在我选购数码相机之前

提到数码相机，不得不说到就是数码相机的心脏——感光器件。与传统相机相比，
传统相机使用“胶卷”作为其记录信息的载体，而数码相机的“胶卷”就是其成像
感光器件，而且是与相机一体的，是数码相机的心脏。感光器是数码相机的核
心，也是最关键的技术。数码相机的发展道路，可以说就是感光器的发展道路。
目前数码相机的核心成像部件有两种：一种是广泛使用的CCD（电荷藕合）元件；
另一种是CMOS（互补金属氧化物导体）器件。

电荷藕合器件图像传感器CCD（Charge Coupled Device），它使用一种高感光
度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字
信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因
而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需
要和想像来修改图像。CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。当C
CD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单
位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。

    CCD和传统底片相比，CCD 更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过，人眼
    的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞，分工合作组成
    视觉感应。 CCD经过长达35年的发展，大致的形状和运作方式都已经定型。
    CCD 的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电
    子线路矩阵所组成。目前有能力生产 CCD 的公司分别为：SONY、Philps、
    Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp，大半是日本厂商。

    互补性氧化金属半导体CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）
    和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一
    般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，
    使其在CMOS上共存着带N（带–电） 和 P（带+电）级的半导体，这两个互补
    效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。然而，CMOS的缺点就
    是太容易出现杂点, 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。

 由两种感光器件的工作原理可以看出，CCD的优势在于成像质量好，但是由于制
 造工艺复杂，只有少数的厂商能够掌握，所以导致制造成本居高不下，特别是大
 型CCD，价格非常高昂。同时，这几年来，CCD从30万像素开始，一直发展到现在
 的600万，像素的提高已经到了一个极限。

    在相同分辨率下，CMOS价格比CCD便宜，但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD
    来说要低一些。到目前为止，市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都
    使用CCD作为感应器；CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上，若有
    哪家摄像头厂商生产的摄想头使用CCD感应器，厂商一定会不遗余力地以其作
    为卖点大肆宣传，甚至冠以“数码相机”之名。一时间，是否具有CCD感应器变
    成了人们判断数码相机档次的标准之一。

    CMOS影像传感器的优点之一是电源消耗量比CCD低，CCD为提供优异的影像品质，
    付出代价即是较高的电源消耗量，为使电荷传输顺畅，噪声降低，需由高压差
    改善传输效果。但CMOS影像传感器将每一画素的电荷转换成电压，读取前便将
    其放大，利用3.3V的电源即可驱动，电源消耗量比CCD低。CMOS影像传感器的
    另一优点，是与周边电路的整合性高，可将ADC与讯号处理器整合在一起，使
    体积大幅缩小，例如，CMOS影像传感器只需一组电源，CCD却需三或四组电源，
    由于ADC与讯号处理器的制程与CCD不同，要缩小CCD套件的体积很困难。但目前
    CMOS影像传感器首要解决的问题就是降低噪声的产生，未来CMOS影像传感器是
    否可以改变长久以来被CCD压抑的宿命，往后技术的发展是重要关键。

对于数码相机来说，影像感光器件成像的因素主要有两个方面：一是感光器件的面积；
二是感光器件的色彩深度。

    感光器件面积越大，成像较大，相同条件下，能记录更多的图像细节，各像素间
    的干扰也小，成像质量越好。但随着数码相机向时尚小巧化的方向发展，感光器
    件的面积也只能是越来越小。

    除了面积之外，感光器件还有一个重要指标，就是色彩深度，也就是色彩位，就
    是用多少位的二进制数字来记录三种原色。非专业型数码相机的感光器件一般是
    24位的，高档点的采样时是30位，而记录时仍然是24位，专业型数码相机的成像
    器件至少是36位的，据说已经有了48位的CCD。对于24位的器件而言，感光单元能
    记录的光亮度值最多有2^8=256级，每一种原色用一个8位的二进制数字来表示，
    最多能记录的色彩是256x256x256约16,77万种。对于36位的器件而言，感光单元
    能记录的光亮度值最多有2^12=4096级，每一种原色用一个12位的二进制数字来表
    示，最多能记录的色彩是4096x4096x4096约68.7亿种。举例来说，如果某一被摄
    体，最亮部位的亮度是最暗部位亮度的400倍，用使用24位感光器件的数码相机来
    拍摄的话，如果按低光部位曝光，则凡是亮度高于256备的部位，均曝光过度，层
    次损失，形成亮斑，如果按高光部位来曝光，则某一亮度以下的部位全部曝光不足，
    如果用使用了36位感光器件的专业数码相机，就不会有这样的问题。

 CCD是1969年由美国的贝尔研究室所开发出来的。进入80年代，CCD影像传感器虽然有
 缺陷，由于不断的研究终于克服了困难，而于80年代后半期制造出高分辨率且高品质
 的CCD。到了90年代制造出百万像素之高分辨率CCD，此时CCD的发展更是突飞猛进，
 算一算CCD 发展至今也有二十多个年头了。进入90年代中期后，CCD技术得到了迅猛发
 展，同时，CCD的单位面积也越来越小。但为了在CCD面积减小的同时提高图像的成像
 质量，SONY与1989年开发出了SUPER HAD CCD，这种新的感光器件是在CCD面积减小的
 情况下，依靠CCD组件内部放大器的放大倍率提升成像质量。以后相继出现了NEW STR
 UCTURE CCD、EXVIEW HAD CCD、四色滤光技术（专为SONY F828所应用）。而富士数码
 相机则采用了超级CCD（Super CCD）、Super CCD SR。

