精华 为什么佳能能做出低价位300D，为什么佳能只用CMOS[转贴]

[阿搜]

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独独蛇 (发表时间 2003-10-21 01:26)
因为这是在佳门。所以我就先从佳能的DC谈起。
先说说佳能的CMOS技术，先说明一下，该技术到现在也只有佳能掌握着，无人能做出一样的产品来。
但佳能一开始是想用CMOS来做高端DC。不是！因为佳能的竞争对手们（索尼、柯达、尼康等等）联合拒绝给佳能提供高端CCD。佳能一发狠发展CMOS去了。
好了，现在言归正传。
CMOS图像传感器在发展之初因为效果太差而被定位在低端，不过佳能在2001年推出EOS D30就使用了CMOS，当时业内人士对此感到不可思议，他们认为CMOS的成像质量不可能满足专业用户的苛刻要求，所以这款产品没有创造多好的市场业绩，但它成功的改变了人们对CMOS技术的印象！此后佳能继续在CMOS领域作深入的研究终于获得了重大成果，D60、10D、及最新的300D都是600万的CMOS芯片。（为什么一直都在600万呢？下面会告诉大家）
为了让大家知道为什么CMOS技术原来只能用在低端？我先介绍一下CMOS芯片技术。
CMOS为互补金属氧化物半导体，多用于微处理器、闪存（DC玩家们，你们DC里那此CF、SM卡。可都是CMOS做出来的哦）等集成电路。当然CMOS也能用于图像传感器。但它与CCD图像传感器存在一些差别。而这些差别使它很难和CCD对比，但佳能做到了！到现在也只有它做到了（我爱你！佳能）！
CCD的基本感光元件为一个感光二极管和一个邻近电荷的存储区组成，结构较为简单。而CMOS由一个光电二极管、一个电荷／电压转换区、一个重置／选取的晶体管再加一个信号放大器组成，复杂吧！（但CMOS却是最好做出来的，我都没明白为什么？晕！）
在感光成像方面（这只的感光只是指光的强弱，色彩却是另一回事）都是光信号转成电信号，所以没什么不同。
色彩表现方式是CMOS与单片CCD（注意CCD色彩成像分单片和三片）一样，四个CMOS像素组成一个色彩像素。红、绿、蓝信号捕获率之比也一样：1：2：1。
两者不同之处在于信号的放大和传递上。这里比较难懂，我大概说一下：CCD采到信号后是从最底端输出（说明一点，CCD和CMOS一样都是分三层。具体的下篇我会提到）然后数据由外围的放大器统一放大。所以信号的失真就很小很小。而CMOS它在感光点上就开始放大信号了（前面我提过CMOS的组成它每一个感光点就有一放大器）放大后再收集到一堆，想想吧，谁能让600万X3或4的CMOS感光像素的每一个放大器的放大率都一样呢？所以在信号汇总后因为各个点的放大信号不一样，就产生了严重的失真。因为这是CMOS技术的先天缺陷，所以只能在后天去补了。正是这个先天缺陷CMOS在最终成像方面，如：灵敏度、有效感光面积、分辨率方面就与CCD存在较大差距。这也是为什么柯达的CCD有1600万大尺寸的产品。这也是佳能为什么在三代机型种用的都是同尺寸同像素的CMOS。不过佳能在专业相机领域一向拥有极强的实力，所以它有了1000万以上像率的产品。但别指望它能象300D一样便宜，因为CMOS先天的原因，1Ds所用的CMOS并不好造。
噪点较多是CMOS致命的缺陷。
但CMOS生产工艺非常成熟、成本比CCD低太多，而且很轻松的做出高集成度的产品。所以佳能能做出300D这种只要一片集成电路一块板子的高集成低成本产品。而为什么高端CCD产品这么贵吗？就是因为生产工艺不成熟，成品率偏低，集成度不高。还没有哪个使用CCD的厂家都在一块板子上做出DC来。
可就是让人觉得这么差的CMOS技术，佳能却在2002年推出了D60
，其成像品质出类拨萃！这时再谈CMOS不如CCD那就是一种偏见了！
2003年D60升级版10D发布。CMOS没变，变的是更强大的DIGIC图像处理器！这款产品成了真正有实力和采用CCD技术竞争的产品。
300D的出现是把CMOS廉价、高集成度的优点发挥到极至。（所以有色友说300D集成度太高，坏了就麻烦了。但集成度高是CMOS技术的优点。不然你怎以可能买到这么便宜的产品呢？）
而佳能用什么方法把CMOS变成这么好的产品呢？因为CCD联合的原故，佳能打死没有向外界披露一点它在CMOS图像传感器方面的技术优势，我也没办法向大家解释。看来未来很长时间内高端CMOS上，我们只有佳能的产品。没得选。

好！佳能说完了。下篇我将向大家说说现在DC上真正的主流，也是未来的主流。CCD图像传感器！

 

[阿搜]

