CCD摄像头基本知识

1、. . CCD（电荷耦合器）摄像头基本知识 现在科学级的摄像头比前几年更尖端，应用领域也更广了。在生物科学领 域，从显微镜、分光光度计到胶文件、化学放光探测系统，都用到了 CCD 的摄 像头。但是很多研究工作者对 CCD 的指标仍云里雾里。下面对 CCD 的一些常 见指标进行表述。 常见的 CCD 一般指：CCD 摄像头和插在电脑的采集卡 区别数字摄像头与模拟摄像头 所有 CCD 芯片都属于模拟的设备。当图像进入计算机是数字的。如果信号 在摄像头、采集卡两部分完成数字化的，这个 CCD 被认为是模拟 CCD。数字 摄像头事实上是由内置于摄像头的数字化设备完成数字化过程，这样可以减少 图像噪音。

2、与模拟摄像头相比，数字摄像头提高了摄像头的信噪比、增加摄像 头的动态范围、最大化图像灰度范围。科学级的绝大多数的 CCD 芯片都是由 Kodak、Sony、SIT 制造。 评价 CCD 的基本指标 信噪比 SNR 真实体现摄像头的检测能力。所有的 CCD 摄像头的厂家为提 高摄像头的性能，都尽力使信号（可达到满井电子的数目）最大同时尽可能减 少噪音。 SNR=满井电子/噪音电子=动态范围=最大灰阶=2bit 数 在相同满井电子的 CCD，降低 CCD 噪音，就能提高 CCD 的监测能力，热 或者暗电流对于 CCD 都是噪音，噪音在 Cool CCD 基本都可以被深度致冷的 Peltier 消除

3、。在曝光超过 5-10 秒，CCD 芯片就会发热，没有致冷设备的芯片， “热”或者白的像素点就会遮盖图像。-20 度的摄像头可以拍摄不超过 5 分钟的 图像，-40 度的摄像头拍摄时间可以超过 1 小时。 像素面积 这个指标是在芯片的一个重要指标。像素面积越大、对光越灵敏。因为像 素点面积有更多电子，能产生更多信号。在 1/2” 、2/3” 、1”的芯片上，像素点 . . 越大，像素越少。会影响空间分辨率。大像素点增加灵敏度、小的像素点增加 分辨率。 要提高影像质量就必须增加CCD 的像素，因此在 CCD 尺寸一定的 情况下，增加像素就意味着要缩小了像素中的光电二极管。我们知道单位 像素的面积

4、越小，其感光性能越低，信噪比越低，动态范围越窄，因此这 种方法不能无限制地增大分辨率，所以，如果不增加CCD 面积而一味 地提高分辨率，只会引起图像质量的恶化。但如果在增加CCD 像素的 同时想维持现有的图像质量，就必须在至少维持单位像素面积不减小的基 础上增大 CCD 的总面积。而目前更大尺寸CCD 加工制造比较困难，成 品率也比较低，因此成本也一直降不下来，这一矛盾对于CCD 而言是 难以克服的 相同数目的像素，排列越密集，像素之间就越容易出现电流干扰，容 易出现 “噪点”等干扰成像质量的现象出现。所以尺寸越大越好，当然成本 也会随之提高 并且不是成比例提高，而是以几何级数向上提 16 B

5、it 摄像头 典型的真 16bit 的摄像头（能检测 65536 级灰度）都有很大的像素点（16- 30um） 。然而这些摄像头非常贵，同时图像数据很大，传输速度很慢。在基因 组和蛋白组研究中，16bit 的摄像头在捕获 DNA 和蛋白图像上不太实用，一般 用于深度太空的专业天文学研究。真实的 16bit 的 CCD,24um*24um 的像素点, 1”大小只能有 50 万像素点。 扫描速度 8bit-CCD 可以达到 30 帧，基本可以认为是同步的。不论模拟或数字的 CCD，超过 15 帧可以接受。 . . 以上为翻译部分，下面的相机的指标。可以参考。 一一：基基础础知知识识 像像素素、感感

6、光光元元件件、尺尺寸寸、有有效效像像素素、分分辨辨率率 通常消费者最为关注的是相机的像素，像素也的确是数码相机最重要 的一项硬指标，也就是说，像素高了不一定是好相机，但是像素太低（以 目前的市场主流， 300 万以下就算比较低了）怎么都不能算是好相机。 像像素素： 要说像素首先得讲一下数码相机的感光原理，要拍照片首先要将光信 号转换成电信号，这靠的就是感感光光元元件件（ SENSOR），在数码相机的镜 头后面都有一块芯片，上面密密麻麻地挤满了这些感光元件，每个感光元 件只能将很小的一点转换成图像，这些小的图像加起来就成了我们可以看 见的图像了。讲到这里大家有点明白了吧，不错，像素其实就是这些感

