改變生活的CCD:一小時誕生的諾貝爾獎

CCD的工作原理是將圖像轉換成數位訊號。(影片截圖 / Mike Stratton / YouTube)
CCD的工作原理是將圖像轉換成數位訊號。(影片截圖 / Mike Stratton / YouTube)

【記者張秉開/綜合報導】
從日常生活中的智慧型手機拍照到天文觀測,從運動攝影到醫療成像,數位相機的應用已經無處不在。然而,不是每個人都會知道,數位攝影設備的核心元件是在一小時內誕生。而且,發明數位成像技術的科學家因此而獲得諾貝爾獎。

據《商業內幕》近日報導,1969 年,貝爾實驗室(Bell Labs)的科學家維拉•博伊爾(Willard S. Boyle)和喬治•史密斯(George E. Smith)接到實驗室主管傑克•莫頓(Jack Morton)的最後通牒:必須做出和當前技術相媲美的發明,否則不再資助研究經費。

於是,二人在實驗室內,用了一個小時的時間,取得重大突破——設計出感光耦合元件(Charge-coupled Device,簡稱 CCD),即數位相機的核心部件,將光學影像轉換成電子數位訊號的集成電路,進而形成和儲存影像。
數位相機(左)與底片相機(右)。(影片截圖 / Mike Stratton / YouTube)數位相機(左)與底片相機(右)。(影片截圖 / Mike Stratton / YouTube)
CCD的工作原理是將圖像轉換成數位訊號。(影片截圖 / Mike Stratton / YouTube)CCD的工作原理是將圖像轉換成數位訊號。(影片截圖 / Mike Stratton / YouTube)
1975年,柯達公司的工程師史蒂文•塞尚(Steven Sasson)使用CCD元件製成第一部數位相機,取代了只能使用傳統底片攝影的功能。因為數位攝影的操作方便,即時成像、大容量儲存、容易加工處理以及容易傳送(與親朋好友分享)等功能,數位相機得到廣泛的使用,至今已經成為人們生活中的一部份。

(CCD的應用簡介)

CCD促成塞尚在2005 年獲得美國國家技術創新獎。博伊爾和史密斯也因為這個一個小時內的發明,獲得2009年諾貝爾物理學獎。

報導說,可惜的是,柯達公司沒有把握塞尚發明的巨大潛力,未開發數位攝影技術,而仍將成像技術的焦點放在底片相機上。

日本的各大公司如Nikon、理光、佳能等把握技術革新的時機,占得數位相機市場,創造出各種品牌數位相機和攝影機。反觀柯達,在2012 年申請破產。如今,數位相機和數位成像處處可見,我們的日常生活中、各行業中幾乎無所不在。
科學研究中,應用數位攝影拍攝的共聚焦掃瞄顯微鏡觀察細胞內的肌動纖維成分。
(圖片來源:維基百科)科學研究中,應用數位攝影拍攝的共聚焦掃瞄顯微鏡觀察細胞內的肌動纖維成分。 (圖片來源:維基百科)
而且,人們又開發出相比CCD耗電量更低、數據傳輸更快的CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,互補式金屬氧化物半導體)感光元件,於是數位成像領域中有了兩種核心組件,即CCD和CMOS。

因為CMOS的成本相對較低,所以一般用於我們日常使用的數位攝影設備;而CCD則最常見於專業高級攝影攝像及軍用器材。

(CMOS的應用簡介)
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