什么是超级CCD?
答:传统彩色CCD感光单元及滤色镜的排列是方形的,以G-R-G-B型CCD为例,可以简单的理解为4个感光单元的中心点构成一个“像素点”,这样,每个感光单元的光值都是复用的,使用了4次(边缘部位除外),每4个感光单元计算出4个像素。在超级CCD上,感光单元的排列是交叉的,即每三个感光单元的中心构成一个“像素点”。这种计算方法,每个感光单元的光值复用了6次,感光单元又只有3类,所以,虽然感光单元没有增加,产生的像素数却多了一倍。应该说,这种计算方法,是相当科学的,并没有故弄玄虚,但由于光值仍然是复用的,说它因排列方式的改变而比传统CCD提高了成像锐度是没有根据的。

4、关于CCD逐行扫描与隔行扫描的区别?
答:隔行、逐行只是数据处理方式的不同,隔行技术源于早期电视技术,是先提取奇数行的数据形成图像轮廓,再用偶数行数据补充,因那时的技术限制,数据处理速度跟不上,就采取隔行方式,用于连续图像,可以先把画面轮廓送到观众面前。由于不是连续扫描,若成像过程中被摄体移动,就会出现错位。 如果数据采集速度慢,逐行扫描的CCD拍摄动体也会出现扭曲,反之,如果数据采集速度足够快,隔行扫描也没有什么问题,这一点可以从使用隔行扫描CCD的索尼 DSC-S70优良的成像得到证实,所以,尽管从技术层面来讲逐行扫描CCD是好一些,但从日本的相关资料了解到,由于同样大小CCD像素的不断增加,CCD中传送信号的通路无法适应逐行扫描得到的一次性的大量的数据,会造成图象处理速度的下降。因此在高像素的数码相机中隔行扫描的技术的应用越来越多。至于隔行扫描会造成的错位问题,已经得到了解决,解决的办法是利用机械快门的运动。考虑到其它因素对成像的影响远大于此,故个人用户购买数码相机时完全可以不予重视CCD是隔行扫描还是逐行扫描。

5、为什么同样像素的CCD面积大小不同呢?
答:首先要区分成像的“像素”和物理的“感光单元”两个概念,数字图像的“像素”是无所谓面积的,它没有物理尺寸,CCD构成中有物理尺寸的是感光单元,它是将经滤镜过滤后的光的强度转换成电讯号的器件。数码照片的“像素”和CCD的感光单元并不是简单的一一对应,成像算法不同,对应关系也不同,所以,相同分辨率(像素数)的CCD有面积大小之分。

6、CCD面积对数码相机成像质量有什么影响?
答:一般说来,如果分辨率相同,生产工艺相同,面积大的CCD成像效果更好一些,因为大的成像面积可以使用更大口径、更长焦距、更大通光量的镜头,降低对镜头分辨率的要求(对镜头畸变的要求更高了),减少光线干涉、衍射对成像的影响,提高信噪比。

7、CCD的物理分辨率能代表CCD的成像质量吗?
答:CCD的物理分辨率不能完全代表CCD的成像质量,影响成像质量的因素很多。每个感光单元感光时的噪音干扰、电源干扰、数据随机分散性、滤色镜的色纯度等等,都会影响成像的质量,需要专门的电路设计、材料设计以及工艺控制来解决。

8、什么是插值像素?它能代表CCD实际像素吗?
答: “插值”最初是电脑的术语,后来引用到数码图像上来。图像放大时,像素也相应地增加,但这些增加的像素从何而来?“插值”程序会自动选择信息较好的像素作为增加的像素,而并非只使用临近的像素,所以在放大图像时,图像看上去会比较平滑、干净――但必须注意的是插值并不能增加图像信息。例如:一张照片中,人因为距离比较远,在照片上只有一个白点,但当图像插值放大时,这个人还是白点,只是比以前稍微大了些。

9、为什么CCD分辨率会高于相机最大成像分辨率?
答:这是因为,CCD作为感光器件,CCD边缘的像素点在拍摄时,由于边缘光的影响,一般会出现一定的偏色和眩晕,数码相机在CCD像素大于图象拍摄像素时,会自动切除边缘像素,从而去除眩晕和偏色,边缘切除越多,对成像的清晰率等越好。所以追求品质的厂家一般都用远高于拍摄图象的最大像素的CCD。

10、用LCD取景时,强光照射对CCD有害么?
答:用LCD取景时,快门处于打开状态,此时强光照射对CCD有潜在威胁。

11、数码相机的坏点和噪点有什么区别?
答:数码相机的成像元件(CCD或CMOS,目前一般指CCD)一般有数百万个感光单元,如果其中某个感光单元损坏,不能成像,即成为坏点---Dead Pixel。数码摄影和传统相机不同,传统相机拍摄时很少因电子零件产生的杂讯干扰影响拍摄品质。但是数码摄影的杂讯产生环境就复杂多了,从操作过程中机体升温效应,CCD上的残留能量以致于机身零件本身,甚至来自外界的电磁波干扰都有可能会在画面上形成杂色的斑点,此为噪点---hot pixel。

12、如何测试数码相机的坏点和噪点?
答:检测相机时,盖上镜头盖拍摄,理论上图像应该是纯黑色,若有斑点即是坏点或噪点。坏点总在画面的固定位置,而且无论使用怎样的曝光组合或怎样的感光度,始终存在。噪点在一般情况下并不存在(除非相机质量过于低劣),随着曝光时间延长、感光度(ISO)调高或相机温度升高(长时间开机)而增加。数码相机的LCD也可能有坏点,无论是菜单操作还是浏览图像,也无论用什么比例浏览,在LCD上始终存在的点是LCD的坏点。LCD一般没有所谓的噪点。

13、CCD有坏点怎么办?能修好吗?
答:拍摄夜景时或盖上镜头盖长时间曝光时,影像上的色点不一定都是CCD坏点,有的是噪点,CCD温度降低后会有改善,通过固件(Firmware)升级有的也能改善。如果CCD真的有坏点可以说是无法维修的,因为那是CCD的硬件问题,对CCD的某个成像单元进行维修几乎是不可能的,也是不经济的,只有换相机或换CCD。

14、如果数码相机长时间地对着固定的对象,会在CCD上留下记忆,形成不能去除的阴影吗?
答:不会,但对着阳光、强烈的灯光等,可能会损坏成像系统。

15、为什么数码相机很少有黑白模式?
答:单独来说,获取黑白的数码图像的确不难,在CCD感光时,记录下每个感光单元的光度值,组合起来就是一幅黑白的数码图像,但让一个CCD同时兼容彩色和黑白模式就没那么简单了。为了记录色彩,人们在CCD感光单元前面设置了彩色滤色镜,为了让滤色镜和感光单元能很好的相对定位,滤色镜往往要紧贴在CCD表面,甚至直接在CCD上涂色,所以,数码相机的黑白模式只能是经过软件转换结果。这样的图像难以具备黑白图像应有的犀利和质感,失去了艺术魅力。
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