以上優(yōu)秀的攝影是IPPAWARDS的獲獎(jiǎng)作品,你也許不知道IPPAWARDS是什么,但我想你對(duì)這四幅作品的拍攝器材一定很熟悉:iPhone。對(duì),我沒(méi)說(shuō)錯(cuò);你也沒(méi)看錯(cuò),這就是手機(jī)拍攝的作品。iPhone之所以能拍出如此優(yōu)秀的作品,少不了攝影師的才華,更重要的基礎(chǔ)是:圖像傳感器在近幾年的長(zhǎng)足發(fā)展。

圖 像 傳 感 器 技 術(shù) 解 讀

圖像傳感器,或稱感光元件,是一種將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)的設(shè)備,它被廣泛地應(yīng)用在數(shù)碼相機(jī)、智能手機(jī)和其他電子光學(xué)設(shè)備中。早期的圖像傳感器采用模擬信號(hào),如攝像管。如今,圖像傳感器主要分為感光耦合元件(charge-coupled device, CCD)和互補(bǔ)式金屬氧化物半導(dǎo)體有源像素傳感器(CMOS Active pixel sensor)兩種。

CCD

CCD使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成,能把光線轉(zhuǎn)變成電荷,通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào),數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)壓縮以后由相機(jī)內(nèi)部的閃速存儲(chǔ)器或內(nèi)置硬盤卡保存,因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī),并借助于計(jì)算機(jī)的處理手段,根據(jù)需要和想像來(lái)修改圖像。CCD由許多感光單位組成,通常以百萬(wàn)像素為單位。當(dāng)CCD表面受到光線照射時(shí),每個(gè)感光單位會(huì)將電荷反映在組件上,所有的感光單位所產(chǎn)生的信號(hào)加在一起,就構(gòu)成了一幅完整的畫面。

CMOS

CMOS和CCD一樣同為在數(shù)碼相機(jī)中可記錄光線變化的半導(dǎo)體。CMOS的制造技術(shù)和一般計(jì)算機(jī)芯片沒(méi)什么差別,主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體,使其在CMOS上共存著帶N(帶–電) 和 P(帶+電)級(jí)的半導(dǎo)體,這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀(jì)錄和解讀成影像。然而,CMOS的缺點(diǎn)就是太容易出現(xiàn)雜點(diǎn), 這主要是因?yàn)樵缙诘脑O(shè)計(jì)使CMOS在處理快速變化的影像時(shí),由于電流變化過(guò)于頻繁而會(huì)產(chǎn)生過(guò)熱的現(xiàn)象。

除了CCD和CMOS之外,還有富士公司獨(dú)家推出的SUPER CCD,SUPER CCD并沒(méi)有采用常規(guī)正方形二極管,而是使用了一種八邊形的二極管,像素是以蜂窩狀形式排列,并且單位像素的面積要比傳統(tǒng)的CCD大。將像素旋轉(zhuǎn)45度排列的結(jié)果是可以縮小對(duì)圖像拍攝無(wú)用的多余空間,光線集中的效率比較高,效率增加之后使感光性、信噪比和動(dòng)態(tài)范圍都有所提高。

精 選 資 源

CCD 與 CMOS 的 區(qū) 別

技術(shù)的角度比較,CCD與CMOS的區(qū)別有如下四個(gè)方面的不同: 信息讀取方式、速度、電源及耗電量、成像質(zhì)量。下面詳細(xì)說(shuō)明一下這幾點(diǎn)。 1.信息讀取方式 CCD電荷耦合器存儲(chǔ)的電荷信息,需在同步信號(hào)控制下一位一位地實(shí)施轉(zhuǎn)移后讀取,電荷信息轉(zhuǎn)移和讀取輸出需要有時(shí)鐘控制電路和三組不同的電源相配合,整個(gè)電路較為復(fù)雜。CMOS光電傳感器經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)生電流(或電壓)信號(hào),信號(hào)讀取十分簡(jiǎn)單。(詳細(xì)

CMOS 逐步替代 CCD

CMOS相比CCD有一些明顯的優(yōu)勢(shì),最大優(yōu)勢(shì)就是成本,還有就是采樣速度以及當(dāng)前很多產(chǎn)品都比較看重的功耗。
1、首先我們來(lái)說(shuō)說(shuō)CMOS相對(duì)CCD傳感器的最大優(yōu)勢(shì),那就是成本。生產(chǎn)單位數(shù)量的CMOS的成本卻要比CCD容易很多,因?yàn)镃MOS的工藝更加符合目前流水線生產(chǎn)的理念,所以生產(chǎn)成本可以控制的更低。也就是說(shuō)生產(chǎn)少量傳感器,CCD成本更低,生產(chǎn)大量傳感器,CMOS更低! (詳細(xì)

相 關(guān) 資 訊

圖 象 傳 感 器 發(fā) 展 歷 史

鑒于在越來(lái)越多的民用領(lǐng)域,CCD逐漸被CMOS取代,在消費(fèi)級(jí)電子產(chǎn)品上CMOS幾乎統(tǒng)治整個(gè)領(lǐng)域。我們就以CMOS為例介紹一下圖像傳感器的應(yīng)用。最常見的應(yīng)用當(dāng)屬手機(jī)和數(shù)碼相機(jī)。

手 機(jī)

