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CCD ISO 感光能力 |
使用 CCD 作為感光元件的數位相機,無法像傳統相機一樣選擇底片來換成較高(ISO 1600)或較低(ISO 50)的感光能力。一般消費級數位相機通常具有相當於 ISO 100∼120左右的感光能力。新技術的進步,讓 CCD可以擁有媲美高感度底片之 ISO 1600 的感光能力。CCD 提高 ISO 的能力通常分為韌體和軟體處理上的設計,例如:簡化來自特定區域 CCD上的畫素信號來提高 ISO 表現(因為CCD無法在物理上增大感光面積,只好聯合矩陣在處理上『模擬』大感光面積的方式,所以ISO 越高就必須相對的降低解析度 - 見下圖),但這也相對的降低了影像的色調範圍。而軟體處理則是根據數據運算,取得合理的曝光表現,但通常也會伴隨著雜訊的產生。

同樣,數位相機最大的ISO值主要是取決於最低的可接受的信噪比(S/N)。克服 S/N 的最大關鍵乃是位於 CCD 元件中的『電極暗電流 - Black level』電荷。暗電流是指在沒有入射光的情況下CCD所仍具有之電荷量,理想的CCD其暗電流應該是零,但部分游離電荷會殘存在電極之間,導致沒有光線下CCD還是『感應』到些許的『電荷』存在,形成了『看到了』的雜像!S/N的強度還會隨溫度增高而增加(每增加 10℃,S/N可能增加 1倍)。因此,在連續使用數位相機過久的情況下,機體溫度過熱會導致畫面的雜訊增加。

另一方面,曝光過度也會使景物較為明亮區域的CCD帶有過量電子。一般來說 CCD 會忠實的反應其結果,就是曝光過度的白光!。不過,在極端情況下,CCD的電子會滲進鄰近的電極當中,導致數位影像拖出長白光跡或變色光影。
CCD 色調範圍與時脈運行 |
在準確地曝光下,CCD將比正片更能捕捉到寬廣的影像色調範圍。一個普通的 CCD 可以記錄 250:1(8級光圈)左右的高反差場景。高檔的 FF CCD 系統則可處理近1000:1的色調範圍。不過,最終輸出在相紙上的影像大約僅能再現出 32:1或5級光圈的色調範圍。
除了 CCD 色調處理範圍外,時脈運行也是控制 CCD 一個很重要的環節。我們本篇文章的(上)集中提過,CCD 的三種運作原理,在 IL 系列的CCD 中電荷必須透過暫存器的轉移,才能運送至放大器重新計算這些電荷資訊,變成實際的數位影像。這個過程主要是透過 CCD 的時脈(Cloxking)運行控制,主流設計大致分為三種:4、3、2相位(Phase)。

當光線照射CCD產生電子和電洞(如2.),並在上層的導電閘施以正電+V後,電子會集中在SiO2和Si之間。施電壓後儲存電子會進行排列,(如3.),當L1被施以正電壓時,L2和L3為零電壓時,電子會集中在Gate閘下。當掃瞄(Scan)訊號到達L2時,L1仍保持Vg,L3仍為零,此時電子平均分佈在
n/p Gate 之間。之後,重設訊號(Reset)到達,使L1恢復為零,電子就集中在
p Gate 下方。直到掃瞄訊號到達L3,p Gate
下的電子由左至右經由傳導,抵達輸出端。在掃瞄訊號到達L3後,下一輪的重設訊號又會將L3恢復為零,新週期又重新開始。此為「三階段法」(three-phase),電子要到達輸出端必須要經過三階段:L1=Vg, L2=0, L3=0
/ L1=Vg, L2=Vg, L3=0 / L1=0, L2=Vg, L3=0
。同樣的二階段和四階段法,作用大致相同。

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