CCD是数码影像的真正核心,对数码相机或者数码摄像机稍有了解的人都知道依据CCD的像素数量来判断它的档次,耳熟能详的知道200万或是400万像素的某某厂牌的产品,这应该是厂家的宣传策略产生的结果,就像Intel联合众多电脑厂商宣传电脑的主频一样。只是你至少还应该知道一点,像素数量绝不是全部,在像素数量突飞猛进的今天,CCD的其它参数对成像质量的影像将会越来越显著,你应该了解CCD更多的参数指标。如果你从传统相机到现在的数码相机一路走过来,那么理解这些并不会很难,最简单的方法:你就把CCD看成是你熟悉的胶片吧!数码相机的原理是通过光学系统将影像聚焦成像在感光元件即电荷藕合器CCD(Charge Couple Device)上,通过ADC(Analog Digital Converter)将每个像素上光电信号转变成数码信号,再经DSP(Digital Singal Processor)处理形成数码影像。 在此过程中镜头和CCD是数码相机成像质量的关键,光学镜头经过多年的发展技术已成熟,相比之下目前CCD是整个系统中的瓶颈所在。CCD芯片分两大类一、线型CCD即CCD的感光元件排列在一条直线上。它成像方式是CCD在光学系统成像所在的焦平面上垂直扫过,地到一幅完整的影像。传统的扫描仪都使用这种类型的CCD,因此我们又称它为扫描型CCD。线性CCD的这种工作方式决定了它得到一幅完整的影像需要很长的时间,即嚗光时间很长。自然它就无法用于拍摄动态的物体,另外在嚗光过程中需要一致的光线环境,它也不支持闪光拍摄。虽然有如此重大的缺陷,但线性CCD的感光元件可以做到很高的线密度,这样用线性CCD可以得到极高像素数量的影像,因此它仍然被用于数码相机,拍摄需要超高分辨率的静物影像。典型的例子是Agfa的StudioCam相机,它用三条线性CCD分别感应红蓝绿三色光,每条3648像素,色彩灰度为12位,可得到1640万像素分辨率高达4500*3648的图象,最终的影像容量高达50-100MB。其预扫描时间需要12秒,每一线依精度需要1/15-1/200秒。选购意见:搭载此类CCD的数码相机往往应用在摄影棚中,拍摄静止的物像,需要很长的拍摄时间和在此段时间里保持恒定的光线环境,因为拥有超高的影像分辨率和准确的色彩还原能力,用它拍摄的照片可以打印出30英寸以上的大幅海报或是广告样张。这类相机大都价格昂贵--最便宜的也需要5000美元以上,不过这是物有所值的,比起一台传统单反相机+扫描仪的组合,它仍然是高质量和经济的选择。
二、面型CCD 又称全幅式CCD,阵列型CCD。
单CCD芯片三次嚗光:即通过三色滤镜轮盘分别将红蓝绿三色光投射在CCD上,三次采集后合成得到影像。这种方式得到的影像质量很高,但三次嚗光,不能用于拍摄动态影像。
三CCD一次嚗光:三个CCD芯片,分别感应红绿蓝三色光(或其中两片感应绿色光,另一片感应红蓝光),自然光通过分光棱镜系统将三色光分别投影在CCD上,一次嚗光得到完整影像。这种方式得到的影像质量和单芯片三次嚗光一样,而一次嚗光可拍摄动态影像.缺点是三CCD的成本很高,分光棱镜的制作技术难度也很大。单CCD芯片一次嚗光:CCD上组合排列感应三种色光的像素,一次嚗光后得到影像,由于人眼对绿色最为敏感,通常CCD上的感绿色像素最多。这种方式的影像质量最低。受成本的限制和对动态影像的拍摄要求,现在市场上的绝大多数数码相机是单CCD芯片一次曝光的机型,也是我们在此要介绍的主要选择依据,我们将影响面型CCD成像质量的因素分别为你作进一步的说明。光电感应元件数量这即我们通常所说的像素数量 这是影响成像质量的主要指标,像素越多,则最终图象的像素数就越多,图象的分辨率就越高。