ccd傳感器和cmos區別-ccd與cmos傳感技術(shù)原理、作用及其區別對比詳解-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2018-11-23
電荷耦合器件圖像傳感器CCD（Charge Coupled Device），它使用一種高感光度的半導體材料制成，能把光線(xiàn)轉變成電荷，通過(guò)模數轉換器芯片轉換成數字信號，數字信號經(jīng)過(guò)壓縮以后由相機內部的閃速存儲器或內置硬盤(pán)卡保存，因而可以輕而易舉地把數據傳輸給計算機，并借助于計算機的處理手段，根據需要和想像來(lái)修改圖像。
CMOS是Complementary Metal Oxide Semiconductor（互補金屬氧化物半導體）的縮寫(xiě)。它是指制造大規模集成電路芯片用的一種技術(shù)或用這種技術(shù)制造出來(lái)的芯片，是電腦主板上的一塊可讀寫(xiě)的RAM芯片。因為可讀寫(xiě)的特性，所以在電腦主板上用來(lái)保存BIOS設置完電腦硬件參數后的數據，這個(gè)芯片僅僅是用來(lái)存放數據的。
電壓控制的一種放大器件，是組成CMOS數字集成電路的基本單元。而對BIOS中各項參數的設定要通過(guò)專(zhuān)門(mén)的程序。BIOS設置程序一般都被廠(chǎng)商整合在芯片中，在開(kāi)機時(shí)通過(guò)特定的按鍵就可進(jìn)入BIOS設置程序，方便地對系統進(jìn)行設置。因此BIOS設置有時(shí)也被叫做CMOS設置。
CCD與CMOS傳感器是當前被普遍采用的兩種圖像傳感器，兩者都是利用感光二極管(photodiode)進(jìn)行光電轉換，將圖像轉換為數字數據，而其主要差異是數字數據傳送的方式不同。 這種轉換的原理與 “太陽(yáng)能電池”效應相近，光線(xiàn)越強、電力越強；反之，光線(xiàn)越弱、電力也越弱的道理，將光影像轉換為電子數字信號。
比較CCD和CMOS的結構，ADC的位置和數量是最大的不同。簡(jiǎn)單的說(shuō)，CCD每曝光一次，在快門(mén)關(guān)閉后進(jìn)行像素轉移處理，將每一行中每一個(gè)像素（pixel）的電荷信號依序傳入“緩沖器”中，由底端的線(xiàn)路引導輸出至CCD旁的放大器進(jìn)行放大，再串聯(lián)ADC輸出；相對地，CMOS的設計中每個(gè)像素旁就直接連著(zhù)ADC（放大兼類(lèi)比數字信號轉換器），訊號直接放大并轉換成數字信號。
由于構造上的基本差異，我們可以看出兩者在性能上的表現之不同。CCD的特色在于充分保持信號在傳輸時(shí)不失真（專(zhuān)屬通道設計），透過(guò)每一個(gè)像素集合至單一放大器上再做統一處理，可以保持資料的完整性；CMOS的制程較簡(jiǎn)單，沒(méi)有專(zhuān)屬通道的設計，因此必須先行放大再整合各個(gè)像素的資料。
整體來(lái)說(shuō)，CCD與CMOS兩種設計的應用，反應在成像效果上，形成括ISO感光度、制造成本、解析度、噪點(diǎn)與耗電量等，不同類(lèi)型的差異。
CCD在工作時(shí)，上百萬(wàn)個(gè)像素感光后會(huì )生成上百萬(wàn)個(gè)電荷，所有的電荷全部經(jīng)過(guò)一個(gè)“放大器”進(jìn)行電壓轉變，形成電子信號，因此，這個(gè)“放大器”就成為了一個(gè)制約圖像處理速度的“瓶頸”，所有電荷由單一通道輸出，就像千軍萬(wàn)馬從一座橋上通過(guò)，當數據量大的時(shí)候就發(fā)生信號“擁堵”，而百萬(wàn)像素高清網(wǎng)絡(luò )攝像機格式卻恰恰需要在短時(shí)間內處理大量數據，因此，在安防監控產(chǎn)品中使用單CCD無(wú)法滿(mǎn)足高速讀取高清數據的需要。而CMOS則不同，每個(gè)像素點(diǎn)都有一個(gè)單獨的放大器轉換輸出，因此CMOS沒(méi)有CCD的“瓶頸”問(wèn)題，能夠在短時(shí)間內處理大量數據，輸出高清影像，因此也能都滿(mǎn)足高清網(wǎng)絡(luò )攝像機的需求。
由于CMOS每個(gè)像素包含了放大器與A/D轉換電路，過(guò)多的額外設備壓縮單一像素的感光區域的表面積，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應用半導體工業(yè)常用的 MOS制程，可以一次整合全部周邊設施于單晶片中，節省加工晶片所需負擔的成本和良率的損失；相對地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 )導致一整排的訊號壅塞，無(wú)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的制造成本相對高于CMOS。
