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 （ Digital Still Camera,DSC ） 数码摄像机（ Digital Video Camera) 数字摄像头（ Web-camera/PC-camer

a ）

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(Charge Coupled Device) 电荷偶合器CMOS(Complementary Metal Oxide Semicon

ductor) 互补型金属氧化物半导体器件

8.1.1 CCD 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 CCD

8.1.1 CCD 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

Ｓ upper CCD

1 、 SCCD 在光敏单元的排列方式上的改进

Ｓ upper CCD

２、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 Super CCD 。

2003 年初，富士发布第四代 Super CCD 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 C

CD 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(Variable Pixel Aize) 。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 Super CCD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 SuperCCD III还来得更精致。