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數碼相機問答(5) — 成像器件

時間:2005-06-08 19:22:04人氣:184作者:網友整理
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1、數碼相機根據光電轉換器件的不同分為那幾類?
答:數碼相機與使用膠卷的傳統相機的最大不同,是數碼相機采用光電轉換器件“感光”成像,而不同於膠卷感光成像。現在數碼相機用的光電轉換器件有CCD和CMOS兩大類。 
    CCD為“電荷耦合器件”英文Charge Couple Device的縮寫。
    CMOS為“互補金屬氧化物半導體”英文Complementary Metal-Oxide Semiconductor的縮寫。CMOS成像芯片用於數碼相機始於1997年。

2、既然CCD與CMOS都是感光傳感器,為何價格如此懸殊,它們之間到底有何區別?
答:CCD是目前比較成熟的成像器件,CMOS被看作未來的成像器件。
    因為CMOS結構相對簡單,與現有的大規模集成電路生產工藝相同,從而生產成本可以降低。從原理上,CMOS的信號是以點為單位的電荷信號,而CCD是以行為單位的電流信號,前者更為敏感,速度也更快,更為省電。現在高級的CMOS並不比一般CCD差,但是CMOS工藝還不是十分成熟,普通的 CMOS 分辨率低而成像較差,太容易出現雜點。這主要是因為早期的設計使CMOS在處理快速變化的影像時,由於電流變化過於頻繁而會產生過熱的現象。
    目前的情況是,許多低檔入門型的數碼相機使用廉價的低檔CMOS芯片,成像質量比較差。普及型、高級型及專業型數碼相機使用不同檔次的CCD,個別專業型或準專業型數碼相機使用高級的CMOS芯片。代表成像技術未來發展的X3芯片實際也是一種CMOS芯片。

3、什麼是超級CCD?
答:傳統彩色CCD感光單元及濾色鏡的排列是方形的,以G-R-G-B型CCD為例,可以簡單的理解為4個感光單元的中心點構成一個“像素點”,這樣,每個感光單元的光值都是複用的,使用了4次(邊緣部位除外),每4個感光單元計算出4個像素。在超級CCD上,感光單元的排列是交叉的,即每三個感光單元的中心構成一個“像素點”。這種計算方法,每個感光單元的光值複用了6次,感光單元又隻有3類,所以,雖然感光單元沒有增加,產生的像素數卻多了一倍。
    應該說,這種計算方法,是相當科學的,並沒有故弄玄虛,但由於光值仍然是複用的,說它因排列方式的改變而比傳統CCD提高了成像銳度是沒有根據的。

4、關於CCD逐行掃描與隔行掃描的區別?
答:隔行、逐行隻是數據處理方式的不同,隔行技術源於早期電視技術,是先提取奇數行的數據形成圖像輪廓,再用偶數行數據補充,因那時的技術限製,數據處理速度跟不上,就采取隔行方式,用於連續圖像,可以先把畫麵輪廓送到觀眾麵前。由於不是連續掃描,若成像過程中被攝體移動,就會出現錯位。
    如果數據采集速度慢,逐行掃描的CCD拍攝動體也會出現扭曲,反之,如果數據采集速度足夠快,隔行掃描也沒有什麼問題,這一點可以從使用隔行掃描CCD的索尼 DSC-S70優良的成像得到證實,所以,盡管從技術層麵來講逐行掃描CCD是好一些,但從日本的相關資料了解到,由於同樣大小CCD像素的不斷增加,CCD中傳送信號的通路無法適應逐行掃描得到的一次性的大量的數據,會造成圖象處理速度的下降。因此在高像素的數碼相機中隔行掃描的技術的應用越來越多。至於隔行掃描會造成的錯位問題,已經得到了解決,解決的辦法是利用機械快門的運動。考慮到其它因素對成像的影響遠大於此,故個人用戶購買數碼相機時完全可以不予重視CCD是隔行掃描還是逐行掃描。
 
5、為什麼同樣像素的CCD麵積大小不同呢?
答:首先要區分成像的“像素”和物理的“感光單元”兩個概念,數字圖像的“像素”是無所謂麵積的,它沒有物理尺寸,CCD構成中有物理尺寸的是感光單元,它是將經濾鏡過濾後的光的強度轉換成電訊號的器件。數碼照片的“像素”和CCD的感光單元並不是簡單的一一對應,成像算法不同,對應關係也不同,所以,相同分辨率(像素數)的CCD有麵積大小之分。

