CCD相机的成像原理

CCD它是一种能将光学图像转化为电信号的半导体器件。它是贝尔实验室的维拉·波义耳和乔治·史密斯于1969年发明。

CCD光学信号可模数转换，可以直接将光学信号转换为模拟电流信号，实现图像的获取、存储、传输、处理和再现。它具有体积小、重量轻、功耗小、灵敏度高、响应速度快等特点。CCD广泛应用于数码摄影、天文、光学遥测、光学和频谱望远镜、高速摄影等领域。

1、用DC拍摄景物时，景物反射的光线通过DC镜头透射CCD上。

2、当CCD曝光后，光电二极管受光线刺激释放电荷，从而产生感光元件的电信号。

3、CCD控制芯片利用感光元件中的控制信号线控制光电二极管产生的电流，由电流传输电路输出，CCD收集一次成像产生的电信号，统一输出到放大器。

4、放大和过滤后的电信号被发送到A/D，由A/D将电信号(此时为模拟信号)转换为数字信号，与电信号的强度成正比。这些值实际上是图像数据。

5、然而，仅仅依靠第四步获得的图像数据不能直接生成图像，输出到数字信号处理器（DSP）。在DSP在这些图像数据中，颜色校正和白平衡处理(视用户而定DC后期处理，编码为DC图像格式、分辨率等数据格式，然后存储为图像文件。

6、较后，将图像文件写入存储器（内置或外部存储器）。

由于DC采集原理只能是亮或暗，部分细节会在暗或亮的光线下丢失(这种现象叫限幅)，有时很难纠正。DC使用单调光、闪光等光源拍照时，效果较好，但在色彩较多、光线复杂的情况下，效果与传统相机相差较大。

因此，非专业DC一般不能用于制作大幅图像。但由于图像以数字形式存储，可以与各种设备传输信息，图像质量在传输过程中不会损失。

众所周知，数码相机成像的关键在于其感光层，以扩展CCD采光率必须扩大单像素的受光面积。然而，提高采光率的方法也很容易降低图像质量。这层微镜头相当于在感光层前添加一副眼镜。因此，感光面积不再由传感器的开口面积决定，而是由微镜头的表面积决定。

CCD第二层是分色滤色片RGB原色分色法，另一个则是CMYK这两种补色方法各有优缺点。首先，让我们先了解一下两种分色方法的概念，RGB即三原色分色法，几乎所有人类眼镜都能识别的颜色都可以由红、绿、蓝组成，而RGB三个字母分别是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的。CMYK，这是由四个通道的颜色组成的，它们是绿色的（C）、洋红(M)、黄(Y)、黑(K)。在印刷业，CMYK它更适用，但调整的颜色不如RGB的多。原色CCD优点是画质锐利，色彩真实，但缺点是噪音问题。因此，我们可以注意原色CCD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黄色滤色器在颜色分辨上比较仔细，但牺牲了一些图像的分辨率，而在ISO值上，补色CCD能容忍较高的感光度，一般可设定在800以上

第三层：感光层

CCD第三层是感光片

传统相机胶卷尺寸为35mm，35mm对角长度，35mm胶卷的感光面积为36 x 24mm。转换为数码相机，对角长度接近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比如尼康德D100，CCD/CMOS达到尺寸面积23.7 x 15.6，比消费级数码相机大很多，佳能的EOS-1Ds的CMOS尺寸为36 x 24mm，达到了35mm因此，成像也比较好。

目前市场上的消费级数码相机主要有2/3英寸和1/1.8英寸、1/2.7英寸、1/3.2英寸四种。

CCD/CMOS感光面积越大，成像效果越好。

1/1.8300万像素相机通常比1/英寸好2.7400万像素相机(后者的光敏面积只有前者的55%)。相同尺寸的CCD/CMOS当然，增加像素是一件好事，但它也会缩小单个像素的感光面积，并可能导致曝光不足。但如果在增加CCD/CMOS为了保持现有的图像质量，必须在至少保持单个像素面积不减小的基础上增加像素CCD/CMOS总面积。目前尺寸较大。CCD/CMOS加工制造难度大，成本高。CCD/CMOS大型数码相机的价格也很高。传感器的大小直接影响数码相机的体积和重量。超薄超轻数码相机一般CCD/CMOS尺寸越小，数码相机越专业，CCD/CMOS尺寸越大。

鉴于许多网友询问 CCD 与 CMOS 的主要区别。我们暂时抛开复杂的技术文本，通过简单的比较来看待这两种不同类型的图像感光元件。无论如何CCD 或 CMOS，基本上，两者都使用硅感光二极体（photodiode）进行光和电的转换。这种转换的原理类似于太阳能电子计算机的太阳能电池效应。光线越强，功率越强；相反，光线越弱，功率越弱，光图像转换为电子数字信号。CCD 和 CMOS 的结构，ADC位置和数量是较大的区别。简单来说，按照我们上面说的CCD 感光元件的工作原理(上)。CCD每次曝光，快门关闭后进行像素转移处理，每行每个像素（pixel）按顺序将电荷信号传输到缓冲器CCD 旁边的放大器放大，然后串联 ADC 输出；相对地，CMOS 在设计中，每个像素直接连接到 ADC(放大和类比数字信号转换器)，信号直接放大并转换为数字信号。