世界第一款照相手機(jī)由夏普和J-PHONE(現(xiàn)在的日本沃達(dá)豐)合作推出的J-SH04手機(jī) 它只搭載了一個(gè)11萬(wàn)像素的CMOS數(shù)碼相機(jī)鏡頭,僅有74克的重量讓人驚嘆。而J-SH04的液晶顯示屏采用的則是在當(dāng)時(shí)算主流的256色的STN彩色液晶。并且屏幕尺寸的實(shí)測(cè)值是25×34毫米,分辨率為96×130像素。 盡管該機(jī)拍攝的畫面的確有點(diǎn)慘不忍睹,但對(duì)于我們來(lái)說(shuō)J-SH04帶來(lái)是更多的想象力的和開創(chuàng)性意義。

隨后,第一代拍照手機(jī)在2002年登陸世界范圍市場(chǎng),以諾基亞7650、索尼愛立信T68i等。由于諾基亞7650還是一款擁有2.1英寸屏幕、104MHz處理器的智能手機(jī),再加上30萬(wàn)像素的攝像頭,傳感器同樣為CMOS?傮w素質(zhì)超過(guò)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手,所以在一些老用戶心中,它也是中國(guó)市場(chǎng)中第一款拍照手機(jī)。

隨后,拍照手機(jī)便進(jìn)入了高速發(fā)展階段,搭載100萬(wàn)像素?cái)z像頭的機(jī)型層出不窮,但是真正的技術(shù)革新,這是有索尼愛立信K750i帶來(lái)的。這款在2005年發(fā)售的機(jī)型,不僅擁有200萬(wàn)像素的傳感器,也首次集成了自動(dòng)對(duì)焦系統(tǒng)和氙氣閃光燈,拍照效果更清晰,讓手機(jī)拍照體驗(yàn)首次接近數(shù)碼相機(jī)。

而同期的諾基亞,則推出了N90,搭載3倍光學(xué)變焦鏡頭,也是令人感到眼前一亮的機(jī)型。

2007年,像素大戰(zhàn)依然持續(xù)升級(jí),以諾基亞N95為代表的機(jī)型,內(nèi)置了500萬(wàn)像素CMOS傳感器。

直到2010年iPhone4橫空出世,手機(jī)拍照進(jìn)入新時(shí)代,背后的一大功臣當(dāng)屬背照式CMOS。 在傳統(tǒng)CMOS感光元件中,感光二極管位于電路晶體管后方,進(jìn)光量會(huì)因遮擋受到影響。所謂背照式CMOS就是將它掉轉(zhuǎn)方向,讓光線首先進(jìn)入感光二極管,從而增大感光量,顯著提高低光照條件下的拍攝效果。背照式CMOS傳感器的應(yīng)用可以很大程度上提升弱光環(huán)境下的對(duì)焦能力以及畫質(zhì)的表現(xiàn)力。

背照式CMOS在手機(jī)中的應(yīng)用是一個(gè)里程碑事件。 智能手機(jī)像素大戰(zhàn)愈演愈烈,直到搭載4100萬(wàn)像素CMOS的諾基亞808出現(xiàn),像素大戰(zhàn)算是到頭了。

數(shù) 碼 相 機(jī)

自從圖像傳感器進(jìn)入手機(jī)以來(lái),飛速發(fā)展,十幾年來(lái)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步,經(jīng)過(guò)近十幾年的技術(shù)研發(fā),CMOS技術(shù)取得了重大突破,在速度、靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、特別是在成像質(zhì)量上都已經(jīng)趕上甚至超越了CCD,最重要的是成像晶元技術(shù)的突破和革新以及成像工藝的提升。從以上的過(guò)程我們可以清楚地感受到CMOS的發(fā)展歷程。今日的CMOS已經(jīng)不再是剛剛發(fā)明初期時(shí)的不堪大用了,它廣泛地應(yīng)用于各個(gè)方面,就連高端數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域也已經(jīng)被逐步攻陷。2012年9月徠卡在德國(guó)科隆召開新聞發(fā)布會(huì),發(fā)布了旁軸M系列相機(jī),首次采用CMOS傳感器。萊卡相機(jī)核心系列步入CMOS時(shí)代。

圖像傳感器廠商中的領(lǐng)頭羊,在CCD與CMOS都頗有建樹,為CMOS技術(shù)革新立下汗馬功勞的SONY自家的很多頂級(jí)產(chǎn)品也采用CMOS:世界首款全畫幅無(wú)反相機(jī)α7R搭載3600萬(wàn)像素35mm全畫幅Exmor CMOS影像傳感器。

一直被稱為相機(jī)最高端的中畫幅也不例外,2014年3月哈蘇也已經(jīng)發(fā)布了全球首款中畫幅CMOS哈蘇H5D-50C。搭載的也是索尼生產(chǎn)的5000萬(wàn)像素CMOS傳感器。

圖象傳感器 應(yīng)用超乎你想象

如果你認(rèn)為圖象傳感器只是應(yīng)用于手機(jī)和相機(jī),你就OUT了!下面小編為大家盤點(diǎn)一下圖象傳感器在哪些領(lǐng)域有大有用武之地。

總之圖象傳感器在你想得到和想不到的很多領(lǐng)域都在使用或?qū)⒁褂,需求和市?chǎng)將不斷增長(zhǎng),未來(lái)將是一片光明。圖象傳感器與圖象處理器的發(fā)展是相輔相成的,未來(lái)希望她倆的默契合作為我們捕捉更精彩的世界。