7、光 元件，我们平时说的多少万像素就是这些感光元件的个数了。所以一般来 讲像素越大，成像也就越清晰细腻，当然这其中还要受许多因素限制，下 面会慢慢提到的。 接下来要讲的就是为什么高像素不一定是好相机的一个原因：尺寸 尺尺寸寸： 尺寸就是通常所的说的CCD 尺寸、 CMOS 尺寸，常见的有 2/3 英 寸，1/1.8 英寸， 1/2.7 英寸。这个单位不是太直观，以1/2.7 英寸为例， 换算成我们熟悉的单位就是5.273.96MM。相同数目的像素，排列越密 集，像素之间就越容易出现电流干扰，容易出现“噪点”等干扰成像质量 的现象出现。所以尺寸越大越好，当然成本也会随之提高并且不 是成比例提高，而

8、是以几何级数向上提。目前使用2/3 英寸的已经是相 当高级的机器了，像美能达的D7HI、尼康的 CP5700、索尼的 F717， . . 而少数使用和我们平时使用的135 相机的底片一样大小感光芯片的相机， 其价格就更高了。 图 1：各种尺寸对比图 有有效效像像素素： 多数相机厂商使用总像素去标示一台相机的分辨率，但是，真正应该 使用的应该是记录像素（ RECORDED PIXELS），记录像素并不同于有 效像素，不过人们已经习惯用有效像素代替记录像素。 我们以索尼的 ICX252AQ 334 万像素 CCD 来比较一下各种 “像素”： 总像素21401560（334 万） 可感光像素2088

9、1550（324 万） 活动像素20801542（321 万） 推荐记录像素20481536（314 万） 表 1：各种像素 总像素中有些是不会感光的即坏的像素，这是目前技术无法解决的；除去 坏的像素剩下的就是可感光像素，感光元件的边缘要用作确定“黑”的基准值， 这部分像素也是不参与成像的；除去不参与成像的像素，剩下的就是活动像素； 然后再在这些像素里抽取部分像素作一个标准的输出（如 20481536）。这样 减来减去剩下的就是推荐记录像素，也就是我们平时所说的有效像素了。 分辨率：分辨率： . . 分辨率和有效像素直接相关，例如：200 万像素数码相机的最大分辨率为 17041257；300

10、 万像素最大分辨率则是 20481536；而到达 500 万像素这个 级别的时候，提升并不明显，分辨率是 25601920。 如果你想数码冲印得到最终照片，那么 200-300 万像素以最大分辨率拍摄 出来的数码照片，要冲印成常见的 6 寸并拥有与普通胶卷不相上下的画质毫无 问题，而用 500 万以上像素数码相机拍摄，冲印出来后完全可以制作海报与广 告了；如果使用家庭中常用的喷墨打印机将照片打印在照片打印纸上，以 A4 幅 面为例，A4 幅面的照片打印纸去除页边距后，实际的使用面积最大为 19CM27CM，300 万像素标准刚好能够满足在 A4 照片打印纸上的成像要求；如 果你只想将照片存储在

11、电脑中，用显示器看，就算你现在使用的显示器已经超 过主流的 17 英寸产品，分辨率也大于主流的 1024768，普通的 200 万像素以 上数码相机所提供的分辨率也能得到清晰的照片显示了。 讲了感光元件，你大概还是觉得很别扭吧，不过讲到 CCD 你一定舒服多了。 不错，CCD 就是目前市场最重要的一种感光元件，不过之所以一定要讲感光元 件，而不干脆用 CCD 来代替它，是因为感光元件还有一支重要的力量 CMOS。下面就来讲一下它们各自的特点和代表技术。 参数分析 因为 8013 DSP 的 AD 转换时间在 32M 主频的情况下最短为 2.125US。如果 选用一个分辨率为 320 线的摄像头

12、，则单行视频信号持续的时间约为 20MS/320=62.5US，AD 对单行视频信号采样的点数将不超过62.5/2.125=29 个。若使用分辨率为 640 线的摄像头，则单行视频信号持续的时间约为 20MS/640=31US，AD 对单行视频信号采样的点数将不超过31/2.125=14 个。 这就是说，分辨率越高，单行视频信号持续的时间就越短，AD 对单行视频信号 所能采样的点数就越少。 所以我们应该选择线数尽量低的摄像头 实际情况下，8013 每行采集到 32 点与理论相符。 . . CCDCCD：电荷耦合器（CHARGE-COUPLED DEVICE），目前市面上最主要的感光 元件，技术