这也就是通常我们选购数码相机的主要考虑因素,按照像素数量的分类方法是被多数厂家大力宣传的内容,于是受到影响我们关注一部数码相机时最先会注意到这个指标--它是200万像素的、400万像素的、还是500万像素的。不可否认这是正确地,但是这同样是片面的。你应该要清楚的明白像素数量对你的真正意义,像素多当然好,但是也意味着更高的价格,对了,还有更大的文件容量--他们会飞速的吃掉你的硬盘空间,并且逼迫你升级你的电脑以处理那些大容量的影像文件。选购意见:我们需要搞清楚一个问题,你究竟需要多高的像素,根据你的用途让我们来分析一下:1.你需要在电脑上观看拍摄的照片,并把它们邮寄给你的朋友,通常是一些人像照片或者风景明信片之类——我想一部100万像素级的相机就够你用了,它可以得到最大分辨率1280x960的影像,要知道现在大多数人的经常使用的电脑屏幕分辨率小于1024x768(事实上17英寸显示器的市场占有率还很低)
2.你拍摄的范围很广,拍摄的照片通常会用来再加工以制作合成一些特殊的效果,有时你还会拍摄一些很不错的花草或是小动物之类的东西,不过你并不需要把它们打印在纸张上,仍然是在电脑上观看——我想一部200万像素的相机可以满足你的需要了,它可以得到最大分辨率1600x1200的影像,显示在电脑上的影像可以让你看见花朵中的花蕊。
3.你是一个有特别爱好的注重一些专业方面的拍摄要求的人,需要通过照片表现一些拍摄物的细节(比如要拍摄蝴蝶的触角或是蜻蜓的复眼)——哦,我建议令我钦佩的你配置一部300万像素以上的相机,在需要细节表现的时候,你可以放大到最高2048x1536的分辨率仍然不会失真,这样能够看见好多我们平时忽略的东西。
4.也许你还需要将影像打印出来作公众展示,这样你需要多少像素可以计算一下:
以Nikon的CoolPix 995为例,它的CCD可以获取到334万的像素值,有效的范围则是2048x1536像素=314万像素。若是以150 dpi的打印分辨率打印,可以印出15.7'x10.2'的成品,若是以300dpi的打印分辨率打印,则可印出6.8'x5.1'的照片样张。 计算的方法很简单:
宽:2048 Pixels/300 dpi=6.8'
高:1536 Pixels/300 dpi=5.1'
你可以依此方法算出:当数码相机的有效像素以多少的“打印分辨率”输出时,输出的尺寸有多大?如果需要有A4纸的尺寸,那300万像素也将不能达到你的要求,你的考虑那些400万像素的机型(有效像素为2272x1704),按照最高300dpi的打印分辨率通过喷墨打印机你可以得到7.6x5.7英寸的照片输出样张,而如果你是用热升华或是热蜡打印机,设置150dpi的打印分辨率输出样张面积还可以扩大到4倍。
5.如果你是从事广告等平面媒体制作的专业工作者,对于像素的要求当然是越多越好,事实上普通的数码相机已经不能满足你的要求,你应该考虑购买中、大幅面的数字机背,比如柯达的DCS Pro Back采用1600万像素的CCD,可得到最高分辨率4000*4000的优质影像。
基本原则:就是充分考虑自已对影像分辨率的需要,你怎样处理和保存影像,你用这些影像来达到什么样的目的。追求高像素是多数人的一个顽固的情结,就像我们追求电脑的主频一样,事实上我们并不需要那么高的像素(主频),尤其不幸的是CCD和CPU遵循同样的摩尔定律,甚至会超过CPU的降价速度。比如在2000年200万像素的主流产品价格在5000~8000元,而2001年400万像素的主流产品则是4500~7500元。
