圖像傳感器的連接和圖像流水線的詳細分析

　　當今數碼照相機基本都是基于電荷耦合器件（CCD）或 CMOS 傳感器技術。這兩種技術都能將光信號轉換為電信號，但它們的轉換方式不同。在 CCD 組件中，由數百萬光敏像素組成的陣列覆蓋在 CCD 傳感器的表面。在傳感器曝光后，首先 CCD 的末端讀出覆蓋整個 CCD 像素陣列上的累積電荷，然后經模擬前端（AFE）芯片或 CCD 處理器數字化。另外一種傳感器，CMOS 傳感器可直接將每個像素單元的曝光程度數字化。通常，CCD 具有最高的圖像質量和最低的噪聲，但是其功耗較高。CMOS 傳感器容易制造并且具有低功耗特性，但是其圖像質量較低。部分原因是因為位于每個像素的晶體管容易阻擋到達像素的部分光信號。然而，如果在質量競爭過程中與 CCD 比價格，那么 CMOS 具有優(yōu)勢，并且目前采用 CMOS 傳感器的中擋數碼照相機的數量越來越多。無論數碼照相機內部采用哪種傳感器，傳感器陣列的所有像素都需對灰度等級靈敏——從全暗（黑）到全亮（白）。對灰度等級敏感程度被稱為“比特深度”。因此，8 bit 像素可區(qū)分 28 或 256 個灰度梯度，而 12 bit 像素可區(qū)分 4096 個灰度梯度。分層的整個像素陣列是一種將每個像素分為幾個對顏色敏感的“子像素”的濾色鏡。這種安排允許測量每個像素單元不同顏色的成分。因此，每個像素單元的顏色可看作是紅色（R）、綠色（G）和藍色（B）通道光的成分以加法方式疊加的總和。比特深度越高， RGB 空間能產生的顏色越豐富。例如，24 bit 顏色（R、G 和 B 每通道為 8 bit）可產生 224 或 1，670 萬種離散的顏色。為了恰當地表示彩色圖像，每個像素單元，每個傳感器需要 3 種顏色采樣——最通常是 R，G 和 B。然而，為每個數碼照相機配備 3 個單獨的傳感器并不是經濟有效的解決方案（雖然最近這種解決方案變得比較實際）。而且，當傳感器的分辨率增加到 5 百萬～1 千萬像素時，就會需要一些圖像壓縮格式防止為每個像素單元需要輸出 3 個字節(jié)（或更壞情況下，對于更高分辨率的傳感器，還會需要輸出 3 個 12 bit 字）。不用擔憂，因為數碼照相機生產廠商已經開發(fā)出了減少必要的顏色采樣數目的巧妙方法。最常用的方法是采用色彩濾鏡陣列（CFA），它僅測量任何給定像素單元的一種顏色。然后，用圖像處理器對測量結果進行插值運算以便看起來好像在每個像素單元測量了 3 種顏色。