数码相机成像过程

1、感光流程

      ——以CCD为例

1. 光线透过镜头投射到感光元件表层；

2. 光线被感光元件表层上滤镜分解成不同的色光；

3. 色光被各滤镜相对应的感光单元感知，并产生不同强度的模拟电流信号；

4. CCD控制芯片利用感光元件中的控制信号线路对发光二极管产生的电流进行控制，由电流传输电路输出，CCD会将一次成像产生的电信号收集起来，统一输出到放大器。

5. 经过放大和滤波后的模拟信号通过数模转换器ADC转换成为数字信号

6. 再由DSP对这些图像数据进行色彩校正、白平衡处理，并编码为数码相机所支持的图像格式、分辨率，还原成为数字影象；

7. 数字影象再被传输到存储卡上保存起来。

CCD是电荷耦合器件（charge coupled device）的简称，它能够将光线变为电荷并将电荷存储及转移，也可将存储之电荷取出使电压发生变化

CMOS是互补金属氧化物半导体（ComplementaryMetal-OxideSemiconductor）的简称。

2、CMOS与CCD的区别：

1.    成像过程
CCD与CMOS图像传感器光电转换的原理相同，他们最主要的差别在于信号的读出过程不同；由于CCD仅有一个（或少数几个）输出节点统一读出，其信号输出的一致性非常好；而CMOS芯片中，每个像素都有各自的信号放大器，各自进行电荷-电压的转换，其信号输出的一致性较差。但是CCD为了读出整幅图像信号，要求输出放大器的信号带宽较宽，而在CMOS 芯片中，每个像元中的放大器的带宽要求较低，大大降低了芯片的功耗，这就是CMOS芯片功耗比CCD要低的主要原因。尽管降低了功耗，但是数以百万的放大器的不一致性却带来了更高的固定噪声，这又是CMOS相对CCD的固有劣势。
2. 集成性
从制造工艺的角度看，CCD中电路和器件是集成在半导体单晶材料上，工艺较复杂，世界上只有少数几家厂商能够生产CCD晶元，如DALSA、SONY、松下等。CCD仅能输出模拟电信号，需要后续的地址译码器、模拟转换器、图像信号处理器处理，并且还需要提供三组不同电压的电源同步时钟控制电路，集成度非常低。而CMOS是集成在被称作金属氧化物的半导体材料上，这种工艺与生产数以万计的计算机芯片和存储设备等半导体集成电路的工艺相同，因此生产CMOS的成本相对CCD低很多。同时CMOS芯片能将图像信号放大器、信号读取电路、A/D转换电路、图像信号处理器及控制器等集成到一块芯片上，只需一块芯片就可以实现相机的的所有基本功能，集成度很高，芯片级相机概念就是从这产生的。随着CMOS成像技术的不断发展，有越来越多的公司可以提供高品质的CMOS成像芯片，包括：Micron、 CMOSIS、Cypress等。
3. 速度
CCD采用逐个光敏输出，只能按照规定的程序输出，速度较慢。CMOS有多个电荷—电压转换器和行列开关控制，读出速度快很多，大部分500fps以上的高速相机都是CMOS相机。此外CMOS 的地址选通开关可以随机采样，实现子窗口输出，在仅输出子窗口图像时可以获得更高的速度。
4. 噪声
CCD技术发展较早，比较成熟，采用PN结或二氧化硅（SiO2）隔离层隔离噪声，成像质量相对CMOS光电传感器有一定优势。由于CMOS图像传感器集成度高，各元件、电路之间距离很近，干扰比较严重，噪声对图像质量影响很大。随着CMOS电路消噪技术的不断发展，为生产高密度优质的CMOS图像传感器提供了良好的条件。

2、成像参数

• 总像素——总像素是指数码相机成像元件上成像单元的数量，总像素为524万的CCD，就表示其上集成有524万个成像单元。数码相机在标示其性能时基本上都采用总像素。

• 有效像素——数码相机在成像时，感光元件边缘部分会因为光线的衍射而导致成像模糊，为保证成像的质量，感光元件上这部分的成像会被舍弃，所以感光单元不能100%被利用。而被利用起来的，即得到最终图象的这部分像素就成为有效像素。

• 尺寸——是指感光元件对角线的长度，常用单位为英寸。常见的有1/1.8英寸、1/2.7英寸、2/3英寸等。一般来说，感光元件尺寸越大，元件的性能与成像效果就越好。另外，数码相机的感光元件一般采用4：3的长宽比，比较特殊的则有3：2。

• ISO——是指感光元件对光线感应的灵敏程度。数值越大，灵敏度越高，常见的数值有50、80、100、160、200、400等，目前数码相机感光元件最高ISO值可达3200。须要说明的是，虽然高ISO值可以提高数码相机在黑暗环境中的成像质量，但ISO越高，对画面质量的影响就越明显，出现的噪点就越多。

3、快门种类

照相机快门种类很多，从技术形式上大体可以分为机械快门、电子快门和程序快门三种；从机械构造上，根据快门在照相机上安放的位置和运动特点又可分为：镜前快门、中心快门、幕帘快门（又称焦点平面快门）和反光镜快门。

中心快门(Lens shutter)指组装在照相镜头结构局部里的快门。由几块扇形叶片组成，以其开闭时间的长短来决定速度。小型的最高速度为1/50秒，大的最高速度为1/25秒，作为使用上的优点是：全速可与闪灯同步，快门冲劲少。
镜前快门是早期无快门相机上使用的一种附加装置，由于加装在镜头前面而得名，早期的个别小尺寸相机上也曾使用过。在相机发展史上镜前快门的合理性较差，未能发展起来；中心快门是发展的比较好的一种，各种结构方式的品种较多，如一步动作式、推拉控制式、双打控制式、叶片单摆式等等。中心快门根据安装位置又分镜间快门和镜后快门两种。可更换前镜组的高级相机多采用中心快门。事实上，个别可整组更换镜头的相机也有采用镜后快门的；幕帘快门是快门中的高级产品，它的技术升级一直是相机产品进步的标志。
幕帘快门从材料上分有金属帘和布帘之分，其形式有卷帘式、钢片式和转盘式若干种。其中卷帘式又分金属卷帘和胶质布帘两种。古典金属卷帘快门又称双轴式快门，运行方式为纵走。新金属卷帘快门运行方式为横走。胶质布帘快门分三轴式和四轴式两种，较新的产品主要是四轴式。小型相机的胶质布帘快门主要为横走方式，中幅相机的胶质布帘快门既有横走的也有纵走的。钢片快门是商品式快门的一个新起点，它由日本考派（COPAL）公司在1960年首创，最初为活臂纵走方式，以后凡这类纵走快门在行业内都被称作钢片快门。但随着快门材料的发展，钢片快门的叶片实际上已不再是以往初始期的那种专用钢片，取而代之的是不同的金属材料或复合材料。如钛金属、铝合金或高弹性模量塑基类材料等等。此外，转盘式幕帘快门在相机上也有所应用；反光镜快门是借助单反相机的反光镜作为前遮光片和一个与之配合的后遮光片完成对感光材料的曝光，属简易快门。