現(xiàn)在手機(jī)中使用的攝像頭是cmos的還是ccd的,這兩者有什么區(qū)別
作者:化工綜合網(wǎng)發(fā)布時(shí)間:2021-12-31分類:膠粘劑瀏覽:122
手機(jī)的數(shù)碼相機(jī)功能指的是手機(jī)是否可以通過內(nèi)置或是外接的數(shù)碼相機(jī)進(jìn)行拍攝靜態(tài)圖片或短片拍攝,作為手機(jī)的一項(xiàng)新的附加功能,手機(jī)的數(shù)碼相機(jī)功能得到了迅速的發(fā)展。
手機(jī)攝像頭分為內(nèi)置與外置,內(nèi)置攝像頭是指攝像頭在手機(jī)內(nèi)部,更方便。外置手機(jī)通過數(shù)據(jù)線或者手機(jī)下部接口與數(shù)碼相機(jī)相連,來完成數(shù)碼相機(jī)的一切拍攝功能。外置數(shù)碼相機(jī)的優(yōu)點(diǎn)在于可以減輕手機(jī)的重量,而且外置數(shù)碼相機(jī)重量輕,攜帶方便,使用方法簡單。
處于發(fā)展階段的手機(jī)的數(shù)碼相機(jī)的性能應(yīng)該也處于初級階段,帶有光學(xué)變焦的手機(jī)目前國內(nèi)銷售的還沒有這個(gè)功能,不過相信隨著手機(jī)數(shù)碼相機(jī)功能的發(fā)展,帶有光學(xué)變焦的手機(jī)也會逐漸上市,但大部分都擁有數(shù)碼變焦功能。除此之外,目前手機(jī)的數(shù)碼相機(jī)功能主要包括拍攝靜態(tài)圖像,連拍功能,短片拍攝,鏡頭可旋轉(zhuǎn),自動白平衡,內(nèi)置閃光燈等等。
手機(jī)的拍攝功能是與其屏幕材質(zhì)、屏幕的分辨率、攝像頭像素、攝像頭材質(zhì)有直接關(guān)系。
像素:數(shù)碼相機(jī)的像素?cái)?shù)包括有效像素(Effective Pixels)和最大像素(Maximum Pixels)。與最大像素不同的是有效像素?cái)?shù)是指真正參與感光成像的像素值,而最高像素的數(shù)值是感光器件的真實(shí)像素,這個(gè)數(shù)據(jù)通常包含了感光器件的非成像部分,而有效像素是在鏡頭變焦倍率下所換算出來的值。
對于手機(jī)的數(shù)碼相機(jī)像素,目前只能處于初級發(fā)展階段,像素?cái)?shù)并不很高,大都在10萬--130萬像素之間。數(shù)碼相機(jī)的像素?cái)?shù)越大,所拍攝的靜態(tài)圖像的分辨率也越大,相應(yīng)的一張圖片所占用的空間也會增大。
有效像素:有效像素?cái)?shù)英文名稱為Effective Pixels。與最大像素不同,有效像素?cái)?shù)是指真正參與感光成像的像素值。最高像素的數(shù)值是感光器件的真實(shí)像素,這個(gè)數(shù)據(jù)通常包含了感光器件的非成像部分,而有效像素是在鏡頭變焦倍率下所換算出來的值。
數(shù)碼圖片的儲存方式一般以像素(Pixel)為單位,每個(gè)象素是數(shù)碼圖片里面積最小的單位。像素越大,圖片的面積越大。要增加一個(gè)圖片的面積大小,如果沒有更多的光進(jìn)入感光器件,唯一的辦法就是把像素的面積增大,這樣一來,可能會影響圖片的銳力度和清晰度。所以,在像素面積不變的情況下,數(shù)碼相機(jī)能獲得最大的圖片像素,即為有效像素。
最大像素:最大像素英文名稱為Maximum Pixels,所謂的最大像素是經(jīng)過插值運(yùn)算后獲得的。插值運(yùn)算通過設(shè)在數(shù)碼相機(jī)內(nèi)部的DSP芯片,在需要放大圖像時(shí)用最臨近法插值、線性插值等運(yùn)算方法,在圖像內(nèi)添加圖像放大后所需要增加的像素。插值運(yùn)算后獲得的圖像質(zhì)量不能夠與真正感光成像的圖像相比。以最大像素拍攝的圖片清晰度比不上以有效像素拍攝的。
傳感器:作為手機(jī)新型的拍攝功能,內(nèi)置的數(shù)碼相機(jī)功能與我們平時(shí)所見到的低端的(10萬--130萬像素)數(shù)碼相機(jī)相同。與傳統(tǒng)相機(jī)相比,傳統(tǒng)相機(jī)使用“膠卷”作為其記錄信息的載體,而數(shù)碼相機(jī)的“膠卷”就是其成像感光器件,而且是與相機(jī)一體的,是數(shù)碼相機(jī)的心臟。感光器是數(shù)碼相機(jī)的核心,也是最關(guān)鍵的技術(shù)。目前手機(jī)數(shù)碼相機(jī)的核心成像部件有兩種:一種是廣泛使用的CCD(電荷藕合)元件;另一種是CMOS(互補(bǔ)金屬氧化物導(dǎo)體)器件。
