电荷密度_百度百科
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在里电荷密度是一种描述分布的电荷密度又可以分类为线电荷密度面电荷密度体电荷密度假设电荷分布于一条曲线或一根直棒子则其线电荷密度是每单位长度的电荷密度单位为/ (coulomb/meter) 假设电荷分布于一个平面或一个物体的表面则其面电荷密度是每单位面积的电荷密度单位为库仑/米^2假设电荷分布于一个三维空间的某区域或物体内部则其体电荷密度是每单位体积的电荷密度单位为库仑/米^3
从宏观效果来看带电体上的电荷可以认为是连续分布的电荷分布的疏密程度可用电荷密度[1]来量度体分布的电荷用电荷来量度面分布和线分布的电荷分别用电荷和电荷来量度 电荷分布疏密程度的量度电荷分布在物体内部时单位体积内的电量称为体电荷密度分布在物体表面时单位面积上的电量称为面电荷密度分布在线体上时单位长度上的电量称为线电荷密度固体带电时电荷分布在表面固体尖端处面电荷密度最大流动液体的电荷则混杂在液体之中带电状况随粉体的分散而随机变化气体带电是气体中悬浮的状颗粒(如水分杂质)带电
由于在大自然里有两种电荷和所以电荷密度可能会是负值电荷密度也可能会相依于位置特别注意不要将电荷密度与电荷载子密度 (charge carrier density) 搞混了
电荷密度与电荷载子的体积有关例如由于的半径比较小它的体电荷密度大于阳离子的体电荷密度样品每单位面积上所带的电量以μC/m2为单位LFY-403 摩擦带电电荷测试仪(法拉第筒法)在试验室条件下评定织物以摩擦形式带电荷后的静电特性(1)静电电荷测定范围0μC-2μC
(2)内筒直径400mm～600mm高度750mm～900mm
(3)外筒直径500mm～70mm高度850mm～1000mm
(4)聚四氟乙烯绝缘支架
(5)试验用大气条件温度20±5℃相对湿度35%±5%
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随着数码相机手机相机的兴起图像传感器正逐渐成为半导体产品中最耀眼的明星之一而在图像传感器中日商所独占的CCD传感器与百家争鸣的CMOS传感器都在尽力克服自身的缺点希望成为市场上的主流技术
CCD与传感器是当前被普遍采用的两种图像传感器两者都是利用感光二极管(photodiode)进行光电转换将图像转换为数字数据而其主要差异是数字数据传送的方式不同造成这种差异的原因在于CCD的特殊工艺可保证数据在传送时不会失真因此各个象素的数据可汇聚至边缘再进行放大而CMOS工艺的数据在传送距离较长时会产生噪声因此必须先放大再整合各个象素的数据CCD与CMOS传感器的如图1所示
CCDCharge Coupled Device电荷耦合组件使用一种高感光度的半导体材料制成能把光线转变成电荷通过模数转换器芯片转换成数字信号数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡因而可以轻而易举地把数据传输给计算机并借助于计算机的处理手段根据需要和想像来修改
CCD由许多感光单位组成当CCD表面受到光线照射时每个感光单位会将电荷反映在组件上所有的感光单位所产生的信号加在一起就构成了一幅完整的画面它就像传统相机的底片一样的感光系统是感应光线的电路装置你可以将它想象成一颗颗微小的感应粒子铺满在光学镜头后方当光线与图像从镜头透过投射到CCD表面时CCD就会产生电流将感应到的内容转换成数码资料储存起来CCD像素数目越多单一尺寸越大收集到的图像就会越清晰因此尽管CCD数目并不是决定图像品质的唯一重点我们仍然可以把它当成等级的重要判准之一目前扫描机摄录放一体机数码照相机多数配备
CCD经过长达35年的发展大致的形状和运作方式都已经定型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SONYPhilipsKodakMatsushitaFuji和Sharp大半是厂商
