1、數(shù)位相機(jī)的工作原理 與發(fā)展現(xiàn)況（陳佶明）報(bào)告大綱一：數(shù)位相機(jī)的起源二：數(shù)位相機(jī)工作原理三：數(shù)位相機(jī)與傳統(tǒng)相機(jī)的比較1. 處理時(shí)間不同2. 儲(chǔ)存媒體不同3. 影像品質(zhì)不同4. 輸入輸出方式不同5. 成本不同A鏡頭四：數(shù)位相機(jī)的發(fā)展現(xiàn)況 一五：數(shù)位相機(jī)的趨勢(shì)B影像感測(cè)器1. 解析度2. 儲(chǔ)存媒體3. 功能性4. 外型與操作六：結(jié)論七：參考資料：數(shù)位相機(jī)的起源數(shù)位相機(jī)最早出現(xiàn)在美國(guó)，大約 20 多年前裝置在衛(wèi)星上，美國(guó)曾利用它通 過衛(wèi)星向地面?zhèn)魉驼掌?。後來?shù)位攝影技術(shù)轉(zhuǎn)為民用並不斷拓展應(yīng)用範(fàn)圍，目前 在歐美已十分流行，它是繼掃瞄器之後，成為電腦影像的新型輸入設(shè)備之一，並 且已經(jīng)廣泛的使用當(dāng)中。二：數(shù)

2、位相機(jī)工作原理數(shù)位相機(jī)是由光、機(jī)、電一體化的產(chǎn)品。它的核心零件是 CCD（Charge Couple Device，電荷耦合原件）影像偵測(cè)器。CCD是使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料製 成，在光線作用下，可將光線作用強(qiáng)度轉(zhuǎn)化為電荷的累積，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換晶片 轉(zhuǎn)換成數(shù)位信號(hào) （也就是 0與 1的訊號(hào)），數(shù)位信號(hào)經(jīng)過壓縮以後由數(shù)位相機(jī)內(nèi)部 的快閃記憶體或內(nèi)置儲(chǔ)存媒體來保存 ，因而可輕易的透過各種方式把影像資料傳 輸?shù)诫娔X，並借助電腦的處理手段，根據(jù)需要來修改影像。三：數(shù)位相機(jī)與傳統(tǒng)相機(jī)的比較數(shù)位相機(jī)的最大優(yōu)勢(shì)在於利用數(shù)位化的資訊 ，可以借助遍及全球的數(shù)位通信 網(wǎng)及時(shí)傳送（例如In ternet），得以

3、實(shí)現(xiàn)影像的即時(shí)傳遞。它的外觀，部分功能和操 作方式與普通的 35mm 相機(jī)差不多，但毋須對(duì)焦、設(shè)置快門速度等 （但是少數(shù)的 專業(yè)型數(shù)位相機(jī)操作方式卻和傳統(tǒng)相機(jī)一般 ）。此外，數(shù)位相機(jī)與傳統(tǒng)相機(jī)相比， 還有以下幾個(gè)不同點(diǎn)：1. 處理時(shí)間不同：從按下快門到數(shù)位相機(jī)真正地儲(chǔ)存下影像之前，需要延遲約 1 - 5秒。這是 由於需要進(jìn)行光感測(cè)器讀取景像、高速光圈或改變快門速度、檢查自動(dòng)聚集、打 開閃光燈等，將所拍攝下的影像轉(zhuǎn)成數(shù)位元信號(hào)等操作，因此數(shù)位相機(jī)並無法做 到像傳統(tǒng)相機(jī)一般的連續(xù)拍攝，即使數(shù)位相機(jī)有這樣的功能，也是犧牲了高解析 度而遷就至低解析度的影像才可作到 ，另外由一張拍攝完成到準(zhǔn)備拍攝另外一

4、張 影像的時(shí)間伴隨著解析度大小而有所不同，簡(jiǎn)單的說，就是解析度越高，所花費(fèi) 的時(shí)間越多。2. 儲(chǔ)存媒體不同：數(shù)位相機(jī)攝取的影像以數(shù)位元方式儲(chǔ)存在記憶卡上 ，而傳統(tǒng)相機(jī)的影像則是 以化學(xué)方法記錄在鹵化銀的底片上。3. 影像品質(zhì)不同：用傳統(tǒng)相機(jī)拍攝的影像晶狀格會(huì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)小於 CCD 採(cǎi)集的影像圖元數(shù)，其次傳 統(tǒng)相機(jī)的鹵化銀膠片可以補(bǔ)捉連續(xù)色調(diào)和色彩 ，而數(shù)位相機(jī)的採(cǎi)集原理只能是亮 或暗兩種情況；此外，數(shù)位相機(jī)的CCD在較亮或較暗的光線下會(huì)丟失部分細(xì)節(jié)， 並且有時(shí)很難校正；它適宜使用單調(diào)光、使用閃光燈或 HMI 光源拍照，會(huì)得到 令人滿意的效果。同時(shí)一個(gè)典型的 35mm傳統(tǒng)相機(jī)解析度一般可以輕易達(dá)到 2

5、500dp,而數(shù)位相機(jī)無法達(dá)成如此高的解析度。4. 輸入輸出方式不同：數(shù)位相機(jī)拍攝的影像可直接輸入電腦，經(jīng)由影像處理軟體處理後列印出來。 傳統(tǒng)相機(jī)的影像則必須在暗房裡沖洗，想要進(jìn)行處理必須通過掃瞄器輸入電腦， 掃瞄得到的影像品質(zhì)必然受到掃瞄器精度的影響。這樣，即使它的攝影品質(zhì)很 好，經(jīng)過掃瞄以後得到的影像就差得遠(yuǎn)了。照這樣說，數(shù)位相機(jī)所得到的影像是不是只能利用印表機(jī)輸入成相片呢？其實(shí)並不然，現(xiàn)在矗立在各大街頭的相片沖洗店，店頭招牌已經(jīng)漸漸加入一行字?jǐn)?shù)位影像輸出中心，也就是說傳統(tǒng)的沖洗店已經(jīng)追上了時(shí)代的潮流，加入了 數(shù)位相機(jī)的影像輸出服務(wù)，只不過鑑於沖印裝置建購(gòu)成本比起傳統(tǒng)的自動(dòng)沖印設(shè) 備來的昂