    对于CMOS来说，具有便于大规模生产，且速度快、成本较低，将是数字相机关键器
    件的发展方向。目前，在CANON等公司的不断努力下，新的CMOS器件不断推陈出新，
    高动态范围CMOS器件已经出现，这一技术消除了对快门、光圈、自动增益控制及伽
    玛校正的需要，使之接近了CCD的成像质量。另外由于CMOS先天的可塑性，可以做出
    高像素的大型CMOS感光器而成本却不上升多少。相对于CCD的停滞不前相比，CMOS作
    为新生事物而展示出了蓬勃的活力。作为数码相机的核心部件，CMOS感光器以已经
    有逐渐取代CCD感光器的趋势，并有希望在不久的将来成为主流的感光器。

CCD尺寸   
  
   
    说到CCD的尺寸，其实是说感光器件的面积大小，这里就包括了CCD和CMOS。感光器件的
    面积大小，CCD/CMOS面积越大，捕获的光子越多，感光性能越好，信噪比越低。CCD/CMOS
    是数码相机用来感光成像的部件，相当于光学传统相机中的胶卷。

    CCD上感光组件的表面具有储存电荷的能力，并以矩阵的方式排列。当其表面感受到光线时，
    会将电荷反应在组件上，整个CCD上的所有感光组件所产生的信号，就构成了一个完整的画面。

    如果分解CCD，你会发现CCD的结构为三层，第一层是“微型镜头”，第二层是“分色滤色片
    ”以及第三层“感光层”。

    第一层“微型镜头”

    我们知道，数码相机成像的关键是在于其感光层，为了扩展CCD的采光率，必须扩展单一像素
    的受光面积。但是提高采光率的办法也容易使画质下降。这一层“微型镜头”就等于在感光层
    前面加上一副眼镜。因此感光面积不再因为传感器的开口面积而决定，而改由微型镜片的表
    面积来决定。

    第二层是“分色滤色片”

    CCD的第二层是“分色滤色片”，目前有两种分色方式，一是RGB原色分色法，另一个则是CMYK补
    色分色法这两种方法各有优缺点。首先，我们先了解一下两种分色法的概念，RGB即三原色分色
    法，几乎所有人类眼镜可以识别的颜色，都可以通过红、绿和蓝来组成，而RGB三个字母分别就
    是Red, Green和Blue，这说明RGB分色法是通过这三个通道的颜色调节而成。再说CMYK，这是由
    四个通道的颜色配合而成，他们分别是青（C）、洋红(M)、黄(Y)、黑(K)。在印刷业中，CMYK
    更为适用，但其调节出来的颜色不及RGB的多。

    原色CCD的优势在于画质锐利，色彩真实，但缺点则是噪声问题。因此，大家可以注意，一般采
    用原色CCD的数码相机，在ISO感光度上多半不会超过400。相对的，补色CCD多了一个Y黄色滤色
    器，在色彩的分辨上比较仔细，但却牺牲了部分影像的分辨率，而在ISO值上，补色CCD可以容忍
    较高的感光度，一般都可设定在800以上

    第三层：感光层

    CCD的第三层是“感光片”，这层主要是负责将穿过滤色层的光源转换成电子信号，并将信号传送
    到影像处理芯片，将影像还原。

    传统的照相机胶卷尺寸为35mm，35mm为对角长度，35mm胶卷的感光面积为36 x 24mm。换算到数
    码相机，对角长度约接近35mm的，CCD/CMOS尺寸越大。在单反数码相机中，很多都拥有接近35mm
    的CCD/CMOS尺寸，例如尼康德D100，CCD/CMOS尺寸面积达到23.7 x 15.6，比起消费级数码相机要
    大很多，而佳能的EOS-1Ds的CMOS尺寸为36 x 24mm，达到了35mm的面积，所以成像也相对较好。

    现在市面上的消费级数码相机主要有2/3英寸、1/1.8英寸、1/2.7英寸、1/3.2英寸四种。CCD/CMOS
    尺寸越大，感光面积越大，成像效果越好。1/1.8英寸的300万像素相机效果通常好于1/2.7英寸的
    400万像素相机(后者的感光面积只有前者的55%)。而相同尺寸的CCD/CMOS像素增加固然是件好事，
    但这也会导致单个像素的感光面积缩小，有曝光不足的可能。但如果在增加CCD/CMOS像素的同时想
    维持现有的图像质量，就必须在至少维持单个像素面积不减小的基础上增大CCD/CMOS的总面积。目
    前更大尺寸CCD/CMOS加工制造比较困难，成本也非常高。因此，CCD/CMOS尺寸较大的数码相机，价
    格也较高。感光器件的大小直接影响数码相机的体积重量。超薄、超轻的数码相机一般CCD/CMOS尺
    寸也小，而越专业的数码相机，CCD/CMOS尺寸也越大。