CMOSComplementary Metal-Oxide Semiconductor互补金属氧化物半导体组件和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体使其在CMOS上共存着带N带–电 和 P带+电级的半导体这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像然而CMOS的缺点就是太容易出现噪点 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
CMOS左和CCD右两种规格的材料制作的如图3所示CCD是由一系列排得很紧密的MOS电容器组成它的突出特点是以作为实现电荷的存储和电荷的转移因此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以下将分别从这几个方面讨论CCD器件的基本工作原理
1MOS电容器
CCD是一种检测器由多个光敏像元组成其中每一个光敏像元就是一个MOS金属氧化物半导体电容器但工作原理与MOS不同
CCD中的MOS电容器的形成方法是这样的在P型或N型单晶硅的衬底上用氧化的办法生成一层厚度约为100～150NM的SIO2绝缘层再在SIO2表面按一定层次蒸镀一金属电极或多晶硅电极在衬底和电极间加上一个偏置电压栅极电压即形成了一个MOS电容器如图4所示
电荷藕合器件
CCD一般是以P型硅为衬底在这种P型硅衬底中多数载流子是空穴少数载流子是电子在电极施加栅极电压VG之前空穴的分布是均匀的当电极相对于衬底施加正栅压VG时在电极下的空穴被产生耗尽层当栅压继续增加耗尽层将进一步向半导体内延伸这一耗尽层对于带的而言是一个势能特别低的区域因此也叫做势阱
在耗尽状态时耗尽区电子和空穴浓度与受主浓度相比是可以忽略不计的但如正栅压VG进一步增加接口上的电子浓度将随着表面势成指数地增长而表面势又是随耗尽层宽度成平方率增加的这样随着表面电势的进一步增加在接口上的电子层形成反型层而一旦出现反型层MOS就认为处于反型状态如图4所示显然反型层中电子的增加和因栅压的增加的正电荷相平衡因此耗尽层的宽度几乎不变反型层的电子来自耗尽层的电子空穴对的热产生过程对于经过很好处理的半导体材料这种产生过程是非常的因此在加有直流电压的金属板上迭加小的交流信号时反型层中电子数目不会因迭有交流信号而
当一束光投射到MOS电容器上时光子透过金属电极和氧化层进入SI衬底衬底每吸收一个光子就会产生一个电子空穴对其中的电子被吸引到电荷反型区存储从而表明了CCD存储电荷的功能一个CCD检测像元的电荷存储容量决定于反型区的大小而反型区的大小又取决于电极的大小栅极电压绝缘层的材料和厚度半导体材料的导电性和厚度等一些
图5表示了SI-SIO2的表面电势VS与存储电荷QS的关系曲线的直线性好说明两者之间有良好的反比例线性关系这种线性关系很容易用半导体物理中的概念来电子所以被加有栅极电压VG的MOS结构吸引到SI-SIO2的交接面处是因为那里的势能最低在没有反型层电荷时势阱的深度与电极电压的关系恰如表面势VS与电荷QS的线性关系如图6(A)所示图6(B)为反型层电荷填充势阱时表面势收缩当反型层电荷足够多使势阱被填满时如图6(C)所示此时表面势下降到不再束缚多余的电子电子将产生现象
为了便于在CCD中势阱电荷如何从一个位置移到另一个位置取CCD中四个彼此靠得很近的来观察见图7
假定开始时有一些电荷存储在偏压为10V的第二个电极下面的深势阱里其它电极上均加有大于域值电压的较低电压例如2V设图7A为零时刻初始时刻过T1时刻后各电极上的电压变为如图7B所示第二个电极仍保持为10V第三个电极上的电压由2V变到10V因这两个电极靠得很紧间隔只有几微米他们各自的对应势阱将合并在一起原来在第二个电极下的电荷变为这两个电极下的势阱所共有如图7B和7C所示若此后电极上的电压变为图7D所示第二个电极电压由10V变为2V第三个电极电压仍为10V则共有的电荷转移到第三个电极下面的势阱中如图7E由此可见深势阱及电荷包向右移动了一个
