数码相机问答(5) — 成像器件

2、既然CCD与CMOS都是感光传感器，为何价格如此悬殊，它们之间到底有何区别？
答：CCD是目前比较成熟的成像器件，CMOS被看作未来的成像器件。
    因为CMOS结构相对简单，与现有的大规模集成电路生产工艺相同，从而生产成本可以降低。从原理上，CMOS的信号是以点为单位的电荷信号，而CCD是以行为单位的电流信号，前者更为敏感，速度也更快，更为省电。现在高级的CMOS并不比一般CCD差，但是CMOS工艺还不是十分成熟，普通的 CMOS 分辨率低而成像较差，太容易出现杂点。这主要是因为早期的设计使CMOS在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而会产生过热的现象。
    目前的情况是，许多低档入门型的数码相机使用廉价的低档CMOS芯片，成像质量比较差。普及型、高级型及专业型数码相机使用不同档次的CCD，个别专业型或准专业型数码相机使用高级的CMOS芯片。代表成像技术未来发展的X3芯片实际也是一种CMOS芯片。

3、什么是超级CCD？
答：传统彩色CCD感光单元及滤色镜的排列是方形的，以G-R-G-B型CCD为例，可以简单的理解为4个感光单元的中心点构成一个“像素点”，这样，每个感光单元的光值都是复用的，使用了4次（边缘部位除外），每4个感光单元计算出4个像素。在超级CCD上，感光单元的排列是交叉的，即每三个感光单元的中心构成一个“像素点”。这种计算方法，每个感光单元的光值复用了6次，感光单元又只有3类，所以，虽然感光单元没有增加，产生的像素数却多了一倍。
    应该说，这种计算方法，是相当科学的，并没有故弄玄虚，但由于光值仍然是复用的，说它因排列方式的改变而比传统CCD提高了成像锐度是没有根据的。

4、关于CCD逐行扫描与隔行扫描的区别？
答：隔行、逐行只是数据处理方式的不同，隔行技术源于早期电视技术，是先提取奇数行的数据形成图像轮廓，再用偶数行数据补充，因那时的技术限制，数据处理速度跟不上，就采取隔行方式，用于连续图像，可以先把画面轮廓送到观众面前。由于不是连续扫描，若成像过程中被摄体移动，就会出现错位。
    如果数据采集速度慢，逐行扫描的CCD拍摄动体也会出现扭曲，反之，如果数据采集速度足够快，隔行扫描也没有什么问题，这一点可以从使用隔行扫描CCD的索尼 DSC-S70优良的成像得到证实，所以，尽管从技术层面来讲逐行扫描CCD是好一些，但从日本的相关资料了解到，由于同样大小CCD像素的不断增加，CCD中传送信号的通路无法适应逐行扫描得到的一次性的大量的数据，会造成图象处理速度的下降。因此在高像素的数码相机中隔行扫描的技术的应用越来越多。至于隔行扫描会造成的错位问题，已经得到了解决，解决的办法是利用机械快门的运动。考虑到其它因素对成像的影响远大于此，故个人用户购买数码相机时完全可以不予重视CCD是隔行扫描还是逐行扫描。
 
5、为什么同样像素的CCD面积大小不同呢？
答：首先要区分成像的“像素”和物理的“感光单元”两个概念，数字图像的“像素”是无所谓面积的，它没有物理尺寸，CCD构成中有物理尺寸的是感光单元，它是将经滤镜过滤后的光的强度转换成电讯号的器件。数码照片的“像素”和CCD的感光单元并不是简单的一一对应，成像算法不同，对应关系也不同，所以，相同分辨率（像素数）的CCD有面积大小之分。

6、CCD面积对数码相机成像质量有什么影响？
答：一般说来，如果分辨率相同，生产工艺相同，面积大的CCD成像效果更好一些，因为大的成像面积可以使用更大口径、更长焦距、更大通光量的镜头，降低对镜头分辨率的要求（对镜头畸变的要求更高了），减少光线干涉、衍射对成像的影响，提高信噪比。

