一、 CCD
大部分數(shù)碼相機使用的感光元件是CCD（Chagre Couled Device），它的中文名字叫電荷耦合器，是一種特殊的半導體材料。他是由大量獨立的光敏元件組成，這些光敏元件通常是按矩陣排列的。光線透過鏡頭照射到CCD上，并被轉(zhuǎn)換成電荷，每個元件上的電荷量取決于它所受到的光照強度。當你按動快門，CCD將各個元件的信息傳送到模/數(shù)轉(zhuǎn)換器上，模擬電信號經(jīng)過模/數(shù)轉(zhuǎn)換器處理后變成數(shù)字信號，數(shù)字信號以一定格式壓縮后存入緩存內(nèi)，此時一張數(shù)碼照片誕生了。然后圖像數(shù)據(jù)根據(jù)不同的需要以數(shù)字信號和視頻信號的方式輸出。
目前主要有兩種類型的CCD光敏元件，分別是線性CCD和矩陣性CCD。線性CCD用于高分辨率的靜態(tài)照相機，它每次只拍攝圖象的一條線，這與平板掃描儀掃描照片的方法相同。這種CCD精度高，速度慢，無法用來拍攝移動的物體，也無法使用閃光燈。因此在很多場合不適用，不在今天我們討論的范圍里。
另一種是矩陣式CCD，它的每一個光敏元件代表圖象中的一個像素，當快門打開時，整個圖象一次同時曝光。通常矩陣式CCD用來處理色彩的方法有兩種。一種是將彩色濾鏡嵌在CCD矩陣中，相近的像素使用不同顏色的濾鏡。典型的有G-R-G-B和C-Y-G-M兩種排列方式。這兩種排列方式成像的原理都是一樣的。在記錄照片的過程中，相機內(nèi)部的微處理器從每個像素獲得信號，將相鄰的四個點合成為一個像素點。該方法允許瞬間曝光，微處理器能運算地非?？?。這就是大多數(shù)數(shù)碼相機CCD的成像原理。因為不是同點合成，其中包含著數(shù)學計算，因此這種CCD最大的缺陷是所產(chǎn)生的圖象總是無法達到如刀刻般的銳利。
另一種處理方法是使用三棱鏡，他將從鏡頭射入的光分成三束，每束光都由不同的內(nèi)置光柵來過濾出某一種三原色，然后使用三塊CCD分別感光。這些圖象再合成出一個高分辨率、色彩精確的圖象。如300萬像素的相機就是由三塊300萬像素的CCD來感光。也就是可以做到同點合成，因此拍攝的照片清晰度相當高。該方法的主要困難在于其中包含的數(shù)據(jù)太多。在你照下一張照片前，必須將存儲在相機的緩沖區(qū)內(nèi)的數(shù)據(jù)清除并存盤。因此這類相機對其他部件的要求非常高，其價格自然也非常昂貴。
三、 CMOS
我們對CMOS的認識是從去年佳能公司發(fā)布EOS D30的準專業(yè)級數(shù)碼機身開始的。當時許多業(yè)內(nèi)人士都大吃一驚，對采用這種廉價的材料來做感光元件感到不可思議，認為CMOS的成像質(zhì)量無法滿足較高要求的專業(yè)用戶的需要。那用CMOS做的感光元件在成像質(zhì)量上真的一無是處嗎？還是讓我們先來了解一下什么是CMOS吧。CMOS（Complementary metal-Oxide-Semiconductor Transistor）即互補性金屬氧化物半導體，其在微處理器、閃存和ASIC（特定用途集成電路）的半導體技術(shù)上占有絕對重要的地位。CMOS和CCD一樣都可用來感受光線變化的半導體。CMOS主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體，通過CMOS上帶負電和帶正電的晶體管來實現(xiàn)基本的功能的。這兩個互補效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀錄和解讀成影像。