通过将一定规则变化的电压加到CCD各电极上电极下的电荷包就能沿半导体表面按一定方向移动通常把CCD电极分为几组每一组称为一相并施加同样的时钟脉冲CCD的内部结构决定了使其正常工作所需的相数图7所示的结构需要三相时钟脉冲其波形图如图7F所示这样的CCD称为三相CCD三相CCD的电荷耦合传输方式必须在三相交迭脉冲的作用下才能以一定的逐个的转移另外必须强调指出的是CCD电极间隙必须很小电荷才能不受阻碍地自一个电极下转移到相邻电极下这对于图7所示的电极结构是一个关键问题如果电极间隙比较大两相邻电极间的势阱将被势垒隔开不能合并电荷也不能从一个电极向另一个电极CCD便不能在外部时钟脉冲的作用下正常工作
4 电荷的注入和检测
CCD中的信号电荷可以通过光注入和电注入两种方式得到光注入就是当光照射CCD硅片时在栅极附近的半导体体内产生电子空穴对其多数载流子被栅极电压排开少数载流子则被收集在势阱中形成信号电荷而所谓电注入就是CCD通过输入结构对信号电压或电流进行采样将信号电压或电流转换为信号电荷在此仅讨论与本课题有关的光注入法
CCD利用光电转换功能将投射到CCD上面的光学图像转换为图像即电荷量与当地照度大致成正比的大小不等的电荷包空间分布然后利用移位元元寄存功能将这些电荷包自扫描到同一个输出端形成幅度不等的实时脉冲序列其中光电转换功能的物理基础是半导体的光吸收当电磁辐射投射到半导体上面时电磁辐射一部分被反射另一部分透射其余部分被半导体吸收所谓半导体光吸收就是电子吸收光子并从一个能态跃迁到另一个较高能级的过程我们这里将要涉及到的是价带电子越过禁带到导带的跃迁和局域杂质或缺陷周围的束缚电子或空穴到导带获价带的跃迁他们分别称为本征吸收和非本征吸收CCD利用处于表面深耗尽状态的一系列MOS电容器称为感光单元或光敏单元收集光产生的少数载流子这些收集势阱是相互隔离的由此可见光转换成电的过程实际上还包括对空间连续的光强分布进行空间上分离的采样过程
另外衬底每吸收一个光子反型区中就多一个电子这种光子数目与存储电荷的定量关系正是CCD检测器用于对光信号作定量分析的依据
转移到CCD输出端的信号电荷在输出电路上实现电荷/电压电流的线性变换称之为电荷检测从应用角度对电荷检测提出的要求是检测的线性检测的增益和检测引起的噪声针对不同的使用要求有几种常用的检测电路如栅电容电荷积分器差动电路积分器以及带浮置栅和分布浮置栅放大器的输出电路这里就不一一叙述了1电荷转移效率CTE
CCD以电荷作为信号所以电荷信号的转移效率就成为其最重要的性能之一把一次转移之后到达下一个势阱中的电荷与原来势阱中的电荷之比称为电荷转移效率好的CCD具有极高的电荷转移效率一般可达0.999995所以电荷在多次转移过程中的损失可以忽略不计例如一个有2048像元的CCD其信号电荷的总的电荷转移效率为0.即0.9898损失率只有约0.1%
2量子效率QE
电荷藕合器件
图8比较了典型的PMT光电倍增管PDA光电二极管数组CID电荷注入器件和CCD的量子效率可见CCD的量子效率大大优于PDA和CID在400～700NM波段优于PMT但是不同厂商制造的CCD在几何尺寸制造方法材料上有所不同结果它们的QE差别较大如有的CCD只在350～900NM波段的QE达10% 以上有的CCD在200～1000NM波段都有很高的量子效率造成QE下降的主要原因是CCD结构中的多晶硅电极或绝缘层把光子吸收了尤其是对紫外部分的吸收较多这部分光子不产生光生电荷许多线阵CCD对紫外光的响应较差就是这个原因采用化学蚀刻将硅片减薄和背部方式可以减少由吸收导致的效率损失背部照射减薄的CCD在紫外区的工作极限可达1000
