主题:Full Frame vs. Interline Transfer CCD's
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想说说这两种CCD,可是怎么翻译这两个词,可把俺难住了。从字面译过来,应该是“全框CCD和行间传递CCD”,俺找不到更好的词了。但是这样译俺认为对正确理解它的意义并无帮助,甚至可能会让人误解。
有些人把它们译成受逐行CCD和隔行CCD。让人联想到逐行扫描显示器和隔行扫描显示器。无论从字面翻译还是从实际意义,这都是绝对错误的。
那么,俺在下文中还是用Full Frame CCD和Interline Transfer CCD这两个词吧。
你的典型的消费级的数码相机,用的一般都是Interline Transfer CCD。它的结构如下图。把一块半导体上集成制造出感光器件:光电二极管,和一些电路。每个单元呈整齐的矩阵式排列,多少行多少列。行数乘以列数就是这个CCD的象素数量。每个象素单元中(左下角的小图),有大约30%的面积用来制造光电二极管(红色部分)。在剩余的可用面积中,会放置一个shift register(紫色部分,译成转移寄存器吧)。在接受一个指令后,光电二极管感受到的光强,会被放置在这个shift register中并保持住。这是一个模似量。
下一步,就是把这每一个象素中的光强值,变成数字量,再由相机中的处理器组合成一幅数字图像。首先并行时钟激活第一行;串行时钟依次激活第1、2、3。。。列。这样第一行中和每个像素都被按顺序送出CCD,进入A/D Converter(模拟/数字转换器,这种器件专门用来把模拟量转换成数字量)。然后并行时钟激活第二行;串行时钟依次激活第1、2、3。。。列。这样第一行中和每个像素都被按顺序送出CCD,进入A/D Converter。这样依次下去,每一行每一列的像素都被有序的转换成数字信号。相机的处理器再把这些数字化的象素组合成一幅数字图像。
每一个像素单元中的shift register整齐的排成一列列的,把真正起感光作用的光电二极管夹在中间。所以这种器件被叫作:Interline Transfer CCD。
由于每个象素单元中,真正用于感光的面积只占30%左右,那么它的感光效率就比较低。所以在真正的成品中,会在每个象素单元的上面,再造一个microlenses(译成微镜吧。其实就是一个小的光学透镜),在图的左下角就是microlenses的示意图。光学镜片在光电二极管的正上方,面积造得比较大,这样就能把更多的入射光集中到光电二极管上,使等效的感光面积达到象素面积的70%左右。
由于有shift register的存在,Interline Transfer CCD就不需要机械快门。用电信号指示shift register把光电二极管的输出信号保持住,就已经完成了采样过程。这就是电子快门。shift register的存在,也使Interline Transfer CCD可以输出视频信号。我们在彩色液晶取景器上能够看到活动的影像,也是shift register的功劳。

KODAK专业产品中采用的CCD,是Full Frame Transfer。在每个像素单元中,有70%的面积用来制造光电二极管。整个像素的框内几乎全是感光面积。不需要也没办法放置更大面积的microlenses来提高它的采光量。它的读出顺序和Interline Transfer CCD是一样的。这种结构的好处是,可以得到尽量大的光电二极管,达到更好的成像质量。可以说,同样的CCD面积,Full Frame肯定会有更好的性能。
缺点:CCD不能输入Video图像。不能用液晶显示屏做取景器。必须以机械快门配合工作。并且机械快门限制它的最高快门速度。

技术发展的速度是难以想像的。本文只是介绍基础知识和基本技术。在新的产品是很可能有突破性的进展。
[chichi 编辑于 2001-07-06 01:56]
相关标签: Kodak 联想 CCD 快门
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Chi版主的说法值得商榷:1、Full frame transfer中的Frame就是“帧”。 2、FFT-CCD一样有MicroLens。 3、interline是就数据传输方式而言,并非指物理结构。 4、FFT-CCD一样可以使用电子快门。可能是英文原文有误,没看到原文,请ChiChi兄贴出链接。
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CHI版, 昨天读了一遍DPREVIEW关于E20的REVIEW, 以下一段话把俺给弄糊涂了

E20用的应该就是普通的interline CCD 因为它可以用LCD取景. 但隔行/逐行扫描就无法理解了, 更无法理解的是为何在Progressive Scan mode它能达到1/18000秒的快门.