13、相对成熟，成像锐利，色彩鲜艳。比较有特色的技术有富士研发的 超级 CCD 技术。 超级超级 CCDCCD（SUPERSUPER CCDCCD）：）：由富士开发，超级 CCD 排列相互交错，拥有独特 的八角形感光元件，从而可为各像素提供更大的感光元件。超级 CCD 的传感器 形状和排列可生成更平衡的数码照片质量，传感度得到了进一步的改善，动态 范围也得到了提升。同时它还可改善信噪比，并提供更高的分辨率、更佳的色 调和更真实的色彩。超级 CCD 是为控制这些因素的总平衡所设计的，旨在提供 更好的图像质量。使用了超级 CCD 技术的相机可以得到比同像素其它机型更高 的分辨率，不过在实际使用中，超级

14、CCD 的效果并并不能将对手抛离。现在超 级 CCD 已经发展到了第四代，在这里就不一一赘述了。 图 2：超级 CCD 的像素排列 CMOSCMOS：互补金属氧化物半导体（COMPLEMENTARY METAL-OXIDE SEMICONDUCTOR），CMOS 成像芯片用于数码照相机始于 1997 年，CMOS 感光芯片 与数码照相机上广为采用的 CCD 芯片相比具有成本低、能耗低的优点，但技术 尚不十分成熟，用它做感光芯片的数码照相机还比较少。最著名的是美国 FOVEON 公司的 FOVEON X3 技术；此外佳能公司在其高端的数码单反相机中也广 泛使用 CMOS 作为感光元件，不过佳能对

15、此项技术没有做什么的宣传，外间也没 有太多的技术资料。 FOVEONFOVEON X3X3：FOVEON X3 是一种用单像素提供三原色的 CMOS 图像感光器技 术。与传统的单像素提供单原色的 CCD/CMOS 感光器技术不同，X3 技术的感光 . . 器与银盐彩色胶片相似，由三层感光元素垂直叠在一起。提供更丰富的彩色还 原度以及避免采用 BAYER PATTERN 传统感光器所特有的色彩干扰。另外，由于 每个像素提供完整的三原色信息，把色彩信号组合成图像文件的过程简单很多， 降低了对图像处理的计算要求。采用 CMOS 半导体工艺的 X3 图像感光器耗电比 传统 CCD 小。 图 3：FOV

16、EON X3 的工作原理：不同的色光在硅片的不同深度被吸收 二：镜头相关参数二：镜头相关参数 任何照相机的镜头都是至关重要的，数码相机也不例外。说到镜头首先要 讲一下现在数码相机厂商的背景，一类是原来就生产照相机的厂商，如尼康、 佳能、美能达、宾得、奥林巴斯等等，另一类是在消费电子发展的厂商，如索 尼、松下、卡西欧、三星等等。前一类厂商一般都会使用自己生产的镜头；后 一类厂商则会使用其它厂商生产的镜头，如索尼用的是德国的蔡斯镜头，松下 用的是德国的莱卡，三星用的是德国的施耐德，卡西欧用的是日本的宾得。这 些都是响当当的名号，如果你不熟悉，那也不要紧，我们在这里给你简要地介 绍一下： . . 中

17、文名英文名国籍 尼康 nikkor * 日本 佳能 canon 日本 美能达 minolta 日本 宾得 pentax 日本 奥林巴斯 olympus 日本 适马 sigma 日本 卡尔 蔡斯 carl zeiss 德国 莱卡 leica 德国 斯耐德 schneider 德国 表 2：知名镜头生产商 *尼康的机身和镜头使用的是不同的商标，机身用的是尼康 NIKON，镜头用的是 尼克尔 NIKKOR。 这些都是著名的品牌，消费者可以放心选购。 镜头的主要参数有光圈、快门、焦距，变焦、最短对焦距离等。 光圈光圈 光圈是表征镜头单位时间通光量的单位。我们从镜头看进去可以看见一个 环形的活动“门”，