CCD:電荷藕合器件圖像傳感器CCD(Charge Coupled Device),它使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成,能把光線轉(zhuǎn)變成電荷,通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器芯片轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號,數(shù)字信號經(jīng)過壓縮以后由相機(jī)內(nèi)部的閃速存儲器或內(nèi)置硬盤卡保存,因而可以輕而易舉地把數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī),并借助于計(jì)算機(jī)的處理手段,根據(jù)需要和想像來修改圖像。CCD由許多感光單位組成,通常以百萬像素為單位。當(dāng)CCD表面受到光線照射時(shí),每個(gè)感光單位會將電荷反映在組件上,所有的感光單位所產(chǎn)生的信號加在一起,就構(gòu)成了一幅完整的畫面。
CCD和傳統(tǒng)底片相比,CCD 更接近于人眼對視覺的工作方式。只不過,人眼的視網(wǎng)膜是由負(fù)責(zé)光強(qiáng)度感應(yīng)的桿細(xì)胞和色彩感應(yīng)的錐細(xì)胞,分工合作組成視覺感應(yīng)。 CCD經(jīng)過長達(dá)35年的發(fā)展,大致的形狀和運(yùn)作方式都已經(jīng)定型。CCD 的組成主要是由一個(gè)類似馬賽克的網(wǎng)格、聚光鏡片以及墊于最底下的電子線路矩陣所組成。目前有能力生產(chǎn) CCD 的公司分別為:SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp,大半是日本廠商。
CMOS:互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)和CCD一樣同為在數(shù)碼相機(jī)中可記錄光線變化的半導(dǎo)體。CMOS的制造技術(shù)和一般計(jì)算機(jī)芯片沒什么差別,主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體,使其在CMOS上共存著帶N(帶–電) 和 P(帶+電)級的半導(dǎo)體,這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀(jì)錄和解讀成影像。然而,CMOS的缺點(diǎn)就是太容易出現(xiàn)雜點(diǎn), 這主要是因?yàn)樵缙诘脑O(shè)計(jì)使CMOS在處理快速變化的影像時(shí),由于電流變化過于頻繁而會產(chǎn)生過熱的現(xiàn)象。
CCM:CCM其實(shí)就是CMOS鏡頭,只是CCM的畫質(zhì)比CMOS高一點(diǎn),拍照時(shí)感應(yīng)速度也較快,但以照片品質(zhì)來說還是遜色于CCD鏡頭,在實(shí)際拍攝中也可以感覺出來,取景速度非常快,就算迅速移動手機(jī)攝像頭時(shí),屏幕都可以迅速顯示所捕抓的畫面,過程非常流暢,幾乎沒有什么延遲。
CCD與CMOS有什么不同
由兩種感光器件的工作原理可以看出,CCD的優(yōu)勢在于成像質(zhì)量好,但是由于制造工藝復(fù)雜,只有少數(shù)的廠商能夠掌握,所以導(dǎo)致制造成本居高不下,特別是大型CCD,價(jià)格非常高昂。
在相同分辨率下,CMOS價(jià)格比CCD便宜,但是CMOS器件產(chǎn)生的圖像質(zhì)量相比CCD來說要低一些。到目前為止,市面上絕大多數(shù)的消費(fèi)級別以及高端數(shù)碼相機(jī)都使用CCD作為感應(yīng)器;CMOS感應(yīng)器則作為低端產(chǎn)品應(yīng)用于一些攝像頭上,若有哪家攝像頭廠商生產(chǎn)的攝想頭使用CCD感應(yīng)器,廠商一定會不遺余力地以其作為賣點(diǎn)大肆宣傳,甚至冠以“數(shù)碼相機(jī)”之名。一時(shí)間,是否具有CCD感應(yīng)器變成了人們判斷數(shù)碼相機(jī)檔次的標(biāo)準(zhǔn)之一。
