互动科普

用手机或数码相机拍摄时，如果画面中有很明亮的物体（例如太阳、灯光等），有时取景器和照片中会出现一些从这些明亮物体向上下延伸出来的垂直亮线。这种现象被称为垂直拖尾（vertical smear）。这是数码相机所特有的，与数码相机的感光元件结构和工作机制有关。传统的胶片相机不会出现这种现象。

数码相机的传感器（如CCD）是由一个个微小的“像素”整齐排列组成的阵列。但CCD上面并不全部是感光元件，而是分为感光和存储两个部分。以行间转移（IT）CCD为例，CCD的每个像素实际上由两个并列着的单元组成，一个是感光单元，另一个是被遮挡而不会被光照射到的存储单元，这些存储单元被称为垂直移位寄存器。也就是说，整个CCD就是由一列列感光单元和一列列存储单元相互交替组成的。在取景或拍摄时，每个像素的感光单元受到光照后所产生的电荷被很快地水平转移到相邻的垂直移位寄存器单元中，然后每一列的垂直移位寄存器以“接力”的方式，依次将电荷一次一行地沿垂直方向转移到CCD边缘的水平读出寄存器中，水平读出寄存器再将这些电信号逐行读出，最终输出生成完整的数码照片。

对于手机或普通的小数码相机来说，在垂直移位寄存器传输电荷的过程中，CCD的感光单元还在继续接受光照、积累电荷。如果某些像素上入射光一直保持在很高的强度，那么有一些散射的光子或不稳定的电荷就会不断地进入与这些感光单元相邻的存储单元。因为每一列存储单元中的电荷都是在垂直方向不停地依次向下转移的，所以在这一列，每一个存储单元中的电荷移动经过这些存储单元时都会受到影响。水平寄存器读出的信号中，这一列的信号就都会比较强，甚至饱和。这样，显示屏或最终形成的影像中就会出现一条从上到下的垂直亮线。

如果在电荷垂直传输的过程中，将入射光线截断，使之不会持续照射在CCD上，就不会出现垂直拖尾。使用机械快门和光学取景器的单反数码相机，只有在拍摄的一瞬间才会打开快门使光线照射到CCD上，因此可以在一定程度上减轻这种现象。一些其他类型的CCD也从设计上避免了垂直拖尾的产生。

（本文发表于《科学世界》2016年2期）