6、貴（大約一部機(jī)器在八百萬元左右）所以設(shè)立點(diǎn)並不是很多，可是在趨勢(shì) 的引導(dǎo)下，數(shù)位沖洗店已經(jīng)朝向加盟的方式經(jīng)營(yíng)。所以在不久的將來，數(shù)位沖洗 店將與傳統(tǒng)的沖洗店一樣普及。5 成本的不同：傳統(tǒng)相機(jī)要沖印成相片，必須交給相片充洗店作相片沖洗，但是數(shù)位相機(jī)可 不用這樣的麻煩，因?yàn)榭晒┹敵龅墓艿朗值亩啵缈捎脟娔”頇C(jī)、相片印 表機(jī)、數(shù)位沖洗店，甚至最新的技術(shù)是採(cǎi)用透過In ternet傳輸影像到數(shù)位沖洗店的電腦中，然後經(jīng)由數(shù)位沖洗店輸出之後，交由快遞送至收件者家中，這樣的方 式，可以節(jié)省往返車勞的時(shí)間，也方便無法到?jīng)_印店送件的使用者。經(jīng)過調(diào)查顯示，數(shù)位相機(jī)的功能上具有明顯的優(yōu)點(diǎn)，便於在電腦上進(jìn)行編輯

7、 處理，存儲(chǔ)量大，易於傳輸並可長(zhǎng)期保存；只要具備適當(dāng)?shù)妮敵鲈O(shè)備，輸出也相 當(dāng)方便快捷，這些優(yōu)勢(shì)是普通相機(jī)所無法比擬的。但與此同時(shí)，數(shù)位相機(jī)尚存在 一些明顯的不足，機(jī)體價(jià)格昂貴是首要問題，因?yàn)閿?shù)位相機(jī)是採(cǎi)用電子式構(gòu)造， 基於機(jī)密度的考量，所以數(shù)位相機(jī)的價(jià)格一直無法平民化。影像的品質(zhì)也有待提高，這個(gè)缺點(diǎn)只有朝增加解析度與技術(shù)的進(jìn)步才可以解 決，另外數(shù)位相機(jī)的拍攝受環(huán)境限制，曝光動(dòng)作時(shí)間長(zhǎng)和不易操作也限制了它的 普及。還有最重要的一點(diǎn)，就是數(shù)位相機(jī)所攝成的影像輸出成本比起傳統(tǒng)底片輸 出成相片還要來的昂貴?？傮w而言，價(jià)格是阻礙我國(guó)數(shù)位相機(jī)市場(chǎng)迅速發(fā)展的首要因素。數(shù)位相機(jī)的 價(jià)格令大多數(shù)的人敬而遠(yuǎn)之。其

8、次，國(guó)內(nèi)數(shù)位相機(jī)的市場(chǎng)剛剛起步，產(chǎn)品性能有 待提高，必然涉及到售後服務(wù)的完善程度，相關(guān)產(chǎn)品的配套等問題；使用上的侷 限與操作上的困難也增大了它與人們的距離。另外，產(chǎn)品的宣傳活動(dòng)及形式也是 數(shù)位相機(jī)普及的關(guān)鍵一環(huán)。四：數(shù)位相機(jī)的發(fā)展現(xiàn)況A就數(shù)位相機(jī)的鏡頭來說：A- 依可否調(diào)焦區(qū)分為固定鏡頭（fix lens or free focuS及可自動(dòng)對(duì)焦鏡頭模focus lens)固定鏡頭顧名思義就是光學(xué)鏡頭本身與機(jī)身為固定不動(dòng) ，以及兩者無相對(duì)運(yùn) 動(dòng)。其另一涵義就是此光學(xué)鏡頭無法調(diào)焦。所以其成像品質(zhì)與可對(duì)焦之光學(xué)鏡頭 相比較之下，就遜色不少。另外，為使拍攝範(fàn)圍能涵蓋從近距離別無窮遠(yuǎn)，因此 就必須使其拍

9、攝條件設(shè)定在景深長(zhǎng)的狀況，所以其採(cǎi)用的光圈值就不能太小，也 由於光圈值大，因此就必須靠閃光燈來補(bǔ)光。一般此鏡頭在低階相機(jī)或 PC Camera最常見。A-（2） 依鏡頭焦距值可否變化區(qū)分為單焦點(diǎn)鏡頭和變焦鏡頭取像用光學(xué)鏡頭若以焦距可否變化，可分為單焦點(diǎn)鏡頭及變焦鏡頭。單焦點(diǎn) 鏡頭顧名思義其此鏡頭的焦距值就只有一個(gè)；如 5.7mm、6.2mm,如前所述固定 鏡頭（fix lens） 般都為單焦點(diǎn)鏡頭，但單焦點(diǎn)鏡頭不一定就是固定鏡頭，因 高階單焦點(diǎn)鏡頭包括有可對(duì)焦鏡頭。而變焦鏡頭的焦距值,不是一個(gè)固定值,而 是一段範(fàn)圍；如618mm、5.511mm；因其焦距值可變化，所以其機(jī)構(gòu)相對(duì)就 更複雜。一般