7、CCD的物理分辨率能代表CCD的成像质量吗？
答：CCD的物理分辨率不能完全代表CCD的成像质量，影响成像质量的因素很多。每个感光单元感光时的噪音干扰、电源干扰、数据随机分散性、滤色镜的色纯度等等，都会影响成像的质量，需要专门的电路设计、材料设计以及工艺控制来解决。

8、什么是插值像素？它能代表CCD实际像素吗？ 
答： “插值”最初是电脑的术语，后来引用到数码图像上来。图像放大时，像素也相应地增加，但这些增加的像素从何而来？“插值”程序会自动选择信息较好的像素作为增加的像素，而并非只使用临近的像素，所以在放大图像时，图像看上去会比较平滑、干净――但必须注意的是插值并不能增加图像信息。例如：一张照片中，人因为距离比较远，在照片上只有一个白点，但当图像插值放大时，这个人还是白点，只是比以前稍微大了些。
  
9、为什么CCD分辨率会高于相机最大成像分辨率？
答：这是因为，CCD作为感光器件，CCD边缘的像素点在拍摄时，由于边缘光的影响，一般会出现一定的偏色和眩晕，数码相机在CCD像素大于图象拍摄像素时，会自动切除边缘像素，从而去除眩晕和偏色，边缘切除越多，对成像的清晰率等越好。
    所以追求品质的厂家一般都用远高于拍摄图象的最大像素的CCD。
    
10、用LCD取景时，强光照射对CCD有害么？
答：用LCD取景时，快门处于打开状态，此时强光照射对CCD有潜在威胁。

11、数码相机的坏点和噪点有什么区别？
答：数码相机的成像元件（CCD或CMOS，目前一般指CCD）一般有数百万个感光单元，如果其中某个感光单元损坏，不能成像，即成为坏点---Dead Pixel。数码摄影和传统相机不同，传统相机拍摄时很少因电子零件产生的杂讯干扰影响拍摄品质。但是数码摄影的杂讯产生环境就复杂多了，从操作过程中机体升温效应，CCD上的残留能量以致于机身零件本身，甚至来自外界的电磁波干扰都有可能会在画面上形成杂色的斑点，此为噪点---hot pixel。

12、如何测试数码相机的坏点和噪点？
答：检测相机时，盖上镜头盖拍摄，理论上图像应该是纯黑色，若有斑点即是坏点或噪点。坏点总在画面的固定位置，而且无论使用怎样的曝光组合或怎样的感光度，始终存在。噪点在一般情况下并不存在（除非相机质量过于低劣），随着曝光时间延长、感光度（ISO）调高或相机温度升高（长时间开机）而增加。
    数码相机的LCD也可能有坏点，无论是菜单操作还是浏览图像，也无论用什么比例浏览，在LCD上始终存在的点是LCD的坏点。LCD一般没有所谓的噪点。

13、CCD有坏点怎么办？能修好吗？
答：拍摄夜景时或盖上镜头盖长时间曝光时，影像上的色点不一定都是CCD坏点，有的是噪点，CCD温度降低后会有改善，通过固件（Firmware）升级有的也能改善。
    如果CCD真的有坏点可以说是无法维修的，因为那是CCD的硬件问题，对CCD的某个成像单元进行维修几乎是不可能的，也是不经济的，只有换相机或换CCD。
 
14、如果数码相机长时间地对着固定的对象，会在CCD上留下记忆，形成不能去除的阴影吗？
答：不会，但对着阳光、强烈的灯光等，可能会损坏成像系统。
 
15、为什么数码相机很少有黑白模式？
答：单独来说，获取黑白的数码图像的确不难，在CCD感光时，记录下每个感光单元的光度值，组合起来就是一幅黑白的数码图像，但让一个CCD同时兼容彩色和黑白模式就没那么简单了。为了记录色彩，人们在CCD感光单元前面设置了彩色滤色镜，为了让滤色镜和感光单元能很好的相对定位，滤色镜往往要紧贴在CCD表面，甚至直接在CCD上涂色，所以，数码相机的黑白模式只能是经过软件转换结果。这样的图像难以具备黑白图像应有的犀利和质感，失去了艺术魅力。