连载二：真实的谎言:CCD图像传感器与银盐胶片。

先问问佳友里的DX们一个问题，你认为多高像素、多大尺寸的DC能与银盐胶片水平一样？

回答：在目前及未来的单CCD图像传感器的DC产品，永远不会有与银盐胶片水平一样的产品。用传统相机的色友们可以高兴一下了！

为什么？

因为，照片我们不光在乎它的分辨率，我想DX最在乎的是色彩吧！对色彩还原及表现力。而单CCD从基本工作原理上就无法百分之百的采集到映在它感光面上的色彩，而银盐胶片能百分百记录映在它上面的所有色彩和光线（注意，我这里说的色彩是人眼能看到的，不是说看不到的，看不到的银盐胶片也大多采集不到）。

为了让大家明的我说的，我先从CCD的工作原理说起：

CCD的全称“Charge Coupled Device”意即电荷耦合器件，一种特殊的半导体。因研究和制造的技术含量颇高，故没几个厂能生产，能力最强产量较大的CCD品牌只有柯达、索尼、飞利浦三个。

CCD图像传感器由三层组成：

第一层，微镜头；第二层，滤色片；第三层，感光元件。

CCD图像传感器的每一个感光元件由一个光电二极管和控制相邻电荷的存储单元组成（我在上篇说过）光电管当然是捕捉光子用的，它将光子转化成电子，收集到的光线越强产生的电子数量就越多，电子信号强了当然就越容易被记录而越不容易丢失，图像细节就更丰富了。

所以要想让图像好，光电管的感光部份就要做得大。光电管做大点不是就能吸收到更多光线了吗？

这是个好方法。一片2/3英寸的CCD做成400万像素，那每个光电管都会比一片2/3英寸的CCD做成500万像素的光电管大。图像质理当然就好。可高像素是发展方向，怎么让500万像素的2/3英寸CCD出来的图像好过400万像素的2/3英寸CCD出来的图像呢？

这里要提出开口率这个概念：

一个光电管不可能全部地方都可以吸收光子，当感光元件按面阵（矩阵）方式排列（也就是象国际象棋棋盘一样方方正正的排列）组成完整的像素阵列时，光电管的感光部份都面向光线射入处的。但是光电管不能把面向光线射入处都做成感光部份，真正能感光部分的面积只是光电管面向光线射入处部份面积的60%-90%，这就是所谓的开口率。

开口率越高感光面积就越大光电管采集的光就越多。制造工艺好的大公司出品的CCD，因为开口率高图像品质就更好。所以500万像素的2/3英寸CCD中的感光元件只要提高了开品率，那么它的感光面积就可以做到于400万像素的2/3英寸CCD的感光面积相同或更高。加上更高的像素。图像当然好过400万像素的2/3英寸的CCD了。

但在开品率相同的情况下，因为400万像素的2/3英寸CCD的光电管比500万像素的2/3英寸CCD大，那么每个光电管的感光面积就大了，成像质量就会高于500万像素的2/3英寸CCD。所以在这里劝大家买DC时要注意CCD尺寸。

在制造工艺上，开品率每有一次重大突破，那CCD就升一代，所以CCD也分代呢。不过这是CCD技术发展早期的情况。

因为开口率再怎么做也做不到100%，光电管的感光面积永远无法等于光电管面向光线射入处的实际面积。所以在开口率上面是无法更上一步了。那怎么再次提高感光面积呢？

索尼最先想出了解决办法：在每个光电管上安装一个微镜片。把更多的光聚进来。这样感光面积就由微镜片来决定了。微镜片的发展决定CCD的品质了。

大家注意没有，上面我只提到光线而没谈色彩，这是因为CCD的感光元件天生是个色盲。只能记录光线的强弱而不能记录色彩。（注意，这也是它到今天也比不过银盐胶片的重要原因！）

大家有用Photoshop这个软件吗？知道它里面有通道这一项吗？大家可以看看Photoshop的通道。红、绿、蓝三个通道。大家只看一个通道，发现它是黑白的。这是因为，在每个颜色通道里只记录该颜色的强弱。三原色的强弱都记录下来了合在起，就成了有色彩的图像了。

CCD也用了这个原理。于是就在感光元件上加了一层滤色片。这个滤色片怎么用呢？对于3CCD系统来说，很简单。滤掉绿、蓝，只把红留下来，那这片CCD上记录下来的光线强弱就是红光的了。滤掉红、蓝，那这片CCD上记录下来的光线强弱就是绿光的。蓝光的也相同。3片记录下三种光线的强弱，也就是三原色的色彩通道了。合在一起完美的图像就出来了。

这里要很强调一个问题：聪明的朋友一定会想到，一束光进入相机照在3块CCD上，而每个CCD只占全部CCD面积的三分之一，那不是就等于这块CCD只记录了所有光的三分之一。如果它记录红光，它也只记录到所有红光的三分之一。而另两块CCD根本不记录红光。那不说3CCD总面积的红光被记丢了三分之二，那不是色彩丢失了？那这叫什么完美记录呀！

