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2002 ccd特点 [复制链接]

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发表于 2017-7-8 00:35:02 来自手机 |显示全部楼层

CCD技术现状
数码相机的心脏就是图像传感器,而其中最为大家熟知的就是CCD图像传感器,它从发明至今已经有30多年了,不过其技术发展和创新突破一直都显得比较缓慢。而进入2000年后,CCD技术的发展速度一下子加快起来,与此同时,CCD的竞争对手CMOS图像传感器也进入了高速发展的阶段,并且在一些单反数码相机中也可以看到它们的身影(例如佳能出品的D30和D60)。
由于CCD的生产工艺复杂,生产成本也相对CMOS高很多,目前全世界只有索尼、飞利浦、柯达、Matsushita、富士和夏普六家厂商具有研发生产能力,而其中最主要供应商应该是索尼,飞利浦和柯达三家。
目前索尼CCD的市场占有率最高,大多数消费类数码相机都使用了索尼出品的CCD,不过从技术上看索尼CCD显得没有特色。
飞利浦的CCD虽然市场占有率不高,却有其独特独特的Frame-Transfer CCD(面扫描)技术,一般普通的交错式 CCD每秒的拍摄速率是5-10幅,而飞利浦宣称Frame Transfer CCD可以达到每秒30-60幅的速率,
柯达的CCD采用的并不是传统的聚硅化合物,而是敏锐度更高的氧化铟锡,我们称之为ITO CCD,它的透光性比一般CCD提高了20%,对于一般CCD感应较弱的蓝光以及抗杂讯干扰方面有突破性的改善,使影像更强锐利、色彩更加准确。但是柯达只把ITO CCD用在自己的专业数码相机上,配合Nikon的专业机身,使柯达在专业数码相机市场占有重要的地位。
在剩下的三家公司中,富士公司在CCD技术的研发上取得了骄人的成绩,他们的独门兵器就是SuperCCD。自从2000年富士推出了采用第一代SuperCCD技术的数码相机FinePix 4700z后,就不断对SuperCCD技术进行改进,到2002年发表了第三代SuperCCD,标志着SuperCCD技术的不断成熟,这也带动了富士公司在数码相机上的成功。
SuperCCD特色
我们知道在CCD中记录光线变化的半导体通常以百万像素为单位,CCD上感光元件的表面具有存储电荷的能力并以矩阵方式排列,当其表面感受到光线时会将电荷反应在元件上,整个CCD上所有感光元件所产生的讯号就构成一副完整的画面。
传统CCD排列为矩阵,往往限制了在有效的面积中分辨率的大幅提升,目前1.8英寸CCD传感器理想值约为600万像素,一般情况下大约为400万像素。因此,有些数码相机厂商通过改变CCD的排列順序来提高数码相机的分辨率。富士公司所开发的SUPER CCD就是将CCD呈蜂巢状排列,使图象的颜色还原度大幅改善。

传统CCD使用的是矩形的感光单元,而SuperCCD使用的是八边形的感光单元,这就是蜂巢状八边形结构,因此SuperCCD的感光单元面积要高于传统CCD。这样会获得三个好处,一是可以提高CCD的感光度(Super CCD一般到ISO800还能保证不错的品质)、二是提高动态范围、三是提高了信噪比。这三种加上Super CCD更高的生成像素就构成了Super CCD的几个优点,我们下面再来详细看看这些技术优点。


传统CCD中的每个像素由一个二极管、控制信号路径和电量传输路径组成。SUPER CCD采用蜂窝状的八边二极管,原有的控制信号路径被取消了,只需要一个方向的电量传输路径即可,感光二极管就有更多的空间。Super CCD在排列结构上比普通CCD要紧密,此外像素的利用率较高,也就是说在同一尺寸下,Super CCD的感光二极管对光线的吸收程度也比较高,使感光度、信噪比和动态范围都有所提高。
在传统CCD上为了增加分辨率,大多数数码相机生产厂商对民用级产品采取的办法是不增大CCD尺寸,降低单位像素面积,增加像素密度。我们知道单位像素的面积越小,其感光性能越低,信噪比越低,动态范围越窄。因此这种方法不能无限制地增大分辨率。如果不增加CCD面积而一味地提高分辨率,只会引起图象质量的恶化。但如果在增加CCD像素的同时想维持现有的图象质量,就必须在至少维持单位像素面积不减小的基础上增大CCD的总面积。但目前更大尺寸CCD加工制造比较困难,成品率也比较低,因此成本也一直降不下来。
那为什么Super CCD的输出像素会比有效像素高呢?我们知道CCD对绿色不很敏感,因此是以G-B-R-G来合成。各个合成的像素点实际上有一部分真实像素点是共用,因此图象质量与理想状态有一定差距,这就是为什么一些高端专业级数码相机使用3CCD分别感受RGB三色光的原因。而Super CCD通过改变像素之间的排列关系,做到了R、G、B像素相当,在合成像素时也是以三个为一组。因此传统CCD是四个合成一个像素点,其实只要三个就行了,浪费了一个,而Super CCD就发现了这一点,只用三个就能合成一个像素点。也就是说,CCD每4个点合成一个像素,每个点计算4次;Super CCD每3个点合成一个像素,每个点也是计算4次,因此Super CCD像素的利用率较传统CCD高,生成的像素就多了。
第三代SuperCCD特色
富士公司于2002年正式推出了第三代SuperCCD,使用了更高的信噪比和ISO 800/1600的感光度。新一代 Super CCD III传感器结合以上优势又加入了像素加算信号处理能力,这项技术的创意在于利用相机內建的信号处理计算器整合第一次拍摄所得(2832x2128)的照片,以RGB三色之每4个像素为一个计算依据,整合出该图象在ISO1600高感光灵敏度时应有的表现。运用计算原理可提高并修正图象在低光亮下应有的色彩,有效避免了电子干扰所带来的杂讯比,但也会影响图象质量。

CCD水平/垂直像素混合运算是Super CCD III又一项特殊技能,也是全球首次采用水平/垂直像素混合运算技術。这种方式可以让300万有效像素的CCD跨过一般在QVGA动画拍摄(320x240像素)速度被限制在15fps的门槛,因为速度再快下去,数码相机的处理速度不及,画面容易偏暗。通过这种算法整合多个像素成1个像素,让数码相机在拍摄动画时的快门限制有所突破,所以SuperCCD在VGA的解析度下(640×480)可以达到最大30fps的拍摄能力,并能有效提高感光度达4倍以上。也就是说以SuperCCD III所拍摄的动画具有VCD的水准了。
目前采用SuperCCD III技术的富士FinePix 602数码相机已经在国内上市,随着CCD技术的不断发展,我们将会有更多的优秀数码相机可供选择。

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