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        CCD與CMOS

        • 來源:光虎






        CCD


        CCD由許多感光單位組成,通常以百萬像素為單位。當CCD表面受到光線照射時,每個感光單位會將電荷反映在組件上,所有的感光單位所產生的信號加在一起,就構成了一幅完整的畫面。


        CCD的比較顯著特點是:1.技術成熟;2.成像質量高;3.靈敏度高,噪聲低,動態范圍大;4.響應速度快,有自掃描功能,圖像畸變小,無殘像;5.應用超大規模集成電路工藝技術生產,像素集成度高,尺寸精確。


        評價一個CCD傳感器好壞的指標有很多,例如像素數、CCD尺寸、信噪比等等。其中像素數以及CCD的尺寸是最重要的指標。像素數是指CCD上感光元件的數量。

        我們可以把我們所拍攝到的畫面理解為由很多個小的點組成,每個點就是一個像素。顯然,像素數越多,畫面就會越清晰,如果CCD沒有足夠的像素的話,拍攝出來的畫面的清晰度就會大受影響。


        因此,CCD的像素數量應該越多越好。但是為了得到更好的畫質而增加了CCD的像素數后又必定會導致一個問題,那就是CCD制造成本的增加以及成品率下降。


        所以針對成本等一系列的問題,一種成本更低、功耗更低以及高整合度的CMOS傳感器橫空出世了。


        CMOS


        CMOS本是計算機系統內一種重要的芯片,保存了系統引導最基本的資料。


        CMOS的制造技術和一般計算機芯片沒什么差別,主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導體,使其在CMOS上共存著帶負電的N極和帶正電的P極的半導體,這兩個一正一負互補效應所產生的電流即可被處理芯片紀錄和轉換成影像。后來發現CMOS經過加工也可以作為數碼攝影中的圖像傳感器。


        CMOS圖像傳感器是一種典型的固體成像傳感器,與CCD有著共同的歷史淵源。CMOS圖像傳感器通常由像敏單元陣列、行驅動器、列驅動器、時序控制邏輯、AD轉換器、數據總線輸出接口、控制接口等幾部分組成,這幾部分通常都被集成在同一塊硅片上。其工作過程一般可分為復位、光電轉換、積分、讀出幾部分。


        CMOS的光電信息轉換功能與CCD的基本相似,區別就在于這兩種傳感器的光電轉換后信息傳送的方式不同。





        CMOS構成

        CMOS具有讀取信息的方式簡單、輸出信息速率快、耗電?。▋H為CCD芯片的1/10左右)、體積小、重量輕、集成度高、價格低等特點。


        正是考慮到CMOS傳感器的制作成本以及成品率都要高于CCD傳感器,所以幾個知名廠商自2000年起就開始加大對CMOS這種傳感器的研發工作,目前CMOS的成長率已經達到了幾倍于CCD的水平。


        我們可以看到,即使在早期尼康公司的數碼單反產品中還會有一些型號的相機使用CCD傳感器,但是無論是尼康、索尼還是佳能在近幾年所推出的數碼相機里,我們基本已經很難再看到CCD的蹤影了。


        雖然使用CMOS傳感器會節約相機的成本,但是成像質量對于相機來說仍然是最重要的,CMOS相比起CCD來說最大的致命傷就是畫質,這是因為早期的CMOS有個明顯的缺點,就是在電流變化時頻率變快,因此不可避免的會產生熱量,最終造成畫面出現雜點影響成像質量。


        如果拿CCD和CMOS這兩種傳感器來比較的話,CCD這種傳感器的最大的優點在于成像質量高,而CMOS最大的優點就在于成本低便于批量生產,而隨著CMOS的缺點在不斷的被完善。


        目前一些中畫幅數碼相機或數碼后背仍然在使用CCD傳感器,這是因為不同產品對畫質有著不同的要求,所以那些中畫幅的數碼產品也的價格也往往會高出普通數碼相機許多。因此,可以說將來的相機市場的主要發展方向仍然會是以CMOS作為核心,并在這個基礎上不斷提高CMOS的分辨率以及靈敏度等等。


        時代在進步,節約成本是每個商家都在堅持的經商法則,CCD的未來不一定在相機市場里,在其他領域,CCD也會憑借著自身的優勢而被廣泛的使用。


        CCD與CMOS的比較



        1、成像過程

        CCD 和 CMOS 使用相同的光敏材料,因而受光后產生電子的基本原理相同,但是讀取過程不同:CCD 是在同步信號和時鐘信號的配合下以幀或行的方式轉移,整個電路非常復雜,讀出速率慢;CMOS 則以類似 DRAM的方式讀出信號,電路簡單,讀出速率高。


        2、集成度

        采用特殊技術的CCD讀出電路比較復雜,很難將A/D轉換、信號處理、自動增益控制、精密放大和存儲功能集成到一塊芯片上,一般需要 3~8 個芯片組合實現,同時還需要一個多通道非標準供電電壓。


        借助于大規模集成制造工藝,CMOS圖像傳感器能非常容易地把上述功能集成到單一芯片上,多數CMOS圖像傳感器同時具有模擬和數字輸出信號。


        3、電源、功耗和體積

        CCD 需多種電源供電,功耗較大,體積也比較大。CMOS 只需一個單電源(3V~5 V)供電,其功耗相當于 CCD 的1/10,高度集成CMOS 芯片可以做的相當小。


        4、性能指標

        CCD 技術已經相當成熟,而 CMOS 正處于蓬勃發展時期,雖然目前高端CMOS圖像質量暫時不如CCD,但有些指標(如傳輸速率等方面)已超過CCD。由于CMOS具有諸多優點,國內外許多機構已經應用CMOS圖像傳感器開發出眾多產品。


        總結





        目前,隨著CMOS集成工藝的不斷進步,一些CMOS芯片感光能力已不弱于同像素的CCD。而近年來背照式CMOS的產生與成熟,使其全面替代CCD成為市場上的主流趨勢。





        【來源:網絡】


        http://www.realdoll-shop24.com   光虎光電科技(天津)有限公司


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