数码相机从捕捉光线到形成图像文件，大致经历以下过程。首先传感器感应进入光线的强度而产生对应比例的电荷，传感器收集电荷信号并输出到放大器，经过放大和滤波后的电信号被数模转换器（A/D）转换为数字信号，数字信号输出到“数字信号处理器（DSP）”中进行色彩校正、白平衡处理等后期处理，编码为相机所支持的图像格式、分辨率等数据格式，并存储为图像文件，导出图像文件到液晶屏并写入到存储介质上。由此可见，成像传感器与数字信号处理器是数码相机成像的核心器件，直接影响数码影像的质量。
一、影像传感器
数码相机中使用的影像传感器主要是“光电耦合器件”（CCD，Charge Coupled Device）和“互补型金属氧化物半导体”（CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor），两者都是利用感光二极管（Photodiode）进行光与电的转换，将影像转换为数字信息，而其主要差异则在数字信号传送方式的不同。 CCD传感器每一行中每一个像素（pixel）的电荷信号都会依序传送到下一个像素中，由最底端的部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出；而在CMOS传感器中，每个像素都会连接一个放大器及模/数转换电路，用类似内存电路的方式将信号输出。
一、影像传感器
数码相机中使用的影像传感器主要是“光电耦合器件”（CCD，Charge Coupled Device）和“互补型金属氧化物半导体”（CMOS，Complementary Metal Oxide Semiconductor），两者都是利用感光二极管（Photodiode）进行光与电的转换，将影像转换为数字信息，而其主要差异则在数字信号传送方式的不同。CCD传感器每一行中每一个像素（pixel）的电荷信号都会依序传送到下一个像素中，由最底端的部分输出，再经由传感器边缘的放大器进行放大输出；而在CMOS传感器中，每个像素都会连接一个放大器及模/数转换电路，用类似内存电路的方式将信号输出。
CCD和CMOS工作原理
造成这种差异的原因，在于CCD的特殊制程可保持信号在传输时不会失真，因此各个像素的信息可集合至边缘处再做放大处理；而CMOS制程的数据在传送较长的距离时会产生噪声，因此必须先行放大再整合各个像素的数据。
由于数据传送方式不同，CCD传感器在灵敏度、分辨率、噪声控制与成本控制等方面均优于CMOS传感器，而CMOS传感器则具有低成本、低耗电以及高整合度的特性。随着传感器技术的进步，两者的差异在逐渐缩小，例如CCD传感器持续在耗电量上作改进，CMOS传感器则持续改善分辨率与灵敏度的不足，以期应用于更高阶的影像产品市场。随着CMOS传感器技术的进步，其性价比优势更加明显，就目前相机市场而言，采用CMOS传感器的相机已经是主流。
1.CMOS传感器技术介绍
CMOS是一个多层结构，市场上的主流CMOS有“前照式”（FSI，Front Side Illumination）和“背照式”（BSI，BackSide Illumination）两种类型。
在传统FSI结构中，自上至下依次为微透镜（Micro-lens）、彩色滤光镜（Color Filter）、电路层（Wiring Layers）和光电二极管（Photodiodes）。
“前照式”（FSI，Front Side Illumination）CMOS工作原理
“前照式”CMOS结构，入射的光线经过微透镜和彩色滤光镜后，要先通过金属电路层，才被光电二极管接收。所以CMOS总面积≈光电二极管有效面积 + 电路层有效面积，光电二极管和配套电路需要争抢感光元件上有限的空间。在CMOS总面积一定的情况下，电路占据的面积大，光电二极管占据的面积就小，CMOS实际收集的光线就少，这就意味着成像质量难以提升，最集中表现就是高ISO拍摄时的噪点大。
另外，电路层金属是不透光的，而且还会反光。所以，在金属排线这层光线就会被部分阻挡和反射掉，光电二极管接收的光线能就只有70％或更少，而且这反射还有可能串扰旁边的像素，导致颜色失真。
这样一来，“背照式”CMOS就应运而出了，其金属电路层和光电二极管的位置与“前照式”正好颠倒，光线几乎没有阻挡和干扰的就传输到光电二极管，光线利用率极高，所以“背照式”CMOS传感器能更好的利用照射入的光线，在低照度环境下成像质量也就更好了。
