數碼相機的原理是通過(guò)光學(xué)系統將影像聚焦成像在感光元件即電荷藕合器CCD（Charge Couple Device）上，通過(guò)ADC（Analog Digital Converter）將每個(gè)像素上光電信號轉變成數碼信號，再經(jīng)DSP（Digital Singal Processor）處理形成數碼影像。在此過(guò)程中鏡頭和CCD是數碼相機成像質(zhì)量的關(guān)鍵，光學(xué)鏡頭經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展技術(shù)已成熟，相比之下目前CCD是整個(gè)系統中的瓶頸所在。
CCD芯片分兩大類(lèi)
線(xiàn)型CCD即CCD的感光元件排列在一條直線(xiàn)上。它成像方式是CCD在光學(xué)系統成像所在的焦平面上垂直掃過(guò)，地到一幅完整的影像。傳統的掃描儀都使用這種類(lèi)型的CCD，因此我們又稱(chēng)它為掃描型CCD。線(xiàn)性CCD的這種工作方式?jīng)Q定了它得到一幅完整的影像需要很長(cháng)的時(shí)間，即嚗光時(shí)間很長(cháng)。自然它就無(wú)法用于拍攝動(dòng)態(tài)的物體，另外在嚗光過(guò)程中需要一致的光線(xiàn)環(huán)境，它也不支持閃光拍攝。雖然有如此重大的缺陷，但線(xiàn)性CCD的感光元件可以做到很高的線(xiàn)密度，這樣用線(xiàn)性CCD可以得到極高像素數量的影像，因此它仍然被用于數碼相機，拍攝需要超高分辨率的靜物影像。典型的例子是Agfa的StudioCam相機，它用三條線(xiàn)性CCD分別感應紅藍綠三色光，每條3648像素，色彩灰度為12位，可得到1640萬(wàn)像素分辨率高達4500*3648的圖象，最終的影像容量高達50-100MB。其預掃描時(shí)間需要12秒，每一線(xiàn)依精度需要1/15-1/200秒。
面型CCD 又稱(chēng)全幅式CCD,陣列型CCD。面型CCD的嚗光方式有以下三種。
1．單CCD芯片三次嚗光：即通過(guò)三色濾鏡輪盤(pán)分別將紅藍綠三色光投射在CCD上，三次采集后合成得到影像。這種方式得到的影像質(zhì)量很高，但三次嚗光，不能用于拍攝動(dòng)態(tài)影像。
2．三CCD一次嚗光：三個(gè)CCD芯片，分別感應紅綠藍三色光（或其中兩片感應綠色光，另一片感應紅藍光），自然光通過(guò)分光棱鏡系統將三色光分別投影在CCD上，一次嚗光得到完整影像。這種方式得到的影像質(zhì)量和單芯片三次嚗光一樣，而一次嚗光可拍攝動(dòng)態(tài)影像.缺點(diǎn)是三CCD的成本很高，分光棱鏡的制作技術(shù)難度也很大。
3.單CCD芯片一次嚗光：CCD上組合排列感應三種色光的像素，一次嚗光后得到影像，由于人眼對綠色最為敏感，通常CCD上的感綠色像素最多。這種方式的影像質(zhì)量最低，但受成本的限制和對動(dòng)態(tài)影像的拍攝要求，市面上主流產(chǎn)品大都采用單CCD芯片一次嚗光。
影響面型CCD成像質(zhì)量的因素
1．光電感應元件數量，即我們通常所說(shuō)的像素數量
這是影響成像質(zhì)量的主要指標，像素越多，則最終圖象的像素數就越多，圖象的分辨率就越高。要注意的是并不是CCD上的所有像素都參與成像，其中一部分像素用于測光，自動(dòng)聚焦和自動(dòng)調整白平衡，所以相機的最高分辨率決定于CCD上的有效像素數量（這個(gè)數值有的用“像素生成”數值來(lái)表示）。目前面型CCD最高像素是柯達的DCS Pro Back采用的CCD，1600萬(wàn)像素，可得到最高分辨率4000*4000的優(yōu)質(zhì)影像，這樣的CCD由于價(jià)格昂貴，一般都用于制作專(zhuān)業(yè)中大幅面相機的數字背板，或用于航拍等。