CCD在低温工作时暗电流非常低暗电流是由热生电荷载流子引起的冷却会使热生电荷的生成速率大为降低但是CCD的冷却温度不能太低因为光生电荷从各检测元迁移到放大器的输出节点的能力随温度的下降而降低制冷到150°K的CCD暗电流小于0.001个电子╱检测元╱秒
电荷藕合器件
DR的定义为
其中VSAT为饱和输出电压VDRK为有效像元的平均暗电流输出电压在正常工作条件下CCD检测器的所有像元经历同时曝光式3.1表示的是单个检测像元的动态范围即简单动态范围CCD的简单动态范围非常大宽达10个数量级以7500?的红光光子为例CCD可在1毫秒积分时间内对光强达每秒5×109个光子的光束回应可以对每秒7×10-2个光子的光源回应而且在整个动态响应内都能保持线性响应这一特性对光谱的定量分析具有特别的意义
但在一些光谱分析中如AES原子发射光谱中实际的动态范围达不到那么大的值一种扩展CCD动态范围的方法是根据光的强弱改变每次测量的积分时间强信号采用短的积分时间弱信号采用长的积分时间这种方法测量强信号旁的弱信号非常不利存在BLOOMING溢出的问题特别是对于AES通过改进CCD制作工艺生产出来的性能优秀的CCD已在不同程度上解决了这个问题面阵CCD的结构一般有3种第一种是帧转性CCD它由上下两部分组成上半部分是集中了像素的光敏区域下半部分是被遮光而集中垂直寄存器的存储区域其优点是结构较简单并容易增加像素数缺点是CCD尺寸较大易产生垂直拖影第二种是行间转移性CCD它是目前CCD的主流产品它们是像素群和垂直寄存器在同一平面上其特点是在1个单片上价格低并容易获得良好的摄影特性第三种是帧行间转移性CCD它是第一种和第二种的复合型结构复杂但能大幅度减少垂直拖影并容易实现可变速电子快门等优点说到CCD的尺寸其实是说感光器件的面积大小这里就包括了CCD和CMOS感光器件的面积越大也即CCD/CMOS面积越大捕获的光子越多感光性能越好信噪比越低CCD/CMOS是数码相机用来感光成像的部件相当于光学传统相机中的胶卷
CCD上感光组件的表面具有储存电荷的能力并以矩阵的方式排列当其表面感受到光线时会将电荷反应在组件上整个CCD上的所有感光组件所产生的信号就构成了一个完整的画面
如果分解CCD你会发现CCD的结构为三层第一层是微型镜头第二层是分色滤色片以及第三层感光层我们知道数码相机成像的关键是在于其感光层为了扩展CCD的采光率必须扩展单一像素的受光面积但是提高采光率的办法也容易使画质下降这一层微型镜头就等于在感光层前面加上一副眼镜因此感光面积不再因为传感器的开口面积而决定而改由微型镜片的表面积来决定CCD的第二层是分色滤色片目前有两种分色方式一是RGB原色分色法另一个则是CMYK补色分色法这两种方法各有优缺点首先我们先了解一下两种分色法的概念RGB即三原色分色法几乎所有人类眼镜可以识别的颜色都可以通过红绿和蓝来组成而RGB三个字母分别就是Red, Green和Blue这说明RGB分色法是通过这三个通道的颜色调节而成再说CMYK这是由四个通道的颜色配合而成他们分别是青C洋红(M)黄(Y)黑(K)在印刷业中CMYK更为适用但其调节出来的颜色不及RGB的多
原色CCD的优势在于画质锐利色彩真实但缺点则是噪声问题因此大家可以注意一般采用原色CCD的数码相机在ISO感光度上多半不会超过400相对的补色CCD多了一个Y黄色滤色器在色彩的分辨上比较仔细但却牺牲了部分影像的分辨率而在ISO值上补色CCD可以容忍较高的感光度一般都可设定在800以上CCD的第三层是感光片这层主要是负责将穿过滤色层的光源转换成电子信号并将信号传送到影像处理芯片将影像还原
传统的照相机胶卷尺寸为35mm35mm为的宽度包括部分35mm胶卷的感光面积为36 x 24mm换算到数码相机对角长度约接近35mm的CCD/CMOS尺寸越大在单反数码相机中很多都拥有接近35mm的CCD/CMOS尺寸例如尼康德D100CCD/CMOS尺寸面积达到23.7 x 15.6比起消费级数码相机要大很多而佳能的EOS-1Ds的CMOS尺寸为36 x 24mm达到了35mm的面积所以成像也相对较好
