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数码影像技术光机电技术的完美结合本章主要内容感光材料（CCD、CMOS）数码相机（DigitalStillCamera,DSC）数码摄像机（DigitalVideoCamera)数字摄像头（Web-camera/PC-camera）8.1:数码影像设备的感光媒体图像传感器、影像传感器、光电转换器的作用是将接受到的光信号转换为模拟的电信号。目前的感光媒体主要有:CCD(ChargeCoupledDevice)电荷偶合器CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor)互补型金属氧化物半导体器件8.1.1CCD器件一、分类根据CCD器件的光敏成像单元的排列结构不同，分成：•线阵型CCD•面阵型CCD•蜂巢型CCD8.1.1CCD器件三种ＣＣＤ器件的区别类别成像单元主要特点应用线阵型单条直线形排列逐行扫描、速度很慢室内扫描型相机、扫描仪面阵型二维平面矩阵形排列一次曝光速度快相机、摄像机、数字摄像机蜂巢型八角形、呈４５度排列速度快、分辨率高相机、摄像机、数字摄像机ＳupperCCD1、SCCD在光敏单元的排列方式上的改进ＳupperCCD２、影像质量的提升有效光敏成像单元的数目是传统CCD的1.6倍。大面积的八角形成像单元提高了CCD的感光度。电信号的快速传输，适合采用高速电子快门面积小、功耗低CCD器件的工作原理１、CCD器件的结构及其光电转换原理CCD器件的工作原理２、CCD器件的工作过程CCD彩色图象传感器CCD的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。目前有能力生产CCD的公司分别为：SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji、SANYO和Sharp，多半是日本厂商。分解CCD结构可以发现，为了帮助CCD能够组合呈彩色影像，网格被发展成具有规则排列的色彩矩阵，这些网格以红R、绿G和蓝B滤镜片所组成（三原色CCD），亦有补色CCD（为CMYG..Y黄色）。每一个CCD元件由上百万个MOS电容所构成（光点的多寡端看CCD的画素而定）。上：增光镜片中：色块网格下：感应线路CCD图像传感器小结荷耦合器件的突出特点是以电荷作为信号，而不同于其他大多数器件是以电流或者电压为信号。所以ＣＣＤ的基本功能是电荷的存储和电荷的转移。它存储由光或电激励产生的信号电荷，当对它施加特定时序的脉冲时，其存储的信号电荷便能在CCD内作定向传输。ＣＣＤ工作过程的主要问题是信号电荷的产生，存储，传输，和检测。CMOS图像传感器与CCD的主要区别：在于光电转换后信息传送的方式不同。信息读出速度快、方式简单、耗电低、体积小、重量轻、集成度高、价格低。很容易与A／D电路、数字信号处理等电路集成在一起。8.2数码相机一、概述发展历程1981：第一代产品1984：样机研制完成1988：实现了商品化分类１、按传感器分三类２、按对计算机的依赖性分联机型和脱机型8.2数码相机３、按机身结构分单反型轻便型后背型４、按接口分USBPPPCI数码相机的结构组成原理数码相机的结构组成原理数码相机的电路组成原理１、多芯片电路组成原理数码相机的电路组成原理２、单芯片电路组成原理数码相机CCD－X3技术2002年初，富士发布第三代SuperCCD。2003年初，富士发布第四代SuperCCD一般CCD工作原理现时，几乎所有CCD都是每颗像素撷取一种原色（红、蓝、绿），所以差不多所有三原色都会透过模拟讯号转换，以梅花间竹方式综合成为影像。由于像素与像素之间的颜色需要平衡和互补空缺情况，所以由传统CCD拍摄的影像在放大后，很多时都会出现朦胧及色彩失真的现象。数码相机CCD－X3技术2002年2月，美国Foveon公司发布多层感色CCD技术。在Foveon公司发表X3技术之前，一般CCD的结构是类似以蜂窝状的滤色版（见下图），下面垫上感光器，藉以判定入射的光线是RGB三原色的哪一种。数码相机CCD－X3技术然而，蜂窝技术（美国又称为马赛克技术）的缺点在于：分辨率无法提高，辩色能力差以及制作成本高昂。也因此，这些年来高阶CCD的生产一直被日本所垄断。新的X3技术让电子科技成功的模仿“真实底片”的感色原理（见下图），依光线的吸收波长逐层感色，对应蜂窝技术一个像素只能感应一个颜色的缺点，X3的同样一个像素可以感应3种不同的颜色，大大提高了影像的品质与色彩表现。数码相机CCD－X3技术X3还有一项特性，那就是支持更强悍的CCD运算技术VPS(VariablePixelAize)。透过“群组像素”的搭配（见下图）。X3可以达到超高ISO值（必须消减分辨率），高速VGA动画录像。比SuperCCD更强悍的在于X3每一个像素都可以感应三个色彩值，就理论上来说X3的动画拍摄在相同速度条件下，可能比SuperCCDIII还来得更精致。