传感器像素:传感器像素 摄像头知识 ZOL术语

2021/11/12 00:55 · 传感器知识资讯 ·  · 传感器像素:传感器像素 摄像头知识 ZOL术语已关闭评论
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传感器像素:传感器像素摄像头知识ZOL术语影像传感器上有许多感光单元,它们可以将光线转换成电荷,从而形成对应于景物的电子图像。而在传感器中,每一个感光单元对应一个像素(Pixels),像素越多,代表着它能够感测到更多的物体细节,从而图像就越清晰。要提高图像的清晰度,除了在影像处理方面做出提高以外,增加传感器的感光单元的数量即提高传感器像素也是一个主要的办法。现在市面上主流的摄像头大都是采用30

传感器像素:传感器像素 摄像头知识 ZOL术语

影像传感器上有许多感光单元,它们可以将光线转换成电荷,从而形成对应于景物的电子图像。而在传感器中,每一个感光单元对应一个像素(Pixels),像素越多,代表着它能够感测到更多的物体细节,从而图像就越清晰。要提高图像的清晰度,除了在影像处理方面做出提高以外,增加传感器的感光单元的数量即提高传感器像素也是一个主要的办法。
现在市面上主流的摄像头大都是采用30万像素,即在传感器中一共有大约30万个感光单元。与之对应的成像分辨率为640×480(即等于个像素)。

传感器像素:传感器像素 摄像头知识 ZOL术语  第1张

传感器像素:传感器尺寸

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传感器尺寸
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说到传感器的尺寸,其实是说感光器件的面积大小,但是使用传感器的对角线表示。这里就包括了CCD和CMOS。感光器件的面积越大,CCD/CMOS面积越大,捕捉的光子越多,感光性能越好,信噪比越高。传感器尺寸越大,感光面积越大,成像效果越好。1/1.8英寸的300万像素相机效果通常好于1/2.7英寸的400万像素相机(后者的感光面积只有前者的55%)。而相同尺寸的传感器像素增加固然是件好事,但这也会导致单个像素的感光面积缩小,有曝光不足的可能。 传感器尺寸较大的数码相机,价格也较高。感光器件的大小直接影响数码 相机的体积重量。超薄、超轻的数码相机一般传感器尺寸也小,而越专业的数码相机,传感器尺寸也越大。
中文名
传感器尺寸
包 括
CCD和CMOS
解 释
感光器件的面
类 别
摄像
目录
1
主要参数
2
分层
?
微型镜头
?
分色滤色片
?
感光层
?
市场应用
3
重要新闻
传感器尺寸主要参数
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格式宽度长度对角线面积焦距系数代表机型中画幅33.044.055..7宾得645D全画幅24.036.043..0全画幅单反Red Epic14.627.731..3Red Epic35电影机13.724..4Red OneSuper 35mm13.824.628..4佳能C300APS-C15.623.528..5尼康及其他APS-C格式单反APS-C14.922.327..6佳能APS-C格式单反1.5"14.018.723..9佳能G1 X4/313.518.022..04/3及M4/3相机尼康CX8.813.215..7尼康1系列Super 167.412.514.5933.0Super 16胶卷2/3"6.68.811.0584.0富士X1-1/1.7"5.67.49.5424.6佳能G121/1.8"5.37.28.9384.8高端便携相机1/2"4.86.48.0315.4摄像头1/2.5"4.35.87.2256.0低端便携相机1/3"3.64.86.0177.2摄像头
传感器尺寸分层
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假如分解CCD,你会发现CCD的结构为三层,第一层是“微型镜头”,第二层是“分色滤色片”以及第三层“感光层”。
传感器尺寸微型镜头
我们知道,数码相机成像的要害是在于其感光层,为了扩展CCD的采光率,必须扩展单一像素的受光面积。但是提高采光率的办法也轻易使画质下降。这一层“微型镜头”就等于在感光层前面加上一副眼镜。因此感光面积不再因为传感器的开口面积而决定,而改由微型镜片的表面积来决定。
传感器尺寸分色滤色片
CCD的第二层是“分色滤色片”,有两种分色方式,一是RGB原色分色法,另一个则是CMYK补色分色法这两种方法各有优缺点。首先,我们先了解一下两种分色法的概念,RGB即三原色分色法,几乎所有人类眼睛可以识别的颜色,都可以通过红、绿和蓝来组成,而RGB三个字母分别就是Red, Green和Blue,这说明RGB分色法是通过这三个通道的颜色调节而成。再说CMYK,这是由四个通道的颜色配合而成,他们分别是青(C)、洋红(M)、黄(Y)、黑(K)。在印刷业中,CMYK更为适用,但其调节出来的颜色不及RGB的多。原色CCD的优势在于画质锐利,色彩真实,但缺点则是噪点问题。因此,大家可以注重,一般采用原色CCD的数码相机,在ISO感光度上多半不会超过400。相对的,补色CCD多了一个Y黄色滤色器,在色彩的分辨上比较仔细,但却牺牲了部分影像的分辨率,而在ISO值上,补色CCD可以容忍较高的感光度,一般都可设定在800以上
传感器尺寸感光层
CCD的第三层是“感光片”,这层主要是负责将穿过滤色层的光源转换成电子信号,并将信号传送到影像处理芯片,将影像还原。
Super CCD EXR结构
传统的照相机胶卷尺寸为35mm,35mm指的是胶卷的高度为35mm,早期是指电影的胶卷,由于上下两端有齿孔,所以有效高度为24mm,这种胶片的单幅图像感光面积为24mm*36mm。换算到数码相机,对角长度约接近35mm的,CCD/CMOS尺寸越大。在单反数码相机中,很多都拥有接近35mm的CCD/CMOS尺寸,例如尼康的D100,CCD/CMOS尺寸面积达到23.7 x 15.6,比起消费级数码相机要大很多,而佳能的EOS-1Ds的CMOS尺寸为36 x 24mm,达到了35mm的面积,所以成像也相对较好。
传感器尺寸市场应用
市面上的消费级数码相机主要有2/3英寸、1/1.8英寸、1/2.3英寸、1/2.5英寸、1/2.7英寸、1/3.2英寸。CCD/CMOS尺寸越大,感光面积越大,成像效果越好。但假如在增加CCD/CMOS像素的同时想维持现有的图像质量,就必须在至少维持单个像素面积不减小的基础上增大CCD/CMOS的总面积。更大尺寸CCD/CMOS加工制造比较困难,成本也非常高。因此,CCD/CMOS尺寸较大的数码相机,价格也较高。感光器件的大小直接影响数码相机的体积重量。超薄、超轻的数码相机一般CCD/CMOS尺寸也小,而越专业的数码相机,CCD/CMOS尺寸也越大。CCD上感光组件的表面具有储存电荷的能力,并以矩阵的方式排列。当其表面感受到光线时,会将电荷反应在组件上,整个CCD上的所有感光组件所产生的信号,就构成了一个完整的画面。
传感器尺寸重要新闻
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传感器像素尺寸破极限仅五十纳米自数字图像传感器发明以来,研究者们想尽一切方法来减小像素尺寸,以提高数字图像传感器的分辨率。数字图像传感器CCD和CMOS的最小像素尺寸分别为1.43微米和1.12微米。受半导体薄膜材料物理性质与数字图像传感器传统结构的限制,这样的像素尺寸已接近物理极限。若继续缩小尺寸,像素将失去感光功能。
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传感器像素:传感器像素 摄像头知识 ZOL术语  第2张

