啥是圖像傳感器？

a 從膠卷相機(jī)說(shuō)起

在膠片相機(jī)普及的時(shí)代，相機(jī)中的膠卷承擔(dān)了成像的功能。

膠卷上都有涂上特殊的材料（鹵化銀），這種材料在遇到光線時(shí)會(huì)產(chǎn)生反應(yīng)。在我們拍照時(shí)，快門打開，外界景物的光線通過鏡頭在膠卷上成像，膠卷上的感光材料因?yàn)椴煌墓鈴?qiáng)和顏色產(chǎn)生反應(yīng)，這樣的反應(yīng)相當(dāng)于將鏡頭成的像進(jìn)行了記錄。

進(jìn)一步講解一下。

在拍彩色照片時(shí)，使用了多層涂層的方式，每一層涂層的敏感波長(zhǎng)不同，通過不同涂層的變化，來(lái)記錄下藍(lán)、綠、紅三種不同顏色的光強(qiáng)度。

在洗照片的時(shí)候，需要用到顯影劑，將這些感光材料記錄下來(lái)的圖像固定（沉淀）下來(lái)，形成彩色圖像的同時(shí)，避免剩余材料繼續(xù)見光反應(yīng)，這就得到了有穩(wěn)定圖像的膠片。

b 電子時(shí)代的傳感器成像原理

接下來(lái)說(shuō)說(shuō)電子時(shí)代的傳感器，類似這樣：

顧名思義，電子時(shí)代的傳感器，就是將圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的工具。

在上文中，我們講過，膠卷相機(jī)能拍出彩色照片，是因?yàn)橛昧硕鄬幽さ姆绞?，每層膜記錄一個(gè)顏色的光強(qiáng)。而數(shù)碼相機(jī)的傳感器，也是用了這個(gè)原理。

一開始的設(shè)想是，在相機(jī)中內(nèi)置3個(gè)傳感器，各記錄一個(gè)顏色的光強(qiáng)信息，結(jié)果由于成本問題，無(wú)法大規(guī)模使用。

后來(lái)，有人提出了另一種解決方法：將傳感器分成很多小方塊，每個(gè)小方塊只負(fù)責(zé)記錄一個(gè)顏色的光強(qiáng)信息，最后將每個(gè)小方塊的信息通過插值算法（去馬賽克）處理后，得到完整的圖像。

c CCD和CMOS

這兩個(gè)傳感器在之前介紹UV鏡的時(shí)候，也有簡(jiǎn)單講過。

不過當(dāng)時(shí)我們著重點(diǎn)是在紫外線對(duì)這兩種傳感器的影響上，這里我們從成像上講講兩者的區(qū)別。

首先先說(shuō)CCD。

CCD是Charge Coupled Device，電荷藕合器件的縮寫。這種傳感器在成像時(shí)，電荷在像素之間依次傳遞，最終集中到串聯(lián)寄存器，轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)，然后放大，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換后形成數(shù)字信號(hào)。

打個(gè)比方，這種成像方式相當(dāng)于在一個(gè)隊(duì)伍中從前到后傳紙條，每個(gè)人都在紙條上在前一個(gè)人的信息后面補(bǔ)充自己看到的信息，最后拿到的紙條就是完整的圖像信息。

這種方式僅有一個(gè)或幾個(gè)節(jié)點(diǎn)讀出信息，輸出信號(hào)的一致性較好。但是由于CCD在工藝上集成度較低，對(duì)外圍電路要求較高，因此相對(duì)拉高了成本。

再來(lái)說(shuō)說(shuō)CMOS。

CMOS和CCD不同，每個(gè)像素點(diǎn)“孤軍奮戰(zhàn)”，需要獲取每個(gè)像素點(diǎn)的信息，再根據(jù)像素點(diǎn)的位置拼接出完整的圖像。

如果還以上述的比方來(lái)說(shuō)明，那CMOS就是每個(gè)人將自己看到的東西直接傳遞出來(lái)，最后再根據(jù)每個(gè)人站的位置拼接出完整的信息，如下圖。

這種方法的一致性較差，噪聲也相對(duì)較高。但是集成度高，成本較低。

雖然CMOS傳感器有上述的缺點(diǎn)，但是因?yàn)槌杀镜图啥雀叩膬?yōu)點(diǎn)，隨著科技的逐漸發(fā)展，CMOS的短板也逐漸在硬件和軟件的革新中逐漸被補(bǔ)齊，達(dá)到不輸CCD的效果。

因此現(xiàn)在大多數(shù)碼相機(jī)都采用的CMOS傳感器。

03 總結(jié)

這篇文章主要講了相機(jī)的圖像傳感器，簡(jiǎn)單總結(jié)一下：

① 相機(jī)的圖像傳感器的原理和彩色膠卷成像的原理類似，在獲取到不同顏色的光強(qiáng)數(shù)據(jù)后，再將這些不同顏色數(shù)據(jù)合并成完整的相片。

② 傳感器分CCD和CMOS兩種。前者的成像效果較好，但是成本較高。因此，現(xiàn)在普遍使用的是CMOS傳感器的相機(jī)。