以上优秀的摄影是IPPAWARDS的获奖作品,你也许不知道IPPAWARDS是什么,但我想你对这四幅作品的拍摄器材一定很熟悉:iPhone。对,我没说错;你也没看错,这就是手机拍摄的作品。iPhone之所以能拍出如此优秀的作品,少不了摄影师的才华,更重要的基础是:图像传感器在近几年的长足发展。

图 像 传 感 器 技 术 解 读

图像传感器,或称感光元件,是一种将光学图像转换成电子信号的设备,它被广泛地应用在数码相机、智能手机和其他电子光学设备中。早期的图像传感器采用模拟信号,如摄像管。如今,图像传感器主要分为感光耦合元件(charge-coupled device, CCD)和互补式金属氧化物半导体有源像素传感器(CMOS Active pixel sensor)两种。

CCD

CCD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保存,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图像。CCD由许多感光单位组成,通常以百万像素为单位。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。

CMOS

CMOS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。

除了CCD和CMOS之外,还有富士公司独家推出的SUPER CCD,SUPER CCD并没有采用常规正方形二极管,而是使用了一种八边形的二极管,像素是以蜂窝状形式排列,并且单位像素的面积要比传统的CCD大。将像素旋转45度排列的结果是可以缩小对图像拍摄无用的多余空间,光线集中的效率比较高,效率增加之后使感光性、信噪比和动态范围都有所提高。

精 选 资 源

CCD 与 CMOS 的 区 别

技术的角度比较,CCD与CMOS的区别有如下四个方面的不同: 信息读取方式、速度、电源及耗电量、成像质量。下面详细说明一下这几点。 1.信息读取方式 CCD电荷耦合器存储的电荷信息,需在同步信号控制下一位一位地实施转移后读取,电荷信息转移和读取输出需要有时钟控制电路和三组不同的电源相配合,整个电路较为复杂。CMOS光电传感器经光电转换后直接产生电流(或电压)信号,信号读取十分简单。(详细

CMOS 逐步替代 CCD

CMOS相比CCD有一些明显的优势,最大优势就是成本,还有就是采样速度以及当前很多产品都比较看重的功耗。
1、首先我们来说说CMOS相对CCD传感器的最大优势,那就是成本。生产单位数量的CMOS的成本却要比CCD容易很多,因为CMOS的工艺更加符合目前流水线生产的理念,所以生产成本可以控制的更低。也就是说生产少量传感器,CCD成本更低,生产大量传感器,CMOS更低。…… (详细

相 关 资 讯

图 象 传 感 器 发 展 历 史

鉴于在越来越多的民用领域,CCD逐渐被CMOS取代,在消费级电子产品上CMOS几乎统治整个领域。我们就以CMOS为例介绍一下图像传感器的应用。最常见的应用当属手机和数码相机。

手 机

世界第一款照相手机由夏普和J-PHONE(现在的日本沃达丰)合作推出的J-SH04手机 它只搭载了一个11万像素的CMOS数码相机镜头,仅有74克的重量让人惊叹。而J-SH04的液晶显示屏采用的则是在当时算主流的256色的STN彩色液晶。并且屏幕尺寸的实测值是25×34毫米,分辨率为96×130像素。 尽管该机拍摄的画面的确有点惨不忍睹,但对于我们来说J-SH04带来是更多的想象力的和开创性意义。

随后,第一代拍照手机在2002年登陆世界范围市场,以诺基亚7650、索尼爱立信T68i等。由于诺基亚7650还是一款拥有2.1英寸屏幕、104MHz处理器的智能手机,再加上30万像素的摄像头,传感器同样为CMOS。总体素质超过竞争对手,所以在一些老用户心中,它也是中国市场中第一款拍照手机。

随后,拍照手机便进入了高速发展阶段,搭载100万像素摄像头的机型层出不穷,但是真正的技术革新,这是有索尼爱立信K750i带来的。这款在2005年发售的机型,不仅拥有200万像素的传感器,也首次集成了自动对焦系统和氙气闪光灯,拍照效果更清晰,让手机拍照体验首次接近数码相机。

而同期的诺基亚,则推出了N90,搭载3倍光学变焦镜头,也是令人感到眼前一亮的机型。

2007年,像素大战依然持续升级,以诺基亚N95为代表的机型,内置了500万像素CMOS传感器。

直到2010年iPhone4横空出世,手机拍照进入新时代,背后的一大功臣当属背照式CMOS。 在传统CMOS感光元件中,感光二极管位于电路晶体管后方,进光量会因遮挡受到影响。所谓背照式CMOS就是将它掉转方向,让光线首先进入感光二极管,从而增大感光量,显著提高低光照条件下的拍摄效果。背照式CMOS传感器的应用可以很大程度上提升弱光环境下的对焦能力以及画质的表现力。

背照式CMOS在手机中的应用是一个里程碑事件。 智能手机像素大战愈演愈烈,直到搭载4100万像素CMOS的诺基亚808出现,像素大战算是到头了。

数 码 相 机

自从图像传感器进入手机以来,飞速发展,十几年来取得了长足的进步,经过近十几年的技术研发,CMOS技术取得了重大突破,在速度、灵敏度、动态范围、特别是在成像质量上都已经赶上甚至超越了CCD,最重要的是成像晶元技术的突破和革新以及成像工艺的提升。从以上的过程我们可以清楚地感受到CMOS的发展历程。今日的CMOS已经不再是刚刚发明初期时的不堪大用了,它广泛地应用于各个方面,就连高端数码相机领域也已经被逐步攻陷。2012年9月徕卡在德国科隆召开新闻发布会,发布了旁轴M系列相机,首次采用CMOS传感器。莱卡相机核心系列步入CMOS时代。

图像传感器厂商中的领头羊,在CCD与CMOS都颇有建树,为CMOS技术革新立下汗马功劳的SONY自家的很多顶级产品也采用CMOS:世界首款全画幅无反相机α7R搭载3600万像素35mm全画幅Exmor CMOS影像传感器。

一直被称为相机最高端的中画幅也不例外,2014年3月哈苏也已经发布了全球首款中画幅CMOS哈苏H5D-50C。搭载的也是索尼生产的5000万像素CMOS传感器。

图象传感器 应用超乎你想象

如果你认为图象传感器只是应用于手机和相机,你就OUT了!下面小编为大家盘点一下图象传感器在哪些领域有大有用武之地。

总之图象传感器在你想得到和想不到的很多领域都在使用或将要使用,需求和市场将不断增长,未来将是一片光明。图象传感器与图象处理器的发展是相辅相成的,未来希望她俩的默契合作为我们捕捉更精彩的世界。