數(shù)碼攝影入門系列(四)

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1、通過前幾篇文章，相信大家可能對(duì)數(shù)碼圖像和色彩有了一定的認(rèn)識(shí)。從這篇文章開始，我們將會(huì)對(duì)大家拍攝使用的“武器”－－數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行全方位的介紹。首先我們來了解一下數(shù)碼相機(jī)的核心部件－－圖像傳感器。一、圖像傳感器的歷史與傳統(tǒng)相機(jī)不同，數(shù)碼相機(jī)并不是使用膠片來感光，而是使用圖像傳感器來捕捉圖像。圖像傳感器的歷史可以說非常的悠久：早在1873年，當(dāng)時(shí)科學(xué)家約瑟·美(JosephMay)及偉洛比·史密夫(WilloughbySmith)就發(fā)現(xiàn)了硒元素結(jié)晶體感光后能產(chǎn)生電流，這是電子影像發(fā)展的開始。以后陸續(xù)有組織和學(xué)者研

2、究電子影像，發(fā)明了幾種不同類型的圖像傳感器。其中重要的發(fā)明有20世紀(jì)50年代誕生的光學(xué)倍增管(PhotoMultiplierTube，簡(jiǎn)稱PMT)和70年代出現(xiàn)的電荷耦合裝置(ChargeCoupledDevice，簡(jiǎn)稱CCD)。20世紀(jì)末，又有三種新型的圖像傳感器問世了，它們分別是互補(bǔ)氧化金屬半導(dǎo)體(ComplementaryMetalOxideSemiconductor，簡(jiǎn)稱CMOS)、接觸式圖像傳感器(ContactlmageSensor，簡(jiǎn)稱CIS)和LBCAST傳感器系統(tǒng)(LateralBuri

3、edChargeAccumulator,SensingTransistorArray)。二、PMTPMT是最早出現(xiàn)的圖像傳感器，從五十年代發(fā)展到現(xiàn)在，技術(shù)已經(jīng)非常成熟，是目前性能最好的傳感器。它就像一個(gè)圓柱體小燈泡，直徑約一寸，長(zhǎng)度約二寸；內(nèi)置多個(gè)電極，將進(jìn)入的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，即使很微弱的光線也可準(zhǔn)確補(bǔ)捉。其最高動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)4.2，相對(duì)于其它類型只能達(dá)到3.2-3.6的傳感器，PMT要?jiǎng)俪霾簧?；而且它非常耐用，可以運(yùn)作十萬小時(shí)以上。但是由于其造價(jià)相當(dāng)高，只能應(yīng)用于專業(yè)的印刷、出版業(yè)掃描儀及工程分析儀等

4、。類似小燈泡的傳感器“PMT”三、CCDCCD是美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室于1969年發(fā)明的，與電腦晶片CMOS技術(shù)相似，也可作電腦記憶體及邏輯運(yùn)作晶片。CCD是一種特殊的半導(dǎo)體材料，由大量獨(dú)立的感光二極管組成，一般這些感光二極管按照矩陣形式排列(富士公司的SuperCCD除外)。CCD的感光能力比PMT低，但近年來CCD技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，又由于CCD的體積小、造價(jià)低，所以廣泛應(yīng)用于掃描儀、數(shù)碼相機(jī)及數(shù)碼攝像機(jī)中。目前大多數(shù)數(shù)碼相機(jī)采用的圖像傳感器都是CCD。貝爾實(shí)驗(yàn)室研究員Tony.Tyson利用CCD進(jìn)行天文研

5、究：索尼F828采用的“4色CCD”：四、CMOSCMOS技術(shù)已發(fā)展了數(shù)十年，CPU和內(nèi)存便是由CMOS組成。但直到1998年它才被用于制作圖像傳感器。CMOS的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比CCD簡(jiǎn)單，耗電量只有普通CCD的1/3左右，而且制造成本比CCD要低。自從佳能公司在專業(yè)數(shù)碼單反相機(jī)EOSD30中采用了CMOS以來，已經(jīng)有越來越多的數(shù)碼單反相機(jī)使用它，目前數(shù)碼單反相機(jī)中幾乎有一半采用CMOS作為圖像傳感器。佳能數(shù)碼單反相機(jī)EOSD30采用的CMOS傳感器：佳能的大部分?jǐn)?shù)碼單反相機(jī)都是采用了CMOS傳感器，適馬的S

6、D10也是采用了FoveonX3技術(shù)的CMOS，尼康也在今年聯(lián)合索尼開發(fā)出了千萬像素級(jí)別的CMOS芯片，用在了他們的頂級(jí)數(shù)碼單反相機(jī)D2X上。幾年前人們還稱CMOS是“未來的傳感器”，如今CMOS已改變了這種身份，甚至可以和CCD分庭抗禮，我們只能感嘆科學(xué)技術(shù)的日新月異。尼康D2X上所使用的CMOS：五、CISCIS是一種基于CMOS技術(shù)的傳感器，由于結(jié)構(gòu)關(guān)系，CIS技術(shù)通常只用于掃描儀。CIS掃描儀將光源、聚焦鏡片及感應(yīng)器一同固定于一個(gè)外罩內(nèi)，不須調(diào)節(jié)、預(yù)熱，所以比CCD掃描儀起動(dòng)快。CIS掃描儀體積比

7、CCD掃描儀更小，而制造成本也更少。但CIS技術(shù)還不成熟，容易產(chǎn)生較大的噪點(diǎn)，所以應(yīng)用不太廣泛。CIS傳感器工作示意圖：六、LBCASTLBCAST也是一種基于CMOS技術(shù)的傳感器，這是尼康從1993年開始研發(fā)的一種新型傳感器。它是被用來作為取代CCD的攝影元件，著眼于CMOS的未來發(fā)展，進(jìn)行了自主改進(jìn)。和COMS一樣，LBCAST也使用了X-Y圖像尋址放大方式來讀取信號(hào)，這使其色彩的動(dòng)態(tài)范圍和色域相對(duì)于CCD而言更大，而由于使用了便電壓和小的JFET集成電路結(jié)構(gòu)來進(jìn)行光電信號(hào)的傳輸，則使信噪比相比COM

8、S有了很大的提高，并因此有效控制了圖像噪點(diǎn)，而在傳輸速度上也由于使用了獨(dú)立的管線流水線而更為迅速。尼康D2H上采用的LBCAST傳感器：目前，因?yàn)長(zhǎng)BCAST、CMOS每個(gè)像素使用的元件較多，體積尚未縮小到能夠用于袖珍相機(jī)的地步，所以尚未用于鏡頭一體型的數(shù)碼相機(jī)。