现在市面上的消费级数码相机主要有2/3英寸1/1.8英寸1/2.7英寸1/3.2英寸四种CCD/CMOS尺寸越大感光面积越大成像效果越好1/1.8英寸的300万像素相机效果通常好于1/2.7英寸的400万像素相机(后者的感光面积只有前者的55%)而相同尺寸的CCD/CMOS像素增加固然是件好事但这也会导致单个像素的感光面积缩小有曝光不足的可能但如果在增加CCD/CMOS像素的同时想维持现有的图像质量就必须在至少维持单个像素面积不减小的基础上增大CCD/CMOS的总面积目前更大尺寸CCD/CMOS加工制造比较困难成本也非常高因此CCD/CMOS尺寸较大的数码相机价格也较高感光器件的大小直接影响数码相机的体积重量超薄超轻的一般CCD/CMOS尺寸也小而越专业的数码相机CCD/CMOS尺寸也越大由于数据传送方式不同因此CCD与CMOS传感器在效能与应用上也有诸多差异这些差异包括由于CMOS传感器的每个象素由四个晶体管与一个感光二极管构成(含放大器与A/D转换电路)使得每个象素的感光区域远小于象素本身的表面积因此在象素尺寸相同的情况下CMOS传感器的灵敏度要低于CCD传感器由于CMOS传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺可以轻易地将周边电路(如AGCCDSTiming generator或DSP等)集成到传感器芯片中因此可以节省外围芯片的成本除此之外由于CCD采用电荷传递的方式传送数据只要其中有一个象素不能运行就会导致一整排的数据不能传送因此控制CCD传感器的成品率比CMOS传感器困难许多即使有经验的厂商也很难在产品问世的半年内突破50%的因此CCD的成本会高于CMOS传感器如上所述CMOS传感器的每个象素都比CCD传感器复杂其象素尺寸很难达到CCD传感器的水平因此当我们比较相同尺寸的CCD与CMOS传感器时CCD传感器的分辨率通常会优于CMOS传感器的水平例如目前市面上CMOS传感器最高可达到210万象素的水平(OmniVision的OV26102002年6月推出)其尺寸为1/2英寸象素尺寸为4.25μm但Sony在2002年12月推出了ICX452其尺寸与OV2610相差不多(1/1.8英寸)但分辨率却能高达513万象素象素尺寸也只有2.78mm的水平由于CMOS传感器的每个感光都需搭配一个而放大器属于模拟电路很难让每个放大器所得到的结果保持一致因此与只有一个放大器放在芯片边缘的CCD传感器相比CMOS传感器的噪声就会增加很多影响图像品质CMOS传感器的图像采集方式为主动式感光二极管所产生的电荷会直接由晶体管放大输出但CCD传感器为被动式采集需外加电压让每个象素中的电荷移动而此外加电压通常需要达到12~18V因此CCD传感器除了在电源管理电路设计上的难度更高之外(需外加 power IC)高电压更使其功耗远高于CMOS传感器的水平举例来说OmniVision近期推出的OV英寸VGA)在 30 fps的速度下运行功耗仅为40mW而致力于低功耗CCD传感器的Sanyo公司去年推出了1/7英寸CIF等级的产品其功耗却仍保持在90mW以上虽然该公司近期将推出35mW的新产品但仍与CMOS传感器存在差距且仍处于样品 综上所述CCD传感器在等方面都优于CMOS传感器而CMOS传感器则具有低成本低功耗以及高整合度的不过随着CCD与CMOS传感器技术的进步两者的差异有逐渐缩小的态势例如CCD传感器一直在功耗上作改进以应用于移动通信市场(这方面的代表业者为Sanyo)CMOS传感器则在改善分辨率与灵敏度方面的不足以应用于更高端的图像产品我们可以从以下各主要厂商的产品规划来看出一些端倪随着用户的要求不断提高传统的CCD技术已经没有办法满足现在使用者对数字影像的需求为了迎合用户需求占领市场近几年一些厂商又推出了几种新的CCD技术
