superccd

富士公司推出的产品

先从构造上说起，普通的ccd里面的成像单元都是长方形的，而且排列的方式是矩形排列，如图1右边的，而superccd是8边形的构造，在有效感光面积上来说superccd要占优势，而且superccd的排列方式是蜂窝状排列，能够更有效的利用空间~使得整体感光度方面（感光度就是在同面积上ccd对光线吸收的多少，也可以说是对光线的利用效率），superccd要比普通的ccd要高，这也是为什么早期superccd的iso起点一般都为iso200的原因。

简介

Super CCD是由富士公司独家推出的，它并没有采用常规正方形二极管，而是使用了一种八边形的二极管，像素是以蜂窝状形式排列，并且单位像素的面积要比传统的CCD大。将像素旋转45度排列的结果是可以缩小对图像拍摄无用的多余空间，光线集中的效率比较高，效率增加之后使感光性、信噪比和动态范围都有所提高。富士公司宣称，Super CCD可以实现相当于ISO 800的高感度，信噪比比以往增加30%左右，颜色的再现也大幅改善，电量消耗减少了许多。富士公司宣称Super CCD可与多40%像素的传统CCD的分辨率相媲美，Super CCD打破了以往CCD有效像素小于总像素的金科玉律，可以在240万像素的Super CCD上输出430万像素的画面来。因此，富士公司和他们的Super CCD一推出即在业界引起了广泛的关注。

特点

在传统CCD上为了增加分辨率，大多数数码相机生产厂商对民用级产品采取的办法是不增大CCD尺寸，降低单位像素面积，增加像素密度。我们知道单位像素的面积越小，其感光性能越低，信噪比越低，动态范围越窄。因此这种方法不能无限制地增大分辨率。如果不增加CCD面积而一味地提高分辨率，只会引起图象质量的恶化。但如果在增加CCD像素的同时想维持现有的图象质量，就必须在至少维持单位像素面积不减小的基础上增大CCD的总面积。但更大尺寸CCD加工制造比较困难，成品率也比较低，因此成本也一直降不下来。

传统CCD中的每个像素由一个二极管、控制信号路径和电量传输路径组成。 Super CCD采用蜂窝状的八边二极管，原有的控制信号路径被取消了，只需要一个方向的电量传输路径即可，感光二极管就有更多的空间。 Super CCD在排列结构上比普通CCD要紧密，此外像素的利用率较高，也就是说在同一尺寸下， Super CCD的感光二极管对光线的吸收程度也比较高，使感光度、信噪比和动态范围都有所提高。

那为什么 Super CCD的输出像素会比有效像素高呢？由于人眼对绿色较为敏感的特点(550nm正是黄绿色光)，CCD普遍使用G-B-R-G的方式来安排像素矩阵，也就是说用4个感光点来组成一个像素点，以求达到更好的效果。而 Super CCD通过改变像素之间的排列关系，做到了R、G、B像素相当，在合成像素时也是以三个为一组，合成一个像素。因此 Super CCD像素的利用率较传统CCD高，生成的像素就多了。

简史

1999 10.20 Super CCD I

Fujifilm成功研制了八角形光电二极管，而非使用矩形点阵列的传统CCD，开创了拥有较大聚光区域的 Super CCD I，被国际权威机构授予了2001年度 Walter Kosonocky 奖。不过受当时生产工艺的限制，即Super CCD在理论上具有提高像素数量的优势，但对最终结果影响不大。反倒是当时插值算法流行，大家都玩起了数字游戏——用插值之后的像素值来标称相机的最大分辨率。例如早期的富士FinePix实际像素是240万，但经过插值之后像430万，但在实际使用中430万像素虽然能够提供更大的分辨率，但噪点、清晰度方面明显下降；调整到320万像素时，使用Super CCD的相机能够实现与普通320万像素CCD数码相机相同的效果，远远高于240万像素的其它数码相机。由此可见Super CCD特殊的排列方式对插值算法帮助很大。具体分析之后你会发现，Super CCD的蜂窝状排列结构使得其成像单元在垂直以及水平方向上的距离都很近，所以能够捕捉到纵向以及横向上更多的视觉信息。在进行插值计算时，中间值由紧邻的两个像素计算得到，所以Super CCD就能“捡到”不小的便宜。当然这与人眼的生理特征也有不小的关系，科学研究发现，人在观察图像时，对水平以及垂直方向上的变化十分敏感，而对于斜线方向上的变化相对迟钝。所以第一代Super CCD的“投机取巧”也是有其必然道理在其中的。在第一Super CCD之，CCD开始不断重视噪点控制与降噪技术的研发，第二代和第三代Super CCD就是在具体的电路控制方面不断改进，在排列组合上并没有更多新鲜的东西。