CMOS影像傳感器的優(yōu)點(diǎn)之一是電源消耗量比CCD低,CCD為提供優(yōu)異的影像品質(zhì),付出代價(jià)即是較高的電源消耗量,為使電荷傳輸順暢,噪聲降低,需由高壓差改善傳輸效果。但CMOS影像傳感器將每一畫素的電荷轉(zhuǎn)換成電壓,讀取前便將其放大,利用3.3V的電源即可驅(qū)動,電源消耗量比CCD低。CMOS影像傳感器的另一優(yōu)點(diǎn),是與周邊電路的整合性高,可將ADC與訊號處理器整合在一起,使體積大幅縮小,例如,CMOS影像傳感器只需一組電源,CCD卻需三或四組電源,由于ADC與訊號處理器的制程與CCD不同,要縮小CCD套件的體積很困難。但目前CMOS影像傳感器首要解決的問題就是降低噪聲的產(chǎn)生,未來CMOS影像傳感器是否可以改變長久以來被CCD壓抑的宿命,往后技術(shù)的發(fā)展是重要關(guān)鍵。
感光器件的發(fā)展
CCD是1969年由美國的貝爾研究室所開發(fā)出來的。進(jìn)入80年代,CCD影像傳感器雖然有缺陷,由于不斷的研究終于克服了困難,而于80年代后半期制造出高分辨率且高品質(zhì)的CCD。到了90年代制造出百萬像素之高分辨率CCD,此時(shí)CCD的發(fā)展更是突飛猛進(jìn),算一算CCD 發(fā)展至今也有二十多個(gè)年頭了。進(jìn)入90年代中期后,CCD技術(shù)得到了迅猛發(fā)展,同時(shí),CCD的單位面積也越來越小。但為了在CCD面積減小的同時(shí)提高圖像的成像質(zhì)量,SONY與1989年開發(fā)出了SUPER HAD CCD,這種新的感光器件是在CCD面積減小的情況下,依靠CCD組件內(nèi)部放大器的放大倍率提升成像質(zhì)量。以后相繼出現(xiàn)了NEW STRUCTURE CCD、EXVIEW HAD CCD、四色濾光技術(shù)(專為SONY F828所應(yīng)用)。而富士數(shù)碼相機(jī)則采用了超級CCD(Super CCD)、Super CCD SR。
對于CMOS來說,具有便于大規(guī)模生產(chǎn),且速度快、成本較低,將是數(shù)字相機(jī)關(guān)鍵器件的發(fā)展方向。目前,在CANON等公司的不斷努力下,新的CMOS器件不斷推陳出新,高動態(tài)范圍CMOS器件已經(jīng)出現(xiàn),這一技術(shù)消除了對快門、光圈、自動增益控制及伽瑪校正的需要,使之接近了CCD的成像質(zhì)量。另外由于CMOS先天的可塑性,可以做出高像素的大型CMOS感光器而成本卻不上升多少。相對于CCD的停滯不前相比,CMOS作為新生事物而展示出了蓬勃的活力。作為數(shù)碼相機(jī)的核心部件,CMOS感光器以已經(jīng)有逐漸取代CCD感光器的趨勢,并有希望在不久的將來成為主流的感光器。
影像感光器件因素
對于數(shù)碼相機(jī)來說,影像感光器件成像的因素主要有兩個(gè)方面:一是感光器件的面積;二是感光器件的色彩深度。
感光器件面積越大,成像較大,相同條件下,能記錄更多的圖像細(xì)節(jié),各像素間的干擾也小,成像質(zhì)量越好。但隨著數(shù)碼相機(jī)向時(shí)尚小巧化的方向發(fā)展,感光器件的面積也只能是越來越小。
除了面積之外,感光器件還有一個(gè)重要指標(biāo),就是色彩深度,也就是色彩位,就是用多少位的二進(jìn)制數(shù)字來記錄三種原色。非專業(yè)型數(shù)碼相機(jī)的感光器件一般是24位的,高檔點(diǎn)的采樣時(shí)是30位,而記錄時(shí)仍然是24位,專業(yè)型數(shù)碼相機(jī)的成像器件至少是36位的,據(jù)說已經(jīng)有了48位的CCD。對于24位的器件而言,感光單元能記錄的光亮度值最多有2^8=256級,每一種原色用一個(gè)8位的二進(jìn)制數(shù)字來表示,最多能記錄的色彩是256x256x256約16,77萬種。對于36位的器件而言,感光單元能記錄的光亮度值最多有2^12=4096級,每一種原色用一個(gè)12位的二進(jìn)制數(shù)字來表示,最多能記錄的色彩是4096x4096x4096約68.7億種。舉例來說,如果某一被攝體,最亮部位的亮度是最暗部位亮度的400倍,用使用24位感光器件的數(shù)碼相機(jī)來拍攝的話,如果按低光部位曝光,則凡是亮度高于256備的部位,均曝光過度,層次損失,形成亮斑,如果按高光部位來曝光,則某一亮度以下的部位全部曝光不足,如果用使用了36位感光器件的專業(yè)數(shù)碼相機(jī),就不會有這樣的問題。
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