10、變焦鏡頭的採(cǎi)用會(huì)搭配在中高階數(shù)位相機(jī)上，而用在數(shù)位相機(jī)上其 變倍比（最大焦距值與最小焦距值之比值） 通常 23 倍之間最多，而變焦鏡頭通 常都為可對(duì)焦鏡頭。A-（3） 依視角可區(qū)分廣角、標(biāo)準(zhǔn)、望遠(yuǎn)視角的鏡頭以一般人雙眼能充分辨識(shí)色彩的角度範(fàn)圍的為 50 度的視角來說，我們依此 來區(qū)分光學(xué)鏡頭的視角為廣角 、標(biāo)準(zhǔn)或望遠(yuǎn)，約略可依成像面尺寸 （即 CCD 尺寸） 來出略判別光學(xué)鏡頭其焦距值對(duì)此 CCD 的視角。有一簡(jiǎn)單的判別方法，就是若 焦距值約等於 CCD 尺寸對(duì)角線，則可說此鏡頭對(duì)此 CCD 展現(xiàn)的視角為標(biāo)準(zhǔn)鏡 頭，舉例來說，以1/2英吋CCD成像面尺寸約寫4. 8mm X 6 4mm,對(duì)角線

11、 為 8mm。若搭配光學(xué)鏡頭其焦距值若為8mm,則其視角接近人眼的辨識(shí)色彩的視 角，此光學(xué)鏡頭可稱為標(biāo)準(zhǔn)鏡頭。反觀之，若焦距值約明顯小於或大於 CCD 尺 寸對(duì)角線，其將造成通過鏡頭成像後，視角將大於或小於人眼的辨識(shí)色彩的視 角，則稱為廣角或望遠(yuǎn)鏡頭，其影響就是可成像的範(fàn)圍較廣景物較小或可成像的 範(fàn)圍較窄景物較大。例如 4mm 的焦距值的光學(xué)鏡頭對(duì)於 1/3 英吋 CCD 的成像 面（對(duì)角線約6mm），其視角約74度大於50度人眼的辨識(shí)色彩的視角甚多，因 此我們稱此鏡頭對(duì)於 1/3 英吋 CCD 為廣角鏡頭。而一般數(shù)位相機(jī)單焦點(diǎn)鏡頭皆 小於 CCD 對(duì)角線長(zhǎng)度，以使其具廣角視角效果有如 14m

12、m 的焦距值的光學(xué)鏡頭 對(duì)於 1/3英吋 CCD 的成像面，其視角約 24度小於 50度人眼的辨識(shí)色彩的視角 甚多。因此在遠(yuǎn)處之景物也可透過此光學(xué)鏡頭，得到較大的像。因此我們稱此鏡頭對(duì)於1/3英吋CCD為望遠(yuǎn)鏡頭，一般數(shù)位相機(jī)除了搭配變焦鏡頭外，較少 有數(shù)位相機(jī)單焦點(diǎn)的鏡頭，視角為望遠(yuǎn)視角。然而，在數(shù)位相機(jī)焦距值規(guī)格中， 經(jīng)常以相當(dāng)於傳統(tǒng)33mm底片相機(jī)的焦距值來表示，而 35 mm底片規(guī)格尺寸為 24mm x 36mm而其對(duì)角線尺寸約略為43mm，但我們常以鏡頭焦距值 50mm為 35nm底片相機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭。A-(4)數(shù)位相機(jī)光學(xué)鏡頭規(guī)格演進(jìn)依CCD畫素區(qū)分?jǐn)?shù)位相機(jī)可分為低階、中階、高階數(shù)位

13、相機(jī)，同樣地光學(xué) 鏡頭亦可分為低階、中階、高階光學(xué)鏡頭。首先，我們?nèi)魪臄?shù)位相機(jī)畫素發(fā)展的歷程來區(qū)分的話，大抵可分為三階段。 第一階段則以CCD有效畫素在30萬畫素以下的低階數(shù)位相機(jī)為主，第二階段則 以CCD有效畫素在30萬畫素以上到80萬畫素之間的中階數(shù)位相機(jī)，第三階段 則以CCD有效畫素在百萬畫素以上的高階數(shù)位相機(jī)。在此三階段搭配的光學(xué)鏡 頭，其規(guī)格及技術(shù)也不盡相同。以第一階段低階數(shù)位相機(jī)來說，此時(shí)搭配的光學(xué)鏡頭，幾平全部是固定鏡頭 (fix lens or free focus lens)為主，也就是以低階光學(xué)鏡頭為主，其所提供的功能有 限，諸如光圈值大部分為一段固定光圈口徑，而只有少數(shù)有

14、提供兩段的光圈口 徑，對(duì)焦功能方面無(也就是不用對(duì)焦)。因此此階段數(shù)位相機(jī)的光學(xué)鏡頭規(guī)格與 PC Camera的光學(xué)鏡頭幾乎相同，兩者的差異只在於鏡片材質(zhì)的不同而已，數(shù)位 相機(jī)為玻璃鏡片，PC Camera為塑膠鏡片居多。而第二階段數(shù)位相機(jī)搭配的光學(xué)鏡頭，在規(guī)格及功能上已明顯提升，諸如具 自動(dòng)對(duì)焦功能、近距拍攝、多段光圈變化、機(jī)械快門及 23倍變倍比之變焦鏡頭 等等。此時(shí)光學(xué)鏡頭的技術(shù)，已牽涉較複雜的光學(xué)、光機(jī)及電氣控制技術(shù)。在第三階段數(shù)位相機(jī)，由於具百萬畫素 CCD( 2百萬或3百萬)其每個(gè)畫 素尺寸約在34卩m之間因此光學(xué)解像力被要求就相當(dāng)嚴(yán)格(光軸中心解像力 需2OOps /mm四周約1