18、这就是光圈，通过这道门的打开关闭就可以控制进入镜头 的光量。常见的有 F2.8，F4，F5.6，F8，F11 等，数值越小光圈越大，也就是 说“门”打开得越大。常见数码相机的最大光圈一般在 F2.8，也有 F1.8、F2.0 的，最小光圈在 F8、F11 左右，数码单反除外。 焦距焦距 所谓焦距，是指镜头到透镜焦点（在数码相机上也就是 CCD 或 CMOS 上）的 距离。说白了焦距越大望得越远。 变焦镜头变焦镜头 . . 顾名思义变焦镜头就是焦距可以进行调节的镜头了，目前大多数数码相机 的镜头都是变焦镜头，并且以三倍变焦居多。 最短对焦距离最短对焦距离 可以拍摄清楚物体的就近距离，这是数码相机

19、的强项，多数数码相机可以 达到 3-5 厘米，有的甚至可以达到 1 厘米以内。这对微距拍摄是很有用的。 索尼与富士索尼与富士 CCD 技术发展历程技术发展历程 一、索尼一、索尼 CCD 技术发展历程技术发展历程 由于 CCD 的生产工艺复杂，因此至今为止，世界上只有索尼、富士、柯达、 菲利蒲、松下和夏普家厂商可以批量生产，而其中最主要的供商是索尼。索 尼是一间最早从事 CCD 制造的厂商，从 70 年代就开始研发 CCD 了，它从开 始生产 CCD 至今累积计算，生产量已超越了亿片以上，以 50的市场占有 率成为 CCD 市场领导厂商。下面是索尼 CCD 技术发展简史。 1969 年，美国的贝

20、尔电话研究所发明了 CCD。它是一个将“光”的信息转换成 “电”的信息的魔术师。当时的索尼公司开发团队中，有一个叫越智成之的年轻 人对 CCD 非常感兴趣，开始了对 CCD 的研究。但是由于这项研究距离商品化 还遥遥无期，所以越智成之只能默默地独自进行研究。1973 年，一个独具慧眼 的经营者时任索尼公司副社长的岩间发现了越智的研究，非常兴奋地说道： “这才应该是由索尼半导体部门完成的课题！好，我们就培育这棵苗！”当时的 越智仅仅实现了用 64 像素画了一个粗糙的“S”。然而，岩间撂了一句让越智大 惑不解的话：“用 CCD 造摄像机。我们的对手不是电器厂商，而是胶片厂商伊 斯特曼柯达！”当时的

21、索尼和柯达可以说是风马牛不相及，为什么对手会是柯 达？时间过去了近 40 年后的今天，当索尼推出使用 800 万像素的 F828 数码相 机步入市场的时候，谜底终于揭穿了，岩间说的是“要以超过柯达的胶卷照片的 图像质量为目标搞 CCD 开发！” . . 岩间是那种有远见的经营者，索尼开始引进晶体管时，站在第一线指挥的就 是岩间，他亲自到美国考察，从美国不断地发回技术报告，靠着这些报告，索 尼前身的东京通信工业生产出了晶体管，成长为世界一流的半导体厂家。当时， CCD 只是实验室里的东西，谁也没有想到它能成为商品。因为按照当时的技术 水平，人们普遍认为：运用大规模的集成电路技术、完美无缺地生产在

22、一个集 成块上具有 10 万元件以上的 CCD，几乎是不可能的。一般的企业在搞清这个 情况以后就从研究中撤了下来。但岩间却不这么认为，他的结论是：“正因为机 会谁都没有动手搞，我们才要搞！” 这在当时是一种边沿的研究，温吞水的努力是难以奏效的。而且，这还是一 项很费钱的研究，据说从开发阶段直到实现商品化，索尼花在 CCD 上的钱高达 200 亿日元。项目研究虽然只花了 30 亿日元，但因为 CCD 的加工制造需要大 量专有技术，实现大量生产时的技术积累过程难度最大，所以这方面投下了 170 亿日元。因此，这个项目如果没有优秀的经营者的支持根本办不到。岩间 曾任索尼的美国分社长，回到日本索尼以后

23、担任副社长兼索尼中央研究所的所 长。据索尼开发团队带头人木原的回忆：“回国最初，岩间视察了中央研究所的 全体，随着时间的过去，他的关心逐渐移到了 CCD 开发方面。大家注意到他一 天之中有一半是在从事 CCD 研究的越智成之身旁度过的。到了 1973 年 11 月， CCD 终于立了项，成立了以越智为中心的开发团队。” 在全公司的支援下，开发团队克服重重困难，终于在 1978 年 3 月制造出了 被人认为“不可能的”、在一片电路板上装有 11 万个元件的集成块。以后，又花 了 2 年的岁月去提高图像质量，终于造出了世界上第一个 CCD 彩色摄像机。在 这个基础上再改进，首次实现了 CCD 摄像