前照式和背照式的区别
“背照式”设计的优势是光电二极管可以接收到更多光线（开口率更大），使CMOS具有更高灵敏度和信噪比，改善高ISO下的成像质量；配套电路无需再和光电二极管争抢面积，更大规模的电路有助于提高速度，实现超高速连拍、超高清短片拍摄等功能，相比起FSI COMS，BSI CMOS能够在弱光环境下，提高约30%—50%的感光能力，在弱光下拍摄更高的质量的照片。
2009年2月，索尼实现BSI CMOS量产化并注册了Exmor R商标，2013年6月，索尼推出搭载1英寸约2020万像素BSI CMOS的数码相机RX100 II，2015年6月，索尼推出搭载35mm全画幅约4240万像素BSI CMOS的无反相机A7RII。在使用FSI CMOS的A7R无反上，索尼通过微透镜优化提升边缘质量（芯片位置匹配技术），而在使用BSI CMOS的A7R II上，索尼就不需要再做特殊优化。
CMOS的制作需要特殊的光刻机对硅晶圆进行蚀刻，形成像素区域（Pixel Section）和处理回路区域（Circuit Section），像素区域就是种植像素的地方，处理回路就是管理这一群像素的电路。处理回路是和像素区域在同一块晶圆上打造的，但两者制作时的制程工艺需求有区别（处理回路制程要求更高）；还有就是在进行“退火（Annealing Arocess）”的热处理工艺，让硅晶圆和像素区域从损伤中恢复回来时，处理回路区域会有一定程度的损坏。为了解决这些问题，首先利用SOI（Silicon-On-Insulator，绝缘衬底上的硅）和基板的热传导系数差异，通过加热将两者分开，像素区域放到65纳米制程的机器上做，处理回路则放到制程更高（45nm）的机器上做，然后拼在一起，“堆栈式”CMOS就诞生了。
“堆栈式”CMOS
“堆栈式”CMOS比“背照式”背照式的体积更小，画质方面也是作了更好的优化。除此之外，“堆栈式”CMOS加入了RGBW的编码技术，就是由原来的R（红），G（绿），B（蓝）三原色像素点中再加入W（白）像素点来提升画质，提高传感器的感光能力，在暗光环境下也能够拍摄出质量更高的照片；“堆栈式”CMOS支持硬件HDR（High-Dynamic Range，高动态范围图像）功能，它实现的原理是能够精确地单独控制每一行像素的曝光时间，从而在传感器层面上就实现原生的高动态范围渲染，有别于软件HDR技术需要软件，通过照相机综合算法来合成，所以照片生成的速度更快，而且可以实现HDR摄像。
从以上的介绍可以看出，“堆栈式”传感器是从“背照式”传感器进化提升而来，也是在“背照式”的基础上发展而来的，吸取了背照式传感器的优势，弥补了其劣势，进行了更加全面的优化升级。除此之外，“堆栈式”传感器还可以兼顾“背照式”结构的设计，提高了拍摄画质。索尼在其旗舰型无反相机ILCE-9（A9/α9）中已经率先采用了堆栈式Exmor RSCMOS影像传感器。
2.传感器的像素
影像传感器上有许多感光单元，它们可以将光线转换成电荷，从而形成对应于景物的电子图像。而在传感器中，每一个感光单元对应一个像素（Pixels），像素越多，代表着它能够感测到更多的物体细节，从而图像就越清晰。要提高图像的清晰度，除了在影像处理方面做出提高以外，增加传感器的感光单元的数量即提高传感器像素也是一个主要的办法。像素是构成影像的最小单位，表示像素大小一般有两种方法：一种是用“横纵像素的乘积”来表示，如3872×2592像素，另一种是“总量表示法”，如5000万像素。这两种表示方法的实质是完全相同，前者更精确一些，后者更通俗一些。
选择相机时，要注意相机传感器的最大像素与有效像素，最大像素即传感器所有的感光单元，甚至还包括相机内插值处理后得到的最高像素，有效像素是指真正参与感光成像的像素值，如某些机型的像素会被用作增强型混合自动对焦等等，导致最大像素与有效像素不一致。
3.传感器面积与画幅
数码影像质量主要以传感器的像素高低来衡量，但传感器质量有优劣之分，在同等质量的前提下，应把传感器面积与像素结合起来考虑能产生的影像质量。在同等工艺技术条件下，一般认为：面积相同，像素高则影像清晰度高；面积不同，像素高则影像清晰度高。像素相同，面积不同，影像分辨率相同，但整体影像质量则是面积大的为优，主要表现在面积大的对噪音的抑制能力较强、动态范围较广，影像层次过渡较为平滑。一般来说，像素高的传感器面积会大一些，成像质量会更优，即所谓的“底大一级压死人”。