CMOS針對CCD最主要的優(yōu)勢就是非常省電。不像由二極管組成的CCD，CMOS 電路幾乎沒有靜態(tài)電量消耗，只有在電路接通時才有電量的消耗。這就使得CMOS的耗電量只有普通CCD的1/3左右，這有助于改善人們心目中數(shù)碼相機是電老虎的不良印象。我們知道在佳能EOS系列AF相機上，CMOS一直在測光對焦系統(tǒng)中使用。佳能在這方面有雄厚的技術(shù)力量和豐富的經(jīng)驗。發(fā)展到今日已經(jīng)比較容易地以較低的成本制造較大大尺寸的CMOS感光芯片，并且CMOS可以將影像處理電路集成在芯片上。CMOS主要問題是在處理快速變化的影像時，由于電流變化過于頻繁而過熱。暗電流抑制得好就問題不大，如果抑制得不好就十分容易出現(xiàn)雜點。D30有專門的回路控制暗電流，在長于1秒的曝光時降噪系統(tǒng)會自動工作，可以從很大程度上降低噪點的產(chǎn)生。
此外，CMOS與CCD的圖像數(shù)據(jù)掃描方法有很大的差別。舉個例子，如果分辨率為300萬像素，那么CCD傳感器可連續(xù)掃描300萬個電荷，掃描的方法非常簡單，就好像把水桶從一個人傳給另一個人，并且只有在最后一個數(shù)據(jù)掃描完成之后才能將信號放大。CMOS傳感器的每個像素都有一個將電荷轉(zhuǎn)化為電子信號的放大器。因此，CMOS傳感器可以在每個像素基礎(chǔ)上進行信號放大，采用這種方法可節(jié)省任何無效的傳輸操作，所以只需少量能量消耗就可以進行快速數(shù)據(jù)掃描，同時噪音也有所降低。這就是佳能的像素內(nèi)電荷完全轉(zhuǎn)送技術(shù)。
通過INTERNET查看了大量由Canon EOS D30所拍攝的照片，發(fā)現(xiàn)CMOS的成像效果一點也不比傳統(tǒng)CCD差。這種能耗低、制造相對容易的感光芯片如果能在影像的銳利度、動態(tài)范圍等方面再做進一步的努力，相信CMOS是未來數(shù)碼相機的發(fā)展方向。
CMOS相對于CCD的最主要優(yōu)勢在于它非常省電。它幾乎沒有靜態(tài)電量消耗，只有在電路接通時才耗電。CMOS的耗電量只有普通CCD的1/3左右。CMOS結(jié)構(gòu)簡單，成品率高，制造成本低，CMOS價格比CCD更具有優(yōu)勢。與CCD技術(shù)相比，CMOS是標準工藝，可利用現(xiàn)有的半導體設(shè)備生產(chǎn)，不需要額外的投資設(shè)備，且品質(zhì)可隨著半導體技術(shù)的提升而進步。
CMOS傳感器的最大優(yōu)勢，具有高度系統(tǒng)整合能力。它擁有所有圖像傳感器所需的功能，例如垂直位移、水平位移暫存器、時序控制、CDS、ADC等都可集成在一片晶片上，使CMOS傳感器成為移動、多功能數(shù)字產(chǎn)品的理想的選擇。
但CMOS技術(shù)也存在弱點，如對光線的靈敏度稍低，信噪比也很低，這導致了其在成像質(zhì)量沙鍋內(nèi)難以與CCD抗衡。但新的CMOS技術(shù)不斷推陳出新，高動態(tài)范圍CMOS已經(jīng)出現(xiàn)。
四、 Foveon X3
這個技術(shù)是美國Foveon公司2005年2月11日公布的。如果按大類算的話，它應(yīng)該歸屬于CMOS圖像感光技術(shù)，但它卻不同于傳統(tǒng)的CMOS。傳統(tǒng)的CMOS都是單像素提供單原色的一種感光技術(shù)，而X3卻是用單像素提供三原色的感光技術(shù)。
X3的感光器如果要用什么東西來比喻一下，那就非拿銀鹽彩色膠片不可了。這種感光器與銀鹽彩色膠片相似，由三層感光原素垂直疊在一起，據(jù)Foveon聲稱，同等像素的X3圖像感光器比傳統(tǒng)CCD銳利兩倍，并且能提供更豐富的彩色還原度以及避免采用Bayer Pattern傳統(tǒng)感光器所特有的色彩干擾。
此外，這種技術(shù)由于每個像素都能提供完整的三原色信息，把色彩信號組合成圖像文件的過程簡單很多，降低了對圖像處理的計算要求，并且采用CMOS半導體工藝的X3圖像感光器耗電要比傳統(tǒng)CCD小。
