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《數(shù)碼攝影入門系列(四)》由會(huì)員上傳分享,免費(fèi)在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在行業(yè)資料-天天文庫(kù)。
1、通過(guò)前幾篇文章,相信大家可能對(duì)數(shù)碼圖像和色彩有了一定的認(rèn)識(shí)。從這篇文章開始,我們將會(huì)對(duì)大家拍攝使用的“武器”--數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行全方位的介紹。首先我們來(lái)了解一下數(shù)碼相機(jī)的核心部件--圖像傳感器。一、圖像傳感器的歷史與傳統(tǒng)相機(jī)不同,數(shù)碼相機(jī)并不是使用膠片來(lái)感光,而是使用圖像傳感器來(lái)捕捉圖像。圖像傳感器的歷史可以說(shuō)非常的悠久:早在1873年,當(dāng)時(shí)科學(xué)家約瑟·美(JosephMay)及偉洛比·史密夫(WilloughbySmith)就發(fā)現(xiàn)了硒元素結(jié)晶體感光后能產(chǎn)生電流,這是電子影像發(fā)展的開始。以后陸續(xù)有組織和學(xué)者研
2、究電子影像,發(fā)明了幾種不同類型的圖像傳感器。其中重要的發(fā)明有20世紀(jì)50年代誕生的光學(xué)倍增管(PhotoMultiplierTube,簡(jiǎn)稱PMT)和70年代出現(xiàn)的電荷耦合裝置(ChargeCoupledDevice,簡(jiǎn)稱CCD)。20世紀(jì)末,又有三種新型的圖像傳感器問(wèn)世了,它們分別是互補(bǔ)氧化金屬半導(dǎo)體(ComplementaryMetalOxideSemiconductor,簡(jiǎn)稱CMOS)、接觸式圖像傳感器(ContactlmageSensor,簡(jiǎn)稱CIS)和LBCAST傳感器系統(tǒng)(LateralBuri
3、edChargeAccumulator,SensingTransistorArray)。二、PMTPMT是最早出現(xiàn)的圖像傳感器,從五十年代發(fā)展到現(xiàn)在,技術(shù)已經(jīng)非常成熟,是目前性能最好的傳感器。它就像一個(gè)圓柱體小燈泡,直徑約一寸,長(zhǎng)度約二寸;內(nèi)置多個(gè)電極,將進(jìn)入的光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào),即使很微弱的光線也可準(zhǔn)確補(bǔ)捉。其最高動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)4.2,相對(duì)于其它類型只能達(dá)到3.2-3.6的傳感器,PMT要?jiǎng)俪霾簧?;而且它非常耐用,可以運(yùn)作十萬(wàn)小時(shí)以上。但是由于其造價(jià)相當(dāng)高,只能應(yīng)用于專業(yè)的印刷、出版業(yè)掃描儀及工程分析儀等
4、。類似小燈泡的傳感器“PMT”三、CCDCCD是美國(guó)貝爾實(shí)驗(yàn)室于1969年發(fā)明的,與電腦晶片CMOS技術(shù)相似,也可作電腦記憶體及邏輯運(yùn)作晶片。CCD是一種特殊的半導(dǎo)體材料,由大量獨(dú)立的感光二極管組成,一般這些感光二極管按照矩陣形式排列(富士公司的SuperCCD除外)。CCD的感光能力比PMT低,但近年來(lái)CCD技術(shù)有了長(zhǎng)足的進(jìn)步,又由于CCD的體積小、造價(jià)低,所以廣泛應(yīng)用于掃描儀、數(shù)碼相機(jī)及數(shù)碼攝像機(jī)中。目前大多數(shù)數(shù)碼相機(jī)采用的圖像傳感器都是CCD。貝爾實(shí)驗(yàn)室研究員Tony.Tyson利用CCD進(jìn)行天文研
5、究:索尼F828采用的“4色CCD”:四、CMOSCMOS技術(shù)已發(fā)展了數(shù)十年,CPU和內(nèi)存便是由CMOS組成。但直到1998年它才被用于制作圖像傳感器。CMOS的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)比CCD簡(jiǎn)單,耗電量只有普通CCD的1/3左右,而且制造成本比CCD要低。自從佳能公司在專業(yè)數(shù)碼單反相機(jī)EOSD30中采用了CMOS以來(lái),已經(jīng)有越來(lái)越多的數(shù)碼單反相機(jī)使用它,目前數(shù)碼單反相機(jī)中幾乎有一半采用CMOS作為圖像傳感器。佳能數(shù)碼單反相機(jī)EOSD30采用的CMOS傳感器:佳能的大部分?jǐn)?shù)碼單反相機(jī)都是采用了CMOS傳感器,適馬的S
6、D10也是采用了FoveonX3技術(shù)的CMOS,尼康也在今年聯(lián)合索尼開發(fā)出了千萬(wàn)像素級(jí)別的CMOS芯片,用在了他們的頂級(jí)數(shù)碼單反相機(jī)D2X上。幾年前人們還稱CMOS是“未來(lái)的傳感器”,如今CMOS已改變了這種身份,甚至可以和CCD分庭抗禮,我們只能感嘆科學(xué)技術(shù)的日新月異。尼康D2X上所使用的CMOS:五、CISCIS是一種基于CMOS技術(shù)的傳感器,由于結(jié)構(gòu)關(guān)系,CIS技術(shù)通常只用于掃描儀。CIS掃描儀將光源、聚焦鏡片及感應(yīng)器一同固定于一個(gè)外罩內(nèi),不須調(diào)節(jié)、預(yù)熱,所以比CCD掃描儀起動(dòng)快。CIS掃描儀體積比
7、CCD掃描儀更小,而制造成本也更少。但CIS技術(shù)還不成熟,容易產(chǎn)生較大的噪點(diǎn),所以應(yīng)用不太廣泛。CIS傳感器工作示意圖:六、LBCASTLBCAST也是一種基于CMOS技術(shù)的傳感器,這是尼康從1993年開始研發(fā)的一種新型傳感器。它是被用來(lái)作為取代CCD的攝影元件,著眼于CMOS的未來(lái)發(fā)展,進(jìn)行了自主改進(jìn)。和COMS一樣,LBCAST也使用了X-Y圖像尋址放大方式來(lái)讀取信號(hào),這使其色彩的動(dòng)態(tài)范圍和色域相對(duì)于CCD而言更大,而由于使用了便電壓和小的JFET集成電路結(jié)構(gòu)來(lái)進(jìn)行光電信號(hào)的傳輸,則使信噪比相比COM
8、S有了很大的提高,并因此有效控制了圖像噪點(diǎn),而在傳輸速度上也由于使用了獨(dú)立的管線流水線而更為迅速。尼康D2H上采用的LBCAST傳感器:目前,因?yàn)長(zhǎng)BCAST、CMOS每個(gè)像素使用的元件較多,體積尚未縮小到能夠用于袖珍相機(jī)的地步,所以尚未用于鏡頭一體型的數(shù)碼相機(jī)。