影像传感器的面积表示方法有两种，一是采用面积的长度×宽度，如12.8mm×9.6mm、22.3mm×14.9mm、36mm×24mm等；另一种是采用对角线长度来表示，如1/3英寸、2/3英寸、1英寸等。传感器面积与拍摄有关的另一要点是，同样焦距的镜头，因传感器面积不同，拍摄视角就有不同，因而在数码相机镜头焦距中有“转换系数”的概念。全画幅大小如同传统135相机的画幅36mm×24mm，APS-C画幅如同传统APS-C相机画幅的24mm×18mm，佳能与尼康对APS-C画幅的定义稍有差别，佳能是22.2mm×14.8mm，镜头转换系数是1.6，尼康的是23.6×15.8，镜头转换系数是1.5。3/4画幅大小是APS-C画幅的一半，约17.3mm×13mm，镜头转换系数是2。
传感器尺寸示意图
二、成像系统
决定数码照片画质的因素，除了核心部件传感器外，还有镜头质量和处理算法等因素。光线到达传感器之前是要通过镜头，而各型号的相机使用的镜头质量不尽相同，具体的成像质量也会有差异。
从传感器出来的数据还是要经过数码相机内部的处理器来进行处理才能得到最终的照片数据，换句话说就是有了原始材料，还需要做润色才能出成品。这部分就要看各个厂家的图像处理算法了，这就好比不同厨师会用不同的烹调方法来处理食材一样，最终的图片就会有不同的质量、不同的风格。
1.数字信号处理器（Digital Signal Processor）
数字信号处理器简称“DSP芯片”，它是数码相机的心脏，负责把传感器输出的电信号转化处理生成图像文件，并通过一系列复杂的数*运学**算，对数字影像信号进行优化处理，这种优化处理内容包括白平衡、伽马校正、边缘校正与彩色平衡等，DSP芯片的性能直接影响数码影像的质量。图像处理技术对相机的响应速度也至关重要，结合影像传感器的多通道数据读取技术以及数码相机内置高速缓存，才能获得高速连拍性能。
“DIGIC（DIGital Image Core）”是佳能公司为自己的数码相机以及数码摄像机产品开发的专用数字影像处理器的识别商标，具体还可以分为处理相片的DIGIC芯片和处理DV影像的DIGIC DV芯片。DIGIC集图像感应器控制器、自动白平衡、信号处理、图形压缩、存储卡控制和液晶屏显示控制等功能于一身，动态范围广，高光部分的图像层次得到改善，尽可能多的保留图像细节层次；在高速图像处理器、高速的内部数据传输以及优化的处理流程帮助下，兼顾高处理速度、高分辨率与高信噪比；由于处理速度快，计算过程花费的时间少，再加上高度的功能集成，使得DIGIC芯片更加节省电源。 现在佳能EOS相机普遍采用了DIGIC5、DIGIC5+（EOS 6D）、DIGIC6（5DS/5DS R）、DIGIC6+（5D Mark Ⅳ）、DIGIC7（EOS M100 、EOS M5、EOS M6、EOS 6D Mark II）、DIGIC8（EOS M50、EOS R、EOS RP）数字影像处理器。
“Bionz X”是索尼公司开发的专用数字影像处理器的识别商标。Bionz X影像处理器的算法先进、分析速度快，支持进行人脸检测、DRO动态范围优化、自动精确对焦、自动曝光、自动白平衡、色彩还原等如此复杂的处理，在高感光度模式拍摄下能大幅度降低噪点。索尼公司对Bionz X影像处理器进行不断的改进，处理算法不断优化，ILCE-9（A9/α9）微单数码相机中采用的Bionz X影像处理器，可以降低电子快门在中到高感光范围内拍摄单张静态图像时的噪点，同时提升对象的分辨率和图像质量，在细节再现技术方面的进步提升了细节呈现，可生动地再现纹理，特定领域的降噪技术创新可以保持昏暗区域的高分辨率，减少高ISO图像中的噪点，这一改进让图像质量在单张拍摄和高速连拍中不会受到影响。
“EXPEED”是尼康公司开发的专用数字处理器的识别商标。尼康对 EXPEED 的说法却相当地有趣，尼康表示EXPEED与影像处理器或影像处理系统不同的是，EXPEED不会涉及具体的特性。相反，它涉及的是尼康最根源的综合数字影像处理理念，反映了尼康创建和处理影像的核心思想，EXPEED 集合了尼康长期以来以及从银盐胶片相机向数字相机（始于 D1）转变的过程中，所积累的经验、优化的技术和知识。这一系统体现了Nikon对数字影像强烈的热情。