刺激视网膜：传感器技术揭秘
新锐技术
摄友们喜欢相机指标，并乐在其中，因为除了技术，机器的性能确实也很重要。否则为什么全幅机型一直比APS-C的机型至少贵数千元。影响照片画质的元素很多，作为成像最重要的感光元件——传感器（CCD/CMOS）的作用尤为明显，也是非常考验厂商技术实力的技术。很多消费者在挑选相机的时候，总是把像素值看得很重要，甚至到了非千万像素不买的地步，这是对数码相机成像原理的不熟悉所造成的。其实像素值主要就体现在传感器上，而传感器的技术也在不断进步！搞懂传感器技术，就能帮助你选择更适合自己的相机。
传感器和胶片的区别
传统相机让影像通过镜头投射到胶片的感光材料——银盐上，并产生化学变化形成可冲洗的底片。而数码相机成像的整个过程属于光电转换。数码相机通过使用传感器，将光线转换成电子讯号，经图像处理引擎及相关电路处理，生成高质量的数码影像，保存到存储介质中。
从原理上来说，数码相机拍摄图像的像素数就是传感器上光敏单元的数量。在相同尺寸的传感器中，像素越小，光敏单元面积就越大，容纳电荷的能力就越强，动态范围就加大。换句话说，宽容度大，能感受到更细微的光线变化，画面层次更丰富。相反，像素如果增大，光敏单元面积就要缩水，储存电荷的能力就会下降，很容易出现电荷溢出等现象，导致画面出现噪点，这就需要更新的技术支持来抵消这些缺点。
CCD和CMOS的对峙
目前使用比较广泛的传感器有两大类——CCD和CMOS。它们在制造上的主要区别是，CCD集成在半导体单晶材料上，而CMOS是集成在被称作金属氧化物的半导体材料上。它们的核心都是感光二极管，感光二极管在接受光线照射之后能够产生输出电流，而电流的强度与光照的强度对应。在周边元件的组成上，CCD与CMOS不相同，前者除了感光二极管之外，包括一个用于控制相邻电荷的存储单元，而CMOS传感器的构成就比较复杂，除了感光二极管之外，还包括放大器与模数转换电路。
目前CCD传感器在技术上比较成熟，成像质量好，是现阶段应用最广泛的传感器，不过，由于采用以行为单位的电流信号，只要有一个传感器无法正常工作，一整行的图像信号将因此丢失，功耗相对较高。CMOS传感器以点为单位的电荷信号，即使损坏也不会影响到其他单元，成本和功耗都可以控制在很低的范围内，不过由于感光单元中大部分被放大器和模数转换单元占据，所以传统CMOS传感器开口率（有效感光区域与整个传感器的面积比值）低，光利用效率差，噪点控制是难题。
为了取得突破，厂商最近几年在传感器的研发以及生产工艺改良上的投入几乎都是大手笔。CCD传感器虽然技术成熟，但生产线的利用率不高，每提升百万像素都需要对生产线进行改造，由于受到制造工艺的限制，短时间内很难再有所突破。
相比之下，CMOS采用的是标准工艺制程，可以利用现有的半导体制造流水线，无需追加投资设备就可以投产，并且芯片本身的品质也随半导体技术的进步而提高。像素越高的CMOS传感器，制造工艺的优势就越明显，利用0.18微米的制造工艺就可以轻松得到1600万像素的CMOS传感器，而根据摩尔定律，集成电路里晶体管数量每18个月翻一番。
佳能是CMOS坚定的支持者
要问谁才是CMOS传感器坚定的支持者，那非佳能莫属。佳能在EOS系列数码单反相机上一直坚持使用CMOS作为传感器。
经过这么多年的发展，佳能在传感器方面积累了雄厚的技术力量和丰富的经验，不仅可以以较低的成本制造出较大尺寸的CMOS传感器，并且可以将影像处理电路集成在里面。在常用的三款不同规格的大型CMOS传感器中，技术含量最高的是EOS 1Ds Mark Ⅲ和EOS 5D Mark Ⅱ采用的35mm全画幅CMOS传感器，确立了应用“分割曝光技术”，将超微小模式分两三次传送的特有方式。通过大尺寸传感器，能够捕捉更多的光信号，使图像的色彩和层次更丰富，带来更宽的动态范围，保留更多的细节，并且在信号输出速度上大幅提升。
富士Super CCD EXR的新理念
富士是除了索尼、佳能、松下之外，少有的几个掌握传感器设计和生产的厂商之一，从1999年推出第一代Super CCD传感器开始，富士数码相机就成为市场上最具特色，也是最有卖点的产品。
2009年初刚刚发布的Super CCD EXR，已经是富士开发的第九代Super CCD。从最初的把马赛克式排列改成蜂巢式排列，到推出一大一小两个感光点的SR，再到今天把两个同色感光点斜向排列在一起，只为一个目的，那就是真实还原色彩。
Super CCD EXR采用了全新的红、绿、蓝间隔交错的蜂窝状排列，利用双重曝光控制技术，通过控制不同的曝光时间以实现不同的感光度。在这种全新的结构中，“A”和“B”两组捕捉通道“先后”工作，“A”和“B”两组通道所采集的图像信息合并生成最终图像。这一技术使图像捕捉实现了对高光和低光细节的全面捕捉，解决了高ISO、动态范围等技术难题。
索尼Exmor CMOS引入DC
采用Exmor CMOS传感器的索尼HX1，是本月曝光率最高的一款数码相机。在此之前，Exmor CMOS传感器仅配备在索尼α系列数码单反相机上。
传统CMOS传感器会将每个像素收集到的电荷信号导入CDS电路中然后传递到全矩阵共用的模数转换器上进行处理，而索尼Exmor CMOS传感器为每一列配备了独立的模数转换器，更重要的是，曝光时单个像素可根据需要改变CDS电路增益（相当于改变ISO），这对于改善CMOS宽容度不足应对高光能力较差的问题和提高动态范围都有明显的好处，而且这个处理是直接在像素上完成的，相比使用机内算法或者导出使用软件处理将能够保留更多的细节。
此次索尼HX1所配备1/2.4英寸的Exmor CMOS传感器，是索尼数码单反相机所使用的Exmor CMOS传感器的小型化版本。将CMOS技术成功引入到消费级数码相机上，意义重大。■
小知识：Exmor R CMOS的绝招
除了刚下放的Exmor CMOS技术，最近索尼的数码摄像机Handycam系列上应用了Exmor R CMOS影像传感器，相比Exmor CMOS，增加了“R”字样的新传感器采用了背照射技术，感光度比传统的CMOS影像传感器提高了约2倍。在弱光条件下，如夜间场景，用户可以体验到质量更高的影像画面。