6、CCD麵積對數碼相機成像質量有什麼影響?
答:一般說來,如果分辨率相同,生產工藝相同,麵積大的CCD成像效果更好一些,因為大的成像麵積可以使用更大口徑、更長焦距、更大通光量的鏡頭,降低對鏡頭分辨率的要求(對鏡頭畸變的要求更高了),減少光線幹涉、衍射對成像的影響,提高信噪比。

7、CCD的物理分辨率能代表CCD的成像質量嗎?
答:CCD的物理分辨率不能完全代表CCD的成像質量,影響成像質量的因素很多。每個感光單元感光時的噪音幹擾、電源幹擾、數據隨機分散性、濾色鏡的色純度等等,都會影響成像的質量,需要專門的電路設計、材料設計以及工藝控製來解決。

8、什麼是插值像素?它能代表CCD實際像素嗎? 
答: “插值”最初是電腦的術語,後來引用到數碼圖像上來。圖像放大時,像素也相應地增加,但這些增加的像素從何而來?“插值”程序會自動選擇信息較好的像素作為增加的像素,而並非隻使用臨近的像素,所以在放大圖像時,圖像看上去會比較平滑、幹淨――但必須注意的是插值並不能增加圖像信息。例如:一張照片中,人因為距離比較遠,在照片上隻有一個白點,但當圖像插值放大時,這個人還是白點,隻是比以前稍微大了些。
  
9、為什麼CCD分辨率會高於相機最大成像分辨率?
答:這是因為,CCD作為感光器件,CCD邊緣的像素點在拍攝時,由於邊緣光的影響,一般會出現一定的偏色和眩暈,數碼相機在CCD像素大於圖象拍攝像素時,會自動切除邊緣像素,從而去除眩暈和偏色,邊緣切除越多,對成像的清晰率等越好。
    所以追求品質的廠家一般都用遠高於拍攝圖象的最大像素的CCD。
    
10、用LCD取景時,強光照射對CCD有害麼?
答:用LCD取景時,快門處於打開狀態,此時強光照射對CCD有潛在威脅。

11、數碼相機的壞點和噪點有什麼區別?
答:數碼相機的成像元件(CCD或CMOS,目前一般指CCD)一般有數百萬個感光單元,如果其中某個感光單元損壞,不能成像,即成為壞點---Dead Pixel。數碼攝影和傳統相機不同,傳統相機拍攝時很少因電子零件產生的雜訊幹擾影響拍攝品質。但是數碼攝影的雜訊產生環境就複雜多了,從操作過程中機體升溫效應,CCD上的殘留能量以致於機身零件本身,甚至來自外界的電磁波幹擾都有可能會在畫麵上形成雜色的斑點,此為噪點---hot pixel。

12、如何測試數碼相機的壞點和噪點?
答:檢測相機時,蓋上鏡頭蓋拍攝,理論上圖像應該是純黑色,若有斑點即是壞點或噪點。壞點總在畫麵的固定位置,而且無論使用怎樣的曝光組合或怎樣的感光度,始終存在。噪點在一般情況下並不存在(除非相機質量過於低劣),隨著曝光時間延長、感光度(ISO)調高或相機溫度升高(長時間開機)而增加。
    數碼相機的LCD也可能有壞點,無論是菜單操作還是瀏覽圖像,也無論用什麼比例瀏覽,在LCD上始終存在的點是LCD的壞點。LCD一般沒有所謂的噪點。

13、CCD有壞點怎麼辦?能修好嗎?
答:拍攝夜景時或蓋上鏡頭蓋長時間曝光時,影像上的色點不一定都是CCD壞點,有的是噪點,CCD溫度降低後會有改善,通過固件(Firmware)升級有的也能改善。
    如果CCD真的有壞點可以說是無法維修的,因為那是CCD的硬件問題,對CCD的某個成像單元進行維修幾乎是不可能的,也是不經濟的,隻有換相機或換CCD。
 
14、如果數碼相機長時間地對著固定的對象,會在CCD上留下記憶,形成不能去除的陰影嗎?
答:不會,但對著陽光、強烈的燈光等,可能會損壞成像係統。
 
15、為什麼數碼相機很少有黑白模式?
答:單獨來說,獲取黑白的數碼圖像的確不難,在CCD感光時,記錄下每個感光單元的光度值,組合起來就是一幅黑白的數碼圖像,但讓一個CCD同時兼容彩色和黑白模式就沒那麼簡單了。為了記錄色彩,人們在CCD感光單元前麵設置了彩色濾色鏡,為了讓濾色鏡和感光單元能很好的相對定位,濾色鏡往往要緊貼在CCD表麵,甚至直接在CCD上塗色,所以,數碼相機的黑白模式隻能是經過軟件轉換結果。這樣的圖像難以具備黑白圖像應有的犀利和質感,失去了藝術魅力。

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