數(shù)碼相機的發(fā)展真可謂一日千里，近來各種新的感光技術(shù)紛紛涌現(xiàn)。很多數(shù)碼相機生產(chǎn)廠商大肆宣揚自己的產(chǎn)品像素有多少多少高，畫質(zhì)怎么怎么好。顧客在選購數(shù)碼相機時也比較困惑，心里沒底。為了讓大家對目前市場上常見的三種數(shù)碼相機感光芯片—— CCD、SUPER CCD、CMOS有一個大概的了解，我們對這三種感光元件做了個總結(jié)，歡迎各位讀者和我們進行探討。大部分數(shù)碼相機使用的感光元件是 CCD（Chagre Couled Device），它的中文名字叫電荷耦合器，是一種特殊的半導體材料。他是由大量獨立的光敏元件組成，這些光敏元件通常是按矩陣排列的。 光線透過鏡頭照射到 CCD上，并被轉(zhuǎn)換成電荷，每個元件上的電荷量取決于它所受到的光照強度。當你按動快門，CCD 將各個元件的信息傳送到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器上，模擬電信號經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器處理后變成數(shù)字信號，數(shù)字信號以一定格式壓縮后存入緩存內(nèi)，此時一張數(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)字信號和視頻信號的方式輸出。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，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，無法用來拍攝移動的物體，也無法使用閃光燈。因此在很多場合不適用，不在今天我們討論的范圍里。 另一種是矩陣式 CCD，它的每一個光敏元件代表圖象中的一個像素，當快門打開時，整個圖象一次同時曝光。通常矩陣式CCD用來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。在記錄照片的過程中，相機內(nèi)部的微處理器從每個像素獲得信號，將相鄰的四個點合成為一個像素點。該方法允許瞬間曝光，微處理器能運算地非?？?。 這就是大多數(shù)數(shù)碼相機 CCD的成像原理。因為不是同點合成，其中包含著數(shù)學計算，因此這種 CCD最大的缺陷是所產(chǎn)生的圖象總是無法達到如刀刻般的銳利。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)置光柵來過濾出某一種三原色，然后使用三塊CCD分別感光。這些圖象再合成出一個高分辨率、色彩精確的圖象。如300萬像素的相機就是由三塊300萬像素的CCD來感光。也就是可以做到同點合成，因此拍攝的照片清晰度相當高。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，必須將存儲在相機的緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)清除并存盤。因此這類相機對其他部件的要求非常高，其價格自然也非常昂貴。 SUPER CCD 是由富士公司獨家推出的，它并沒有采用常規(guī)正方形二極管，而是使用了一種八邊形的二極管，像素是以蜂窩狀形式排列，并且單位像素的面積要比傳統(tǒng)的 CCD大。將像素旋轉(zhuǎn)45度排列的結(jié)果是可以縮小對圖像拍攝無用的多余空間，光線集中的效率比較高，效率增加之后使感光性、信噪比和動態(tài)范圍都有所提高。富士公司宣稱，SUPER CCD 可以實現(xiàn)相當于ISO 800的高感度，信噪比比以往增加30左右，顏色的再現(xiàn)也大幅改善，電量消耗減少了許多。富士公司宣稱SUPER CCD可與多40%像素的傳統(tǒng)CCD的分辨率相媲美，SUPRE CCD 打破了以往CCD 有效像素小于總像素的金科玉律，可以在 240萬像素的 SUPER CCD上輸出430萬像素的畫面來。因此，富士公司和他們的SUPER CCD一推出即在業(yè)界引起了廣泛的關(guān)注。 在傳統(tǒng) CCD上為了增加分辨率，大多數(shù)數(shù)碼相機生產(chǎn)廠商對民用級產(chǎn)品采取的辦法是不增大 CCD尺寸，降低單位像素面積，增加像素密度。我們知道單位像素的面積越小，其感光性能越低，信噪比越低，動態(tài)范圍越窄。因此這種方法不能無限制地增大分辨率。如果不增加CCD 面積而一味地提高分辨率，只會引起圖象質(zhì)量的惡化。但如果在增加CCD 像素的同時想維持現(xiàn)有的圖象質(zhì)量，就必須在至少維持單位像素面積不減小的基礎(chǔ)上增大CCD 的總面積。但目前更大尺寸CCD加工制造比較困難，成品率也比較低，因此成本也一直降不下來。 傳統(tǒng)CCD中的每個像素由一個二極管、控制信號路徑和電量傳輸路徑組成。SUPER CCD采用蜂窩狀的八邊二極管，原有的控制信號路徑被取消了，只需要一個方向的電量傳輸路徑即可，感光二極管就有更多的空間。SUPER CCD在排列結(jié)構(gòu)上比普通CCD要緊密，此外像素的利用率較高，也就是說在同一尺寸下，SUPER CCD的感光二極管對光線的吸收程度也比較高，使感光度、信噪比和動態(tài)范圍都有所提高。  