2． CCD芯片的幅面尺寸
從相機成像的原理來(lái)說(shuō)，光學(xué)系統聚焦影像時(shí)的焦平面越小，則成像過(guò)程中丟失的細節就越多，得到的影像放大后細部過(guò)渡就可能有突變的現象，顯得不自然。受成本的限制，目前主流數碼相機的CCD芯片尺寸多為1/2英寸，新上市的300萬(wàn)像素產(chǎn)品也多為1/1.8英寸CCD。遠小于高檔的專(zhuān)業(yè)數碼相機的CCD芯片尺寸（多為2/3英寸以上），這樣即便是相同像素，專(zhuān)業(yè)產(chǎn)品的圖像細部明顯比主流產(chǎn)品細膩自然。
3．CCD芯片的像素排列方式
由于CCD上的感光單元要按照生產(chǎn)工藝整齊放置，而不幸人眼對這種圖象的排列模式又十分敏感，在影像放大到一定程度可看到顆粒時(shí)能輕易地分辨出CCD固定的排列模式，尤其在色調變化劇烈的位置，每一個(gè)像素都可以看清。這是數碼影像明顯弱于傳統影像的地方（膠片上的感光鹵化銀顆粒很小，且排列是隨機分布的）。這個(gè)問(wèn)題從硬件上解決就只有增加像素，提高分辨率，使圖像放大后也不容易看到其中的點(diǎn)；另外就是在CCD捕捉圖像后使用亂序算法進(jìn)行后期處理，使圖像柔化從而變得自然。CCD上的像素排列方式也影響成像的分辨率，因為不同的像素排列方式對應不同的插值算法，一定程度上可以提高最終的輸出分辨率（富士FinePix S1 Pro采用蜂巢狀排列的SuperCCD,340萬(wàn)像素可插值輸出600萬(wàn)像素的影像），當然，這不能從根本上改變圖像的質(zhì)量。
4．CCD的顏色采集
這方面CCD比膠片有較大的優(yōu)勢。膠片因為各個(gè)感光層之間不可避免的相互影響會(huì )導致偏色現象，而CCD在采集顏色時(shí)是紅綠藍三色分別取樣的，相互之間沒(méi)有干擾，因此色彩還原真實(shí)。另外CCD對顏色采集的取樣精度也比膠片高很多，一般每色8位精度（2的8次方，即每色256級灰度），三原色配合有24位的色彩可以表現一千六百多萬(wàn)種顏色，專(zhuān)業(yè)產(chǎn)品甚至采用每色12位或16位精度，可以表現更多的顏色。由于人眼對綠色最敏感，多數產(chǎn)品還專(zhuān)門(mén)增加了感應綠色的像素數量。
5．CCD的感光度
早期CCD的感光度是恆定的，現在隨著(zhù)CCD感光單元靈敏度的提高，CCD幅面尺寸的增大，CCD的感光度得到很大的提高。一般來(lái)說(shuō)，感光度越高，則對拍攝環(huán)境的光線(xiàn)要求就越低，拍攝模式的選擇就越多。市場(chǎng)上領(lǐng)先的產(chǎn)品是富士的Super CCD，其單個(gè)像素的尺寸比普通CCD要大，而且蜂巢狀排列結構緊密，感光范圍遠大于同類(lèi)產(chǎn)品(富士FinePix 4900Z的感光范圍ISO125-800)。
6．其它
同鏡頭一樣，CCD芯片還可搭配可脫卸式影像邊緣柔化濾鏡(anti-aliasing filter)、非反射性紅外線(xiàn)消除濾鏡(non-reflecting IR cutoff filter)來(lái)準確捕捉影像，不過(guò)需要數碼邊緣圓滑軟件(digital anti-aliasing solutions)來(lái)確保影像品質(zhì)。
