壹、傳統CCD:
相信很多朋友都知道CCD的重要性，知道它是決定數碼相機性能的重要部件，但是真正了解CCD還不夠。
1，認識CCD
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圖1
CCD(電荷耦合器件)是壹種半導體，可以記錄數碼相機中的光線變化(如圖1)，通常以百萬像素為單位。數碼相機規格中的百萬像素是指CCD的分辨率，也就是說這個數碼相機的CCD上有多少感光元件。
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圖2
CCD上光敏元件的表面具有存儲電荷的能力，排列成矩陣狀(如圖2所示)。當它的表面感受到光線時，會將電荷反射到元器件上，整個CCD上所有感光元件產生的信號就構成了壹幅完整的畫面。因此，CCD通常作為光敏元件用於數碼相機和掃描儀中。
2.CCD的三明治結構
如果妳解剖CCD，妳會發現CCD的結構就像壹個三明治。第壹層是“微透鏡”，第二層是“二向色濾光片”，第三層是“感光層”。妳壹定覺得很奇怪，為什麽“鏡頭”直接做在CCD上？
第壹層“微透鏡”
其實這是英文翻譯的壹個錯誤:“ON-CHIP MICRO LENS”，是索尼在1980開頭開發的。這是為了有效提高CCD的總像素，也是為了保證單個像素繼續縮小以維持CCD的標準面積。因此，有必要擴大單個像素的光接收面積。然而，通過增加孔徑比(照明比)來增加光接收面積，圖像質量變得更差。所以孔徑比只能提高到壹定的極限，否則CCD會變得低劣。為了改善這個問題，索尼率先在每個光電二極管(單像素)上安裝了微型透鏡。這種設計就像把眼鏡放在CCD上。感光面積由微透鏡的表面積決定，而不是由傳感器的開口面積決定。這樣可以同時考慮單個像素的大小，在規格上可以提高開口率，從而大幅提高靈敏度(如圖3)。
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圖3
第二層是“二向色濾光片”
CCD的第二層是“分色濾鏡”。目前有兩種分色方法，壹種是RGB原色分色法，壹種是CMYG補色分色法。這兩種方法各有利弊。但在輸出方面，原色和補色CCD的輸出比大約是2比1。
原色CCD的優點是畫質銳利，色彩真實，缺點是有噪點。所以我們可以註意到，壹般使用原色CCD的數碼相機，ISO感光度不會超過400。相比之下，補色CCD有壹個Y黃色濾色器，在色彩分辨率上更用心，但犧牲了部分圖像的分辨率。ISO值上，補色CCD可以容忍更高的感光度，壹般可以設置在800以上(如圖4、5、6、7)。
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圖4
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圖5
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圖6
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圖7
第三層:感光層
CCD的第三層是“感光板”，主要負責將經過濾色層的光源轉換成電信號，並將信號傳輸到圖像處理芯片還原圖像。
3.CCD排列
傳統的CCD排列成矩陣，然而，這種做法限制了在有效面積內提高分辨率的能力(1.8英寸CCD的理想值按照目前的技術是600萬像素左右，但考慮到成本和制造合格率，修正到400萬是合理的)。所以有些廠商很聰明的改變了CCD的排列順序，希望增強分辨率。富士Fine Pix 4700就是這麽做的。富士膠片開發的技術被稱為“超級CCD”。這項技術是將CCD像素體旋轉45度角，排列成蜂窩狀(如圖8)。結果，不需要光電二極管之間的布線部分來實現其最大化。因為像素的形狀和垂直方向的差異較小，所以變成了近似八邊形，使得受光部分更大。獲得相當於ISO 800的高靈敏度。超級CCD的信噪比比以前提高了2倍左右，色彩還原度也有很大提高。結果，尤其是高光部分和陰影部分的色調再現性大大提高，使得分辨率和色調平衡，並且可以拍攝更平滑的人像。
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圖8
這裏需要指出的是，富士宣稱原來的240萬像素在1.7英寸下升級到了430萬！雖然效果如此驚人，但還是要看到實際的測試報告，才能判斷這個效果增強了多少分辨率。
第二，CMOS(互補金屬氧化物半導體)
