关于CCD/CMOS的成像原理

douglas_sean

编者按：这几天在论坛上看到有些人的帖子，希望能够有人讲一讲关于DC和DV的基础知识，哈哈~~~正对我的口味（某家比较懒，所以拍的PP也不多，不过敲键盘还算勤快）。我绝不是专家，不过也愿把我所知道的写出来，让大家看看（拍砖的时候希望能够轻点儿，怕疼~~~） 这篇帖子是准备介绍一下CCD的，其中也会简单说说CMOS。不过在开始这些内容之前，考虑到有很多人对DC所知不多（绝无轻视之意~~），我就先简要地说一下DC的成像原理。
  
DC的成像原理：
    DC基本上都是由镜头、影像传感器（使用CCD/CMOS）、模拟/数字信号转换器（A/D）、微处理器（MPU）、内置存储器、液晶显示器（LCD）、电子取景器（EVF）、可移动存储器（基本上是各种存储卡）和接口（和PC相连的USB以及和电视相连的AV等）等部分组成。它的工作原理大致如下：
    打开DC的电源开关，主控程序芯片开始检查DC的各个部件是否处于可工作状态。如果有一个部分出现故障，LCD上就会给出一个错误信息，并使DC停止工作。如果一切正常，DC则处于待命状态。
    当你对准某一物体并把快门按下一半时，一个4位的MPU就开始工作，确定对焦距离、快门的速度及光圈的大小。完全按下快门，光学镜头将光线聚焦到影像传感器上，CCD/CMOS半导体器件代替了普通相机中胶卷的位置，它捕捉景物光信号，并转换成电信号。这样，我们就得到了对应于拍摄景物的电子图像，但这个时候的图像文件还是模拟信号，还不能被计算机识别，还要通过A/D转换成数字信号。接下来MPU对数字信号进行压缩并转化为特定的图像格式（例如JPEG、TIFF等格式）。
    图像文件被存储在内置存储器中。至此，DC的主要工作已经完成。剩下要做的就是通过LCD查看所拍摄的照片或者准备后期处理等工作了。为了扩大存储容量，绝大部分的DC都能使用可移动存储器（少量的底价机型可能只有内置存储器）。最后通过DC输出接口连线或读卡器，把图片文件导入电脑，进行后期处理和保存。
    为了让大家对DC的构造和成像能有一个形象的理解，我在这里贴上两张图片：

　
上面这张是美能达DIMAGE 7的结构示意图，从产品宣传海报翻拍的

　
上面这张是DC成像过程的简单描述，现说明一下：
  1、用DC拍摄景物时，景物反射的光线通过DC的镜头透射到CCD上。
  2、当CCD曝光后，光电二极管受到光线的激发释放出电荷，感光元件的电信号便由此产生。
  3、CCD控制芯片利用感光元件中的控制信号线路对光电二极管产生的电流进行控制，由电流传输电路输出，CCD会将一次成像产生的电信号收集起来，统一输出到放大器。
  4、经过放大和滤波后的电信号被送到A/D，由A/D将电信号（此时为模拟信号）转换为数字信号，数值的大小和电信号的强度即电压的高低成正比。这些数值其实就是图像的数据了。
  5、不过单依靠第4步所得到的图像数据还不能直接生成图像，还要输出到数字信号处理器（DSP）。在DSP中，这些图像数据被进行色彩校正、白平衡处理（视用户在DC中的设定而定）等后期处理，编码为DC所支持的图像格式、分辨率等数据格式，然后才会被存储为图像文件。
  6、最后，图像文件就被写入到存储器上（内置或外置存储器）。
    由于DC的采集原理只能是亮或暗两种情况，在较暗或较亮的光线下会丢失部分细节（这种现象叫做“限幅”），并且有时很难纠正。因此，DC在使用单调光、闪光灯等光源拍照时，效果较好，但在色彩较多且光线复杂的情况下，效果与传统相机相比差距较大。
    所以，非专业DC一般都不能用于大画幅图像的制作。但由于拍摄的图像是以数字形式存储的，可以与多种设备进行信息传输，而且在传输过程中，图像质量并不会受到损失。
    而传统相机的卤化银胶片（银盐胶片）可以捕捉连续色调和色彩，而且所拍摄图像的像素远远大于DC的CCD元件所采集图像的像素。传统35mm胶片解析度一般为每英寸2500线左右，相当于1800万像素甚至更高，而DC目前还无法达到如此高的分辨率。（现在的数字机背应该能够达到或接近这个水平，不过不在本文讨论的范畴内）

ksoo

你这个太简单了．

　　　适合．