电荷耦合器件 - 较早的传感器技术,因其色彩科学和全局快门而受到推崇。
技术细节
专业的电影CCD可达到1920×1080至4096×2160像素的分辨率,传感器尺寸介于2/3英寸(8.8×6.6毫米)和Super35(24.89×18.66毫米)之间。量子效率通常为40-60%,信噪比为60-65 dB。CCD通过垂直和水平移位寄存器工作:曝光后,电荷逐行传输到垂直寄存器,然后逐列传输到水平读出寄存器,最后传输到输出放大器。全画幅CCD曝光整个传感器区域,而隔行CCD则区分光电二极管和屏蔽的传输通道。帧传输CCD使用两个相同的区域进行曝光和中间存储。
历史与发展
1969年,Willard Boyle和George Smith在贝尔实验室开发了CCD原理,并因此于2009年获得了诺贝尔奖。1975年,索尼推出了首款CCD摄像机(HVC-2200)。1988年,Panavision推出了首款数字35毫米CCD电影摄影机Genesis。20世纪90年代,索尼、松下和JVC的3CCD系统主导了专业视频制作。2000年后,索尼F900(220万像素)的CCD达到了影院级画质。2005-2010年是顶峰时期,出现了RED One(4K Mysterium传感器)等摄影机。
在电影中的实际应用
2002年,乔治·卢卡斯使用索尼HDW-F900摄影机和220万像素的CCD拍摄了《星球大战II:克隆人的进攻》的全部数字内容。2008年,丹尼·博伊尔在《贫民窟的百万富翁》中为贫民窟场景使用了佳能XL-H1摄影机和1/3英寸CCD。CCD提供线性的亮度渐变,通过全局快门消除了果冻效应,并在过曝时产生特有的柔和裁切。然而,顺序读出将帧率限制在全分辨率下最高为60p。高功耗(15-25瓦)和发热量要求在长时间拍摄时进行主动冷却。
比较与替代方案
自2010年以来,CMOS传感器在很大程度上取代了CCD,因为它们支持并行像素读出、功耗更低(5-10瓦)且帧率更高。然而,在动态范围和阴影部分的噪点表现方面,CCD优于CMOS。CCD通常可达到11-12档的动态范围,而现代CMOS传感器可达到14-15档。显像管相机(图像管)已被CCD取代,而胶片负片在分辨率上仍优于数字传感器。如今,CCD主要用于科学相机和天文学领域。