CMOS真的不好嗎？
Kodak DCS Pro 14n、Canon全系列數位機身接採用了高效能的CMOS影像感測
器，說明了CMOS感測器可以產生卓越的影像品質。而在幾年前，大家都認為根本
不可能；當時 CCD主導著專業照相機的領域，而且是公認唯一能夠產生專業品質
影像的感測器。
專業數位相機現在主要都採用 CCD感測器，只有少數例外。這一類感測器已
經證實為非常適合專業用途，而且以許多種形式推出。最常見的是全格(Full
Frame)和線性(Interline)CCD。這些裝置由於在效能特性上已經得到證實，因此
普遍用在專業照相機的領域中。 CCD雖然有著非常優異的影像處理效能，卻也需
要精密而電力需求極大的電子線路來操作。這些電子線路也因為 CCD沒有辦法在
感測器當中內嵌支援的電路而佔用了相當大的相機內部空間。 CCD的製造成續沒
有辦法用來和CMOS這類今日大多以矽為基礎的電子元件的標準製造流程相容。由
於 CCD是電荷偶合設備，是以每個像素的電荷變化來得到讀數，因此需要非常可
觀空間和電力需求的外部計算電子元件。不過由於讀數結構非常繁複，因此這種
設備的功能極為有限。最低限度是， CCD是很優異的影像處理設備，但使用彈性
不大，而且所能提供的功能不多。
CMOS感測氣勢以標準的CMOS矽處理方式製造，因此元件當中可以包含支援的
電子電路。某些CMOS感測器甚至內嵌類比數位轉換器，大大將低了相機的空間和
電力的需求（這也是為什麼使用CMOS的相機會較 CCD省大幅電力的原因）。此外
，CMOS感測器具有獨特的特性，可以簡化影像處理的過程：每一個像素內部光線
打在感光二極體上所產生的電荷會直接轉換成可用的電壓。因此，讀取的流程只
要用傳統的CMOS電晶體和放大器就可以。這樣可以擁有直接在元件上再次取樣以
及定點讀數等特別的功能。
CMOS感測器雖然具有很多很好的功能，但也有一些需要特別注意的地方。其
一是它具有固定型態的雜訊。由於CMOS感測器在像素當中和其他讀取次系統的地
方運用電壓放大器，而並非所有像素對明暗訊號的反應都完全相同。因此影像會
產生一種固定型態的紋路；好的方面來看，它是固定的。因為這種紋路在每一個
影像都一樣，因此可以使用影像處理技巧來去除。如 Kodak DCS Pro 14n的CMOS
感測器就運用了一種內嵌的固定紋路雜訊消除線路，會在讀取影像之前先把這些
固定紋路消除到僅剩下0.14％。影像儲存之前此相機內部的 DSP處理器會將此紋
路雜訊完全消除。
過去CMOS感測器讓人連想到不良的動態範圍和極低的 ISO範圍。這種想法是
來自於CMOS當初是針對非常低階的影像用途（如玩具、視訊攝影機等）而設計開
發，並不需要很好的影像品質，但成本必須很低（玩具）或體積必須很小（偵測
用途）。CMOS在這些用途當中表現得極為稱職。不過，在此同時，很多科技公司
也把CMOS感測器拿來作為較高階的用途。CMOS之所以被認為可以拿來和 CCD的主
導地位相抗衡的原因在於像素可以設計得較大（ ISO和動態範圍提高），而且可
以用非常大的尺寸來製造，適合在專業相機內使用。如 Canon 1Ds的CMOS就採用
全片幅的大小（同35mm底片大小），提供了高達一千一百萬像素的解析度，更沒
有焦長放大倍率的問題。
再拿Kodak DCS Pro 14n（以下簡稱14n）來看。 14n的效能規格可以直接和
類似像素大小的 CCD比較。 14n的動態範圍是69dB（大約是11.5 bit）。從用於
Kodak DCS 760數位相機的Kodak KAF-6302 CCD感測器規格表看來，其動態範圍
是69dB（最低值）。 14n的 ISO範圍是80-800，凌駕 DCS 760的80-400。 14n的
感測器的影像處理能力還有一些地方超越 DCS 760當中所使用的 CCD：那就是在
亮部的 Anti-Blooming、藍光頻道反應、讀取速度（片格速度）以及較低的電力
需求等方面。
總之，廠商看到CMOS感測器在專業影像處理領域方面的用途已經有一段時間
，不但具有專業的影像品質，同時也讓數位單眼相機的效能、功能以及售價方面
樹立了新的標竿。
--
※ 發信站: 批踢踢實業坊(ptt.csie.ntu.edu.tw)
◆ From: 140.112.242.103