传感器像素:对于传感器而言,像素大有什么好处?

单个像素大相比于小像素,优势体现在哪些方面?是色深和宽容度吗?
提这个问题其实是想到了残幅和全画幅的另一重差距——除了等效焦距和等效光圈,还有像素大小的影响。同样的像素数量和传感器结构,全画幅传感器因为像素更大获得了哪些优势?
对于传感器而言,属于有源器件,有源器件都有自己的读出噪声,这个噪声是在电流通过传感器时被当作信号误读出的,所以对于传感器有一个参数是信噪比。
信噪比由两个参数决定,信号强度与噪声强度,对于CMOS、CCD这种光电传感器,提高信号强度可以靠增加照射光的强度来提高信号强度。
具体实现手段一种是像题主说的增加感光像元的面积;对于全画幅与APS-C,全画幅受光面积是APS-C的二倍,同等像素条件下(如均是2600万像素)全画幅每个像素的受光面积就是APS-C的二倍,那么在等同的架构与工艺下,全画幅信号强度理论上就应该是APS-C的二倍。
一种是在传感器前端加微透镜阵列,使光线可以从布线中汇聚到传感器上;
还有一种手段是被称作背照式的结构,CMOS与CCD是在半导体PN结前布置传输信号用的导线,布线会遮挡住部分入射光线,于是厂商就换了一种方法,把传感器翻过来,让光线从后端进入PN结。
像素大第二个好处是宽容度的体现,CMOS里有一个概念叫“量子阱”,量子阱可以字面上理解为一个“井”,像素大,量子阱深就大,可以容纳更多的量子数(就像水井,越大的井装的水就越多)。那么在光电传感器中,量子阱中贮存的就是光信号产生的电子,量子阱越深可容纳的光电子就越多,就越不容易产生“溢出”现象(装不下了就是溢出了),溢出在图像上体现就是“过曝”,失去高光细节。量子阱性能低,大光比场景不是高光溢出就是暗处没细节,很好理解,因为“井”小,高光区光强大,很快就把“井”装满了,但是暗场还没有电荷装进“井”里,就导致了要不高光过曝,要不暗场死黑。量子阱深大,高光区一时半会儿装不满,暗场区也有电荷装入了,这样高光区也有细节,暗场也有细节,表现就是宽容度高。
最大的好处就是阱容比较大,会在高增益下信噪比高(也就是俗话说的高感好)
不过阱容大到一个阈值之后会损失非增益下宽容度(而且这个阈值其实很低,目前越过的设备并不少),所以目前很多高感很好的设备低感宽容度反而不够出色
此外还有一个连带好处,就是像素少了相对容易做到高速,对处理器压力更小
顺便再说一下,全画幅传感器从大像素上获得的收益有限,起码没有面积上的收益大
总体来说单纯追求大像素意义不大
传感器像素:传感器像素 摄像头知识 ZOL术语  第3张

