| Supper CCD原理综述 |
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精华序号：35
来自论坛：小熊在线 《新潮数码DV设备论坛》
内容说明：自从FUJIFILM的SUPPER CCD技术推出以来，可以说在数码相机界引起轩然大波，有把他捧到天上的，成为CCD技术的革命，有把他扁得一文不值，把他骂为骗子。那实际情况如何呢？我们仔细分析一下...
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Supper CCD原理综述 (2407字) 梦剑 (2567)于2000/09/29(16:04:32)..
Supper CCD原理综述
梦剑
自从FUJIFILM的SUPPER CCD技术推出以来，可以说在数码相机界引起轩然大波，有把他捧到天上的，成为CCD技术的革命，有把他扁得一文不值，把他骂为骗子。那实际情况如何呢？
我们首先分析一下支持方和反对方得理由：
反对Supper CCD的一方认为：感光器件感受光线完全依赖CCD上的感光单元，因此无论你使用何种技术，对信号感受的细腻程度完全依赖感光单元的数目，绝对不会比感光单元的数目更高，换句话说，Supper CCD如果有240万像素，那他的效果与240万像素的常规CCD应该一样，而绝对不会更好。而所谓432万像素效果更是天方夜潭。
如果CCD仅仅感受单色光线，这个观点无疑是正确的，但如果直接移植到彩色CCD上来，则有失偏颇了，这还要从彩色CCD的原理讲起。
我们都知道，要实现彩色，就必须分别对目标红、绿、蓝三色光线进行感受，也就是说，要正确重现一个点的色彩，就需要三个感光单元分别感受目标发出的红、绿、蓝三色光。这样，感光单元的数量应该是目标像素数的三倍。比如，如果相机输出的分辨率为2048 x 1536，则需要的CCD像素数=2048 x 1536 x 3=9437184，可目前实现2048 x 1536分辨率的数码相机均使用332万像素CCD呢？这是由于采用了像素重合技术的缘故，由于这一技术本身涉嫌硬件插值，所以几乎所有的厂家对此都忌莫如深，不过从一些厂家推出的高档专业级数码相机使用三CCD技术，就可以看出像素重叠技术的问题。
像素重叠技术的原理是这样的：
在CCD表面粘贴如左图所示排列的滤色片，排列顺序分别按第一排，按红绿相间排列，第二排全部为蓝色，当然出于色彩还原理念的不同，也有的厂家讲绿色放在第二排或者不使用红绿蓝三原色，而使用青，品，黄三基色，再使用转换算法合成色彩。实际取样时，1-2与5，6的平均值四个像素合成为一个像素点，2-3与6，7的平均值四个像素合成为一个像素点，依次类推。到第三行，再分别与第二行的像素进行合成，这样最终合成的像素点数就基本与CCD整体的像素数相接近了。显然，各个合成的像素点实际上有一部分真实像素点是共用，因此图象质量与理想状态有一定差距，这就是为什么一些高端专业级数码相机使用3CCD分别感受红绿蓝三色光的原因。换句话说，实际上使用单CCD的数码相机的分辨率也存在一定的水分，大体可以理解为是采用有损压缩方式记录的图象数据。如果真的按照三个像素合成一个像素点的算法，332万像素的CCD也就是生成1100x800左右精度的图象了。
而Super CCD则利用了他的三角形像素排列使生成的像素数大大提高了。
Fujifilm厂家管这种排列叫做菱形排列，而我个人感觉叫三角形排列更贴切些，因为像素取样完全是按照三角形结构取样的。取样时，1-2-5合成为一个像素，2-5-6合成为一个像素。3-6-7合成为一个像素，依次类推，第三排像素继续与上层第二层像素进行合成，生成响应的像素点，这样计算下来，最终合成的像素点数几乎时CCD真实像素数的两倍，这就是为什么240万像素的Super CCD能够产生432万像素输出的原因。那是否Super CCD就毫无优势可谈呢，回答是否定的。
大家仔细比较就会发现，传统CCD中，蓝色滤色片的覆盖面积几乎是整个像素数的50%，而红色和绿色只各占25%，这样一来实际上可真正利用的像素点就比Super CCD少了33%，换句话说，真正参加清晰度感觉的Super CCD的真实像素数比同等传统CCD高33%，这就是为什么Super CCD的承像质量要优于传统CCD的一个重要原因。
那么人们就会问，为什么传统CCD不能象Super CCD一样取样，实现更高的像素输出呢？
如果采用这种方式的话，滤色镜的排列就会如左图所示，1-2-5合成一个像素，2-3-6合成一个像素，在实际采样是，平均采样点并不在正中的位置上，而最后重现时，确必须在正中位置重现，这样做的直接结果就是造成图象边缘的锐利程度严重下降，也就是模糊，所以，到目前为止，尚没有任何公司采用这一技术，也就没有任何传统CCD能够实现Supper CCD的高分辨率。事实上，传统CCD为了消除这一问题，采用两个像素取平均值的方法，而Fujifilm则是采用的直接在硬件上将感光单元排列为三角形来解决这一问题。结果，Super CCD由于采用硬件解决方案，节省出了33%的有效像素，从而有效提高了承像效果。
那么，是否象某些Super CCD的支持者所说的那样可以提高效果60%以上呢？
这要从他们的理由讲起，除了我上面所讲的理由外，他们认为，两个像素取平均值，本身也是一种插值，由于是向下插值，会损失图象的精度，而且Supper CCD在相同情况下，拥有比传统CCD更大的面积，因而感受光线的灵敏度更高，从而可以获得更好的输出效果。因而他们认为，Super CCD的承像效果要比传统CCD高60%以上。这个问题，我们可以分别进行分析。
首先，两个像素取平均值，确实会引起图象细节的丢失，但是否不求平均值就不会丢失呢？其实，Super CCD也是在原有的平均值位置上增加了一个像素，感受的也是光线的平均值，只是由于单个像素点比两个像素点更小，清晰度可能有所提升，但绝没有想象的那样大。
至于SUPER CCD可以增大感光面积的说法则是更缺乏根据，因为CCD真正感光的部分并不是整个像素本身，而是像素上电极覆盖的一小块敏感区，这样，电极的宽窄将直接影响到感光面积的大小，从结构不难看出，Super CCD的电极宽度明显小于常规相同像素数常规CCD的电极宽度，因此有效感光面积应该比较小，造成其在相同制造工艺条件下灵敏度、动态范围、均不如相同像素的CCD，与较高像素数的CCD相近，因此，这个参数不仅不能成为Supper CCD性能更好的理由，甚至可能成为降低Super CCD性能的一个因素。
综合上述内容，虽然很多问题尚不能量化，但基本可以认为，Super CCD的性能既不象反对者说的那么差，也不象支持者讲的那么好，考虑各种增强性能和影响性能的因素，估计Super CCD技术大致可以提高CCD性能30%—40%，也就是说240万像素的Super CCD大致与312—336万像素的传统CCD性能相当，大体处于300万像素数码相机的水平。
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为什么我的机器到自检就死机了。(66字) 天涯沦落人 (2597)于2000/10/03(17:32:39)..
我的机器是PII233的cpu，华硕lx的主板、丽台s680的显卡、创新16的声卡、32兆内存、在自检到一半时就停了。各位大侠如有解决的方法请不吝赐教。
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