CCD是60年代末期由贝尔试验室发明,它的中文名字叫电荷耦合器，是一种特殊的半导体材料,它是由大量独立的光敏元件组成，这些光敏元件通常是按矩阵排列的。开始作为一种新型的PC存储电路，很快CCD具有许多其他潜在的应用，包括信号和图像（硅的光敏性）处理。大部分数码相机使用的感光元件是CCD（Chagre Couled Device）。

CCD成像原理：
简单的说，光线透过镜头照射到CCD上，并被转换成电荷，每个元件上的电荷量取决于它所受到的光照强度。当你按动快门，CCD将各个元件的信息传送到模/数转换器上，模拟电信号经过模/数转换器处理后变成数字信号，数字信号以一定格式压缩后存入缓存内，此时一张数码照片诞生了。然后图像数据根据不同的需要以数字信号和视频信号的方式输出。
比较专业的说法是CCD成像是根据物体的光电效应，当光照射在某种光电导材料的PN结上时，若光能大于禁带宽度，价带中的电子迁到导带产生电子-空穴对，电子-空穴对在PN结内部电场的作用下，电子向N侧迁移，而空穴则向P侧迁移。而且光强越大，光电导材料内激发的光电子数目就越多。
CCD成像过程可分为下列四步：
(1)产生电子
CCD器件内有许多线形排列的微小MOS（Metal Oxide Silicon：金属氧化硅）光电导元件。物体通过CCD相机时，众多的MOS光电导元件产生光电效应，将物体的反射光线按亮度强弱转变成相应数目的电子。光的强度越大，MOS元件上产生的电子数目就越多。
(2)积累电子
当光信号变成电子数量信号后，线形排列在CCD器件内的每一个MOS光电导元件（象素），开始收集移动到MOS金属电极（门极）上的电子数量。同样，光强越大，门极上堆积的电子数目越多。
(3)传送电荷
在某一个时钟周期内，CCD器件将门极上收集到的电子量送到一个读出寄存器，在该寄存器里，CCD器件根据每一个门极（象素）对应的节点位置将电子数量转换为mV级电压信号。
(4)放大、编码、成像
经过转换后的mV级电压信号经过放大电路放大后变为对应的0~10V电压信号。（而每个彩色摄像机则有三组CCD器件，通过三条通道输出代表三基色的0~10V模拟信号。然后，将这些信号经过A/D转换后（对于彩色摄像机而言，A/D转换位为8位：即0~255表示该摄像机能识别1678万种颜色；A/D转换位为12位：即0~4095表示该摄像机能识别约679亿种颜色）送到计算机中进行编码成像处理。）
CCD分类：
目前主要有两种类型的CCD光敏元件，分别是线性CCD和矩阵性CCD。
线性CCD用于高分辨率的静态照相机，它每次只拍摄图象的一条线，这与平板扫描仪扫描照片的方法相同。这种CCD精度高，速度慢，无法用来拍摄移动的物体，也无法使用闪光灯。因此在很多场合不适用，不在今天我们讨论的范围里。
另一种是矩阵式CCD，它的每一个光敏元件代表图象中的一个像素，当快门打开时，整个图象一次同时曝光。通常矩阵式CCD用来处理色彩的方法有两种。一种是将彩色滤镜嵌在CCD矩阵中，相近的像素使用不同颜色的滤镜。典型的有G-R-G-B和C-Y-G-M两种排列方式。这两种排列方式成像的原理都是一样的。在记录照片的过程中，相机内部的微处理器从每个像素获得信号，将相邻的四个点合成为一个像素点。该方法允许瞬间曝光，微处理器能运算地非常快。这就是大多数数码相机CCD的成像原理。因为不是同点合成，其中包含着数学计算，因此这种CCD{zd0}的缺陷是所产生的图象总是无法达到如刀刻般的锐利。另一种处理方法是使用三棱镜，他将从镜头射入的光分成三束，每束光都由不同的内置光栅来过滤出某一种三原色，然后使用三块CCD分别感光。这些图象再合成出一个高分辨率、色彩xx的图象。如300万像素的相机就是由三块300万像素的CCD来感光。也就是可以做到同点合成，因此拍摄的照片清晰度相当高。该方法的主要困难在于其中包含的数据太多。在你照下一张照片前，必须将存储在相机的缓冲区内的数据xx并存盘。因此这类相机对其他部件的要求非常高，其价格自然也非常昂贵。
除了主要两种CCD外，还有以下三种CCD,因不是现在家用数码相机所选用的主流CCD，仅作简单介绍。
三线传感器CCD：在三线传感器中，三排并行的像素分别覆盖RGB滤镜，当捕捉彩色图片时，完整的彩色图片由多排的像素来组合成。三线CCD传感器多用于xx数码相机，以产生高的分辨率和光谱色阶。
交织传输CCD：这种传感器利用单独的阵列摄取图像和电量转化，允许在拍摄下一图像时在读取当前图像。此种CCD具有更多电量处理能力，更好动态范围，低噪音和传输光学分辨率，全幅面CCD允许即时拍摄全彩图片。全幅面CCD由并行浮点寄存器、串行浮点寄存器和信号输出放大器组成。全幅面CCD曝光是由机械快门或闸门控制去保存图像，并行寄存器用于测光和读取测光值。图像投摄到作投影幕的并行阵列上。此元件接收图像信息并把它分成离散的由数目决定量化的元素。这些信息流就会由并行寄存器流向串行寄存器。此过程反复执行，直到所有的信息传输完毕。接着，系统进行xx的图像重组。

