CCD的概念

• CCD的英文全称是“Charge-coupledDevice”，中文全称是电行耦合元件，通常称为CCD图像传感器。CCD是一种半导体器件，能够把光学影像转化为数字信号，CCD上植入的微小光敏物质称作像素(Pixel)，一块CCO上包含的像素数越多，其提供的画面分辨率也就越高。CCD作用就像胶片一样，但它是把图像像素转换成数字信号，CCD上有许多排列整齐的电容，能感应光线，并将影像转变成数字信号。经由外部电路的控制，每个小电容能将其所带的电行转给它相邻的电容。 　

• CCD图像传感器可直接将光学信号转换为模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的获取.存储、传输.处理和重现

普通数码相机的CCD大小

通常CCD分为四种尺寸，由大到小依次为：APS、2/3英寸、1/1.8英寸、1/2.7英寸。

CCD

CCD图像传感器的特点

(1)体积小重量轻

(2)功耗小，工作电压低;抗冲击与震动，性能稳定，寿命长

(3)灵敏度高，噪声低，动态范围大

(4)响应速度快，有自扫描功能，图像畸变小，无残像

(5)应用超大规模集成电路工艺技术生产，像素集成度高，尺寸精确，商品化生产成本低。

功能

• CCD图像传感器可直接将光学信号转换为模拟电流信号，电流信号经过放大和模数转换，实现图像的获取、存储、传输、处理和复现。

• 许多采用光学方法测量外径的仪器，把CCD器件作为光电接收器。

• CCD从功能上可分为线阵CCD和面阵CCD两大类。线阵CCD有单沟道和双沟道之分，其光敏区是MOS电容或光敏二极管结构，生产工艺相对较简单。它由光敏区阵列与移位寄存器扫描电路组成，特点是处理信息速度快，外围电路简单，易实现实时控制，但获取信息量小，不能处理复杂的图像。面阵CCD的结构要复杂得多，它由很多光敏区排列成一个方阵，并以一定的形式连接成一个器件，获取信息量大，能处理复杂的图像。

应用

• 广泛应用在数码摄影、天文学，尤其是光学遥测技术、光学与频谱望远镜，和高速摄影技术如Lucky imaging。CCD在摄像机、数码相机和扫描仪中应用广泛，只不过摄像机中使用的是点阵CCD，即包括x、y两个方向用于摄取平面图像，而扫描仪中使用的是线性CCD，它只有x一个方向，y方向扫描由扫描仪的机械装置来完成。

应用（在摄影方面的）

• 含格状排列像素的CCD应用于数码相机、光学扫瞄仪与摄影机的感光元件。其光效率可达70%（能捕捉到70%的入射光），优于传统菲林（底片）的2%，因此CCD迅速获得天文学家的大量采用。

• 数码相机或摄影机所用的平面式CCD则一次捕捉一整张影像，或从中撷取一块方形的区域。一旦完成曝光的动作，控制电路会使电容单元上的电荷传到相邻的下一个单元，到达边缘最后一个单元时，电荷讯号传入放大器，转变成电位。如此周而复始，直到整个影像都转成电位，取样并数位化之后存入内存。储存的影像可以传送到打印机、储存设备或显示器。

• 当前，超高分辨率的CCD芯片仍相当昂贵，配备3CCD的静态照相机，其价位往往超出许多专业摄摄影者的预算。因此有些高档相机使用旋转式色彩滤镜。

• 天文摄影所用的冷却CCD照相机必须以接环固定在成像位置，防止外来光线或震动影响；同时亦因为大多数影像平台生来笨重，要拍摄星系、星云等暗弱天体的影像，天文学家利用"自动导星"技术。大多数的自动导星系统使用额外的不同轴CCD监测任何影像的偏移，然而也有一些系统将主镜接驳在拍摄用之CCD相机上。以光学装置把主镜内部份星光加进相机内另一颗CCD导星装置，能迅速侦测追踪天体时的微小误差，并自动调整驱动马达以矫正误差而不需另外装置导星。