CMOS和CCD壹樣，都是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電腦芯片沒什麽區別，主要是利用矽和鍺制成的半導體，讓N(帶正電)和P(帶負電)能級的半導體存儲在CMOS上，這兩種互補效應產生的電流可以被處理芯片記錄並解讀為圖像。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。
那麽CMOS有什麽優勢呢？其實CMOS相對於CCD的優勢是成本低，功耗低，易於制造，可以和圖像處理電路在同壹芯片上。但由於上述缺點，CMOS只能在經濟型數碼相機市場生存。
當佳能D30選擇CMOS作為感光元件時，許多專家“打破了他們的眼鏡”，因為在高端數碼相機中使用CMOS是非常罕見的。不過根據最近在DPREVIEW上看到的佳能D30 BETA公布的實測照片來看，似乎CMOS已經突破了之前的不足，效果幾乎和CCD相當。目前，佳能D30是否改進了原有的CMOS設計或對讀取圖像的芯片進行了革命性的改進尚不可知。不可否認，CMOS的功耗只有CCD的三分之壹左右，對於電池性能要求越來越高的數碼相機來說，這可能是未來開發新機型的解決方案。
如果妳還不清楚CMOS，下面的網站有CMOS的詳細英文解釋:
http://tech-www . informatik . uni-Hamburg . de/applets/CMOS/cmosdemo . html
三、新壹代CCD技術創新
時代在變，傳統的CCD技術已經不能滿足用戶對數碼相機的需求。下面，我們將簡要介紹2002年新推出的兩種具有代表性的CCD技術，讓大家對CCD有更深的了解:
富士發布第三代超級CCD技術(如圖9和圖10)。
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圖9
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圖10
1999年，日本富士開發出第壹代SuperCCD，應用於FinePix 4700z。因為它可以提高像素和分辨率，所以很受歡迎。然後在2001，富士修正了第壹代超級CCD的所有噪點缺點，將有效像素提高到3100000，最大像素602萬。這些CCD組裝在FinePix 6800z/6900z上，成為富士當年最暢銷的數碼相機。新壹代SuperCCD III結合了上述優勢，並增加了:
信號處理能力——這項技術的獨創性在於利用相機內置的信號處理處理器，對第壹時間獲得的照片(2832X2128)進行整合。具體來說，以RGB為標準，以三種顏色每四個像素為計算基礎，綜合了照片在ISO 1600高感光度下應該具備的性能。利用計算的原理，可以改善和校正弱光下照片的色彩，避免電子幹擾增加的噪點比例。但缺點是高像素的原始照片會縮小到(1280X960)的大小比例。
CCD水平/垂直像素混合運算——這是SuperCCD III的又壹特長，也是世界上CCD首次采用水平/垂直像素混合運算技術。這樣有效像素300萬的CCD就可以越過壹般的QVGA動畫錄制(分辨率320×240)，速度限制在15fps的閾值——因為數碼相機的處理速度不夠，畫面容易暗。這次通過操作方式，將多個像素整合為壹個，讓數碼相機的快門極限得到釋放，因此SuperCCD在VGA (640×480)的分辨率下，可以達到30fps的最大錄制容量。可有效提高靈敏度4倍以上。換句話說，SuperCCD III拍攝的動畫有VCD的水平。
美國Foveon公司發布多層色敏CCD技術。
在福文公司公布X3技術之前，壹般的CCD結構都是蜂窩狀的濾色片(圖11)，下面有壹個感光器，用來判斷入射光是RGB三原色中的哪壹種。
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圖11
但是蜂窩技術(美國也叫馬賽克技術)有以下缺點:分辨率無法提高，顏色辨別能力差，生產成本高。因此，高端CCD的生產多年來壹直被日本壟斷。全新的X3技術，使電子技術成功模仿了“真底片”(圖12)的顏色感知原理，根據光的吸收波長“壹層壹層感知顏色”！與蜂窩技術中壹個像素只能感知壹種顏色的缺點相對應，X3的同壹個像素可以感知三種不同的顏色，大大提高了圖像質量和色彩表現力。
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圖12
支持更強大的CCD運算技術VPS(可變像素Aize)；除此之外，X3還有壹個特點，與我們之前介紹的SuperCCD III的橫向和縱向的操作整合非常相似，也是通過“組像素”的搭配(圖13)。X3還可以實現超高ISO值(分辨率必須降低)和高速VGA錄制速率。比SupercCCD更強大的是，X3的每個像素可以感知三種顏色值。理論上，X3的動畫拍攝可能比同等速度下的SuperCCD III更精致。