15、60 lps /mm，同時(shí)為了表現(xiàn)百萬畫素的影像品質(zhì)，其 搭配的光學(xué)鏡頭，無論是在功能上或是在光學(xué)性能上，皆相當(dāng)?shù)貒?yán)格，光學(xué)及光 機(jī)技術(shù)困難度也相對(duì)地高。此時(shí)搭配的光學(xué)鏡頭不論是單焦點(diǎn)(固定焦距)鏡頭或是變焦鏡頭，皆有提供自動(dòng)對(duì)焦、近距拍攝、多段光圈變化、機(jī)械快門等功能。同時(shí)，在光學(xué)鏡頭模組本身的對(duì)位(alignment )及定位上，以及鏡頭模組 與CCD Sensor之對(duì)位(alignment )、調(diào)整等技術(shù)就相當(dāng)重要，否則就空具有超 高畫素的CCD而無法表現(xiàn)出其影像品質(zhì)的細(xì)膩。B就影像感測(cè)器的發(fā)展現(xiàn)況而言目前的發(fā)展情形除由日商所長(zhǎng)期掌握的電荷偶合原件影像感測(cè)器(CCD)外，目前，互補(bǔ)式金屬

16、氧化半導(dǎo)體影像感測(cè)器 (CMOS)隨著半導(dǎo)體製成技術(shù)的逐 漸成熟，如今低解析度(百萬畫素以下)的數(shù)位相機(jī)業(yè)者逐漸採(cǎi)用 CMOS替代CCD。CMO由於其低成本及系統(tǒng)整合性高的優(yōu)勢(shì)，被視作CCD感測(cè)器的替代產(chǎn)品。 CCD感測(cè)器與CMO感測(cè)器都由矽晶圓製造而成，因此，兩者對(duì)可見光及近紅外 線光譜的感應(yīng)程度基本上相似。兩種技術(shù)都藉由相同的光電轉(zhuǎn)換過程，將影像入 射光（光）轉(zhuǎn)換成電壓（電） ，如果還需要彩色感測(cè)器，再將每個(gè)畫素上覆蓋彩 色濾光片（ R、 G、 B ）即可。CCD所採(cǎi)取的特殊IC製程技術(shù)已發(fā)展有25年的歷史，雖然，CCD可以把其 他數(shù)位相機(jī)的功能（例如：數(shù)位訊號(hào)處理、定時(shí)邏輯等）一起整合，

17、在技術(shù)面可 行，但卻沒有經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)際應(yīng)用上，其他功能多建在另外的晶片上。大多數(shù)採(cǎi) 用CCD勺數(shù)位相機(jī)，有3到8顆的晶片。在未來資訊產(chǎn)品將邁入整合單晶片的趨 勢(shì)下，就長(zhǎng)遠(yuǎn)來看，CMOS是未來感測(cè)器的主流產(chǎn)品。目前，日本市場(chǎng)正值大力促銷數(shù)位攝錄影機(jī)與 33O萬畫素以上的數(shù)位相機(jī)， 造成CCD需求大增、產(chǎn)能不足，所以自1999年23月開始，CCD產(chǎn)品開始短缺。 在臺(tái)灣生產(chǎn)百萬畫素以下數(shù)位相機(jī)的業(yè)者，有些已考慮採(cǎi)用 CMO來替代CCD 如此將可降低成本並提高產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。而且，隨著數(shù)位相機(jī)價(jià)格之下滑，CCD感測(cè)器在1999年下半年亦有跌價(jià)的 趨勢(shì)。CMOS感測(cè)器未來一、二年內(nèi)，在影像品質(zhì)不足、價(jià)格差

18、距有限的情況下， 仍將只能在 80 萬像素以下的低階數(shù)位相機(jī)市場(chǎng)中，此外，在電子玩具、可攜式 資訊家電產(chǎn)品（手機(jī)、PDA、筆記型電腦等）、視訊攝影體（PC Camera）、影 像電話、汽車用感測(cè)器、保全用途監(jiān)視攝影機(jī)等領(lǐng)域，CMOS感測(cè)器具有很高的發(fā)展?jié)摿Γ档脟?guó)內(nèi)廠商投入開發(fā)。B-（1） CCD 影像感測(cè)器CCD 感測(cè)器的種類，可分為 Full Frame 、 Frame Transfer （FT） 、 Interline Transfer （IT） 3種，以下將分別介紹這三種 CCD。Full Fra meFull Frame 是三者中架構(gòu)最簡(jiǎn)單者，由於整個(gè)感測(cè)器的都是感光區(qū)域，可 以用於

19、長(zhǎng)時(shí)間，曝光的超高像素影像感測(cè)器等特殊用途。Frame Transfer （ FT）FT方式採(cǎi)用兩個(gè)陣列方塊區(qū)域，一是曝光區(qū)，另一是不透明儲(chǔ)存區(qū)，F(xiàn)T方式適用於讀取速度需比Full Frame方式更快的高階CCD影像感測(cè)器，近來 Philips與Sanyo即強(qiáng)調(diào)FT方式的技術(shù)優(yōu)異性，聯(lián)手進(jìn)軍消費(fèi)型數(shù)位相機(jī)市 場(chǎng)。原則上，F(xiàn)T方式CCD其每個(gè)像素的受光面積較大，所以要提高感度及飽合 輸出電壓較容易，但是會(huì)產(chǎn)生藍(lán)光感度較低、 smear 高的問題，這是因?yàn)閽?cǎi) FT 方式時(shí)，每個(gè)像素的開口率較高所致、一般認(rèn)為 FT方式可以較IT方式獲得更佳 的畫質(zhì)，對(duì)照IT方式CCD必須採(cǎi)用微鏡頭來提高感度，F(xiàn)T方

20、式CC卻無此需 要，所以FT方式在高畫素?cái)?shù)位相機(jī)產(chǎn)品的應(yīng)用，將會(huì)愈來愈廣。In terli ne Tran sfer（ IT）IT 是目前通用的處理方式，CCD包含多個(gè)直條狀陣列，並由曝光區(qū)及儲(chǔ)存區(qū)間隔組成。目前在數(shù)位相機(jī)、PC Camera攝錄影機(jī)上用的CCDS測(cè)器，主要是採(cǎi)IT的轉(zhuǎn)送方式，因?yàn)槠滟Y料讀取速度較快，透過採(cǎi)用微鏡頭，可達(dá)到與FT方式CCD相同的實(shí)質(zhì)開口率。目前，數(shù)位相機(jī)的CCDS測(cè)器，主要採(cǎi)用IT方式。儘管300萬像素以上數(shù) 位相機(jī)今年以來相繼上市，但畫質(zhì)與傳統(tǒng)相機(jī)相比仍有差距，主要原因是CCD的動(dòng)態(tài)範(fàn)圍（Dynamic Rang窄；動(dòng)態(tài)範(fàn)圍代表一張相片中，最明亮處與最黑 暗處