2003 1.22 Super CCD HR IV、Super CCD SR IV

Super CCD HR IV 使用先进的微型制造技术实现多像素性能，总像素达663万像素，成为世界首家在1/1.7英寸CCD实现此性能的公司。同时，感光度设置范围扩大到 ISO 80-800。可以通过插值输出1230万(4040 × 3040)的影像，如富士E550。动态范围在原有传感器提高大约4倍。在渐变和质感表现力实现了近乎底片的效果。传统的银盐胶片上存在着大小不同的感光颗粒(溴化银为主，掺杂少量碘化银及其它辅料)，它们的感光特性也不尽相同，对强光与弱光可以分开记录，所以银盐胶片冲印出来的动态范围就非常大。富士的工程师们从中得到启发，以底片结构的理念为基础，他们在Super CCD SR的每个感光点上使用了一大一小两种不同性能的感光单元——大的感光单元采用高灵敏度、窄动态范围设计（S像素），小的单元则采用低灵敏度、大动态范围的设计（R像素）。这样在拍摄照片的时候S点负责捕捉画面中较暗的部分，而R点负责捕捉较亮的部分，最后二者的信号经过DSP芯片的叠加处理，就可以让照片的亮部细节与暗部细节都可以得到表现。Super CCD SR IV感光技术的问世让SuperCCD在性能上又有了飞速的进步，不久之后富士又推出了 Super CCD SR II代技术。具体做法是将R感光单元与S感光单元相分离，较小的R感光单元放置在两个S单元之间，如图7所示。此举的目的在于进一步提高图像传感器的空间利用率，以达到更好的效果。

2006 3.16 Super CCD HR V/VI

Super CCD HR V 在改善室内拍摄和昏暗拍摄场景上取得重大的成功。通过将专有的影像处理引擎“自然成像引擎”置入 FinePix F10，Fujifilm 成为首家实现 ISO 1600 超高感光度数码相机的公司，相机高感光度拍摄达630万有效像素。此技术在装配于FinePix F30 的 Super CCD HR VI 上得到进一步发展。Super CCD HR VI 技术广受赞扬，相机曾被DIMA（数码影像市场协会）授予“创新数码产品奖”。

2009 2.4 Super CCD EXR

正如“肉眼根据明亮度调整分辨率和感光度一样”，新一代CCD经过Fujifilm的长期技术攻关，结合之前累积的技术经验，正式问世。通过新型的色彩滤镜矩阵和具有革命性意义的三种图像捕捉技术，Fujifilm 数码相机开创了影像拍摄的新里程。通过三种模式的切换，实现了高分辨率、宽动态范围、高感光度和低噪点的卓越特性。

精细捕捉技术所谓的“精细捕捉技术”实际上就是利用CCD的全部像素点来实现更大的像素数量。从图4中我们可以看到Super CCD EXR改变了其内部一直以来的感光点排列结构，将所有的感光点按照旋转45度的方式进行排列，人眼最敏感的绿色被排列成一条直线，而且红色和蓝色也两两组合在一起。可以说新的Super CCD EXR排列方式并没有移动感光点，只是对滤色膜进行了处理，这样在总方向上仍然可以保证三个感光点组成一个像素，同时在斜线方向上又加强了颜色的连贯性。再配合新一代RP影像处理，EXR技术能够轻易将CCD像素提升到1200万的水平。

