圖為CMOS傳感器外形

隨著可拍攝影像的設(shè)備的發(fā)展，越來越多的設(shè)備應(yīng)用了“攝像頭”?？墒悄私鈹z像頭里面將光影轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)的部件是怎么工作的嗎？如果您對它的奧秘心存好奇？請跟隨小編來了解一下。

CMOS是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的意思。它不僅僅應(yīng)用于感光元件領(lǐng)域，還廣泛存在于存儲芯片中。這是一種控制電壓放大的元器件。

說到如何使CMOS感光？先要說說拜耳陣列。由拜耳陣列確定光的三元色轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)。一般的CMOS傳感器是這樣通過拜耳陣列工作的：拜耳陣列將像素（都是R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))）三個顏色組成的方格劃分成一個2×2的正方形單元，然后計(jì)算這三個像素的色彩，每個單元中RGB濾鏡的位置都是一樣的。其他類型的COMS都是以它為基礎(chǔ)進(jìn)行改進(jìn)出來的。

圖為拜耳陣列

它的優(yōu)點(diǎn)是工藝成熟沒有產(chǎn)能限制，價格便宜，涵蓋所有規(guī)格大小，功耗很小；缺點(diǎn)則是相對其他CMOS沒有什么鮮明的特點(diǎn)，由于采用有規(guī)律的像素排列方式會產(chǎn)生摩爾紋，而在CMOS前加一片濾鏡則會盡量減少摩爾紋對圖像的干擾。

既然談到摩爾紋，熟悉數(shù)字圖像的朋友們可能都清楚。這是數(shù)字圖像成像技術(shù)帶來的不可避免的缺點(diǎn)。那有沒有辦法克服這一缺點(diǎn)呢？隨著適馬DP系列相機(jī)的發(fā)布，Foveon X3也隨之發(fā)布了。Foveon X3是全球第一款可以在一個像素上捕捉全部色彩的圖像傳感器。通常采用CCD或者CMOS的數(shù)碼相機(jī)是在同一像素上只可記錄RGB三種顏色中的一種，而Foveon X3采用三層感光元件，每層記錄RGB的其中一個顏色通道。它的優(yōu)點(diǎn)是影像更鮮銳、增加照片細(xì)節(jié)，不會有摩爾紋；缺點(diǎn)則是工藝復(fù)雜導(dǎo)致產(chǎn)能有限，功耗較高，目前沒有全幅。

圖為Foveon X3

普通的拜耳陣列要加低通濾鏡才能避免照片出現(xiàn)摩爾紋，但有低通濾鏡畫質(zhì)要打折扣，進(jìn)光量也要損失，而用FoveonX3又有太多的限制，怎么辦呢？富士想到了一個辦法，模仿膠片的銀鹽，把色彩像素的位置改一下，改成無規(guī)律的（其實(shí)是有規(guī)律的）。然后X-Tran就誕生了。它的優(yōu)點(diǎn)是保留原普通CMOS的優(yōu)點(diǎn)，去低通濾鏡后銳度的提升和增加了一點(diǎn)點(diǎn)的進(jìn)光量；缺點(diǎn)則是沒有全幅，像素較少。

圖為X-Tran感光元件

索尼則在背照式CMOS領(lǐng)域善舞長袖，這項(xiàng)技術(shù)提升了CMOS采集圖像的亮度。Exmor R CMOS背照技術(shù)感光元件，改善了傳統(tǒng)CMOS感光元件的感光度。Exmor R CMOS采用了和普通方法相反、向沒有布線層的一面照射光線的背面照射技術(shù)，大大改善低光照條件下的拍攝效果。改變了CMOS的方向意味著承載二極管的板子要非常薄，大概是傳統(tǒng)CMOS的百分之一。它的優(yōu)點(diǎn)是提高小面積CMOS的高感和低光照下的畫質(zhì)；缺點(diǎn)則是在較大面積的CMOS上這項(xiàng)技術(shù)的優(yōu)勢不明顯。另外索尼還發(fā)明了曲面CMOS等新技術(shù)CMOS。

圖為Exmor R CMOS感光元件技術(shù)解析

  隨著CMOS感光元件的發(fā)展，消費(fèi)級圖像采集設(shè)備成像質(zhì)量越來越高。我們更方便地留住了生活中的美好瞬間。下一期《光影與數(shù)據(jù)的翻譯》，我們將介紹往日高端相機(jī)的代象征——CCD感光元件。