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发表于 北京市 2008-1-14 02:14
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什么是CMOS?
CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)中文全称“互补性氧化金属半导体”,和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别,主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,使其在CMOS上共存着带N(带–电)和 P(带+电)级的半导体,这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。然而,CMOS的缺点就是太容易出现杂点, 这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时,由于电流变化过于频繁而产生过热现象。
佳能EOS 1Ds Mark II搭载的1670万像素的CMOS
富士超级CCD:
除了CCD和CMOS之外,还有富士公司独家推出的SUPER CCD,SUPER CCD并没有采用常规正方形二极管,而是使用了一种八边形的二极管,像素是以蜂窝状形式排列,并且单位像素的面积要比传统的CCD大。将像素旋转45度排列的结果是可以缩小对图像拍摄无用的多余空间,光线集中的效率比较高,效率增加之后使感光性、信噪比和动态范围都有所提高。
左为传统CCD(呈矩阵排列),右为超级CCD(呈蜂窝状排列)
传统CCD中的每个像素由一个二极管、控制信号路径和电量传输路径组成。SUPER CCD采用蜂窝状的八边二极管,原有的控制信号路径被取消了,只需要一个方向的电量传输路径即可,感光二极管就有更多的空间。SUPER CCD在排列结构上比普通CCD要紧密,此外像素的利用率较高,也就是说在同一尺寸下,SUPER CCD的感光二极管对光线的吸收程度也比较高,使感光度、信噪比和动态范围都有所提高。
富士SuperCCD SR
那为什么SUPER CCD的输出像素会比有效像素高呢?我们知道CCD对绿色不很敏感,因此是以G-B-R-G来合成。各个合成的像素点实际上有一部分真实像素点是共用,因此图象质量与理想状态有一定差距,这就是为什么一些高端专业级数码相机使用3CCD分别感受RGB三色光的原因。而SUPER CCD通过改变像素之间的排列关系,做到了R、G、B像素相当,在合成像素时也是以三个为一组。因此传统CCD是四个合成一个像素点,其实只要三个就行了,浪费了一个,而SUPER CCD就发现了这一点,只用三个就能合成一个像素点。也就是说,CCD每4个点合成一个像素,每个点计算4次;SUPER CCD每3个点合成一个像素,每个点也是计算4次,因此SUPER CCD像素的利用率较传统CCD高,生成的像素就多了。
适马Foveon X3三层感光元件:
这是一种用单像素提供三原色的CMOS图像感光器技术。与传统的单像素提供单原色的CCD/CMOS感光器技术不同,X3技术的感光器与银盐彩色胶片相似,由三层感光元素垂直叠在一起。同等像素的X3图像感光器比传统CCD锐利两倍,提供更丰富的彩色还原度以及避免采用Bayer Pattern传统感光器所特有的色彩干扰。另外,由于每个像素提供完整的三原色信息,把色彩信号组合成图像文件的过程简单很多,降低了对图像处理的计算要求。采用CMOS半导体工艺的X3图像感光器耗电比传统CCD小。
Foveon X3三层感光元件
Foveon X3吸收红绿蓝光线演示图
Foveon X3吸收绿蓝光光线示意图
X3技术的另一个特点是虚拟像素尺寸-VPS(Virtual Pixel Size)。它可以把邻近的像素信号组合成一个像素,如2x2或者4x4,从而增加信噪比。这可以应用于提高感光度同时保持低噪音。此外使用VPS减低像素还可以加快从感光器提取信号的速度,这对于摄像应用有帮助。
Foveon X3虚拟像素尺寸-VPS原理 |
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