双重曝光控制各位还记得前文中介绍的Super CCD SR里面一大一小的感光单元吗？新的EXR图像传感器也有类似的功能，只不过不再使用一大一小两种单元，而是将感光点分成两个通道，如图5所示。在工作时，光线会照射到CCD上，通过透镜层进行汇聚，再经过滤色层分色，最后每个感光二极管根据光线强度的不同，产生数量不等的自由电荷，并寄存在旁边的电路寄存器中。当曝光结束的时候，统计电路就会统计每一个感光点寄存器处的电荷数量多少。按照一行一行的顺序，每个感光点寄存器里面的电荷像“排队体检”一样被释放出来，经过电路放大，模拟信号转成数字信号，我们就知道了该处的信号值。

在这里，我们可以控制不同通道的曝光时间（也就是电荷积累的时间），使得一个通道用于捕捉高感光图像（类似于以前的S像素），而另一个则用于捕捉宽动态图像（类似与R像素）。两道曝光结束之后，再将获得的两幅图像按照一定的算法拼合在一起，就得到了兼具高感光度与宽动态范围的图片。

说到这里有些朋友可能已经发现了，打开双重捕捉技术之后，画面的像素数量会比精细捕捉模式减少一半（1200万像素的数码相机会输出600万像素的图片），因为相A、B两个像素之间捕捉的是同一个像素点。有些朋友会问，每个像素物理位置的差异不会造成重影吗？的确是这样的，这也是为什么Super CCD EXR会采取倾斜45度来安排像素点的原因，因为在斜方向上人眼最不敏感，通过这种方式来降低双重采集对照片的影响，事实上富士的工程师们也做到了。

像素联合技术我们知道传统CCD提高ISO表现的方法是增加控制电路的增益，但是这么做的直接后果就是感光度增加了，但噪点也会大量出现。所以很多有经验的摄影爱好者们都喜欢用低ISO来拍摄照片。

为了的到低噪点和清晰的图像，像素联合的概念被引入——也就是说，DSP处理芯片将相邻两个像素得到的信号信息叠加起来，作为一个像素值，这样就可以在不提高感光度的前提下获得“虚拟意义”上的高感光度表现。无论是传统的CCD/CMOS，还是前几代Super CCD技术都有一个共同的特性，那就是将红、绿、蓝三种颜色间隔排列，这样一来就有一个问题——如果按照空间最近原则，我们要将两个红色像素融合在一起，中间就必须间隔一个蓝色像素点或者绿色像素点。这样做的后果就是造成像素之间的相互干扰，例如我们在拍摄某些纹理特别密集或者颜色过渡非常强烈的图像时，就会出现中间色。从小的方面来说，这种像素联合会造成图像模糊，丢失一些细节信息；严重时甚至会出现紫边现象，造成整张照片报废。

富士的Super CCD EXR技术就很巧妙的克服了这个问题。大家可以注意到在新的Super CCD技术中，像素都是两两联合的，也就是说红-红、蓝-蓝以及绿-绿在进行联合时都不需要跨跃中间的像素点，而且斜方向45°的排列方式可以将相邻的两个同颜色感光单元的距离拉得非常近，这样就可以很大程度地避免混色、紫边问题的产生。与“双重曝光控制”技术类似，“像素联合”技术也是用一半的像素点来换取更高的图像表现，在打开“双重曝光控制”或者“像素联合”技术之后，1200万像素的数码相机只能够输出最高600万像素的图片。

最后需要大家注意的是，Super CCD EXR没有办法同时照顾到三种模式；换句话讲，要“像素数量”还是要“图像表现”全看你自己的喜好了。

2010 Super CCD接近尾声

富士最后使用Super CCD传感器装备F300EXR和Z800EXR相机。两者都使用相同的1/2英寸一千二百万像素的带有混合型自动对焦系统Super CCD EXR传感器。相机采用传统的对比检测AF（Automatic Focus）和相位检测AF，通过专用的像素来计算焦点。富士集团宣称，该系统对焦速度能达到或超过数码单反相机的对焦速度。

2011 Super CCD终结

富士决定使用以传统的方形拜耳颜色模式排列的感光器阵列及以富士的EXR彩色滤光片阵列模式排列的背照式（BSI）CMOS传感器代替Super CCD。例如在FinePix Z1010EXR上装备的EXR CMOS、在FUJIFILM X-E1上装备的X-Trans CMOS。这是便是Super CCD的结束。

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