cmos攝像頭

CCD與CMOS

設(shè)計(jì)單一感光器感光器連接放大器

靈敏度同樣面積下高感光開口小，靈敏度低

成本線路品質(zhì)影響程度高，成本高CMOS整合集成，成本低

解析度連接復(fù)雜度低，解析度高低，新技術(shù)高

噪點(diǎn)比單一放大，噪點(diǎn)低百萬放大，噪點(diǎn)高

功耗比需外加電壓，功耗高直接放大，功耗低

由于構(gòu)造上的基本差異，我們可以表列出兩者在性能上的表現(xiàn)之不同。CCD的特色在于充分保持信號(hào)在傳輸時(shí)不失真(專屬通道設(shè)計(jì))，透過每一個(gè)像素集合至單一放大器上再做統(tǒng)一處理，可以保持資料的完整性;CMOS的制程較簡(jiǎn)單，沒有專屬通道的設(shè)計(jì)，因此必須先行放大再整合各個(gè)像素的資料。

整體來說，CCD與CMOS兩種設(shè)計(jì)的應(yīng)用，反應(yīng)在成像效果上，形成包括ISO感光度、制造成本、解析度、噪點(diǎn)與耗電量等，不同類型的差異:

由于CMOS每個(gè)像素包含了放大器與A/D轉(zhuǎn)換電路，過多的額外設(shè)備壓縮單一像素的感光區(qū)域的表面積，因此相同像素下，同樣大小之感光器尺寸，CMOS的感光度會(huì)低于CCD。

CMOS應(yīng)用半導(dǎo)體工業(yè)常用的MOS制程，可以一次整合全部周邊設(shè)施于單晶片中，節(jié)省加工晶片所需負(fù)擔(dān)的成本和良率的損失;相對(duì)地CCD采用電荷傳遞的方式輸出資訊，必須另辟傳輸通道，如果通道中有一個(gè)像素故障(Fail)，就會(huì)導(dǎo)致一整排的訊號(hào)壅塞，無法傳遞，因此 CCD的良率比CMOS低，加上另辟傳輸通道和外加ADC等周邊，CCD的制造成本相對(duì)高于CMOS。

在第一點(diǎn)"感光度差異"中，由于CMOS每個(gè)像素的結(jié)構(gòu)比CCD復(fù)雜，其感光開口不及CCD大，相對(duì)比較相同尺寸的 CCD與CMOS感光器時(shí)，CCD感光器的解析度通常會(huì)優(yōu)于CMOS。不過，如果跳脫尺寸限制，目前業(yè)界的CMOS感光原件已經(jīng)可達(dá)到1400萬像素/全片幅的設(shè)計(jì)，CMOS技術(shù)在量率上的優(yōu)勢(shì)可以克服大尺寸感光原件制造上的困難，特別是全片幅24mm-by-36mm這樣的大小。

由于CMOS每個(gè)感光二極體旁都搭配一個(gè)ADC放大器，如果以百萬像素計(jì)，那么就需要百萬個(gè)以上的ADC放大器，雖然是統(tǒng)一制造下的產(chǎn)品，但是每個(gè)放大器或多或少都有些微的差異存在，很難達(dá)到放大同步的效果，對(duì)比單一個(gè)放大器的CCD，CMOS最終計(jì)算出的噪點(diǎn)就比較多。

CMOS的影像電荷驅(qū)動(dòng)方式為主動(dòng)式，感光二極體所產(chǎn)生的電荷會(huì)直接由旁邊的電晶體做放大輸出;但CCD卻為被動(dòng)式，必須外加電壓讓每個(gè)像素中的電荷移動(dòng)至傳輸通道。而這外加電壓通常需要12伏特(V)以上的水平，因此CCD還必須要有更精密的電源線路設(shè)計(jì)和耐壓強(qiáng)度，高驅(qū)動(dòng)電壓使CCD的電量遠(yuǎn)高于CMOS。

盡管CCD在影像品質(zhì)等各方面均優(yōu)于CMOS，但不可否認(rèn)的CMOS具有低成本、低耗電以及高整合度的特性。CMOS的低成本和穩(wěn)定供貨，成為廠商的最愛，也因此其制造技術(shù)不斷地改良更新，使得CCD與CMOS兩者的差異逐漸縮小。新一代的CCD朝向耗電量減少作為改進(jìn)目標(biāo)，CMOS系列，則開始朝向大尺寸面積與高速影像處理晶片統(tǒng)合，藉由后續(xù)的影像處理修正噪點(diǎn)以及畫質(zhì)表現(xiàn)，特別是Canon系列的EOSD30、 EOS300D的成功，足見高速影像處理晶片已經(jīng)可以勝任高像素CMOS所產(chǎn)生的影像處理時(shí)間與能力的縮短CMOS未來跨足高階的影像市場(chǎng)產(chǎn)品，前景可期。

