数码相机 倒易律 失效的探讨 3

【引用】数码相机倒易律失效的探讨 3引用ddp0228的引用数码相机倒易律失效的探讨-3数码相机倒易律失效的探讨-3在讲诉数码相机倒易律及其失效的问题之前，还先让我们认识一下几个有关的概念:1.了解数码相机的成像原理;数码相机的主要感光元件是CCD(电子偶合器件)或COMS(互补金属氧化物导体)，下面介绍CCD的工作原理。感光作用及光和电的转换数码图像由像素组成行，由行组成帧。对于黑白图像来说，每个像素应根据光的强弱得到不同大小的电信号，并且在光照停止之后仍能把电信号的大小保持记忆，直到把信息传送出去，这样才能构成图像传感器。CCD器件是用MOS(即金属-氧化物-半导体)和电容构成的像素来实现上述功能的。在P型硅衬底上通过氧化形成一层SiO2，然后再淀积小面积的金属铝作为电极(如图1所示)。P型硅里的多数载流子是带正电荷的空穴，少数载流子是带负电荷的电子。当金属电极上施加正电压时，其电场能够透过SiO2绝缘层对这些载流子进行排斥或吸引。于是带正电的空穴被排斥到远离电极处，剩下不能移动的带负电的受主杂质离子在紧靠SiO2层形成负电荷层(耗尽层)。这种现象便形成对电子而言的陷阱，电子一旦进入就不能复出，故又称为电子势阱。当CCD器件受到光照时(光可从各电极的缝隙间经过SiO2层射人，或经衬底的薄P型硅射入)，光子的能量被半导体吸收，产生电子-空穴对，这时出现的电子被吸引储存在势阱中，这些电子是可以传导的。光越强，势阱中收集的电子越多，光弱则反之。这样就把光的强弱变成电荷的数量，实现了光和电的转换。而势阱中的电子是被储存状态，即使停止光照，一定时间内也不会损失，这就实现了对光照的记忆。总之，上述结构实质上是个微小的MOS电容，用它构成像素，既可"感光"又可留下"潜影"。感光作用是靠光强产生的电子积累电荷，潜影是因各个像素留在各个电容里的电荷不等而形成的。若能设法把各个电容里的电荷依次传送到他处，再组成行和帧，并经过"显影"，就实现了图像的传递。每个最小的感光器件称为像素，用好几百万计感光器件(包括了CCD和CMOS)，集成一定面积的感光器件组，才能形成图像。感光器件的面积大小，CCD/CMOS面积越大，捕获的光子越多，感光性能越好，信噪比越低。CCD/CMOS是数码相机用来感光成像的部件，相当于光学传统相机中的胶卷。电荷藕合器件图像传感器CCD(ChargeCoupledDevice)，它使用一种高感光度的半导体材料制成，能把光线转变成电荷，通过模数转换器芯片转换成数字信号，数字信号经过压缩以后由相机内部的闪速存储器或内置硬盘卡保存，因而可以轻而易举地把数据传输给计算机，并借助于计算机的处理手段，根据需要和想象来修改图像。CCD由许多感光单位组成，通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时，每个感光单位会将电荷反映在组件上，所有的感光单位所产生的信号加在一起，就构成了一幅完整的画面。见图-2CCD和传统底片相比，CCD更接近于人眼对视觉的工作方式。CCD经过长达35年的发展，大致的形状和运作方式都已经定型。CCD的组成主要是由一个类似马赛克的网格、聚光镜片以及垫于最底下的电子线路矩阵所组成。目前有能力生产CCD的公司分别为:SONY、Philps、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp，大半是日本厂商。四、数码相机倒易律失效的探讨提到数码相机，不得不说到就是数码相机的心脏-感光器件。与传统相机相比，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"就是其成像感光器件，胶卷在传统相机中存在非线性区域是由于光和胶卷的感光颗粒的反应仅在一段范围是线性的，超过这一段范围为非线性区域，我们习惯将非线性区域称为倒易律失效。我们知道半导体材料是非线性元件，将它在应用数码相机中它一定会产生倒易律失效，是不用多陈述的事实。而关键是用实验的方法来测量感光器件(包括了CCD和CMOS)的光电效应在那一光量度时为非线性区域。同一种胶片，照度为1勒克司、曝光1秒，比照度1000勒克司、曝光1/1000秒所产生的银影密度要大。这种现象会不会在数码相机的"胶卷"中发生呢?笔者对做它做过多次试验其结果是一样的，说明非线性区域不在该范围内。为了拉开范围，笔者曾做过两次0.1勒克司、曝光10秒和照度2000勒克司、曝光1/2000秒其效果也是相等的。还想做下去可是条件有限，未能再往下做了。但已有初步的结论，数码相机在10秒和1/2000秒曝光内并没有发生倒易律失效。所以，用数码相机拍夜景时要比传统相机方便了许多，道理大概在于数码相机的倒易律还没有到失效范围。引文来源数码相机倒易律失效的探讨-3_老沈_新浪博客