CCD尺寸于照片质量的关系：

说到CCD的尺寸，其实是说感光器件的面积大小（这里就包括了CCD和CMOS）。感光器件的面积大小，CCD/CMOS面积越大，捕获的光子越多，感光性能越好，信噪比越低。CCD/CMOS是数码相机用来感光成像的部件，相当于光学传统相机中的胶卷。

CCD的物理结构：

如果分解CCD，你会发现CCD的结构为三层，{dy}层是“微型镜头”，第二层是“分色滤色片”以及第三层“感光层”。
{dy}层“微型镜头”：我们知道，数码相机成像的关键是在于其感光层，为了扩展CCD的采光率，必须扩展单一像素的受光面积。但是提高采光率的办法也容易使画质下降。这一层“微型镜头”就等于在感光层前面加上一副眼镜。因此感光面积不再因为传感器的开口面积而决定，而改由微型镜片的表面积来决定。
第二层是“分色滤色片”：CCD的第二层是“分色滤色片”，目前有两种分色方式，一是RGB原色分色法，另一个则是CMYK补色分色法这两种方法各有优缺点。首先，我们先了解一下两种分色法的概念，RGB即三原色分色法，几乎所有人类眼镜可以识别的颜色，都可以通过红、绿和蓝来组成，而RGB三个字母分别就是Red, Green和Blue，这说明RGB分色法是通过这三个通道的颜色调节而成。再说CMYK，这是由四个通道的颜色配合而成，他们分别是青（C）、洋红(M)、黄(Y)、黑(K)。在印刷业中，CMYK更为适用，但其调节出来的颜色不及RGB的多。原色CCD的优势在于画质锐利，色彩真实，但缺点则是噪声问题。因此，大家可以注意，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。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的分辨率，而在ISO值上，补色CCD可以容忍较高的感光度，一般都可设定在800以上
第三层：感光层CCD的第三层是“感光片”，这层主要是负责将穿过滤色层的光源转换成电子信号，并将信号传送到影像处理芯片，将影像还原。
数码相机曝光的整个流程：
1．机械快门打开，CCD曝光
2．在CCD内部光信号转为电信号
3．快门关闭，阻塞光线。
4．电量传送到CCD输出口转化为信号。
5．信号被数字化，数字资料输入内存。
6．图像资料被进行处理，显示在LCD或电脑上。
面阵数码相机如何解决彩色图像的曝光？ 1．三块CCD同时曝光的方法
{dy}种方法是采取了三块CCD芯片同时曝光的方法，它可以在一次曝光拍摄的同时，捕捉到所有的彩色信息。当光线通过镜头射向CCD表面的时候，由一个特制的棱镜式分光镜，将影像的成像光速成分射到三个不同的CCD平面。每一个CCD只记录红绿蓝色光中一种色光的彩色信息，并且只再现一种色彩，然后通过软件的对准处理，合成为一幅完整的全彩色画面。