21、之間差距所能表現(xiàn)的程度，另一問題是景深的表現(xiàn)力較差。動(dòng)態(tài)範(fàn)圍窄，一 直是CCDS測(cè)器的弱點(diǎn)，但由於FT方式CCD其每個(gè)感光元件的感光面積，是IT 方式CCD勺2倍，相對(duì)提高FT方式CCD勺動(dòng)態(tài)範(fàn)圍，同時(shí)，F(xiàn)T方式CCD勺構(gòu) 造比較簡(jiǎn)單，在景深表現(xiàn)方面也較IT方式為佳。CCDS測(cè)器的未來發(fā)展方向，不能單單只考慮小型化及高畫素化，以FT方式達(dá)到與傳統(tǒng)相機(jī)相匹敵的豐富表現(xiàn)能力，也是CCD真正需要達(dá)到的目標(biāo)之一。各種影像感測(cè)元件的特性比較請(qǐng)參考下表 1 o表1:各種影像感測(cè)器的特性比較CMOSIT-CCDFT-CCD備註感度小大大雜訊大小小動(dòng)態(tài)範(fàn)圍大中大CCD的動(dòng)態(tài)範(fàn)圍較窄，動(dòng)態(tài)範(fàn)圍 代表一張相片中，

22、最明亮處與 最黑暗處之間差距所能表現(xiàn)的 程度。Smear小小大以50萬畫素作比較。Smear（有快門時(shí)）無八、無八、無八、150萬畫素以上，IT-CCD也需 要快門。漸進(jìn)式掃瞄易難易漸進(jìn)式掃瞄（Progress Scan）的畫質(zhì)比In terlace方式較佳。耗電量10mW低耗電100 mW100 mW晶片整合性高低1低晶片SIZE大小中/ 小製程難易複雜複雜較簡(jiǎn)單B-2 CMOS影像感測(cè)器CMO影像感測(cè)器的應(yīng)用範(fàn)圍非常的廣泛，包括數(shù)位相機(jī)、PC Camera、影像電話、第三代手機(jī)系統(tǒng)、視訊會(huì)議、智慧型保全系統(tǒng)、汽車倒車?yán)走_(dá)、玩具， 以及到工業(yè)、醫(yī)療等用途。由於使用層面廣泛，非常有利於CMOS

23、!品的普及，CMO不但體積小，耗電量也只有 CCD勺1/10,售價(jià)也比CCD便宜1/3，畫質(zhì)已 接近低階解析度的CCD國(guó)內(nèi)相關(guān)業(yè)者已開始採(cǎi)用 CMO替代 CCD我們整理了CCD與 CMO特性的比較表，如表2所示表2 CCD與CMO影像感測(cè)器的特性比較CCDCMOS可達(dá)解析度（Pixel）3 M1.5 M影像品質(zhì)優(yōu)異良好畫素大?。ㄚ鄊）2-67-20雜訊瓶頸無八、尚需進(jìn)步克服價(jià)格USD$1050USD$815系統(tǒng)整合晶片組單晶片暗電流(pA/cm2)10301001000耗電量100s of mW10s of mW電源供給多電壓軸(-8 V15V )單一電壓（5 V影像感測(cè)元件市場(chǎng)應(yīng)用範(fàn)圍廣，涵

24、蓋消費(fèi)、商業(yè)、工業(yè)等領(lǐng)域。1998年CCD與CIS影像感測(cè)元件市場(chǎng)總產(chǎn)值為7億美元，其中CMO產(chǎn)值為3,200萬美元， 佔(zhàn)4.57%預(yù)估至2002年，市場(chǎng)佔(zhàn)有率高達(dá)84 5%，根據(jù)臺(tái)積電的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯 示，從1999年至2004 年, CMOSmager Sensor每年的複合成長(zhǎng)率都將超過 25% CMO影像感測(cè)器目前採(cǎi)用以掃瞄器、數(shù)位相機(jī)、PC Camera等產(chǎn)品為大宗，線型CMO以掃瞄器為主；面型CMOSU以PCCamera數(shù)位相機(jī)為主。目前，在 35 萬像素以下的CMO品質(zhì)已相當(dāng)接近CCD而且體積比CCD、。在PC Camera上 動(dòng)態(tài)影像的截取，對(duì)影像品質(zhì)要求不似靜態(tài)的數(shù)位相機(jī)高，35

25、萬像素的品質(zhì)就可以被接受，業(yè)者採(cǎi)用CMOS勺比例已開始增加。雖然，CMOS感測(cè)器發(fā)展只有2、3年時(shí)間，在品質(zhì)上仍難與 CCC媲美，但 是，CMOS終將會(huì)取代CCO成為主流，只不過是時(shí)間的問題，但 CMO欲成市場(chǎng) 主流，需克服的最大的問題是品質(zhì)。就目前而言，較高畫素的CMO感測(cè)器，面臨到感度、S / N比不足等問題，影像品質(zhì)無法與 CCDS測(cè)器相比，以目前的條 件，CMO感測(cè)器要普遍應(yīng)用在130萬像素以上數(shù)位相機(jī)市場(chǎng)，時(shí)機(jī)尚未成熟。CMOS之所以受到業(yè)者青睞，與CCD相較之下，CMOS是標(biāo)準(zhǔn)製程，可利用現(xiàn) 有的半導(dǎo)體設(shè)備，不需額外的投資設(shè)備，且品質(zhì)可隨著半導(dǎo)體技術(shù)的提升而進(jìn) 步，同時(shí)，全球晶圓廠

