数码影像从何而来
软件世界
数字影像的革命,是摄影史自1839年达格瑞在巴黎发明银版法后最值得书写的事件。CCD数字感光技术的出现,是发动这次影像革命的有力因素。经过近35年的发展,CCD技术已经处于同传统银盐胶卷分庭抗礼的地位,并且在重新建构人们对影像艺术的理解。因此,要了解数码影像从何而来,你就必须首先了解CCD──数码影像的核心。
CCD(Charge Coupled Device,感光耦合元件)是可记录光线变化的半导体,在数码相机中,它的作用相当于“胶卷”,负责感受镜头捕捉的光线以形成数字图像。
和传统底片相比,CCD 更接近于人眼对视觉的工作方式。只不过,人眼的视网膜是由负责光强度感应的杆细胞和色彩感应的锥细胞分工合作组成视觉感应。CCD的构成则相对复杂,一般的CCD可以分为这样几个部分:最底层是单晶硅,在这一层衬底上用氧化的方法形成一层厚度约100至150纳米的二氧化硅绝缘层,然后在绝缘层表面按一定层次蒸镀一金属电极或多晶硅,由此形成MOS电容器(或者叫光电二极管)。MOS电容器是CCD的基础,一系列排得很紧密的MOS电容器就组成了一块CCD的感应线路。
在感应线路之上,通常还覆盖着增光镜片和色块网格。增光镜片顾名思意是用于增加CCD感光层受到的光信号强度,而色块网格的作用则在于使CCD能组合呈现彩色图像。这些网格被发展成具有规则排列的色彩矩阵,以红R、绿G和蓝B滤镜片所组成。CCD在红、绿、蓝三基色中对绿色最不敏感,因此以G-B-R-G来合成。
实际上,CCD感光的过程就是光子冲击感光原件产生信号电荷,并通过CCD上的MOS电容进行电荷存储、传输的过程。MOS电容有如整齐排列的“小桶”,当数码相机的快门张开,光子就好象雨点一般通过镜头落到CCD表面,让感光点的二氧化硅释放出电子和电洞,并且存储在小桶中。这些小桶的容量,反应了CCD的动态范围(Dynamic Range),也就是CCD所能感受到最明亮和最微弱光线之间的范围。电子数的多寡和曝光过程光点所接收的光量成正比,在一个影像最明亮的部位,可能有超过10万个电子被积存起来。
在曝光之后所有产生的电荷都会被转移到邻近的移位缓存器中,并且逐次逐行的转换成信号流从矩阵中读取出来。这些强弱不一的讯号,会被送入一个数字影像处理单元(也被称为DSP),在这个单元之中有一个A/D模拟数字讯号转换器。这个转换器能将信号的连续范围配合色块滤镜的分布,转换成一个2D的平面表示系列,它让每个像素都有一个色调值,应用这个方法,再由点组成网格,每一个点(像素)现在都有用以表示它所接受的光量的二进制数据,可以显示强弱大小,最终再整合影像输出。