1与INTERLINE TRANSFER CCD
典型的消费级的数码相机用的一般都是INTERLINE TRANSFER CCD它的结构如下图把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多少行多少列行数乘以列数就是这个CCD的象素数量每个象素单元中左下角的小图有大约30%的面积用来制造光电二极管红色部分在剩余的可用面积中会放置一个SHIFT REGISTER紫色部分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SHIFT REGISTER中并保持住这是一个模似量
下一步就是把这每一个象素中的光强值变成再由相机中的组合成一幅数字图像首先并行时钟启动第一行串行时钟依次启动第123……列这样第一行中和每个都被按顺序送出CCD进入A/D CONVERTER模拟/数字转换器这种器件专门用来把模拟量转换成数字量然后并行时钟启动第二行串行时钟依次启动第123……列这样第一行中和每个像素都被按顺序送出CCD进入A/D CONVERTER这样依次下去每一行每一列的像素都被有序的转换成数字信号相机的处理器再把这些化的象素成一幅数字图像
每一个像素单元中的SHIFT REGISTER整齐的排成一列列的把真正起感光作用的光电二极管夹在中间所以这种器件被叫作INTERLINE TRANSFER CCD由于每个象素单元中真正用于感光的面积只占30%左右那么它的感光效率就比较低所以在真正的成品中会在每个象素单元的上面再造一个MICROLENSES(微镜)在图的左下角就是MICROLENSES的示意图光学镜片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象素面积的70%左右
由于有SHIFT REGISTER的存在INTERLINE TRANSFER CCD就不需要机械快门用电信号指示SHIFT REGISTER把光电二极管的输出信号保持住就已经完成了采样过程这就是电子SHIFT REGISTER的存在也使INTERLINE TRANSFER CCD可以输出视频信号我们在彩色液晶器上能够看到活动的影像也是SHIFT REGISTER的功劳
KODAK专业产品中采用的CCD是FULL FRAME TRANSFER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的MICROLENSES来提高它的采光量它的读出顺序和INTERLINE TRANSFER 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FULL FRAME肯定会有更好的性能缺点这种CCD不能输入VIDEO图像不能用液晶显示屏做取景器必须以快门配合工作并且机械快门限制它的最高快门速度
NIKON D100采用的是全帧(FULL FRAME TRANSFER)CCD与中间列传输(INTERLINE TRANSFER)CCD相比较全帧传输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影像数据一般而言全帧传输CCD能够捕捉到的有效影像数据大约是中间列传输CCD的两倍从而具有更大的动态范围更低的噪声和较高的灰级灵敏度等优点从而改善了暗部和高光部分的细节
2SUPER CCD
从上述的中我们可以了解CCD的感光点排列是影响CCD感光范围和动态能力的关键早期的CCD都是井然有序的耕田状当CCD技术到了日本富士手中工程师开始省思CCD一定要这样排列吗为了兼具INTERLINE TRANSFER CCD的低成本设计又要能兼顾FULL FRAME CCD的大感光面积富士提出了一个跌破专家眼镜的折衷方案SUPER CCDSUPER CCD是目前市面上唯一使用蜂巢式结构的CCD其藉助八边形几何构造和间断排列以INTERLINE TRANSFER CCD的方式为基本争取最大限度的CCD有效面积利用率但早先的技术让通道过于拥挤产生了不良的噪声时至今日SUPER CCD已经发展进入几乎所有不良的缺点都已经改进　