26、的CMO生產(chǎn)線較多，日後量產(chǎn)時(shí)也有利於成本的降低。 另外，CMOS測(cè)器的最大優(yōu)勢(shì)，是它具有高度系統(tǒng)整合的條件，理論上，所有 數(shù)位相機(jī)的功能，都可整合在同一晶片上，降低數(shù)位相機(jī)生產(chǎn)成本。由於CCD長(zhǎng)久以來由日商所掌握，國(guó)內(nèi)若要建立自主性高的數(shù)位影像產(chǎn)業(yè)， 關(guān)鍵零組件的掌握是相當(dāng)重要的，因此有望取代CCD勺CMOS!成為臺(tái)灣的一大機(jī)會(huì)。目前國(guó)內(nèi)廠商除了積極爭(zhēng)取數(shù)位相機(jī)市場(chǎng)機(jī)會(huì)外，已有多家廠商投入CMOS 的設(shè)計(jì)與生產(chǎn)，我國(guó)廠商十分適合發(fā)展的 PC Camera及其他CMO感測(cè)器應(yīng)用產(chǎn) 品，實(shí)不宜在CMOS勺產(chǎn)業(yè)中缺席。臺(tái)積電目前以O(shè).35微米製程進(jìn)行CMOS Image Sensor的代工，每月對(duì)

27、於6 吋晶圓產(chǎn)能的需求約寫2,OOO多片左右，臺(tái)積電並表示，將在 2000年第四季開始進(jìn)行O. 25微米製程的小量試產(chǎn)。不過，對(duì)於目前有多少晶圓代工產(chǎn)能是供應(yīng)CMOS Image Senso所需。臺(tái)積電不願(yuàn)明確說明，僅表示每月約有數(shù)千片6吋晶圓左右。B-(3) 未來CMOS Senso的發(fā)展趨勢(shì)低階數(shù)位相機(jī)採(cǎi)用CMO替代 CCD比重日增以PCCamera為例，由於寬頻網(wǎng)路逐漸普及，視訊溝通及家庭網(wǎng)路化將成為 趨勢(shì)，促使PC Camera市場(chǎng)明顯成長(zhǎng)。目前PC Camera市場(chǎng)中，絕大多數(shù)是25 萬及35萬像素，PC Camera所用的感測(cè)器，CCD的佔(zhàn)有率仍高於CMOS2000 年CMO感測(cè)器

28、的機(jī)會(huì)，主要是在低階的應(yīng)用上，例如：數(shù)位相機(jī)、PCCamera保全用監(jiān)現(xiàn)攝影機(jī)、汽車後照鏡等。日本廠商儘管壟斷CCDS測(cè)器市場(chǎng)， 但對(duì)於CMO感測(cè)器市場(chǎng)未來的潛力也不敢忽視。在1998年，國(guó)內(nèi)數(shù)位相機(jī)廠商尚未使用 CMO為影像感測(cè)器，到了 1999年 臺(tái)灣廠商所主產(chǎn) 35萬畫素的數(shù)位相機(jī)產(chǎn)品中，已經(jīng)有 15. 5%的產(chǎn)品比率開始使 用CMO感測(cè)器，例如：普麗光電所推出的35萬畫素低階數(shù)位相機(jī)，即採(cǎi)用進(jìn)口 HP的CMQS該公司表示，如採(cǎi)用國(guó)產(chǎn)CMO影像感測(cè)器將可再進(jìn)一步降低成本。300萬畫素?cái)?shù)位相機(jī)也開始採(cǎi)用 CMO感測(cè)器Canon於2000/5/18日發(fā)表一款300 萬畫素?cái)?shù)位相機(jī)，該相機(jī)使用

29、325萬畫素的CMO感測(cè)器，實(shí)際有效畫素311萬，預(yù)計(jì)於 2000年9月正式上市。讓業(yè)界震驚的是這款新型相機(jī)採(cǎi)用的是 CMO感測(cè)器，打 破了目前百萬像素以上相機(jī)皆使用 CCD感測(cè)器的局面，使CCD與CMO感測(cè)器的 競(jìng)爭(zhēng)狀況有了新的發(fā)展。發(fā)展超高畫素CMO感測(cè)器相機(jī)的原因分析簡(jiǎn)單來說，CMOS感測(cè)器雖然價(jià)格較便宜，且其耗電量?jī)H為 CCD勺1/10， 但一般來說畫質(zhì)較差，百萬畫素以上的咼階產(chǎn)品仍是 CCE感測(cè)器的天下。雖然國(guó) 際大廠如HP等不斷發(fā)佈正在研究百萬像素以上的高階 CMO感測(cè)器的消息，但目 前尚未有正式量產(chǎn)的消息發(fā)佈。而Sony、Sharp及Panasonic 直掌握CCD感測(cè)器的供貨，

30、這幾家大廠本 身皆有開發(fā)數(shù)位相機(jī)，雖然並未刻意控制 CCD貨源予其他競(jìng)爭(zhēng)者，但面對(duì)全球數(shù) 位相機(jī)的出貨日增，CCD勺供貨仍不穩(wěn)定。對(duì)Canon而言,關(guān)鍵零組件控制在主 要競(jìng)爭(zhēng)者手中當(dāng)然不是滋味。因此，Ca non便積極發(fā)展高畫素的CMO感測(cè)器相機(jī)，是理所當(dāng)然的事。 Canon 跳過 1 00萬畫素的技術(shù)瓶頸，直接攻入 300萬超 高畫素的市場(chǎng)，除了展現(xiàn)其身為數(shù)位相機(jī)大廠的技術(shù)能力外，對(duì)其他競(jìng)爭(zhēng)者 的示威作用亦相當(dāng)明顯 。事實(shí)上，除了 Canon、Toshiba 等數(shù)位相機(jī)大廠進(jìn)行 CMOS 感測(cè)器的開發(fā)外，SONY Sharp等大廠也積極開發(fā)CMO產(chǎn)品，以掌握其影像 感測(cè)器領(lǐng)導(dǎo)供應(yīng)商的地位。高