说得对，所以相机让这束光进来后不是直接照在3块CCD上，而是一个分光镜上，光被分成红、绿、蓝三束再分别照在每个CCD上。那么这束光的信息是不是就没有被丢失了。

可3CCD的成本太高，而且做出的相机体积大。这些就注定了它的昂贵及无法小型化，所以135相机还看不到。

135只能采用单CCD系统构成。而在单CCD上就无法象3CCD一样来记录所有的色彩了。按3CCD的思路，可以把单CCD分成三部分，每部分记录不同的颜色，光进来后由分光镜分光。不是可记录完整图像信息了吗。
但这种方法却行不通！单CCD是一平面。分光镜把光分开投在一个平面上，大家可以想像，三菱镜分出阳光，七种颜色会成过渡分布在一平面。而过渡段CCD怎么记录呢？在过渡段是用只留红光的滤光片还是只留绿光的呢？无论用哪种滤光片在过渡段都是不可能的。因为进入相机镜头光线的不同，分光后投在单CCD平面上的红、绿、蓝光的面积也不一样，而CCD分成采集不同光的三部分面积却固定了的。这样做只会让色彩信息丢失得越多。更不用说后期在图像处理器里合成更是问题。

所以单CCD只能用别的方法解决记录色彩问题，这种方法却是以丢失色彩信息记录色彩，然后在信号进入图像处理器后用特定的插值算法来算去丢失的色彩信息补在图像中生成图像。想想就知道这种方法得到的图像怎么可能和能完整记录原始色彩的银盐胶片相比。

那些厂家所称的已接进银盐胶片水平，也只是它们的插值算法更先进一步。就象大家常听的CD，再怎么高的采样率，也只是记录了44.1K-96K个点的声音，再会算法合成出来让大家听起来和原始声音没什么不同。（数码世界的悲哀呀！这完全是个人感叹，大家可不理采）

现在细说一下单CCD记录色彩的方法： 就500万像素的DC而言，进入相机镜头的光被分成500万个像素点来记录。1个像素点包含完整原始的色彩。一般单CCD会用4个感光元件来记录这一个完整原始的像素。那么我们把这个原始像素分成4份，1个感光元件1份。我们再把在这4个感光元件上面的同等面积大小的滤光片分成4份。这样就是：“1份原始像素→1份滤光片→1个感光元件”。

按单CCD技术要求：红、蓝、绿，按1：1：2的比例收集，记得我上面提过感光元件是按面阵（矩阵）方式排列的，4个感光元件被排成一个矩形来记录一个像素。成对角线的2个感光元件记录绿色，另两个感光元件分别记录红色、蓝色。为什么绿色要双份，因为人眼对它敏感。

请大家注意这里：因为“1份原始像素→1份滤光片→1个感光元件”这个对应关系。记录红光的感光元件上的那份滤光片，就会滤掉别的光。而这份滤光片只处理1份原始像素，也就是说只处理整个像素的25％。而别3份原始像素里也含有红色呀，但其它3份滤光片都要滤掉红色。整个像素中75％的红色就这么丢失了。

对，就是只采这么多。红色只能收集到所有红色的25％，蓝色只能收集到所有蓝色的25％，绿色只能收集到所有绿色的50％！看到了吗，真实的色彩并没收集全整。一个原始像素中的75％的红色、75％的蓝色、50％的绿色就被丢掉了。

而这些滤色片滤掉的75％红色、75％蓝色、50％绿色呢？只好在图像处理器中用插值算法来解决了。然后再象Photoshop中的红、蓝、绿通道一样，按一定的算法合成出图像。1个像素点的大部分红色如果都集中在没被采集的那75％中。那要算出这个像素的红色就困难了，那么这个像素就失真的像素了。这些就加大了与真实色彩的差别。

好了，通过一大堆计算，图像出来了。可是本来记录的原始色彩信息就少，这样算来算去必然出现失真――偏色、噪点。

偏色我们能后期调正，可噪点呢？没什么好办法，光线足一点，拍摄的细节就能多捕捉到，噪点就少。最后的方法就是让图像处理器降噪，于是我们所有的相机都有了降噪这一功能。

说到这里大家明白了为什么单CCD构成的DC是永远达不到银盐胶片的原因了吧。所以那些厂家所称的已接进银盐胶片水平，也只是它们的插值算法更先进一步。就象大家常听的CD，再怎么高的采样率，也只是记录了44.1K-96K个点的声音，再会算法合成出来让大家听起来和原始声音没什么不同。（数码世界的悲哀呀！这完全是个人感叹，大家可不理采）。

最后，不过在未来很长时间里CCD还将是DC的主流技术（虽然它不是最好的技术）。而这种技术的发展也出现了多样化，最独特的就是富士的Supre CCD（超级CCD）了！其中今年出现的Super CCD SR（超级动态响应CCD）其宽容度是原三代的几倍。非常引人注目。因我对富士了解不多，等资料足了再谈.