图像传感器与图像处理器的基础知识

    传统胶片相机的感光单元是胶卷，而图像传感器如同是数码相机的感光胶卷，图像传感器的主要作用在于感受光影信息。而图像处理器的主要作用，则在于处理数据。图像传感器和图像处理器，都是数码相机的核心部件，是数码相机的心脏。
                  
     数码相机有两种不同的图像传感器：CCD和CMOS图像传感器，这两种图像传感器是两种完全不同类型的半导体器件。CCD称为电荷耦合器，是一种硅氧化物半导体器件，问世已久应用比较广泛，生产工艺相对成熟；CMOS图像传感器和CCD完全不同，是互补金属氧化物半导体器件，传输数据速度更快，耗电量更小，制造成本相对低廉。这两种不同类型的图像传感器均被数码相机所采用，轻便数码相机采用CCD更为广泛。佳能EOS数码单反相机，从2002年推出的EOS叫EOS-1Ds开始，全部采用佳能公司独立研发CMOS图像传感器。

     图像传感器中的一个单元，也就是一个像素，都是由一只光电二极管和相应的控制电路组成。如果图像传感器的分辨率是500万像素，这块图像传感器就集成了500万只以上的光电二极管和相关电路组成。由光电二极管接受被拍摄影像明暗变化的光信息，将其转变为电流强弱的变化。然后再由模拟 数字转换电路，将模拟量的电流信号转换为数字电信号，由此完成光影信息向数字信息转换的过程。这里需要说明的是，光电二极管虽然能够感受光信息，但是光电二极管是色盲，只能感受光线明暗的变化，不能感知被摄景物的色彩。为了获取彩色的影像，人们在每只光电二极管上加装不同颜色的滤色镜，滤色镜可采用三种原色：红、绿、蓝。然后将光电二极管分为三类，分别装上红色、绿色、蓝色的滤色镜，三种原色滤色镜的分配比例：绿色50％，红色和蓝色各占25％。由于每只光电二极管只能装一种颜色的滤色镜，接受一种颜色的光线，而三种原色整体合成的结果，最终所得到的图像是彩色的。另外，滤色镜有一种按照补色分配的类型：黄、品、青。

 （图1，图像传感器和135胶片成像面积的比较示意图：全画幅和135胶片成像面积相同
（36*24毫米），佳能EOS-1D MarkllN的CMOS图像传感器28.7*19.1毫米（黄色），
佳能EOS 30D的CMOS的图像传感器22.5*15.0毫米（蓝色），2/3英寸图像传感器8.8
*6.6毫米（橙色），1/1.8英寸 图像传感器6.9*5.2毫米（粉红色）。）

     像素只是图像传感器的一个重要参数，然而数码相机的图像质量设定中，还允许设置几种不同的图像分辨率，其中图像最高分辨率的设置，就等于该相机图像传感器的有效像素。然而图像分辨率设置的高低，并不代表数码相机所拍摄图像清晰度的优劣。只要拍摄方法得当，各种高低不同的图像分辨率设置都可以得到清晰的图像。所拍摄图像的分辨率高低，仅仅意味着输出照片极限尺寸的不同。也是图像分辨率设置越高，允许输出照片的尺寸也就越大，例如：2048*1536（300万像素）可以输出A4画幅的优质照片，3072*2304（700万像素）则可以输出A3画幅的高质量照片了。因此，在选购数码相机时，可以根据经常需要输出照片的尺寸，来选择数码相机图像传感器的有效像素。从实用的角度出发，不必过分地追求高像素，例如一般作为家用的数码相机，更多的是拍摄家庭纪念照、旅游纪念照。拍摄这一类照片的目的，通常只是输出5~7英寸的小尺寸照片，更用不着盲目追求过高像素的数码相机。

（图2，佳能数独立研发的CMOS图像传感器：EOS-1D Markll（左上），EOS-1D MarkllN（上中）EOS 5D（右上），EOS 30D（左下），EOS 350D（右下）。