31、階數(shù)位相機(jī)採(cǎi)用CMO感測(cè)器的障礙尚未解決自1999年下半年起，HP、Hyundai、VVL及泰視等廠商相繼發(fā)表 VGA的CMO感測(cè)器後，2000下半年製造廠商將大量使用 CMO感測(cè)器作為低階35萬畫 素的標(biāo)準(zhǔn)元件，而在100萬以上畫素相機(jī)方面，CMOS感測(cè)器仍必須克服兩個(gè)難 題：一是當(dāng)晶片整合所有元件之後，由於電流必須再放大，雜訊 （noise） 將難免 增加，而不論用什麼方法解決這個(gè)問題，都將增加設(shè)計(jì)的複雜度與成本，此時(shí) CMO並沒有成本的優(yōu)勢(shì)。另一難題是在 CMO感測(cè)器中，因?yàn)樵黾恿艘恍╇娐罚?每一畫素的感光區(qū)域僅為CCD勺30 %，造成其在昏暗光線下拍攝時(shí)感光品質(zhì)較 差，在要求品質(zhì)的百萬

32、畫素以上市場(chǎng)中難以被接受。因此為維持感光度，百萬畫 素以上的CMOS測(cè)器，很難像CCD宿小每一畫素的SIZE，因此，CMOS感光區(qū) 域面積較CCD為大，如此相對(duì)應(yīng)的鏡頭面積也必須放大。鏡頭面積愈大，成本愈 高，使用CMO感測(cè)器成本上優(yōu)勢(shì)更將不存在。此點(diǎn)可從Canon使用高達(dá)25mm勺鏡頭做為其相機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)鏡頭，而非一般數(shù) 位相機(jī)使用的6mm的鏡頭可看出。Canon宣稱其已開發(fā)出減少雜訊的技術(shù)，但 是否為犧牲成本所換來的結(jié)果無法得知，由於 Canon本有優(yōu)良的鏡頭技術(shù)，其使 用超大的EOS鏡頭反而是產(chǎn)品的賣點(diǎn)（EOS是 Canon的鏡頭品牌，在專業(yè)傳統(tǒng)相 機(jī)市場(chǎng)中知名度頗高）。綜合來說，Canon

33、似乎真正掌握了百萬以上畫素之 CMOS 感測(cè)器技術(shù)，但CMO相機(jī)能否繼續(xù)保持成本的優(yōu)勢(shì)，則是未來 CMO能否真正進(jìn) 入 100 萬畫素以上高階相機(jī)市場(chǎng)的關(guān)鍵。結(jié)語根據(jù)美國(guó)市調(diào)機(jī)構(gòu)In-Stat的調(diào)查，目前，CMO感測(cè)器的最大市場(chǎng)仍然是 玩具市場(chǎng)，但是在PCCamera與數(shù)位相機(jī)的市場(chǎng)規(guī)模，公元 2000年CMOS!估在 數(shù)位相機(jī)市場(chǎng)之滲透率將達(dá)45%與28O萬套的市場(chǎng)規(guī)模，PC Camera更將在兩 年內(nèi)成長(zhǎng)為 2,000 萬套的數(shù)量。CMOS 影像感測(cè)技術(shù)已成為我國(guó)未來 5年的策略重點(diǎn)發(fā)展技術(shù)，以促進(jìn)臺(tái)灣 視訊攝影機(jī)、保全、數(shù)位相機(jī)等產(chǎn)業(yè)升級(jí)，臺(tái)灣電子資訊產(chǎn)業(yè)在政府政策配合與 業(yè)界共同努力下

34、，已建構(gòu)為完整產(chǎn)銷體系，成為國(guó)內(nèi)高科技發(fā)展的主體，然而長(zhǎng) 期以來缺乏高階關(guān)鍵零組件的設(shè)計(jì)能力 。特別是由於面型影像感測(cè)元件設(shè)計(jì)與製 造技術(shù)的缺乏，使得我國(guó)數(shù)位影像輸入產(chǎn)業(yè)（例如：數(shù)位相機(jī)、視訊電話、 PC Camera ）與監(jiān)視攝影機(jī)產(chǎn)業(yè)（如保全監(jiān)視系統(tǒng)）一直停留在組裝代工的階段。未來，CMOS廠商也將相繼發(fā)表100萬畫素的CMO感測(cè)器，而由於CCD勺 產(chǎn)能提昇耗費(fèi)資源較大，不似CMOS!需改變部份DRAM的製程即可擴(kuò)充產(chǎn)量，屆 時(shí)CCDS測(cè)器可能仍處?kù)度必洜顟B(tài)。因此不論 CMO感測(cè)器先天上擁有價(jià)格便宜 及省電的優(yōu)勢(shì)能否被保留 ，相信短時(shí)間內(nèi)都能很快的佔(zhàn)有一席之地 。但長(zhǎng)期來說， CMO能否在

35、百萬畫素以上市場(chǎng)攫取關(guān)鍵地位，則尚在未定之天。對(duì)國(guó)內(nèi)有意發(fā) 展1OO萬畫素以上數(shù)位相機(jī)的廠商而言，在等到真正擁有優(yōu)勢(shì)的高畫素CMO感測(cè)器發(fā)表之前，仍採(cǎi)用CCD感測(cè)器的方向進(jìn)行研發(fā)準(zhǔn)備，似乎還是比較保守的作法。五：數(shù)位相機(jī)的趨勢(shì)1. 解析度的未來趨勢(shì)數(shù)位相機(jī)的解析度比不上傳統(tǒng)相機(jī) ，這句話時(shí)常在喜愛數(shù)位相機(jī)，或是對(duì) 想採(cǎi)購(gòu)數(shù)位相機(jī)的朋友之中形成難以抹滅的顧慮 ，但是這句話在現(xiàn)在可能已經(jīng)不 是很正確了，該怎麼說呢 ？其實(shí)從數(shù)位相機(jī)的進(jìn)步上就可以看出一些端倪。數(shù)位相機(jī)的解析度從最早期的 30 萬像素，隨著時(shí)間的演變而進(jìn)步著，目前 一般市場(chǎng)上可以看到最高等級(jí)的數(shù)位相機(jī)，已經(jīng)有超越 400萬像素的優(yōu)異解

