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详解CCD和CMOS的区别及主要硬件技术指标

导读: CCD由许多感光单位组成,通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时,每个感光单位会将电荷反映在组件上,所有的感光单位所产生的信号加在一起,就构成了一幅完整的画面。

CCD由许多感光单位组成,通常以百万像素为单位。当CCD表面受到光线照射时,每个感光单位会将电荷反映在组件上,所有的感光单位所产生的信号加在一起,就构成了一幅完整的画面。

CCD的比较显著特点是:

1.技术成熟

2.成像质量高

3.灵敏度高,噪声低,动态范围大

4.响应速度快,有自扫描功能,图像畸变小,无残像

5.应用超大规模集成电路工艺技术生产,像素集成度高,尺寸精确

评价一个CCD传感器好坏的指标有很多,例如像素数、CCD尺寸、信噪比等等。其中像素数以及CCD的尺寸是最重要的指标。像素数是指CCD上感光元件的数量。

我们可以把我们所拍摄到的画面理解为由很多个小的点组成,每个点就是一个像素。显然,像素数越多,画面就会越清晰,如果CCD没有足够的像素的话,拍摄出来的画面的清晰度就会大受影响。

因此,CCD的像素数量应该越多越好。但是为了得到更好的画质而增加了CCD的像素数后又必定会导致一个问题,那就是CCD制造成本的增加以及成品率下降。

所以针对成本等一系列的问题,一种成本更低、功耗更低以及高整合度的CMOS传感器横空出世了。

CMOS本是计算机系统内一种重要的芯片,保存了系统引导最基本的资料。

CMOS的制造技术和一般计算机芯片没什么差别,主要是利用硅和锗这两种元素所做成的半导体,使其在CMOS上共存着带负电的N极和带正电的P极的半导体,这两个一正一负互补效应所产生的电流即可被处理芯片纪录和转换成影像。后来发现CMOS经过加工也可以作为数码摄影中的图像传感器。

CMOS图像传感器是一种典型的固体成像传感器,与CCD有着共同的历史渊源。CMOS图像传感器通常由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成,这几部分通常都被集成在同一块硅片上。其工作过程一般可分为复位、光电转换、积分、读出几部分。

CMOS的光电信息转换功能与CCD的基本相似,区别就在于这两种传感器的光电转换后信息传送的方式不同。

ccd与cmos的区别及六大硬件技术指标

CMOS构成

CMOS具有读取信息的方式简单、输出信息速率快、耗电省(仅为CCD芯片的1/10左右)、体积小、重量轻、集成度高、价格低等特点。

正是考虑到CMOS传感器的制作成本以及成品率都要高于CCD传感器,所以几个知名厂商自2000起就开始加大对CMOS这种传感器的研发工作,目前CMOS的成长率已经达到了几倍于CCD的水平。

我们可以看到,即使在早期尼康公司的数码单反产品中还会有一些型号的相机使用CCD传感器,但是无论是尼康、索尼还是佳能在近几年所推出的数码相机里,我们基本已经很难再看到CCD的踪影了。

虽然使用CMOS传感器会节约相机的成本,但是成像质量对于相机来说仍然是最重要的,CMOS相比起CCD来说最大的致命伤就是画质,这是因为早期的CMOS有个明显的缺点,就是在电流变化时频率变快,因此不可避免的会产生热量,最终造成画面出现杂点影响成像质量。

如果拿CCD和CMOS这两种传感器来比较的话,CCD这种传感器的最大的优点在于成像质量高,而CMOS最大的优点就在于成本低便于批量生产,而随着CMOS的缺点在不断的被完善。

目前一些中画幅数码相机或数码后背仍然在使用CCD传感器,这是因为不同产品对画质有着不同的要求,所以那些中画幅的数码产品也的价格也往往会高出普通数码相机许多。

因此,可以说将来的相机市场的主要发展方向仍然会是以CMOS作为核心,并在这个基础上不断提高CMOS的分辨率以及灵敏度等等。

时代在进步,节约成本是每个商家都在坚持的经商法则,CCD的未来不一定在相机市场里,在其他领域,CCD也会凭借着自身的优势而被广泛的使用。

科技不断发展,我相信在未来的某一天,一定会有更多种类的传感器出现,这也只是时间的问题,到那时我们回望过去,看看我们曾经经历过的胶片时代、CCD时代和CMOS时代,一定会由衷的感叹科技日新月异的飞速发展。

CCD 与 CMOS 的比较

1、成像过程

CCD 和 CMOS 使用相同的光敏材料,因而受光后产生电子的基本原理相同,但是读取过程不同:CCD 是在同步信号和时钟信号的配合下以帧或行的方式转移,整个电路非常复杂,读出速率慢;CMOS 则以类似 DRAM的方式读出信号,电路简单,读出速率高。

2、集成度

采用特殊技术的CCD读出电路比较复杂,很难将A/D转换、信号处理、自动增益控制、精密放大和存储功能集成到一块芯片上,一般需要 3~8 个芯片组合实现,同时还需要一个多通道非标准供电电压。

借助于大规模集成制造工艺,CMOS图像传感器能非常容易地把上述功能集成到单一芯片上,多数CMOS图像传感器同时具有模拟和数字输出信号。

3、电源、功耗和体积

CCD 需多种电源供电,功耗较大,体积也比较大。CMOS 只需一个单电源(3V~5 V)供电,其功耗相当于 CCD 的1/10,高度集成CMOS 芯片可以做的相当小。

4、性能指标

CCD 技术已经相当成熟,而 CMOS 正处于蓬勃发展时期,虽然目前高端CMOS图像质量暂时不如CCD,但有些指标(如传输速率等方面)已超过CCD。由于CMOS具有诸多优点,国内外许多机构已经应用CMOS图像传感器开发出众多产品。

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