今天IT之家摄影学院正式开课，第一课让我们从相机和手机拍照部分最重要的元件开始说起——影像传感器。
现在，大家都喜欢用手里的手机拍照。有些摄影师也因为不愿背着沉重的器材，继而也选择使用智能手机进行摄影。不过，手机终究是手机，使手机拍照画质被相机拍照画质甩开距离的因素是什么呢？没错，就是影像传感器。手机受限于机身大小限制，不能在机身里安装像相机一样大的影像传感器，所以只要这种物理差距存在，手机在专业拍照领域就永远赶不上相机。所以，手机拍照“秒杀单反”，“超越单反”，“虚化比单反还美”这种广告语就是耍流氓。那么如此重要的影像传感器到底是什么呢？
影像传感器，是数码相机的核心，也是最关键的技术。在传统的相机中，胶片是一种感光材料，经过某种特定的化学药品处理后，它会把拍摄到的影像记录下来。数码相机中，影像传感器代替了胶片的位置，形成了电子影像。
在相机还未数码化的年代，大家拍照都是靠胶卷相机来完成的。胶卷在那个年代，就代替了现今影像传感器的位置。只不过，胶卷“传感器”是一次性的，每拍摄一张照片，就要更换一次“传感器”。
一、相机成像原理
不论是胶片还是电子影像传感器，都是相机中最根本最重要的部件。就像我们要想看见东西，只有眼球不行，还要有视网膜。影像传感器就像人眼的视网膜。
▲相机成像原理
▲人眼成像原理（类比相机）
我们明白了什么是影像传感器，以及了解了它的基本作用之后，还需要明白，影像传感器也是有不同类型的。就像我们经常听到的”全画幅“”半画幅“等等，究竟是什么意思呢。字面意思理解，这个”全“和”半“是指传感器的大小，那么影像传感器都有哪些不同的大小类型呢？
二、影像传感器大小类型
全画幅是针对传统35mm胶卷的尺寸来说的。
胶卷相机时代，不同大小的胶卷就相当于现在不同大小的电子影像传感器，全画幅数码电子影像传感器尺寸和35mm胶卷的尺寸相同。以此为基础，”半画幅“等等，就比较好理解了。
▲电子影像传感器的不同大小规格
摄影师中，有句话广为流传：”底大一级压死人。“这句话也侧面印证了，传感器越大画质越好这个事实。实际上，如哈苏、富士也推出过比全画幅相机传感器还大的中画幅相机。大家千万别被这个”中“字蒙骗了，
中画幅，指介于36×24mm的小画幅及4×5英寸的大画幅之间的成像尺寸。对，尺寸比全画幅还要大。
▲更大的画幅也意味着更高的价格，哈苏的中画幅相机价格不菲，也不是一般摄影爱好者的首选器材，单单这块传感器，就几乎有一般手机机身的一半大小。
有中画幅，就有大画幅。
一张4X5英寸散页片的面积是35mm胶片（全画幅尺寸）的13倍，一张5X7散页片的面积是35mm胶片的25倍，一张8X10散页片的面积是35mm胶片的50倍。这么大的画幅带来的取景优势和画质优势就不必多说。（有时候真的是贫穷限制了我的构图能力）
▼通过下面这张图可以直观的看出各个画幅传感器的大小区别。
可以看出，连指甲盖大小都没有的手机感光元件就不要和专业相机比画质了。
各个大小不同的画幅在取景上究竟有什么不同呢？
这张图可以说明，在固定焦段镜头下，画幅对于构图的重要性。（关于焦段和画幅的具体关系，会在以后关于焦段的文章中详细说明）
三、影像传感器制作工艺类型
1、电荷藕合组件图像传感器CCD（Charge Coupled Device）。CCD是半导体组件，于1970年由美国贝尔(Bell)实验室发明。CCD其实是一组可以进行"光电转换"的光电体，当光通过镜头聚焦形成影像后，CCD便会将影像的光讯号转换为电讯号（电压）。光量愈大，释放出的电子数量愈多，电讯号亦愈强，像素的显示则会愈亮。在CCD上组成画面的最小单位被称为像素，每个光电体亦即等于一个像素。每块CCD所含像素的数目与大小都与影像质素有着直接关系。像素愈高，输出的影像质素便愈高。