由于人类的眼睛对于光谱绿色波段的光色最为敏感，有些数码相机在安排滤色片的时候使用两排绿滤色片来记录绿光信息，而使用第三排红色和蓝色的马赛克滤色片来分别记录红光和蓝光的信息。由于红色和蓝色信息存在间隙，这里需要由计算机采取的插值计算方法来增加附加它的彩色信息。
2、单一芯片三次曝光的拍摄方式
面阵排列数码相机捕捉彩色信息的第二种方法是“单一芯片三次曝光的拍摄方式”。采取这样的方法时，数码相机镜头的前方需要安装一个滤色片转轮，拍照时必须通过转轮中的红绿蓝三块滤色片，分别做三次单独的曝光，分别记录下红绿蓝光的彩色信息。{zh1}照相机的软件将三次曝光的影像信息结合在一起，构成为全彩色的影像。
使用这样的方法时，由于是用三次曝光来记录彩色信息，显然，摄影者使用这样一台面阵的数码相机，就只能局限于拍摄静态物体。此外，由于三次拍摄条件可能出现的差异，很可能产生数码相机的软件不能适当重新组合影像的问题。特别是曝光过程中，光源发生的波动也都会改变影像的彩色平衡。三次曝光的数码相机可以用来拍摄动态的单色影像（包括黑白照片），这是因为在滤色片转轮上，除了三块红绿蓝滤色之外，还有一块透明的滤色片，它是用来黑白影像做单次曝光拍摄时使用的。由于只需要一次曝光，因而它可以拍摄动态物体。

3、单芯片一次曝光的拍摄方式
第三种方式是“单芯片一次曝光的拍摄方式”，也是现在主流数码相机CCD的曝光方式。在这一方式中，每一单个的像素都以两种方式覆盖着不同的红，绿，蓝色滤色片，一种是条纹覆盖法，另一种是马赛马克图案交错覆盖法。有些芯片上的绿滤色片多于红色和蓝色滤色片，这是因为需要去适应人眼视觉在可见光谱中对绿色更为敏感的特点。这样，较多地使用绿色滤色片可以改善影像的分辨率。
每一个感光的像素只能捕获一种彩色，它需要从相邻的像素那里获得更多的彩色信息，这是采取插值的计算方法实现的。如果不正确的彩色信息被赋值于像素之中，那么插值的效果也会出现问题，这通常在高反差影像的边缘部分表现得最为明显，比如黑色的文字，常常会出现彩色的镶边。这些就是我们说得“紫边”问题。

说到这里基本上本文是可以结束了，但是我忽然发觉很多人特别是准备购机的人比较xxCCD的隔行扫描和逐行扫描的问题。那就不妨多说两句。
CCD逐行扫描与隔行扫描的区别
隔行、逐行只是数据处理方式的不同，隔行技术源于早期电视技术，是先提取奇数行的数据形成图像轮廓，再用偶数行数据补充，因那时的技术限制，数据处理速度跟不上，就采取隔行方式，用于连续图像，可以先把画面轮廓送到观众面前。由于不是连续扫描，若成像过程中被摄体移动，就会出现错位。如果数据采集速度慢，逐行扫描的CCD拍摄动体也会出现扭曲，反之，如果数据采集速度足够快，隔行扫描也没有什么问题，这一点可以从使用隔行扫描CCD的索尼 DSC-S70优良的成像得到证实，所以，尽管从技术层面来讲逐行扫描CCD是好一些，但从日本的相关资料了解到，由于同样大小CCD像素的不断增加，CCD中传送信号的通路无法适应逐行扫描得到的一次性的大量的数据，会造成图象处理速度的下降。因此在高像素的数码相机中隔行扫描的技术的应用越来越多。至于隔行扫描会造成的错位问题，已经得到了解决，解决的办法是利用机械快门的运动。考虑到其它因素对成像的影响远大于此，故个人用户购买数码相机时xx可以不予重视CCD是隔行扫描还是逐行扫描。

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