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Progressive Scan mode
The E-20 uses an interlaced scan CCD (much like many other digital cameras). This means that data is read from the CCD in two 'fields', first the even rows and then the odd rows. The E-20's progressive scan mode appears to simply skip the transfer of one of the fields (even or odd, it's difficult to tell), this yields the same horizontal resolution but far less vertical resolution (to me it looks like much less than half, see the samples below).

The only advantage of the progressive scan mode is that in this mode the CCD appears to be able to activate itself as an electronic shutter and achieve shutter speeds above the 1/640 sec limit produced by the single iris aperture / shutter mechanism.

http://www_dpreview_com/reviews/olympuse20/page11.asp
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FULL FRAME译作全景或全幅面可能更好。每个像素的感光面积大了,可以承受和记录的光通量的上限就提高了。在硅片本身的本底噪声不变的前提下(受硅材料本身特性、加工技术和环境温度的影响),自然动态范围就大大提高了。通过透镜将光线聚集到30%受光面积上尽管光通量没有损失,但由于每个像素的感光面积小,可以记录的光通量的上限必然要小。因此动态范围会小得多。也就是说在拍摄的外部环境和相机的内部条件(相同的光圈、曝光时间等)相同的情况下,FULL FRAME的画面层次可以更加细腻。而通过改变内部条件,例如自动延长快门时间,FULL FRAME CCD可以接受更高的光通量。这样本底噪声信号相对就更小,色彩的还原就更逼真一些。好比普通CD用16BIT编码和HDCD用20BIT编码的区别:量化和记录相同幅度的信号时,前者比后者分辨力低,或者说更“糙”一点;量化“台阶”(每个量化单位代表的幅度)一定时,前者可表示的最大幅度要远小于后者。
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给CHICHI兄补充两点:

1、FULL FRAME CCD还有一个重大优点,动态范围非常高!
2、因为CCD是不能感应光的波长(即颜色),只能感应光强,所以说,实际上每一个像素均是由三种颜色或四种颜色合成并处理得来的,这部分在CCD中叫彩色滤镜组(Colour Filter Array
),详细情况,请参阅DPReview上的介绍:http://www_dpreview_com/learn/Glossary/Camera_System/Colour_Filter_Array_01.htm
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呵呵。这个,俺错了。俺认罪。
俺只记得在哪个网页上看过一眼,就信口说出来。真是要不得。
刚才去nikonusa_com仔细看原本。明明是:non-interpolated,不是non-interline.
害死俺了。真丢人。
:)
原文强调的是,没有插值的真实像素。
看来995用的并不是full frame。
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Chichi, 如果990, 995用FULL FRAME, 那么为何还可以用LCD取景?
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这些东东,都不是俺说的。材料来源于KODAK的资料和Dpreview_com。俺可不敢胡说。
CCD面积的大小,对性能的影响是直接的,巨大的。其实consumer DC也有用full frame的。比如Nikon 990,995.这类机型的性能确实明显比其它采用interline的好一些。但是并不可能达到Professional DC的性能。面积小了,输出就弱。动态范围小了,噪声就上来了。
interline加了microlenses后,等效的采光面积和full frame就没什么差距了。并不会丢失更多的影像。但是每个像素的CCD感光面积小了,直接影响到它的性能。
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我没有研究过CCD的制造工艺,也许并不适合来探讨,但想和你交换一些看法。
1 interline transfer的不足并不仅仅在于受光面积的小,更在于象素的损失,而且后者更为重要。就如你说的只有30%能感光,也就是说还有70%的影像被忽略了。在整齐排列的感光单元上,实际上形成感光行与非感光行的交替。所以说是隔行传输。这里的隔行并不是电视显象管那样的隔行扫描。
2 而full frame是CCD感光单元几乎可以对某一时刻的整幅影像(也即所谓桢)作贡献。所以叫全桢。
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HuYan:
shift register在数字电路中,确实被译成移位寄存器。但这里的shift register是用来存放模拟量的。应该并不是相同的概念。
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通常翻译为 移位寄存器。
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“full frame=全帧, interline transfer=隔行传输”的说法是错误的。
在中文中,帧,代表整个画面,也就是包括了所有的像素。但这里的Frame指的是单一个像素的范围。
如果按照像素的输出顺序,两种CCD都是逐行扫描输出的。
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