24、机的商品化。当时，CCD 的成品率 非常低，每 100 个里面才有一个合格的，生产线全开工运转一周也只能生产一 块。有人开玩笑说：这哪里是合格率，这简直就是发生率！索尼接到全日空 13 台 CCD 摄像机的订单，其中用的 CCD 集成块的生产足足花了一年。 1980 年 1 月，升任社长的岩间又给了开发团队新的目标：“开发使用 CCD 技 术的录像录音一体化的摄像机”。又是苦斗，经过了公布样品、统一规格、CCD 摄像机开发团队和普通摄像机开发团队的携手大奋战，1985 年终于诞生了第一 部 8 毫米摄像机“CCD-V8”。从开始着手 CCD 的研究，直到生产出第一台 8 毫 米 CCD 摄像机

25、，已经经历了 15 年的岁月了。 . . 从 CCD 开发到数码摄像机的商品化，仅仅是一个开端。真正实现与光学相 机相匹敌的图像质量，还有很长的路要走。数码相机上最初使用的 CCD 虽然是 将录像机专用品转用的，但是很快在数码相机专用 CCD 方面出现了“像素竞争”， 静止画面用 CCD 质量迅速地提高了。 以下是索尼公司进入 80 年代后，以年代为顺序，在 CCD 传感器技术方面的发 展简介： 1、HAD 感测器（感测器（80 年代初期）年代初期） HAD（HOLE-ACCUMULATION DIODE）传感器是在 N 型基板，P 型，N+2 极体的表面上，加上正孔蓄积层，这是 SONY 独

26、特的构造。由于设计了这层正 孔蓄积层，可以使感测器表面常有的暗电流问题获得解决。另外，在 N 型基板 上设计电子可通过的垂直型隧道，使得开口率提高，换句换说，也提高了感度。 在 80 年代初期，索尼将其领先使用在 INTERLINE 方式的可变速电子快门产品 中，即使在拍摄移动快速的物体也可获得清晰的图像。 2、ON-CHIP MICRO LENS（80 年代后期）年代后期） 80 年代后期，因为 CCD 中每一像素的缩小，将使得受光面积减少，感度也 将变低。为改善这个问题，索尼在每一感光二极管前装上经特别制造的微小镜 片，这种镜片可增大 CCD 的感光面积，因此，使用该微小镜片后，感光面积不

27、 再因为感测器的开口面积而决定，而是以该微小镜片的表面积来决定。所以在 规格上提高了开口率，也使感亮度因此大幅提升。 3、SUPER HAD CCD（90 年代中期）年代中期） 进入 90 年代中期后，CCD 技术得到了迅猛发展，同时，CCD 的单位面积也 越来越小，受 CCD 面积限制，索尼 1989 年开发的微小镜片技术已经无法再提 升 CCD 的感亮度了，而如果将 CCD 组件内部放大器的放大倍率提升，将会使 杂讯同时提高，成像质量就会受到较大的影响。为了解决这一问题，索尼将以 前在 CCD 上使用的微小镜片的技术进行了改良，提升光利用率，开发将镜片的 形状最优化技术，即索尼 SUPER

28、 HAD CCD 技术。这一技术的改进使索尼 CCD 在感觉性能方面得到了进一步的提升。 . . 4、NEW STRUCTURE CCD（1998 年）年） 在摄影机光学镜头的光圈 F 值不断的提升下，进入到摄影机内的斜光就越来 越多，但更多的钭光并不能百分百地入射到 CCD 传感器上，从而使 CCD 的感 光度受到限制。在 1998 年时，索尼公司就注意到这一问题对成像质量所带来的 负面效果，并进行了技术公关。为改善这个问题，他们将彩色滤光片和遮光膜 之间再加上一层内部的镜片。加上这层镜片后可以改善内部的光路，使斜光也 可以完全地被聚焦到 CCD 感光器上，而且同时将硅基板和电极间的绝缘层薄

29、膜 化，让会造成垂直 CCD 画面杂讯的讯号不会进入，使 SMEAR 特性改善。 5、EXVIEW HAD CCD（1999 年）年） 比可视光波长更长的红外线光，会在半导体硅芯片内做光电变换。可是至当 前为止，CCD 无法将这些光电变换后的电荷，以有效的方法收集到感测器内。 为此，索尼在 1999 年新开发的“EXVIEW HAD CCD”技术就可以将以前未能有 效利用的近红外线光，有效转换成为映像资料而用。使得可视光范围扩充到红 外线，让感亮度能大幅提高。利用“EXVIEW HAD CCD”组件时，在黑暗的环境 下也可得到高亮度的照片。而且之前在硅晶板深层中做的光电变换时，会漏出 到垂直部