目前，市場(chǎng)銷售的數(shù)碼攝像頭中以CMOS感光器件的為主。在采用CMOS為感光元器件的產(chǎn)品中，通過采用影像光源自動(dòng)增益補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)，自動(dòng)亮度、白平衡控制技術(shù)，色飽和度、對(duì)比度、邊緣增強(qiáng)以及伽馬矯正等先進(jìn)的影像控制技術(shù)，完全可以達(dá)到與CCD攝像頭相媲美的效果。受市場(chǎng)情況及市場(chǎng)發(fā)展等情況的限制，攝像頭采用CCD圖像傳感器的廠商為數(shù)不多，主要原因是采用CCD圖像傳感器成本高的影響。

?CMOS攝像頭:是一種采用CMOS圖像傳感器的攝像頭。

CMOS攝像頭種類:一:CMOS，二:CCD;CMOS一般應(yīng)用在普通數(shù)碼設(shè)備中，CCD一般應(yīng)用高檔數(shù)碼設(shè)備中，都是光學(xué)成像，CCD比CMOS單位成像的效果要好。CCD鏡頭比CMOS顏色還原要好分辨率要高。

CCD和CMOS在制造上的主要區(qū)別是CCD是集成在半導(dǎo)體單晶材料上，而CMOS是集成在被稱做金屬氧化物的半導(dǎo)體材料上，工作原理沒有本質(zhì)的區(qū)別。CCD只有少數(shù)幾個(gè)廠商例如索尼、松下等掌握這種技術(shù)。而且CCD制造工藝較復(fù)雜，采用CCD的攝像頭價(jià)格都會(huì)相對(duì)比較貴。事實(shí)上經(jīng)過技術(shù)改造，目前CCD和CMOS的實(shí)際效果的差距已經(jīng)減小了不少。而且CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD不少，所以很多攝像頭生產(chǎn)廠商采用的CMOS感光元件。成像方面:在相同像素下CCD的成像通透性、明銳度都很好，色彩還原、曝光可以保證基本準(zhǔn)確。而CMOS的產(chǎn)品往往通透性一般，對(duì)實(shí)物的色彩還原能力偏弱，曝光也都不太好，由于自身物理特性的原因，CMOS的成像質(zhì)量和CCD還是有一定距離的。但由于低廉的價(jià)格以及高度的整合性，因此在攝像頭領(lǐng)域還是得到了廣泛的應(yīng)用。

CCD是目前比較成熟的成像器件，CMOS被看作未來的成像器件。因?yàn)镃MOS結(jié) 構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，與現(xiàn)有的大規(guī)模集成電路生產(chǎn)工藝相同，從而生產(chǎn)成本可以降低。從原理上，CMOS的信號(hào)是以點(diǎn)為單位的電荷信號(hào)，而CCD是以行為單位的電流信號(hào)，前者更為敏感，速度也更快，更為省電?，F(xiàn)在高級(jí)的CMOS并不比一般CCD差，但是CMOS工藝還不是十分成熟，普通的CMOS一般分辨率低而成像較差。

不管，CCD或CMOS，基本上兩者都是利用矽感光二極體(photodiode)進(jìn)行光與電的轉(zhuǎn)換。這種轉(zhuǎn)換的原理與各位手上具備"太陽電能"電子計(jì)算機(jī)的"太陽能電池"效應(yīng)相近，光線越強(qiáng)、電力越強(qiáng);反之，光線越弱、電力也越弱的道理，將光影像轉(zhuǎn)換為電子數(shù)字信號(hào)。

比較CCD和CMOS的結(jié)構(gòu)，ADC的位置和數(shù)量是最大的不同。簡(jiǎn)單的說，按我們?cè)谏弦恢v"CCD感光元件的工作原理(上)"中所提之內(nèi)容。CCD每曝光一次，在快門關(guān)閉后進(jìn)行像素轉(zhuǎn)移處理，將每一行中每一個(gè)像素(pixel)的電荷信號(hào)依序傳入"緩沖器"中，由底端的線路引導(dǎo)輸出至CCD旁的放大器進(jìn)行放大，再串聯(lián)ADC輸出;相對(duì)地，CMOS的設(shè)計(jì)中每個(gè)像素旁就直接連著ADC(放大兼類比數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換器)，訊號(hào)直接放大并轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)。

分辨率是用于度量位圖圖像內(nèi)數(shù)據(jù)量多少的一個(gè)參數(shù)，通常表示成dpi(dot per inch,每英寸點(diǎn))。簡(jiǎn)單地說，攝像頭的分辨率是指攝像頭解析圖象的能力，也即攝像頭的影像傳感器的像素?cái)?shù)。最高分辨率就是指攝像頭能最高分辨圖像的能力的大小，即攝像頭的最高像素?cái)?shù)?，F(xiàn)在市面上較多的30萬像素CMOS的最高分辨率一般為640×480，50萬像素CMOS的最高分辨率一般為800×600。分辨率的兩個(gè)數(shù)字表示的是圖片在長(zhǎng)和寬上占的點(diǎn)數(shù)的單位，一張數(shù)碼圖片的長(zhǎng)寬比通常是4：3。

在實(shí)際應(yīng)用中，如果將攝像頭用于網(wǎng)絡(luò)聊天或者視頻會(huì)議，那么分辨率越高則需要的網(wǎng)絡(luò)帶寬就越大。因此消費(fèi)者在這方面應(yīng)該注意，應(yīng)根據(jù)自己的需要選擇一款像素適合自己的產(chǎn)品。