【机器视觉】CCD成像质量的真正秘密
发布时间：2011-8-16 17:54
发布者：f.luo
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CCD
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CCD技术所为人津津乐道的是像素级别的快速增长。每提高一个百万级就被视为技术上的突破，从而带来相机的更新换代。不过CCD尺寸这一影响成像质量的重大因素却甚少有人提及，甚至连各生产厂商也秘而不宣。 究竟CCD的尺寸大小对成像质量影响有多大？客观地说，决定一部DC成像质量好坏的几大要素：曝光宽容度、信噪比、镜头焦距、入瞳孔径，无不与CCD尺寸密切相关。 CCD的感光元件MOS好比可以用来储存电荷的桶，这个桶能容纳电荷的极限表明了CCD的动态范围，也就是曝光宽容度。CCD尺寸的大小直接决定了MOS的体积。同尺寸CCD，当MOS的体积增大，当然这会造成CCD的像素数相对减少，其容纳电荷的能力就越强，CCD的动态范围就加大，即曝光宽容度就大，从而CCD能感受到更细微的光线变化，拍出来的片子自然层次丰富。反之，当MOS的体积减小，CCD的像素数相对增加，储存电荷的能力就下降，就很容易出现电荷溢出等现象，导致画面出现噪点。所以，我们常发觉某一款DC的升级版，提高了CCD的分辨率，但CCD的尺寸却没变，拍出来的照片锐度提高了，但是信噪比下降，细节损失加重，整体的成像质量反而下降了。不少数码玩家甚至由此得出结论：选购DC、DV时，在CCD尺寸相同的机型中要优先挑选像素水平低的机器。 DC的CCD尺寸，通常只有135胶卷大小的十几到几十分之一，由此决定了DC的镜头焦距很短。比较短的镜头的焦距，对拍摄有一定的限制作用：首先，根据光圈指数等于镜头焦距与入瞳直径之比的原则，短焦距一方面限制了光圈的变化范围，另一方面也使镜头直径不可能做得太大，捕捉光线的性能因此受到影响。其次，镜头的焦距与CCD对角线长度有对应关系，一般来说，焦距与对角线相等的是标准镜头，大于对角线长度的是远摄镜头，反之广角镜头。CCD的小尺寸令DC很容易优出长焦的远摄镜头，但是要缩短焦距形成广角效果就相对因难。比如松下FZ1以4.6-55.2mm的焦距轻易实现相当于135相机420mm的12倍光学变焦，它所配备的CCD尺寸仅为1/3.2英寸，约合5.27mm×4.40mm，跟指甲盖差不多大。另外，短焦距也令拍摄的景深受到了影响。CCD尺寸越小的DC越不容易拍出浅景深效果，解决之法唯有加大CCD的尺寸。 CCD的“1/x英寸”标注方法，也让人迷惑。有人把它理解为CCD的对角线长度，结果算出来的CCD面积对真实的面积大出许多倍。按较专业的解释，现在DC、DV上CCD尺寸标注方式，是用过去的摄影机真空摄像管的对角线大小衡量方式，标准术语叫“OF-OpticalFormat”（光学格式），单位：英寸。CCD的OF粗略的计算方式是：OF=对角线长度(mm)/16，比如1/1.8型(type)的CCD，1/1.8英寸是OF值，实际对角线长度为9.04mm。还有一种计算CCD对角线长度的方法，只要将镜头实际焦距除以35mm等效焦距后乘43（35mm底片对角线）即可。下面我们列出几种常见的CCD尺寸以供参考： 1.全尺寸CCD（与135相机底片尺寸相同）：大约为36mm×24mm(CONTAXN Digital、Kodak DCS pro 14n) 2. 大型CCD：23.7mm×15.6mm(NikonD1X、Nikon D100) 3. 2/3型CCD：9.74mm×7.96mm(NikonCoolpix 5700，5000、Minolta DiMAGE 7Hi、SONY DSC 717) 4.1/1.8型CCD：8.1mm×6.64mm(NikonCoolpix 4500、Canon G3、 Olympus 5050Z) 5.1/2.7型CCD：6.17mm×5.17mm(NikonCoolpix 3500、Canon IXUS V2， V3) 6.1/3.2型CCD：5.27mm×4.40mm(NikonCoolpix2100) CCD尺寸的秘密 比较起经常被提到的“像素”，“CCD尺寸”的概念往往被忽略，其实在衡量数码相机成像质量时，“CCD尺寸”是一个非常重要的指标。据专家介绍，CCD尺寸越大，相机成像质量越好；在同样大小CCD的情况下，像素太高，反而影响画质。通常CCD分为四种尺寸，由大到小依次为：APS、2/3英寸、1/1.8英寸、1/2.7英寸，其中APS尺寸用于数码单反相机，消费者在选购相机时，应该先据此了解一下该相机标注出的CCD尺寸。 在单位面积的CCD上，像素越高，理论上其所形成的图像精度也就越高，但这仅仅是理论上的说法。随着CCD上像素的增多，每个感光元素的面积也就越小，结果使得图像出现噪音的可能性也增多。要使得图像在CCD上得到精确的图像，还需要有一个高分辨率的镜头。如果没有一个高分辨率的镜头，就无法满足相机成像的需要。这就是为什么有些400万、500万像素的数码相机，其精度还不如一个300万像素相机的原因了。 |
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