那為什么SUPER CCD的輸出像素會比有效像素高呢？我們知道CCD對綠色不很敏感，因此是以G－B－R－G來合成。各個合成的像素點實際上有一部分真實像素點是共用，因此圖象質(zhì)量與理想狀態(tài)有一定差距，這就是為什么一些高端專業(yè)級數(shù)碼相機使用3CCD 分別感受RGB三色光的原因。而SUPER CCD通過改變像素之間的排列關(guān)系，做到了R、G、B像素相當，在合成像素時也是以三個為一組。因此傳統(tǒng)CCD 是四個合成一個像素點，其實只要三個就行了，浪費了一個，而SUPER CCD就發(fā)現(xiàn)了這一點，只用三個就能合成一個像素點。也就是說，CCD每4個點合成一個像素，每個點計算4次；SUPER CCD每3個點合成一個像素，每個點也是計算4次，因此SUPER CCD 像素的利用率較傳統(tǒng)CCD高，生成的像素就多了。  科學是要以事實來說話的，再有道理的理論沒有事實基礎(chǔ)還是一句空話。經(jīng)過我們反復對富士SUPER CCD的幾款民用級數(shù)碼相機試拍后發(fā)現(xiàn)，至少對民用級的SUPER CCD來說，在其最大分辨率的圖象質(zhì)量并沒有人們想象地那么好。除了色彩還原比較艷麗外，我們可以在藍天和暗部細節(jié)發(fā)現(xiàn)有明顯的噪音信號，成像清晰度一般。這就說明240萬像素的民用級SUPER CCD無法達到其標稱的430萬輸出像素。那么240萬像素的SUPER CCD到底相當于多少像素的CCD呢？根據(jù)上一段的陳述，我認為SUPER CCD對像素的利用率比CCD高33％，因此其輸出像素也應(yīng)該比CCD高33％。富士FINEPIX 4900的總像素為240萬像素，根據(jù)我的估算，它的輸出像素大概相當于320萬（240×133％＝320萬）。而4900標稱的輸出尺寸是430萬像素，那么這110萬像素是怎么多出來的呢？我想可能是使用了插值技術(shù)。這就可能是為什么我們在以100％的尺寸看SUPER CCD拍攝的照片總不是很清楚的原因了。如果要客觀公正地對待使用SUPER CCD的FINEPIX4900、FINEPIX4700等相機就應(yīng)該將其看作一部320萬像素的數(shù)碼相機。  我們對CMOS的認識是從去年佳能公司發(fā)布EOS D30的準專業(yè)級數(shù)碼機身開始的。當時許多業(yè)內(nèi)人士都大吃一驚，對采用這種廉價的材料來做感光元件感到不可思議，認為CMOS的成像質(zhì)量無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)量上真的一無是處嗎？還是讓我們先來了解一下什么是CMOS吧。CMOS即互補性金屬氧化物半導體，其在微處理器、閃存和ASIC（特定用途集成電路）的半導體技術(shù)上占有絕對重要的地位。CMOS和 CCD一樣都可用來感受光線變化的半導體。CMOS主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體，通過CMOS上帶負電和帶正電的晶體管來實現(xiàn)基本的功能的。這兩個互補效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影像。 CMOS針對CCD最主要的優(yōu)勢就是非常省電。不像由二極管組成的CCD，CMOS電路幾乎沒有靜態(tài)電量消耗，只有在電路接通時才有電量的消耗。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)碼相機是"電老虎"的不良印象。我們知道在佳能 EOS系列AF相機上，CMOS一直在測光對焦系統(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。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主要問題是在處理快速變化的影像時，由于電流變化過于頻繁而過熱。暗電流抑制得好就問題不大，如果抑制得不好就十分容易出現(xiàn)雜點。D30 有專門的回路控制暗電流，在長于1秒的曝光時降噪系統(tǒng)會自動工作，可以從很大程度上降低噪點的產(chǎn)生。 此外，CMOS與CCD 的圖像數(shù)據(jù)掃描方法有很大的差別。舉個例子，如果分辨率為 300萬像素，那么CCD傳感器可連續(xù)掃描300萬個電荷，掃描的方法非常簡單，就好像把水桶從一個人傳給另一個人，并且只有在最后一個數(shù)據(jù)掃描完成之后才能將信號放大。CMOS傳感器的每個像素都有一個將電荷轉(zhuǎn)化為電子信號的放大器。因此，CMOS傳感器可以在每個像素基礎(chǔ)上進行信號放大，采用這種方法可節(jié)省任何無效的傳輸操作，所以只需少量能量消耗就可以進行快速數(shù)據(jù)掃描，同時噪音也有所降低。這就是佳能的像素內(nèi)電荷完全轉(zhuǎn)送技術(shù)。 我們通過INTERNET查看了大量由CANON EOS D30所拍攝的照片，發(fā)現(xiàn) CMOS的成像效果一點也不比傳統(tǒng) CCD差。這種能耗低、制造相對容易的感光芯片如果能在影像的銳利度、動態(tài)范圍等方面再做進一步的努力，相信CMOS是未來數(shù)碼相機的發(fā)展方向。