     选购数码相机时，除了图像传感器的有效像素以外，更应该关注的因素是图像传感器的尺寸。大多数人在挑选数码相机时，关心的是数码相机图像传感器的有效像素高低，而忽略了图像传感器的大小对数码相机成像质量的影响。图像传感器尺寸有多种不同的规格，在佳能轻便数码相机中，经常采用的CCD图像传感器有2/3、1/1.8、1/2.5、1/3英寸等不同的尺寸规格，其中以PowershotPro1采用的2/3英寸CCD图像传感器为最大，以PowershotA42O等采用的1/3英寸CCD图像传感器为最小。佳能EOS数码单反相机的CMOS图像传感器有三类不同的规格，第一类是佳能EOS－IDs Markll的CMOS图像传感器和135胶片成像面积(36*24毫米〕相同；EOS 5D的CMOS图像传感器和EOS-1DSMarkll相仿，35.8*23.9毫米，同属于全画幅系列；第二类是EOS－1DMarkllN的CMOS图像传感器的成像面积小于135胶片，为28.7*19.1毫米，属于APS-H系列；第三类是EOS 30D的CMOS图像传感器更小一些，为22.5*15毫米；EOS 30D的CMOS图像传感器与EOS 30D相仿，为22.2*14.8毫米；两者同属于APS-C系列。图像传感器尺寸的不同，对于成像质量是有影响的。如果数码相机图像传感器的有效像素相同，图像传感器的尺寸越大，其成像质量也就越好。这是因为，图像传感器尺寸越大，每个像素单元的尺寸也就越大。像素单元的尺寸越大，所接受的光影信息也就越多，最终拍摄的图像记录的信息也就越丰富，图像被噪点等杂信的干扰也就越小，图像的质量也就越好。

      
        （图3，佳能独立研发的第二代图像处理器：DiGiCll）

     图像处理器和图像传感器一样，都是数码相机的核心部件。数码相机的扩展功能十分丰富，可以随意调整各种设置、白平衡、 图像质量参数等等都可以根据需要进行调整。这些功能的实现，都要依靠图像处理器来完成。DiGiC为佳能独立研发的数码相机专用图像处理器，不但可以处理图像数据，而目还可以控制相机的存储、自动曝光、自动调焦等功能。自2002年推出的轻便数码相机PowerShot G3和2003年推出的数码单反相机EOS 10D开始，佳能的DiGiC图像处理器已经付诸实际应用。DiGiC ll已是第二代的新型图像处理器,性能更加优异。佳能独立研发CMOS图像传感器和 DiGiC ll图像处理器，己经全面用在EOS数码单反相机上，因此，佳能己经掌握了数码单反相机上的核心技术。不但如此，现在佳能还将DiGiC ll图像处理器应用在全部新型轻便数码相机上了。也就是目前佳能的数码相机，已经全线采用DiGiC ll新型图像处理器。

     DiGiC ll新型图像处理器的实际应用，使佳能数码相机的性能得以大幅度提升。EOS 300D是世界上第一款万元级的数码单反相机，曾经名噪一时极具影响力。EOS 350D是EOS 300D的更新换代产品，EOS 300D采用的是老款的DiGiC图像处理器，而EOS 350D则采用了DiGiC ll新型图像处理器。因而EOS 350D的性能比起EOS 300D有了大幅度的提升：首先，从成像质量上说，EOS 350D拍摄的照片画面更干净，影响成像质量的噪点更少；其次，EOS350D的反应速度大大地加快了，开机时间和快门时滞比EOS 300D都有非常明显的改善。EOS 350D开机仅需0.2秒就可以进行拍摄，快门时滞也只有100毫秒，抓拍动态目标更加从容；再者，EOS 350D的耗电量更小。虽然EOS350D采用了容量较小的NB-2LH锂电池（720毫安时），但是仍然可以和使用容量更大的BP-511锂电池（1100毫安时）的EOS 300D拍摄同样多张数的照片。

     由此看来，DiGiC ll新型图像处理器的应用，不但可以改进数码相机的成像质量，还可以进一步加快数码相机的处理速度，而目还能降低数码相机的电能消耗，延长电池的使用时间。总之，DiGiC ll新型图像处理器可以明显地提升数码相机的综合性能。