2、互补性氧化金属半导体CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor），和CCD一样同为在数码相机中可记录光线变化的半导体。CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别，主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体，使其在CMOS上共存着带N（带–电）和P（带+电）级的半导体，这两个互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和解读成影像。市面上大多数手机都采用这种传感器。
相比之下CCD比较简单纯粹，而CMOS内部拥有更加复杂的电路，具备更多的变数，更好的扩展性以及更多的干扰因素。但是CCD的制造成本要高于CMOS，可能在某些机型上，CCD传感器的表现好于CMOS，但是CMOS更低的成本更大的利润率使得相机制造行业也更快地淘汰了CCD传感器。现在中画幅以及以上画幅相机上，还在使用CCD传感器。
CCD传感器和CMOS传感器优劣对比：
1、ISO感光度差异：由于CMOS每个像素包含了放大器与A/D转换电路，过多的额外设备压缩单一像素的感光区域的表面积，因此相同像素下，同样大小之感光器尺寸，CMOS的感光度会低于CCD。
2、成本差异：CMOS应用半导体工业常用的MOS制程，可以一次整合全部周边设施于单晶片中，节省加工晶片所需负担的成本和良率的损失；相对地CCD采用电荷传递的方式输出资讯，必须另辟传输通道，如果通道中有一个像素故障（Fail），就会导致一整排的讯号壅塞，无法传递，因此CCD的良率比CMOS低，加上另辟传输通道和外加ADC等周边，CCD的制造成本相对高于CMOS。
3、解析度差异：在第一点“感光度差异”中，由于CMOS每个像素的结构比CCD复杂，其感光开口不及CCD大，相对比较相同尺寸的CCD与CMOS感光器时，CCD感光器的解析度通常会优于CMOS。不过，如果跳脱尺寸限制，目前业界的CMOS感光原件已经可达到1400万像素/全画幅的设计，CMOS技术在量率上的优势可以克服大尺寸感光原件制造上的困难，特别是全画幅24mmX36mm这样的大小。
4、噪点差异：由于CMOS每个感光二极体旁都搭配一个ADC放大器，如果以百万像素计，那么就需要百万个以上的ADC放大器，虽然是统一制造下的产品，但是每个放大器或多或少都有些微的差异存在，很难达到放大同步的效果，对比单一个放大器的CCD，CMOS最终计算出的噪点就比较多。
5、耗电量差异：CMOS的影像电荷驱动方式为主动式，感光二极体所产生的电荷会直接由旁边的电晶体做放大输出；但CCD却为被动式，必须外加电压让每个像素中的电荷移动至传输通道。而这外加电压通常需要12伏特（V）以上的水平，因此CCD还必须要有更精密的电源线路设计和耐压强度，高驱动电压使CCD的电量远高于CMOS。
简而言之，CCD传感器制造工艺相对落后，可拓展性低，功耗大，所以在手机这种寸土寸金的设备上来说，CCD所带来的画质提升显然微不足道，巨大的功耗会让手机待机时间更短。所以手机制造行业普遍使用CMOS传感器。现代数码相机使用CMOS取代CCD也是同理。
不过，智能手机遍地开花的今天，相机的日常拍摄地位已经被降低。手机体积小，还可以就地简单的后期调整为大家带来了不少方便，相信随着科技的进步，手机摄像头的画质通过物理或计算算法的升级，还会继续提升。IT之家也会为大家带来更多有关手机的摄影知识跟摄影教程。
通过今天的讲解，相信大家对相机的根本元件——影像传感器有了初步的了解，以后的摄影课堂还会为大家带来更多的相关知识，欢迎大家持续关注。
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