注意:并不是CCD上的所有像素都参与成像,其中一部分像素用于测光,自动聚焦和自动调整白平衡,所以相机成像的文件像素数(最高分辨率)决定于CCD上的有效像素数量(这个数值有的用“像素生成”数值来表示)。这里有一个小细节我要提醒你注意,数码相机的总像素和有效像素的差值占总像素的比例是不定的,通常这个比例高的相机拥有多项数字化的功能,而且相机的操控性能越强。
CCD芯片的幅面尺寸
从相机成像的原理来说,光学系统聚焦影像时的焦平面越小,则成像过程中丢失的细节就越多,得到的影像放大后细部过渡就可能有突变的现象,显得不自然。
我需要一个例子来帮助你认识这个问题,其实也不难理解,在拍摄较大场景的场景里使用的传统相机,通常不是我们熟悉的135相机,而是120相机(或者是中、大幅面的传统相机)--你在照毕业大合影时用的那种相机,他们使用的胶片比135相机的更大。
同样我们如果要拍摄更广泛的场景和保留更多的细节,在相同像素数量的前提下我们需要CCD有更大的感光面积,以使透过光学系统聚焦的影像信息得到最大限度的保留。因为成本的限制,在这方面普通数码相机和专业数码相机有很大的差距,目前主流数码相机的CCD芯片尺寸多为1/2英寸,新上市的400万像素产品也多为1/1.8英寸CCD。远小于高档的专业数码相机的CCD芯片尺寸(多为2/3英寸以上),这样即便是相同像素,专业产品的图像细部明显比主流产品细腻自然。
在我们熟悉的几款专业单反数码相机中,Nikon D1x的CCD尺寸为23.7x15.6mm,今年10月上市的Canon EOS-1D的CCD尺寸为27.0x17.8mm,而在11月发布的Cantax的N1的CCD尺寸是目前整合型数码相机中最大的,它是全幅面的600万像素数码相机,其CCD和传统胶片的尺寸相同,都是36x24mm。
选购意见:
1. 在普通主流产品中这个问题并不需要你在选择时过多考虑,在同样是很小尺寸的前提下,细微的尺寸差异对成像质量的影响很小,而且CCD尺寸的大小可能还反映工艺的水平,甚至可能得出相反的结论。
2.除非你是要选择比较专业的数码相机,否则你不需要过分计较CCD的幅面尺寸。CCD芯片的像素排列方式由于CCD上的感光单元要按照生产工艺整齐放置,而不幸人眼对这种图象的排列模式又十分敏感,在影像放大到一定程度可看到颗粒时能轻易地分辨出CCD固定的排列模式,尤其在色调变化剧烈的位置,每一个像素都可以看清。这是数码影像明显弱于传统影像的地方(胶片上的感光卤化银颗粒很小,且排列是随机分布的)。这个问题从硬件上解决就只有增加像素,提高分辨率,使图像放大后也不容易看到其中的点;另外就是在CCD捕捉图像后使用乱序算法进行后期处理,使图像柔化从而变得自然。
CCD上的像素排列方式也影响成像的分辨率,因为不同的像素排列方式对应不同的插值算法,一定程度上可以提高最终的输出分辨率,这方面典型的例子是富士FinePix系列相机,它采用的是SuperCCD,单个像素的形状是八角形,呈蜂巢状排列,由于像素间排列更加紧密,相邻像素捕获的信息可以相互间调用,运用特殊的插值算法可以输出高于CCD总像素的影像文件,对影像的打印效果产生积极的帮助和提高。当然,这不能从根本上改变图像的质量。
CCD的颜色采集
这方面CCD比胶片有较大的优势。胶片因为各个感光层之间不可避免的相互影响会导致偏色现象,而CCD在采集颜色时是红绿蓝三色分别取样的,相互之间没有干扰,因此色彩还原真实。CCD的颜色采集有两种方式:原色方式和补色方式,这是对数码相机的成像质量有重要影像的因素,需要认真对待。 由于人眼对绿色最敏感,多数产品还专门增加了感应绿色的像素数量。
