2024年9月17日发(作者：桐以晴)
数码相机的感光元件对于成像效果起着关键的作用，所以一直是摄影爱好者们研讨的话题。
纵观时下各大相机厂商的动态：适马公司在数码单反相机方面依旧沿用著名的Foveon X3
三层CMOS技术；佳能挖空心思忙着加大自己开发的大幅面CMOS感光元件的更新与生产；
富士还雄心勃勃的走在SUPER CCD的老路上；奥林巴斯与柯达只对自己的4/3英寸CCD
规格感兴趣；索尼搞了个4原色CCD技术出来；松下依旧走着自己开发CCD的路线。
看到佳能和适马都在CMOS技术方面下苦功，很多朋友们感到不可思议。按照我们的
经验，好像当前大多数采用CMOS的相机成像质量都不是很高。但事实上这种状况不是绝
对的，高端CMOS的新技术实际上已经较为成熟了，今天我们就来了解一下CMOS为什么
可以用在专业相机上！
像素的原理
像素是在影像感应器上将光信号转变成电信号的基本工作单位，以CMOS感应器的像
素为例，它包含了一个光电二极管，用来产生与入射光成比例的电荷，同时它也包含了其他
一些电子元件，以提供缓存转换和复位功能。当每个像素上的电容所积累的电荷达到一定数
量并被传送给信号放大器再通过数模转换之后，所拍摄影像的原始信号才得以真正显现，而
具有这些全部功能的器件才能称为是一个真正的影像感应器。比如，一台数码相机的最高分
辨率为3264×2448，意味着它拥有的影像感应器会有7990272个像素点。
CCD的成像原理
CCD（Charge Coupled Device），中文名字叫电荷耦合器，是一种特殊的半导体材料。
它由大量独立的光敏元件组成，这些光敏元件通常是按矩阵排列的。光线透过镜头照射到
CCD上，并被转换成电荷，每个元件上的电荷量取决于它所受到的光照强度。当你按动快
门，CCD将各个元件的信息传送到模/数转换器上，模拟电信号经过模/数转换器处理后变成
数字信号，数字信号以一定格式压缩后存入缓存内，此时一张数码照片诞生了。然后图像数
据根据不同的需要以数字信号和视频信号的方式输出。
CMOS是怎样工作的
CMOS即互补金属氧化物半导体，它在微处理器、闪存和ASIC（特定用途集成电路）
的半导体技术上占有绝对重要的地位。CMOS和CCD一样都是可用来感受光线变化的半导
体。CMOS主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，通过CMOS上带负电和带正电
的晶体管来实现基本的功能。这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影
像。
CMOS相比CCD最主要的优势就是非常省电。CMOS 电路几乎没有静态电量消耗，
只有在电路接通时才有电量的消耗。这就使得CMOS的耗电量只有普通CCD的1/3左右。
目前CMOS主要问题是在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而过热，暗电流
（见文后注释）抑制得好就问题不大，如果抑制得不好就容易出现杂点。
CMOS与CCD的图像数据扫描方法有很大的差别。例如一台数码相机的分辨率为300
万像素，那么CCD传感器是连续扫描300万个电荷，并且在最后一个电荷扫描完成之后才
能将信号放大。而CMOS传感器的每个像素都有一个将电荷转化为电子信号的放大器。因
此，CMOS传感器可以在每个像素基础上进行信号放大，采用这种方法可进行快速数据扫
描。
高端相机CMOS技术展现
先来看看佳能EOS D30、D60，在佳能EOS系列AF（Auto Focus自动调焦）相机上，
CMOS一直在测光对焦系统中使用。佳能目前已经可以用较低的成本制造较大尺寸的
CMOS感光芯片，并且可以将影像处理电路集成在CMOS芯片上。D60有专门的回路控制
暗电流，在长于1秒的曝光时降噪系统会自动工作，可以从很大程度上降低噪点的产生。
再来看看适马的Foveon X3三层CMOS技术：一般采用CCD或者CMOS的数码相机
是在同一像素上记录RGB三种颜色，而Foveon X3采用三层感光元件，每层记录RGB的
其中一个颜色通道，同样的三原色，每个原色采用三个像素记录当然会比采用单个像素记录