30、分的 SMEAR 成分，也可被收集到传感器内，所以影响画质的 杂讯也会大幅降低。 从开始生产累积计算，索尼的生产量已超越了亿个以上。未来索尼 公司将积极降低产品消耗电力，减少驱动电路复杂度，减少 IC PIN 脚数以及减 轻电子产品对地球生态环境负担为目标，研发设计新型的组件。在 的应用越来越多样化的趋势下，加强的小型化及高像素化的基本 特性，以提供更有魅力的高附加价值的产品来满足用户的要求。 6、四色滤光技术（、四色滤光技术（2003 年年 7 月）月） 2003 年 7 月 16 日，Sony 公司正式宣布将会在自己全新的消费级 CCD 产品 上采用全新的四色滤光技术，现在，Sony 高达

31、 800 万像素的 F828 数码相机产 品就是采用了此类全新 CCD 设计生产的。 我们知道，传统的感光无非红绿蓝 RGB 三色，数码相机所应用的 CCD/CMOS 感光单元是采用彩色滤光片原理，每个像素各感应不同的颜色，然 . . 后再将这些颜色重新组合成一个有效像素。而全新的四色滤光标准则被称为 RGBE，相对 RGB 而言，全新的 E 被 Sony 认为是一种亮蓝色标准，这里的 E 就是英文祖母绿单词 Emerald 的缩写（看上去应该算是青绿色）。Sony 认为全 新的四色滤光技术将会更加接近于人眼自然色彩识别标准，从而能够达到更为 真实的色彩还原标准，在 RGBE 技术发布的同时，

32、Sony 也同期公布了一种全新 的图像处理模块以配合全新的四色滤光 CCD 模块。配合全新的 RGBE 技术和 全新的图像处理模块，新一代的 RGBE CCD 模块可以将数码相机在色彩还原上 的错误降低至少一半，而数码相机在蓝绿、红色方面的还原生成效果也将同时 得到加强。另外，全新的图像处理单元也会在能耗方面作相应的优化，相对从 前配合 RGB 技术所采用的图像处理模块可以节省至少 30%的能耗，当然全新 的图像处理单元更会有效提升数码相机的拍摄速度和回放速度，Sony 认为整个 全新的 RGBE 模块设计将整体提升现有数码相机产品的性能表现。 二、富士超级二、富士超级 CCD 的发展历程的发

33、展历程 富士虽然没有索尼那么雄厚的 CCD 研发实力，其 CCD 的研发历程也没索 尼长，但它的超级 CCD 却有着非常独特之处。 富士的超级 CCD（Super CCD）技术发展于 1999 年。直至今天为止，市面上 大多数的数码相机采用的都是矩阵式 CCD 做传感器，这种 CCD 的缺点是像素 与 CCD 的面积产生了矛盾，因为要提高影像质量就必须增加 CCD 的像素，因 此在 CCD 尺寸一定的情况下，增加像素就意味着要缩小像素中的光电二极管。 我们知道单位像素的面积越小，其感光性能越低，信噪比越低，动态范围越窄， 因此这种方法不能无限制地增大分辨率，所以，如果不增加 CCD 面积而一味

34、地 提高分辨率，只会引起图像质量的恶化。但如果在增加 CCD 像素的同时想维持 现有的图像质量，就必须在至少维持单位像素面积不减小的基础上增大 CCD 的 总面积。而直至今天为止，更大尺寸 CCD 加工制造都还比较困难，成品率也比 较低，因此成本也一直降不下来，这一矛盾对于 CCD 而言是难以克服的。在 1999 年时，富士公司就注意到了这一点，为了解决这一问题，他们研制出了第 一代超级 CCD。超级 CCD 采用八角形的光电二极管和蜂窝状的像素排列，这 样就大大改善了每个像素单元中的光电二极管的空间有效性。其像素按 45 度角 排列为蜂窝状后，控制信号通路被取消，节省下的空间使光电二极管得以增大， . . 而八角形的光电二极管因更接近微透镜的圆形，从而可以比矩形光电二极管更 有效的吸收光。光电二极管的加大和光吸收效率的提高使每个像素的吸收电荷 增加，从而提高了 CCD 的感光度和信噪比，因此，相对于有同样数量像素的