原色方式:原色CCD的优势在于,画质锐利,色彩真实,但缺点是不能根除杂讯问题。因此,一般采用原色CCD的数码相机在ISO感光度上多半不会超过400。
补色方式:相对的补色CCD多了一个Y黄色滤色器,在色彩的分辨上比较仔细,但却牺牲了部分影像分辨率,而在ISO值上,补色CCD可以容忍较高的感光度,一般都可以在800 以上。
选购意见:现在主流数码相机采用这两种方式的比例是3/1,原色方式被更多的相机厂商采用,虽然两种方式各有优势,你还是要根据你的需要来考虑,我们的建议是采用原色的方式,色彩的真实性和分辨率对于普通的应用更重要。
另外CCD对颜色采集的取样精度也比胶片高很多,一般每色8位精度(2的8次方,即每色256级灰度),三原色配合有24位的色彩可以表现一千六百多万种颜色,专业产品甚至采用每色12位或16位精度,可以表现更多的颜色。由于人眼对绿色最敏感,多数产品还专门增加了感应绿色的像素数量。选购意见:上面透露给你的信息是明显的,和扫描仪一样,尽可能选择色彩精度高的机型,颜色在许多时候比分辨率更加重要,同时采用更高的色彩取样精度还意味着厂家的电子设备的制造水平。
CCD的感光度
和传统胶片一样,CCD也有一个感光度的问题,通常厂家使用的概念是“相当与传统相机”多少,这是我们在拍摄过程中经常会遇到的问题。
早期CCD的感光度是恆定的,现在随着CCD感光单元灵敏度的提高,CCD幅面尺寸的增大,CCD的感光度得到很大的提高。一般来说,感光度越高,则对拍摄环境的光线要求就越低,拍摄模式的选择就越多;感光度的范围越大,可以正常使用的场景就越多。
选购意见:
1. 多数专业级的单反光数码相机的感光度范围都很高,因为它们使用幅面更大的CCD芯片,增大了感光的面积。
2.如果你经常从事舞台摄影或是拍摄范围达到从高山雪地到地下溶洞,你需要选择一部感光范围很大的相机。由于CCD技术的飞速发展,目前主流的300万像素以上的数码相机的感光都范围都能保证你在普通场景的使用,市场上主流产品中领先的产品是富士的Super CCD,其单个像素的尺寸比普通CCD要大,而且蜂巢状排列结构紧密,感光范围远大于同类产品(富士FinePix 4900Z的感光范围ISO125-800)。
其它
同镜头一样,CCD芯片还可搭配各种滤镜来改善影像的质量,或者完成一些特殊的功能。
比如可脱卸式影像边缘柔化滤镜(anti-aliasing filter)来准确捕捉影像,不过需要数码边缘圆滑软件(digital anti-aliasing solutions)来确保影像品质。这种专业的配置通常不会出现在普通的主流相机上。
注意:非反射性红外线消除滤镜(non-reflecting IR cutoff filter)应该是你要考虑的一个环节,特别是如果你需要经常夜晚拍摄,因为CCD可以感测到人眼所看不到的红外线,并且通过LCD显现出来(通常景物是绿色的),这对你在夜晚准确的对焦拍摄是大有益处的。但是非反射性红外线消除滤镜却阻挡了红外线的通过。
目前的情况是大多数厂家的数码相机的CCD前面都加上了这种防止红外线透过的滤镜,虽然有许多的资料教你如何取下这层滤镜,不过我们不建议你这样做,首先是要考虑你在多大程度上需要这种功能,另外就是你的风险--你将为此自动失去保修的服务。解决的办法是在挑选数码相机时好好的比较一番,带上一个红外遥控器(就是家里常用的那种),对着相机镜头按下遥控器按键,同时从相机的LCD或EVF看是否可见明亮光点,如果遥控器上的红外灯的光点明显可见那就是好消息了。(PConline)
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