聊聊那些色彩繽紛的相機技術（感光件篇）
又到了一週一次的舍長覓食的時間啦~哦不，是推文時間。
最近舍長突發奇想，數碼相機發展了幾十年，期間各個廠商在探索過程中，研究了不少又好玩又神奇的法術，哦不，是技術。雖然其中不少在今天已經被淘汰掉了，但是並非毫無可取之處，且光是這探索過程就非常令人欣賞和感動。
所以舍長想做這樣一個系列，與舍友們分享那些有趣的知識與體驗。
這期咱們就先從相機的成像核心——感光件的技術開始聊起吧~
世界上最早的印像紙，是1802年的英國人維丘德發明的。他用硝酸銀塗抹在紙上感光形成映像，但是實際上真正可用的快速攝影術，則是法國人達蓋爾於1839年發明的。
他使用碘化銀的銅板曝光，然後蒸以水銀蒸氣，並用普通食鹽溶液定影，就能形成永久性影像。
再後來，達蓋爾根據此方法製成了世界上第一臺照相機。他的照相機與今天我們使用的照相機基本類似，由鏡頭、光圈、快門、取景器和暗箱等部分組成，光線透過鏡頭在底板上成像僅需15分鐘，相比之前需要耗費數小時且無法長期保存的攝影方法，可以說是巨大的革新了。
再到後來，人們在實踐中又把碘化銀換成了溴化銀，溴化銀換成其他鹵化銀，成像速度越來越快，出片流程也越來越簡單。
1878年，當美國的喬治·伊斯曼站在他發明的乾片膠捲上揮舞起柯達的旗幟時，人類攝影技術便大步邁向了膠片時代。
說到這裡，舍長不得不說說喬治·伊斯曼這隻大佬了。
他於1878發明瞭乾式膠捲，讓攝影變得輕巧且優雅，創建了柯達公司，並帶領著TA成為了膠片製造業的巨頭。
而同樣是柯達公司，在1975年首次發明瞭數碼相機，卻因為擔心影響自己的膠片業務而始終輕視這個市場，最終在數碼時代倒下，於2013年宣佈破產。
是不是聽起來有些許淡淡的心酸_(:з」∠)_
言歸正傳，咱們就來看看柯達的第一臺數碼相機，來感受一下歷史沿用最最最久的CCD感光件技術~吧。
這臺Emmmm...是柯達1975年設計的數碼相機原型，使用磁帶作為存儲介質，用的是最高1萬像素的CCD黑白感光元件，拍完一張照片、寫入數據的時間就要長達23秒。拍好以後需要把磁帶拿下來，接上電視纔能夠回放照片。
CCD感光件全稱叫CHARGE COUPLE DEVICE（電荷藕合器件），提到這個CCD啊，就不得不講講另一種名叫CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor即互補金屬氧化物半導體）的感光件了。
往前追溯個10年，正好是各個品牌更新換代的節點。當時有很多新上市的品牌機型採用了CMOS。但是使用CCD感光件的老機型還在銷售，譬如賓得的KX和KM，以及尼康的D3000和D3100，所以當時相機圈子裡討論最多的也是CCD和CMOS之間的區別好壞。
那麼CCD和CMOS比起來究竟差點啥呢？為啥今天的機器基本都放棄了CCD而改用CMOS作為感光元件呢？
實際上，CCD和CMOS兩者本質都是利用感光二極體進行光電轉換，將影像轉換為數字信息。但他們的主要差異則在數字信號傳送方式的不同。
CCD感測器每一行中，每一個像素的電荷信號都會依序傳送到下一個像素中，由最底端的部分輸出，再經由感測器邊緣的放大器進行放大；
而在CMOS感測器中，每個像素都會連接一個放大器及模/數轉換電路，用類似內存電路的方式將信號輸出。
造成這種差異的原因，在於CCD採用電荷傳遞的方式傳輸信息，這種特殊製程可保持信號在傳輸時不會失真，因此各個像素的信息可集合至邊緣處再做放大處理；而CMOS採用一般半導體電路最常用的CMOS製程，可以輕易地將周邊電路（如AGC、CDS、Timing generator或DSP等）整合到感測器晶元中。
但這樣單像素有效面積就會變小，數據在傳送較長的距離時會產生雜訊，因此必須先行放大每個像素點的信號再整合各個像素的數據傳輸。
由於CCD是所有像素點統一放大信號，而CMOS是各個像素點各自放大信號，因此在圖像還原性能和失真控制精確度上，CCD是優於CMOS的。
但是為啥目前在主流民用相機領域，CCD還是被CMOS取代了呢？
說一千道一萬，其實就是一句話：
CCD成本太高...
