光敏元件的工作原理
電荷耦合器件(CCD)是電荷耦合器件的圖像傳感器，由高靈敏度的半導體材料制成。它可以將光轉換成電荷，電荷通過模數轉換芯片轉換成數字信號。壓縮後的數字信號由相機中的閃存或內置硬盤卡保存，因此數據可以很容易地傳輸到計算機中，並在計算機處理手段的幫助下根據需要和想象修改圖像。CCD由許多感光單元組成，通常以百萬像素為單位。當CCD表面被光照射時，每個光敏單元都會反射模塊上的電荷，所有光敏單元產生的信號疊加在壹起形成壹幅完整的畫面。
與傳統底片相比，CCD在視覺上更接近人眼的工作模式。而人眼的視網膜是由負責光強感知的視桿細胞和負責顏色感知的視錐細胞組成，它們共同作用形成視覺感知。經過35年的發展，CCD的大致形狀和工作方式已經定型。CCD的組成主要由壹個馬賽克狀的網格、壹個聚光透鏡和底部的電子電路矩陣組成。目前有能力生產CCD的公司有索尼、飛利浦、柯達、松下、富士、夏普，大部分是日本廠商。
互補金屬氧化物半導體CMOS(complementary metal-oxide semiconductor)和CCD壹樣，是壹種可以記錄數碼相機中光線變化的半導體。CMOS的制造技術和壹般的計算機芯片沒有區別，主要是使用矽和鍺制成的半導體，這樣在CMOS上存儲了N(帶電)和P(帶+電)能級的半導體，這兩種互補效應產生的電流可以被處理芯片記錄並解釋為圖像。但是CMOS的缺點是太容易出現雜波，這主要是因為早期的設計使得CMOS在處理快速變化的圖像時過熱，因為電流變化太頻繁。
兩種光敏元件的區別
從兩種感光元件的工作原理可以看出，CCD的優勢在於成像質量好。但由於制造工藝復雜，只有少數廠商能夠掌握，所以制造成本居高不下，尤其是大CCD，非常昂貴。同時，近幾年CCD從30萬像素發展到現在的600萬，像素的提升已經到了極限。
同樣分辨率下，CMOS比CCD便宜，但CMOS器件產生的圖像質量比CCD低。到目前為止，市面上的消費級和高端數碼相機大多采用CCD作為傳感器；CMOS傳感器在壹些相機中作為低端產品使用。如果哪個相機廠商生產了使用CCD傳感器的相機，廠商都會不遺余力地宣傳作為賣點，甚至稱之為“數碼相機”。壹時間，有沒有CCD傳感器成了人們判斷數碼相機檔次的標準之壹。
CMOS圖像傳感器的壹個優點是功耗比CCD低。為了提供出色的圖像質量，CCD付出了較高的功耗。為了使電荷傳輸順暢，降低噪聲，需要通過高壓差來提高傳輸效果。而CMOS圖像傳感器是將每個像素的電荷轉換成電壓，放大後再讀取，可以用3.3V電源驅動，比CCD耗電更少。CMOS圖像傳感器的另壹個優點是與外圍電路的高度集成，可以將ADC和信號處理器集成在壹起，從而大大減小其尺寸。比如CMOS圖像傳感器只需要壹套電源，而CCD需要三四套電源。由於ADC和信號處理器的工藝與CCD不同，因此很難減小CCD套件的尺寸。但目前CMOS圖像傳感器的首要問題是降低噪聲。CMOS圖像傳感器能否在未來改變長期被CCD壓制的命運，是壹個重要的關鍵。
影響光敏元件的因素
對於數碼相機來說，圖像傳感器成像主要有兩個因素:壹是傳感器的面積；第二是感光元件的色深。
感光元件面積越大，成像越大。同等條件下可以記錄更多的圖像細節，像素間的幹擾也小，成像質量更好。但是隨著數碼相機向時尚化、小型化方向發展，感光元件的面積只能越來越小。
感光元件除了面積，還有壹個重要的指標，就是色深，也就是色位，也就是用多少個二進制數來記錄三原色。非專業數碼相機的感光元件壹般都是24位，高端點的采樣是30位，但是錄制的時候還是24位。專業數碼相機的成像器件至少是36位的，據說已經有48位的CCD了。對於24位的設備，感光單元最多可以記錄2 ^ 8 = 256級亮度，每種原色用壹個8位二進制數表示，最多可以記錄256x256x256種顏色，約為65，438+06，770，000。對於36位設備，感光單元能記錄的最大亮度值為2 12 = 4096，每個原色用壹個12位二進制數表示，能記錄的最大顏色數為4096x4096x4096約68.7億。例如，如果拍攝對象最亮部分的亮度是最暗部分的400倍，使用24位感光元件的數碼相機拍攝，如果拍攝對象在弱光部分曝光，亮度高於256的部分會全部曝光過度，圖層丟失，產生亮點。如果拍攝對象在高光部分曝光，那麽低於壹定亮度的部分都會曝光不足。如果使用使用36位光敏元件的專業數碼相機，
光敏元件的發展
CCD是美國貝爾實驗室在1969年研制的。到了80年代，CCD圖像傳感器雖然存在缺陷，但由於不斷研究，最終克服了困難，並在80年代後半期制造出了高分辨率、高質量的CCD。90年代制造出百萬像素的高分辨率CCD，此時CCD的發展突飛猛進。CCD發展至今已有二十多年。90年代中期以來，CCD技術發展迅速，同時CCD的單位面積越來越小。但為了在縮小CCD面積的同時提高畫質，索尼和1989開發了SUPER HAD CCD這種新型感光元件，依靠CCD模塊內部放大器的放大作用，在CCD面積縮小的情況下提高畫質。後來新結構CCD，EXVIEW HAD CCD，四色濾鏡技術(索尼F828專用)相繼出現。富士數碼相機使用超級CCD CCD(超級CCD Sr。
對於CMOS來說，便於量產，速度快，成本低，將是數碼相機關鍵器件的發展方向。目前，在佳能等公司的不斷努力下，新的CMOS器件不斷推出，高動態範圍CMOS器件已經出現。這項技術不需要快門、光圈、自動增益控制和伽馬校正，使其接近CCD的成像質量。此外，由於CMOS固有的可塑性，可以在不增加太多成本的情況下制造具有高像素的大型CMOS感光體。與CCD的停滯不前相比，CMOS作為壹個新生事物，顯示出旺盛的生命力。CMOS感光體作為數碼相機的核心部件，已經逐漸取代CCD感光體，有望在不久的將來成為主流感光體。