传感器像素:照相机中传感器大小与像素有什么关系

照相机中传感器大小与像素有什么关系
自从十九世纪三十年代,法国物理学家达盖尔发明了全世界第一台照相机至今,照相机已经有了170多年历史,照相机是一种利用光学成像原理形成影像并使用底片记录影像的设备,是用于摄影的光学器械。它可以在短时间内将物体的影像记录在胶片或影像传感器上,其给我们生活带来的改变却是巨大的,而现在的数码相机已经进入每个家庭,智能手机也全部都有了数码相机功能,基本上我们每天都带着相机出入,我们用照相机来记录生活中真实的、美好的、值得回味的瞬间,平时看到有趣的新鲜事物也第一时间拍摄分享朋友圈,正因为数码相机的普及,使到我们步入全民摄影时代。在现代社会生活中还有很多可以记录影像的设备,它们都具备照相机的特征,比如天文观测设备、医学成像设备等。
数码相机,大致为摄影镜头-反光镜-感光部件-五棱镜-取景目镜组成。是一种利用电子传感器把光学影像转换成电子数据的照相机。相机中的光感传感器,他的功能是要收到光信号后让某个设备对光信号做出必要的反应或处理,那就要将光信号转换成电信号,就要靠感光元件了。
在相机镜头后有一个反光镜可以将来自镜头的光线向上反射到一个五棱镜,然后五棱镜将光线折射到取景器窗口,用户通过取景器就可以看到来自镜头的影像了,当我们按快门按纽时,反光镜弹起,快门打开,光线经过镜头直接射到感光部件图像传感器,快门关闭,景物记录在图像传感器上。
传感器是数码相机和摄像机的一个感光元件,数码相机的画像通过光线会聚到感光元件-图像传感器(通用的有两种ccd或cmos)上,它们代替的传统相机中胶卷的位置,图像传感器的作用是将光信号转变为电信号再通过电子元件转化为特定的图象格式(jpg、raw)等数据,再以数字方式存储在磁介质上,这些图像文件我们通常称为图像电子文件。
感光元件的质量和尺寸大小非常重要,作为数码相机最核心的部件,感光元件无疑肩负着相机最重要的使命。和传统相机相比,传统相机使用“胶卷”作为其记录信息的载体,而数码相机的“胶卷”则是其感光元件,感光元件的好坏会对照片成像质量产生决定性的影响。没有它,数码相机就不能完成图像,数码相机的传感器的作用类似于传统相机中的胶卷。感光元件的好坏是和其尺寸成正比。
传感器上布满了侦查光用的小点,像素越高,小点越多。
同等像素的前提下,传感器面积越大画质越好。
同样尺寸的传感器,像素越低,每个小点的面积越大,画质也就越好
照相机的成像原理是:以小孔成像为基础转变为透镜成像,将景物的影像通过光线的各种传播特性准确地聚焦在具有感光能力的成像平面上,这个成像平面就是胶片或现在的图像传感器(CCD或CMOS)。
当然也并不是说小尺寸的感光元件毫无优势,毕竟感光元件的尺寸缩小了,与之对应的相机体积也可以做的很小。我们就拿宾得Q来说,如果没有里面那块1/2.3英寸的小尺寸感光元件,相信它无论如何都不会做的这样小巧。
时至今日,相机已经成为了居家旅行不可或缺的,可以预见,随着技术的进步,更好的数码相机将会被不断的开发出来。

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