应用（其他领域）

• 经冷冻的CCD同时在1990年代初亦广泛应用于天文摄影与各种夜视装置，而各大型天文台亦不断研发高像素CCD以拍摄极高解像之天体照片。

• CCD在天文学方面有一种奇妙的应用方式，能使固定式的望远镜发挥有如带追踪望远镜的功能。

• 一般的CCD大多能感应红外线，所以衍生出红外线影像、夜视装置、零照度（或趋近零照度）摄影机/照相机等。为了减低红外线干扰，天文用CCD常以液态氮或半导体冷却，因室温下的物体会有红外线的黑体辐射效应。CCD对红外线的敏感度造成另一种效应，各种配备CCD的数码相机或录影机若没加装红外线滤镜，很容易拍到遥控器发出的红外线。降低温度可减少电容阵列上的暗电流，增进CCD在低照度的敏感度，甚至对紫外线和可见光的敏感度也随之提升（信噪比提高）。

CMOS概念

• CMOS是Complementary Metal Oxide Semiconductor（互补金属氧化物半导体）的缩写。它是指制造大规模集成电路芯片用的一种技术或用这种技术制造出来的芯片。是电脑主板上的一块可读写的RAM芯片。因为可读写的特性，所以在电脑主板上用来保存BIOS设置完电脑硬件参数后的数据，这个芯片仅仅是用来存放数据的。

• 在今日，CMOS制造工艺也被应用于制作数码影像器材的感光元件，尤其是片幅规格较大的单眼数码相机。虽然在用途上与过去CMOS电路主要作为固件或计算工具的用途非常不同，但基本上它仍然是采取CMOS的工艺，只是将纯粹逻辑运算的功能转变成接收外界光线后转化为电能，再透过芯片上的模数转换器（ADC）将获得的影像讯号转变为数码讯号输出。

CMOS

优势

• 允许的电源电压范围宽，方便电源电路的设计

• 逻辑摆幅大，使电路抗干扰能力强

• 静态功耗低

• 隔离栅结构使CMOS期间的输入电阻极大，从而使CMOS期间驱动同类逻辑门的能力比其他系列强得多

CMOS与CCD对比

CMOS

1. 主要运用于低端摄像头产品

2. 读出速度快

3. 信号读取简单

4. 耗电量非常小（很大优势）

5. 图像质量受干扰程度大（成像质量较低）

6. 制作成本相对较低

7. 噪音高

8. 集成性高

CCD

1. 运用于高端摄像头

2. 读出速度慢

3. 信号读取比较困难

4. 耗电量大

5. 成像质量高

6. 制作成本高，制造工艺复杂

7. 噪音低

8. 集成性低

具体对比

1)信息读取方式

•CCD电荷耦合器存储的电荷信息，需在同步信号控制下一位一位地实施转移后读取，电荷信息转移和读取输出需要有时钟控制电路和三组不同的电源相配合，整个电路较为复杂。CMOS光电传感器经光电转换后直接产生电流(或电压)信号，信号读取十分简单。

2)速度

•CCD电荷耦合器需在同步时钟的控制下，以行为单位一位一位地输出信息，速度较慢;而CMOS光电传感器采集光信号的同时就可以取出电信号，还能同时处理各单元的图像信息，速度比CCD电荷耦合器快很多。

3)电源及耗电量

•CCD电荷耦合器大多需要三组电源供电，耗电量较大;CMOS光电传感器只需使用一个电源，耗电量非常小，仅为CCD电荷耦合器的1/8到1/10，CMOS光电传感器在节能方面具有很大优势。

4)成像质量

•CCD电荷耦合器制作技术起步早，技术成熟，采用PN结或二氧化硅(SiO2)隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS光电传感器有一定优势。由于CMOS光电传感器集成度高，各光电传感元件、电路之间距离很近，相互之间的光、电、磁干扰较严重，噪声对图像质量影响很大，使CMOS光电传感器很长一段时间无法进入实用。近年，随着CMOS电路消噪技术的不断发展，为生产高密度优质的CMOS图像传感器提供了良好的条件。

