谈谈数码相机的CCD [1]
上一篇文章我们对目前常见的图像传感器做了简单的介绍，这次我们来谈一谈数码相机领域内图像传感器的“老大”－－CCD。虽然图像传感器有许多种，CMOS传感器也已经占据了数码单反领域的半壁江山；但仍然可以这么认为，至少在近期和可以预见的将来，CCD技术仍会是数码成像技术的主流，至少在非数码单反相机中，CCD的“NO.1”地位不会轻易动摇。
应用于数码相机上的CCD有好多种，从信号传输方式上分，大致可以分为全帧传输CCD、隔行传输CCD两种；从滤镜类型来分，可分为原色CCD和补色CCD；从感光单元形状和排列方式来分，又可分为普通CCD和富士公司的“超级CCD”。由于CCD的生产工艺复杂，目前世界上只有索尼、富士、柯达、飞利浦、松下和夏普6家厂商可以批量生产。
CCD的工作原理：
CCD的结构就象一排排输送带上并排放满了小桶，光线就象雨滴撒入各个小桶，每个小桶就是一个像素。按下快门拍照的过程，就是按一定的顺序测量一下某一短暂的时间间隔中，小桶中落进了多少“光滴”，并记在文件中。一般的CCD每原色的光度用8位来记录，即其小桶上的刻度有8格，也有的是10位甚至12位，10位或12位的CCD在记录色彩时可以更精确，尤其是在光线比较暗时。早期的CCD是隔行扫描的，同一时刻，每两行小桶，只有一行被测量，这样可以提高快门速度，但图像精度大为降低。
随着技术的进步，人们已能让CCD记录在几十分之一秒，甚至几千分之一秒的时间里，落进各个“小桶”的“光滴”的量，所以，新的CCD一般都是逐行扫描的。
全帧传输(FullFrame Transfer)CCD和隔行传输(Interline Transfer)CCD：
普通消费级的数码相机商采用的都是隔行传输CCD，它在一块半导体上集成制造出感光器件：光电二极管和一些电路。每个单元呈整齐的矩阵式排列，行数乘以列数就是这个CCD的像素数量。每个像素单元中有大约30％的面积用来制造光电二极管，在剩余的可用面积中，会放置一个转移寄存器。在接受一个指令后，光电二极管感受到的光强，会被放置在这个转移寄存器中并暂时存储在这里，这是一个模似信号。接着就是把这每一个像素中的光强值，变成数字信号，再由相机中的处理器组合成一幅数字图像。由于每个像素单元中，真正用于感光的面积只占30％左右，所以它的感光效率比较低。所以在真正的成品中，会在每个像素单元的上面，再放一个小的光学镜片，我们把它叫做“微透镜”。微透镜在光电二极管的正上方，面积造得比较大，这样就能把更多的入射光集中到光电二极管上，使等效的感光面积达到像素面积的70％左右。
全帧传输CCD和隔行传输CCD的工作原理：
柯达的专业数码相机中采用的CCD是全帧传输CCD。在每个像素单元中，有70％的面积用来制造光电二极管。整个像素的框内几乎全是感光面积。不需要也没办法放置更大面积的光学镜片来提高它的采光量。它的读出顺序和隔行传输CCD是一样的。这种结构的好处是，可以得到尽量大的光电二极管，达到更好的成像质量。可以说，同样的CCD面积，全帧传输肯定会有更好的性能。全帧传输CCD在感光器件中的每个光电二极管的有效像素的面积更大，从而可以捕捉到更多的图像数据。一般而言，全帧传输CCD能够捕捉到的有效图像数据大约是隔行传输CCD的两倍，从而具有更大的动态范围、更低的噪点和较高的感光度等优点，从而改善了暗部和高光部分的细节表现。但是全帧传输CCD不能输入视频图像，不能用液晶屏做取景器，必须以机械快门配合工作。奥林巴斯的E-1也是采用了这种CCD。
从下图可以看出，全帧传输CCD性能优于隔行传输CCD：
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