|
数码相机的原理是通过光学系统将影像聚焦成像在感光元件即电荷藕合器CCD（Charge Couple Device）上，通过ADC（Analog Digital Converter）将每个像素上光电信号转变成数码信号，再经DSP（Digital Singal Processor）处理形成数码影像。在此过程中镜头和CCD是数码相机成像质量的关键，光学镜头经过多年的发展技术已成熟，相比之下目前CCD是整个系统中的瓶颈所在。 CCD芯片分两大类 线型CCD即CCD的感光元件排列在一条直线上。它成像方式是CCD在光学系统成像所在的焦平面上垂直扫过，地到一幅完整的影像。传统的扫描仪都使用这种类型的CCD，因此我们又称它为扫描型CCD。线性CCD的这种工作方式决定了它得到一幅完整的影像需要很长的时间，即嚗光时间很长。自然它就无法用于拍摄动态的物体，另外在嚗光过程中需要一致的光线环境，它也不支持闪光拍摄。虽然有如此重大的缺陷，但线性CCD的感光元件可以做到很高的线密度，这样用线性CCD可以得到极高像素数量的影像，因此它仍然被用于数码相机，拍摄需要超高分辨率的静物影像。典型的例子是Agfa的StudioCam相机，它用三条线性CCD分别感应红蓝绿三色光，每条3648像素，色彩灰度为12位，可得到1640万像素分辨率高达4500*3648的图象，最终的影像容量高达50-100MB。其预扫描时间需要12秒，每一线依精度需要1/15-1/200秒。 面型CCD 又称全幅式CCD,阵列型CCD。面型CCD的嚗光方式有以下三种。 1．单CCD芯片三次嚗光：即通过三色滤镜轮盘分别将红蓝绿三色光投射在CCD上，三次采集后合成得到影像。这种方式得到的影像质量很高，但三次嚗光，不能用于拍摄动态影像。 2．三CCD一次嚗光：三个CCD芯片，分别感应红绿蓝三色光（或其中两片感应绿色光，另一片感应红蓝光），自然光通过分光棱镜系统将三色光分别投影在CCD上，一次嚗光得到完整影像。这种方式得到的影像质量和单芯片三次嚗光一样，而一次嚗光可拍摄动态影像.缺点是三CCD的成本很高，分光棱镜的制作技术难度也很大。 3.单CCD芯片一次嚗光：CCD上组合排列感应三种色光的像素，一次嚗光后得到影像，由于人眼对绿色最为敏感，通常CCD上的感绿色像素最多。这种方式的影像质量最低，但受成本的限制和对动态影像的拍摄要求，市面上主流产品大都采用单CCD芯片一次嚗光。 影响面型CCD成像质量的因素 1．光电感应元件数量，即我们通常所说的像素数量 这是影响成像质量的主要指标，像素越多，则最终图象的像素数就越多，图象的分辨率就越高。要注意的是并不是CCD上的所有像素都参与成像，其中一部分像素用于测光，自动聚焦和自动调整白平衡，所以相机的最高分辨率决定于CCD上的有效像素数量（这个数值有的用“像素生成”数值来表示）。目前面型CCD最高像素是柯达的DCS Pro Back采用的CCD，1600万像素，可得到最高分辨率4000*4000的优质影像，这样的CCD由于价格昂贵，一般都用于制作专业中大幅面相机的数字背板，或用于航拍等。 2． CCD芯片的幅面尺寸 从相机成像的原理来说，光学系统聚焦影像时的焦平面越小，则成像过程中丢失的细节就越多，得到的影像放大后细部过渡就可能有突变的现象，显得不自然。受成本的限制，目前主流数码相机的CCD芯片尺寸多为1/2英寸，新上市的300万像素产品也多为1/1.8英寸CCD。远小于高档的专业数码相机的CCD芯片尺寸（多为2/3英寸以上），这样即便是相同像素，专业产品的图像细部明显比主流产品细腻自然。 3．CCD芯片的像素排列方式 由于CCD上的感光单元要按照生产工艺整齐放置，而不幸人眼对这种图象的排列模式又十分敏感，在影像放大到一定程度可看到颗粒时能轻易地分辨出CCD固定的排列模式，尤其在色调变化剧烈的位置，每一个像素都可以看清。这是数码影像明显弱于传统影像的地方（胶片上的感光卤化银颗粒很小，且排列是随机分布的）。这个问题从硬件上解决就只有增加像素，提高分辨率，使图像放大后也不容易看到其中的点；另外就是在CCD捕捉图像后使用乱序算法进行后期处理，使图像柔化从而变得自然。CCD上的像素排列方式也影响成像的分辨率，因为不同的像素排列方式对应不同的插值算法，一定程度上可以提高最终的输出分辨率（富士FinePix S1 Pro采用蜂巢状排列的SuperCCD,340万像素可插值输出600万像素的影像），当然，这不能从根本上改变图像的质量。 4．CCD的颜色采集 这方面CCD比胶片有较大的优势。胶片因为各个感光层之间不可避免的相互影响会导致偏色现象，而CCD在采集颜色时是红绿蓝三色分别取样的，相互之间没有干扰，因此色彩还原真实。另外CCD对颜色采集的取样精度也比胶片高很多，一般每色8位精度（2的8次方，即每色256级灰度），三原色配合有24位的色彩可以表现一千六百多万种颜色，专业产品甚至采用每色12位或16位精度，可以表现更多的颜色。由于人眼对绿色最敏感，多数产品还专门增加了感应绿色的像素数量。 5．CCD的感光度 早期CCD的感光度是恆定的，现在随着CCD感光单元灵敏度的提高，CCD幅面尺寸的增大，CCD的感光度得到很大的提高。一般来说，感光度越高，则对拍摄环境的光线要求就越低，拍摄模式的选择就越多。市场上领先的产品是富士的Super CCD，其单个像素的尺寸比普通CCD要大，而且蜂巢状排列结构紧密，感光范围远大于同类产品(富士FinePix 4900Z的感光范围ISO125-800)。 6．其它 同镜头一样，CCD芯片还可搭配可脱卸式影像边缘柔化滤镜(anti-aliasing filter)、非反射性红外线消除滤镜(non-reflecting IR cutoff filter)来准确捕捉影像，不过需要数码边缘圆滑软件(digital anti-aliasing solutions)来确保影像品质。 |
|
|
