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CCD傳感器和CMOS傳感器是目前最常見的兩種數(shù)字圖像傳感器,廣泛運(yùn)用于各類工業(yè)相機(jī),個人數(shù)碼相機(jī),手機(jī)相機(jī)及攝像機(jī)等數(shù)字成像產(chǎn)品。本文談CCD圖像傳感器和CMOS圖像傳感器的區(qū)別。
什么是CCD傳感器?
CCD(ChargeCoupledDevice),即“電荷耦合器件”,它是數(shù)字和機(jī)器視覺相機(jī)中用于捕捉靜止和移動物體的一種傳感器,以百萬像素為單位。數(shù)碼相機(jī)規(guī)格中的多少百萬像素,指的就是CCD的分辨率。CCD是一種感光半導(dǎo)體芯片,用于捕捉圖形,廣泛運(yùn)用于掃描儀、復(fù)印機(jī)以及無膠片相機(jī)等設(shè)備。與膠卷的原理相似,光線穿過一個鏡頭,將圖形信息投射到CCD上。但與膠卷不同的是,CCD既沒有能力記錄圖形數(shù)據(jù),也沒有能力永久保存下來,甚至不具備“曝光”能力。所有圖形數(shù)據(jù)都會不停留地送入一個“模-數(shù)”轉(zhuǎn)換器,一個信號處理器以及一個存儲設(shè)備(比如內(nèi)存芯片或內(nèi)存卡)。在CMOS圖像傳感器引入之前,CCD傳感器被工業(yè)機(jī)器視覺系統(tǒng)廣泛用于質(zhì)量檢查,檢查和控制。
什么是CMOS成像傳感器?
CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor),即“互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體”,這是一種為集成電路供電的技術(shù)。它是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)內(nèi)一種重要的芯片,保存了系統(tǒng)引導(dǎo)所需的大量資料。CMOS型圖像傳感器及互補(bǔ)金屬氧化物場效應(yīng)管。其工作原理是,外界光照射到像素陣列后,發(fā)生光電效應(yīng),在像素單元內(nèi)產(chǎn)生相應(yīng)的電荷,最后轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像輸出。CMOS技術(shù)為當(dāng)今的許多電子設(shè)備提供動力,包括電池,微處理器,數(shù)字和智能手機(jī)相機(jī)。與CCD傳感器不同,CMOS傳感器不需要特殊的制造技術(shù)。
由于二者結(jié)構(gòu)的不同,導(dǎo)致兩者在性能方面也各有所長
CMOS:響應(yīng)快,功耗低,噪點(diǎn)高,不均勻,畫質(zhì)受噪聲影響多,ISO較小
CCD:響應(yīng)慢,功耗高,噪點(diǎn)低,均勻,畫質(zhì)高,ISO較高
與較新的CMOS傳感器不同,CCD傳感器需要特殊的制造,而這通常更昂貴。因此,CCD傳感器通常具有非常高的質(zhì)量和光敏感性,能夠以較低的噪音提供清晰的圖像。
CMOS傳感器制造和使用大多數(shù)微處理器使用的傳統(tǒng)制造技術(shù)便宜。他們也被認(rèn)為是更好的能源效率。根據(jù)Jacob Fraden的“現(xiàn)代傳感器手冊”,CCD傳感器可以消耗高達(dá)100倍的相對CMOS圖像傳感器的功率。
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(shí)施轉(zhuǎn)移后讀取,電荷信息轉(zhuǎn)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(fù)雜。CMOS光電傳感器經(jīng)光電轉(zhuǎn)換后直接產(chǎn)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(jié)能方面具有很大優(yōu)勢。
4.成像質(zhì)量:CCD電荷耦合器制作技術(shù)起步早,技術(shù)成熟,采用PN結(jié)或二氧化硅(SiO2)隔離層隔離噪聲,成像質(zhì)量相對CMOS光電傳感器有一定優(yōu)勢。由于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(yán)重,噪聲對圖像質(zhì)量影響很大,使CMOS光電傳感器很長一段時間無法進(jìn)入實(shí)用。近年,隨著CMOS電路消噪技術(shù)的不斷發(fā)展,為生產(chǎn)高密度優(yōu)質(zhì)的CMOS圖像傳感器提供了良好的條件。
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