36、析 度。這個(gè)成長(zhǎng)拜科技進(jìn)場(chǎng)與光學(xué)技術(shù)的成長(zhǎng)所賜。各位如果有關(guān)心數(shù)位相機(jī)的發(fā) 展，就可以瞭解，前年年中到去年底，數(shù)位相機(jī)是以 200萬像素為主流商品，到 了今年開始。堂堂邁入 300萬像素的等級(jí)，甚至已經(jīng)有廠商推出了 4百萬像素等 級(jí)的數(shù)位相機(jī)。今天不論這樣的等級(jí)採(cǎi)用何種方式達(dá)成 (或許是採(cǎi)用插補(bǔ)點(diǎn)的技 術(shù)，或許是 CCD 內(nèi)部感光元件採(cǎi)用另外一種蜂巢式排列而達(dá)到高解析度目的 )， 都表明了數(shù)位相機(jī)將會(huì)慢慢的追上傳統(tǒng)相機(jī)可以達(dá)到的良好解析度。2. 儲(chǔ)存媒體的未來趨勢(shì)在前文提過，數(shù)位相機(jī)所拍攝下來的影像，早期是以使用記憶卡的方式作為 儲(chǔ)存媒體，但是隨著技術(shù)的進(jìn)步 ，在單一體積上的儲(chǔ)存容量隨之增大

37、，舉例而言， CF(Compact Flash)卡(在MI-2電影中，湯姆克魯斯所使用的數(shù)位相機(jī)就是採(cǎi)用 這種儲(chǔ)存媒體，不過該部數(shù)位相機(jī)並不支援動(dòng)畫影像錄製，在電影中被誇張的表 現(xiàn)了)已經(jīng)有256MB的產(chǎn)品推出，另外一種常用的 SM(Smart Media)卡目前也 有 128MB 的容量。但數(shù)位相機(jī)儲(chǔ)存的未來發(fā)展，不再只是在 CF與SM卡的容量上著墨，各種 樣式的儲(chǔ)存方式也陸續(xù)出籠。舉例來說， SONY 公司就推出了新的儲(chǔ)存媒體Memory Stick，外型類似於隨身聽所使用的充電片，容量最大有128MB。此儲(chǔ)存媒體不只是使用在SONY所推出的數(shù)位相機(jī)中，還可以應(yīng)用在IA家電、 Digita

38、l Video CAM 等。還有一種儲(chǔ)存媒體，也就是十分受到注目的迷你硬碟 IBM MicroDrive，這是採(cǎi)用CF TYPEI的傳輸介面，但是擁有340MB容量的硬碟，在未來這款小 硬碟將會(huì)達(dá)到 1GB 甚至更高的容量，以這樣大的容量，迷你的體積，當(dāng)然不可 能只應(yīng)用在數(shù)位相機(jī)上面，凡舉數(shù)位攝影機(jī)、Palm Hand-Held PC或是Palm SizePC,都有可能應(yīng)用到，甚至是未來的行動(dòng)電話、IA家電產(chǎn)品也是有可能出現(xiàn)的 喔!3. 功能性的加強(qiáng)趨勢(shì)雖然數(shù)位相機(jī)是屬於相機(jī)的一種，但是各家廠商並不以追求高解析度為自 滿、這句話該怎麼說呢？嗯 ! 我們這樣說好了，就像是汽車一般，當(dāng)科技越來越

39、進(jìn)步，大家開始講究的並不是這部車可以跑多快的速度，而變成講究?jī)?nèi)裝的舒適 度、行駛的穩(wěn)定度與各種電子化配備，也就是說，當(dāng)一項(xiàng)產(chǎn)品被需求的功能已經(jīng) 滿足了使用者之時(shí)，若不在產(chǎn)品的附加價(jià)值上做變化，便很難提升其在市場(chǎng)的競(jìng) 爭(zhēng)力。這樣的理論拿到數(shù)位相機(jī)市場(chǎng)也可以適用 ；由於數(shù)位相機(jī)的解析度關(guān)鍵技術(shù) 成長(zhǎng)快速，在短短的幾年之間就從 30萬畫素的解析度提升到400萬像素以上， 當(dāng)解析度的要求已經(jīng)可以達(dá)到一般使用者的需求之時(shí) ，接下來的就是擴(kuò)充數(shù)位像 機(jī)本身的附加功能。舉例來說，增加數(shù)位相機(jī)可錄音功能，讓拍攝者可以隨著拍攝的場(chǎng)景記 錄下一些提示的話語，這樣在製作相片光碟時(shí)可以有更多樣的變化，而且錄音記 錄也可以提醒操作者當(dāng)時(shí)的拍攝情形。另外目前比較多見的就是可錄影 功能，也就是說數(shù)位相機(jī)本身具有錄 製動(dòng)態(tài)影像的基本功能，雖然所得到的影像並不像 V-8或是DV-8這樣的清晰， 但也是可以應(yīng)付一般短時(shí)間的動(dòng)態(tài)攝影 ，只不過數(shù)位相機(jī)本身的記憶媒體起碼要 32MB以上，錄製的時(shí)間才會(huì)比較長(zhǎng)，建議是以 64MB除了可以錄音或是錄製動(dòng)畫影像之外 ，數(shù)位相機(jī)也有朝向類似傳統(tǒng)