區分CCD與CMOS

来源:互联网 发布:sql分组查询所有数据 编辑:程序博客网 时间:2024/05/01 13:42

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1970年是影像處理行業具有裡程碑意義的一年,美國貝爾實驗室發明了CCD。二十年後,人們利用這一技術制造了數字相機,將影像處理行業推進到一個全新領域。數字相機無需膠卷和沖洗、可重復拍攝和即時調整;影像可無限次復制且不會降低質量,方便永久保存,並可用於電子傳送和處理。它的誕生給影像處理業帶來了一場革命。

而後,有人發現,將計算機系統裡的一種芯片進行加工也可以作為數字相機中的感光傳感器,即CMOS,其便於大規模生產和成本低廉的特性是商家們夢寐以求的。業內人士分析,它在不久的將來可能取代CCD,如今兩者依然共存。許多人認為:「感光傳感器,尤其是CCD,是攝像頭最最核心的部件,是數字相機的心髒。」而事實並非如此:感光傳感器,尤其是CCD,在攝像頭中的功能是將透過鏡頭的光線捕獲並轉換為電子信號,與其說是數字相機的心髒,不如說是數字相機的眼睛。在研究級攝像頭中,CCD或CMOS感光傳感器雖然是十分重要的元部件,在很大程度上決定了攝像頭的像素,但CCD/CMOS芯片在攝像頭的成本中並不佔主導位置,尤其是在越高端的領域這一特性表現越為突出。

從技術的角度比較,CCD與CMOS有如下四個方面的不同:

1.信息讀取方式

CCD電荷耦合器存儲的電荷信息,需在同步信號控制下一位一位地實施轉移後讀取,電荷信息轉移和讀取輸出需要有時鐘控制電路和三組不同的電源相配合,整個電路較為復雜。CMOS光電傳感器經光電轉換後直接產生電流(或電壓)信號,信號讀取十分簡單。

2.速度

CCD電荷耦合器需在同步時鐘的控制下,以行為單位一位一位地輸出信息,速度較慢;而CMOS光電傳感器采集光信號的同時就可以取出電信號,還能同時處理各單元的圖像信息,速度比CCD電荷耦合器快很多。

3.電源及耗電量

CCD電荷耦合器大多需要三組電源供電,耗電量較大;CMOS光電傳感器只需使用一個電源,耗電量非常小,僅為CCD電荷耦合器的1/8到1/10,CMOS光電傳感器在節能方面具有很大優勢。

4.成像質量

CCD電荷耦合器制作技術起步早,技術成熟,采用PN結或二氧化硅(SiO2)隔離層隔離噪聲,成像質量相對CMOS光電傳感器有一定優勢。由於CMOS光電傳感器集成度高,各光電傳感元件、電路之間距離很近,相互之間的光、電、磁干擾較嚴重,噪聲對圖像質量影響很大,使CMOS光電傳感器很長一段時間無法進入實用。近年,隨著CMOS電路消噪技術的不斷發展,為生產高密度優質的CMOS圖像傳感器提供了良好的條件。

此外,CCD與CMOS兩種傳感器在「內部結構」和「外部結構」上都是不同的:

1.內部結構(傳感器本身的結構)

CCD的成像點為X-Y縱橫矩陣排列,每個成像點由一個光電二極管和其控制的一個鄰近電荷存儲區組成。光電二極管將光線(光量子)轉換為電荷(電子),聚集的電子數量與光線的強度成正比。在讀取這些電荷時,各行數據被移動到垂直電荷傳輸方向的緩存器中。每行的電荷信息被連續讀出,再通過電荷/電壓轉換器和放大器傳感。這種構造產生的圖像具有低噪音、高性能的特點。但是生產CCD需采用時鐘信號、偏壓技術,因此整個構造復雜,增大了耗電量,也增加了成本。

CMOS傳感器周圍的電子器件,如數字邏輯電路、時鐘驅動器以及模/數轉換器等,可在同一加工程序中得以集成。CMOS傳感器的構造如同一個存儲器,每個成像點包含一個光電二極管、一個電荷/電壓轉換單元、一個重新設置和選擇晶體管,以及一個放大器,覆蓋在整個傳感器上的是金屬互連器(計時應用和讀取信號)以及縱向排列的輸出信號互連器,它可以通過簡單的X-Y尋址技術讀取信號。

2.外部結構(傳感器在產品上的應用結構)

CCD電荷耦合器需在同步時鐘的控制下,以行為單位一位一位地輸出信息,速度較慢;而CMOS光電傳感器采集光信號的同時就可以取出電信號,還能同時處理各單元的圖像信息,速度比CCD電荷耦合器快很多。

CMOS光電傳感器的加工采用半導體廠家生產集成電路的流程,可以將數字相機的所有部件集成到一塊芯片上,如光敏元件、圖像信號放大器、信號讀取電路、模數轉換器、圖像信號處理器及控制器等,都可集成到一塊芯片上,還具有附加DRAM的優點。只需要一個芯片就可以實現很多功能,因此采用CMOS芯片的光電圖像轉換系統的整體成本很低。


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