真實吧...
大家可以注意上圖，左邊是CCD，右邊是CMOS，是不是一個看起來很墨跡，一個看起來很簡約？
是的，CCD很麻煩，由於CCD採用電荷傳遞的方式傳送數據，只要其中有一個像素不能運行，就會導致一整排的數據不能傳送，因此控制CCD感測器的成品率比CMOS感測器困難許多，所以製造成本就很高；
再加上CCD本身發熱量大容易產生熱噪點影響高感性能，要克服這些問題所花費的研發成本也很高昂，而CCD一直強調的精準度在民用市場的實際需求並不是很高，民用市場真正在乎的是產品的通用性和耐用性以及能不能便宜到讓大家都能享受的低價便捷性，因此，更便宜且更通用的CMOS便成為了當今的主流，再配合上越發優質的圖像處理演算法，CMOS在今天的民用相機領域總體表現比當年的CCD要優越得多。
襠燃啦，CCD目前也並非無用武之地，在要求更精準的專業領域，譬如天文觀測、工業製造等領域，帶有高效降溫或者高速快門的CCD相機仍然是主流。
BUT，傳統的CCD與CMOS在性能表現上畢竟各有優劣，有的廠家希望能夠結合二者所長，因此並不想走尋常路，便產生了一些好玩的技術。
譬如富士的SUPER_CCD...
TA是一種改良過的CCD。傳統CCD中的每個像素由一個二極體、控制信號路徑和電量傳輸路徑組成。而SUPER CCD則採用蜂窩狀的八邊二極體，原有的控制信號路徑被取消了，只需要一個方向的電量傳輸路徑即可，感光二極體就有更多的空間，單位像素的面積要比傳統的CCD大。
將像素旋轉45度排列的結果是可以大大減小對於拍攝無用的冗餘空間，光線集中的效率更高，效率增加之後使感光度、信噪比和動態範圍都有所提高。
當年富士發布使用該感光件的FinePix S3，更是當時世界上少有的使用同一感測器實現實時取景的數碼單反（即可以用屏幕取景）。
但因為比起CMOS的研發成本，SUPER CCD的工藝研發成本更要高得多。所以富士在2011年停產了搭載SUPER CCD的機器。
So...在自（Pang）主（Men）創（Zuo）新（Dao）的路上，至今還在活蹦亂跳的僅剩兩隻，一隻叫Foveon X3，一隻叫Live MOS。
Foveon X3，實際上是一種改良過的CMOS，傳統的CCD和CMOS只能感應光線強度，不能感應色彩信息，需要通過濾色鏡來感應色彩信息，我們稱之為拜耳濾鏡。
而Foveon X3在一個像素則上通過不同的深度來感應色彩，最表面一層感應藍色、第二層可以感應綠色，第三層感應紅色。它是根據硅對不同波長光線的吸收效應來實現每個像素都能感應全部色彩信息，因此畫風很像早年的膠片相機，目前這種感光件在適馬的SD和DP系列相機上都在使用。
Live MOS，還是一種改良後的CMOS，由松下和奧林巴斯共同研發，Live MOS號稱既有CCD成像效果好的優勢，同時也具備了CMOS非常省電的特性。
其實原理並沒有宣傳的那麼玄乎上，上文舍長也說了，傳統的CMOS因為單個像素集成的元件比較多，所以可以有效感光的面積就比CCD小。
而Live MOS實際上是CMOS的設計工藝簡化版，它在保持CMOS各個像素功能不變的情況下，減小了周邊元件的體積，把單個像素的有效感光面積提高到了CCD的水平，但是因為工作原理還是和CMOS基本一致，所以就會比較省電。
由於松下和奧林巴斯的相機使用的M4/3畫幅本身就比較小，使用Live MOS這種感光件能夠儘可能的在面積不足的情況下彌補畫質上的損失，然後就沒有然後啦~
舍長提到的這些技術，有一些現在已經不常使用了，大家如果感興趣想體驗，可以在網上感受一下搭載這些感光件的老機器拍攝出樣張，或者試著刨臺老機試試水感受一下。
畢竟任何東西都會有壞掉的一天，舍長覺得，倘若都能夠親手試試這些有口皆碑的經典機器，也可謂是一種極其不錯的體驗。
還是那句話，公眾號就作為我寢舍友們的預覽小窩使用，舍長會在公眾號上首發文章；知乎的話因為方便改動，會晚幾天補充點細節再發，所以追求嘗鮮的月半友可以關注一下氪機舍的公眾號，不著急嘗鮮的關注我們知乎帳號也可
聊聊那些色彩繽紛的相機技術（感光件篇）
覓食去啦(????)??
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