效果要好。
2024年9月17日发(作者：桐以晴)
数码相机的感光元件对于成像效果起着关键的作用，所以一直是摄影爱好者们研讨的话题。
纵观时下各大相机厂商的动态：适马公司在数码单反相机方面依旧沿用著名的Foveon X3
三层CMOS技术；佳能挖空心思忙着加大自己开发的大幅面CMOS感光元件的更新与生产；
富士还雄心勃勃的走在SUPER CCD的老路上；奥林巴斯与柯达只对自己的4/3英寸CCD
规格感兴趣；索尼搞了个4原色CCD技术出来；松下依旧走着自己开发CCD的路线。
看到佳能和适马都在CMOS技术方面下苦功，很多朋友们感到不可思议。按照我们的
经验，好像当前大多数采用CMOS的相机成像质量都不是很高。但事实上这种状况不是绝
对的，高端CMOS的新技术实际上已经较为成熟了，今天我们就来了解一下CMOS为什么
可以用在专业相机上！
像素的原理
像素是在影像感应器上将光信号转变成电信号的基本工作单位，以CMOS感应器的像
素为例，它包含了一个光电二极管，用来产生与入射光成比例的电荷，同时它也包含了其他
一些电子元件，以提供缓存转换和复位功能。当每个像素上的电容所积累的电荷达到一定数
量并被传送给信号放大器再通过数模转换之后，所拍摄影像的原始信号才得以真正显现，而
具有这些全部功能的器件才能称为是一个真正的影像感应器。比如，一台数码相机的最高分
辨率为3264×2448，意味着它拥有的影像感应器会有7990272个像素点。
CCD的成像原理
CCD（Charge Coupled Device），中文名字叫电荷耦合器，是一种特殊的半导体材料。
它由大量独立的光敏元件组成，这些光敏元件通常是按矩阵排列的。光线透过镜头照射到
CCD上，并被转换成电荷，每个元件上的电荷量取决于它所受到的光照强度。当你按动快
门，CCD将各个元件的信息传送到模/数转换器上，模拟电信号经过模/数转换器处理后变成
数字信号，数字信号以一定格式压缩后存入缓存内，此时一张数码照片诞生了。然后图像数
据根据不同的需要以数字信号和视频信号的方式输出。
CMOS是怎样工作的
CMOS即互补金属氧化物半导体，它在微处理器、闪存和ASIC（特定用途集成电路）
的半导体技术上占有绝对重要的地位。CMOS和CCD一样都是可用来感受光线变化的半导
体。CMOS主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，通过CMOS上带负电和带正电
的晶体管来实现基本的功能。这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片记录和解读成影
像。
CMOS相比CCD最主要的优势就是非常省电。CMOS 电路几乎没有静态电量消耗，
只有在电路接通时才有电量的消耗。这就使得CMOS的耗电量只有普通CCD的1/3左右。
目前CMOS主要问题是在处理快速变化的影像时，由于电流变化过于频繁而过热，暗电流
（见文后注释）抑制得好就问题不大，如果抑制得不好就容易出现杂点。
CMOS与CCD的图像数据扫描方法有很大的差别。例如一台数码相机的分辨率为300
万像素，那么CCD传感器是连续扫描300万个电荷，并且在最后一个电荷扫描完成之后才
能将信号放大。而CMOS传感器的每个像素都有一个将电荷转化为电子信号的放大器。因
此，CMOS传感器可以在每个像素基础上进行信号放大，采用这种方法可进行快速数据扫
描。
高端相机CMOS技术展现
先来看看佳能EOS D30、D60，在佳能EOS系列AF（Auto Focus自动调焦）相机上，
CMOS一直在测光对焦系统中使用。佳能目前已经可以用较低的成本制造较大尺寸的
CMOS感光芯片，并且可以将影像处理电路集成在CMOS芯片上。D60有专门的回路控制
暗电流，在长于1秒的曝光时降噪系统会自动工作，可以从很大程度上降低噪点的产生。
再来看看适马的Foveon X3三层CMOS技术：一般采用CCD或者CMOS的数码相机
是在同一像素上记录RGB三种颜色，而Foveon X3采用三层感光元件，每层记录RGB的
其中一个颜色通道，同样的三原色，每个原色采用三个像素记录当然会比采用单个像素记录
效果要好。