2002年初富士发布第三代Super CCD2003年初富士发布第四代Super CCD见下图新一代的SuperCCD有 Super CCD HR和 SR 两种规格Super CCD HR(High Resolution)强调富士专利科技在固定面积大小的CCD 芯片上分辨率再提高HR 技术能在1/1.7英吋的CCD上制造出663万画素的感光元素搭配新一代的 HR 感光器的数字相机将可以输出 1230万纪录画素的照片如同旧款300万画素 SuperCCD可以输出 600万画素的效果一样这款 HR CCD 的输出效果将可媲美 Fujifilm 现役旗舰级 S2PRO 的效果
另一款 Super CCD SR 则是全新CCD结构如同 HR一样应用了新微细化技术的 CCD SR可以在1/1.7英吋的CCD上做出 670万画素的元素HR为 663万所不同的是 SR 强调更高的动态范围 Dynamic Range)号称可达过去产品的4倍以上造成这项差异的主要关键在于 CCD SR 采用了有别以往的新型结构SR整合了负责感光度高的S画素(见图面积较大)以及能对一般动态范围以外作用的R画素(面积较小)通过对这两种不同画素的运算整合SuperCCD SR 将获得比以往单一感光结构之CCD更高的感光度和更宽的动态范围 过去单一架构的感光原件对动态范围以外也就是高光 亮部分和暗色部分因为无法调整灵敏度去适应必须兼顾中间范围的显示品质忍痛损失这部分的而传统底片则可以藉由涂布较细的感色感光粒子来克服这样的困扰所以当数字影像与传统影像相比时动态范围往往是传统胜出的关键富士的新技术显然克服了当原件更密集时所产生的噪声干扰SR 的技术是利用 335万S画素和335万R画素整合为 670万的表现这种分工合作的方式目前在业界还是例
2002年2月美国Foveon公司发布多层感色CCD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
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的品质与表现
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还来得更传统的CCD为三原色矩阵新SONY CCD将浅绿色加入新一代的CCD不仅在及上做文章对色彩的表现有了更多的着墨日本SONY公司一改以往三色CCD的传统创新推出一个具备新颜色的四色过滤器CCD命名为ICX456新增的E这个颜色是EMERALD 祖母绿不同于以往三个原色 RGBE这个颜色加强了对自然风景的解色能力让绿色这个层次能够创造出更多的变化应用的效果有点类似加装淡蓝和洋红这两支淡色以期能够增强混色能力与效果此外配合新色阶的CCDSONY 也开发了新图像处理机不仅有效的减少了30%的功率消耗更加快了处理速度和绿色色阶能力这项的特点在于传统的数字照相机主要使用3原色过滤矩阵对每一个光点或称画素 PIXEL产生 3种不同颜色的强度红色的(R),绿色(G)和蓝(B)颜色数据再将这些数据与彩色电视或监视器整合发色形成我们所看到的影像然而根据实验指出人类视觉系统对绿色的敏感度要高于其它红色和蓝色这也使传统的CCD矩阵对颜色的配比采取了红蓝25%绿色50%的现象可是对颜色差别仍无法在这样的配比中得到修正起因则是的比较接近模拟效果而非切割成数字阶层为了让风景的颜色更加逼真 这项技术有效的将深绿浅绿分别导引取样对绿色的忠实再生有莫大的助益
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