5) 成本

由两种感光器件的工作原理可以看出，CCD(电荷藕合器件图像传感器：Charge Coupled Device)，它的优势在于成像质量好，但是由于制造工艺复杂，只有少数的厂商能够掌握，所以导致制造成本居高不下，特别是大型CCD，价格非常高昂。 在相同分辨率下，CMOS价格比CCD便宜，但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。到目前为止，市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为感应器;CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上，一时间，是否具有CCD感应器甚至变成了人们判断数码相机档次的标准之一。

6）扫描方法

CMOS与CCD的图像数据扫描方法有很大的差别。例如，如果分辨率为300万像素，那么CCD传感器可连续扫描300万个电荷，扫描的方法非常简单，就好像把水桶 从一个人传给另一个人，并且只有在最后一个数据扫描完成之后才能将信号放大。CMOS传感器的每个像素都有一个将电荷转化为电子信号的放大器。因此，CMOS传感器可以在每个像素基础上进行信号放大，采用这种方法可节省任何无效的传输操作，所以只需少量能量消耗就可以进行快速数据扫描，同时噪音也有所降低。这就是佳能的像素内电荷完全转送技术。

7）噪声

由于CMOS图像传感器集成度高，各元件、电路之间距离很近，干扰比较严重，噪声对图像质量影响很大。随着CMOS电路消噪技术的不断发展，为生产高密度优质的CMOS图像传感器提供了良好的条件。

8）具体运用

在数字影像领域，CMOS作为一种低成本的感光元件技术被发展出来，市面上常见的数码产品，其感光元件主要就是CCD或者CMOS，尤其是低端摄像头产品，而通常高端摄像头都是CCD感光元件。

CCD与CMOS的具体参数对比

TTL

CCD的加工工艺有两种，一种是TTL工艺，一种是CMOS工艺，前者是毫安级的耗电量，而后者是微安级的耗电量。TTL工艺下的CCD成像质量要优于CMOS工艺下的CCD。

TTL是英文Through The Lens的缩写，翻译过来就是通过镜头进行测量曝光方式的闪光灯系统。TTL的工作原理是首先光线通过镜头并被CCD所反射，而闪光灯感应器在会在曝光期间持续不断地进行测光，直到获得正确的曝光量。TTL的最大优势就是可以让用户在来不及估计距离，调整光圈的情况下，都可以保证相机闪光灯曝光正确。

第一台TTL测光相机

"TTL测光"技术起源于1964年，当时人们外出拍摄时都需要携带一块测光表，先测光之后再设定相机的光圈值以及快门值，随后进行拍摄，整个过程比较烦琐。而"TTL测光"正好解决了这个问题。在拍摄时，摄影师半按快门，相机启动TTL测光功能，入射光线通过相机的镜头以及反光板折射，进入机身内置的测光感应器，这块测光感应器和CCD或者CMOS的工作原理类似，将光信号转换为电子信号，再传递给相机的处理器运算，得到一个合适的光圈值和快门值。用户完全按下快门，相机按照处理器给出的光圈值和快门值自动拍摄

TTL测光"最大的优势就是，"TTL测光"得到的通光量就是标准底片的曝光参数，如果相机前面加装了滤镜，"TTL测光"得出的测光数值和不加滤镜时是不同的，用户此时不需要根据相机加装的滤镜重新调节曝光补偿，只需要直接按下快门拍照即可。

大多数的数码相机或传统傻瓜相机，大多数都具备这几种测光方式:中央平均测光、中央局部测光、点测光以及评价测光。这几种测光方式基本可以应付目前所有的拍摄，但是在影楼以及一些专业场合或者广告拍摄，摄影师依旧依赖测光表的数值来进行拍摄。

下一次的百科就来说说数码相机的测光方式