在第一點(diǎn)“感光度差異”中，由于 CMOS 每個(gè)像素的結構比CCD復雜，其感光開(kāi)口不及CCD大， 相對比較相同尺寸的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(guò)，如果跳脫尺寸限制，目前業(yè)界的CMOS 感光原件已經(jīng)可達到1400萬(wàn) 像素/全片幅的設計，CMOS技術(shù)在良率上的優(yōu)勢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(wàn)像素計，那么就需要百萬(wàn)個(gè)以上的ADC放大器，雖然是統一制造下的產(chǎn)品，但是每個(gè)放大器或多或少都有些微的差異存在，很難達到放大同步的效果，對比單一一個(gè)放大器的CCD，CMOS最終計算出的噪點(diǎn)就比較多。
CMOS的影像電荷驅動(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(xiàn)路設計和耐壓強度，高驅動(dòng)電壓使CCD的電量大約是CMOS的3到10倍。CCD礙于原理特性，無(wú)法與時(shí)序電路、控制電路、模擬數字轉換等相關(guān)芯片電路一同整合封裝，而CMOS卻可以，因此在功能體積上CMOS能比CCD更小。CMOS光電傳感器在節能方面具有很大優(yōu)勢，使得攝像機的體積也就做得更小。
CCD在影像品質(zhì)等各方面均優(yōu)于CMOS，但不可否認的CMOS具有低成本、低耗電以及高整合度的特性。由于數碼影像的需求熱烈，CMOS的低成本和穩定供貨，成為廠(chǎng)商的最?lèi)?ài)，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 。從技術(shù)發(fā)展的角度來(lái)看：CMOS的發(fā)展空間要大得多，CCD則受到制造工藝的局限，發(fā)展空間有限。
像素：
傳感器上有許多感光單元，它們可以將光線(xiàn)轉換成電荷，從而形成對應于景物的電子圖像。而在傳感器中，每一個(gè)感光單元對應一個(gè)像素（Pixels），像素越多，代表著(zhù)它能夠感測到更多的物體細節，從而圖像就越清晰，像素越高，意味著(zhù)成像效果越清晰。
靶面尺寸：
圖像傳感器感光部分的大小，一般用英寸來(lái)表示。和電視機一樣，通常這個(gè)數據指的是這個(gè)圖像傳感器的對角線(xiàn)長(cháng)度，如 常見(jiàn)的有1/3英寸，靶面越大，意味著(zhù)通光量越好，而靶面越小則比較容易獲得更大的景深。
比如1/2英寸可以有比較大的通光量，而1/4英寸可以比較容易獲得較大的景深?！标P(guān)聯(lián)一下我們中維世紀的產(chǎn)品：100W產(chǎn)品是1/4英寸，130W是1/3英寸，200W是1/2.7英寸，大家從畫(huà)面上就能感知到上面提到的靶面尺寸的不同帶來(lái)的圖像畫(huà)質(zhì)的變化。
感光度：
即是通過(guò)CCD或CMOS以及相關(guān)的電子線(xiàn)路感應入射光線(xiàn)的強弱。感光度越高，感光面對光的敏感度就越強，快門(mén)速度就越高，這在拍攝運動(dòng)車(chē)輛，夜間監控的時(shí)候尤其顯得重要。
這就是解釋了為什么不同的攝像機夜視會(huì )有很大差別，感光度的單位是V/LUX-SEC，V（伏）就是我們通常說(shuō)的電壓的單位，LUX-SEC：是光強弱的單位，這個(gè)比值越大，夜視效果越好。
電子快門(mén)：
是比照照相機的機械快門(mén)功能提出的一個(gè)術(shù)語(yǔ)。其控制圖像傳感器的感光時(shí)間，由于圖像傳感器的感光值就是信號電荷的積累，感光越長(cháng)，信號電荷積累時(shí)間也越長(cháng)，輸出信號電流的幅值也越大。電子快門(mén)越快，感光度越低，適合在強光下拍攝。
幀率：
既指單位時(shí)間所記錄或者播放的圖片的數量。連續播放一系列圖片就會(huì )產(chǎn)生動(dòng)畫(huà)效果，根據人類(lèi)的視覺(jué)系統，當圖片的播放速度大于15幅/秒（即15幀）的時(shí)候， 人眼就基本看不出來(lái)圖片的跳躍；在達到24幅/s～30幅/s（即24幀到30幀）之間時(shí)就已經(jīng)基本覺(jué)察不到閃爍現象了。
每秒的幀數（fps）或者說(shuō)幀率表示圖形傳感器在處理場(chǎng)時(shí)每秒鐘能夠更新的次數。高的幀率可以得到更流暢、更逼真的視覺(jué)體驗。
信噪比：
是信號電壓對于噪聲電壓的比值，信噪比的單位用dB來(lái)表示。一般攝像機給出的信噪比值均是AGC（自動(dòng)增益控制）關(guān)閉時(shí)的值，因為當AGC接通時(shí)，會(huì )對小信號進(jìn)行提升，使得噪聲電平也相應提高。
信噪比的典型值為45～55dB，若為50dB，則圖像有少量噪聲，但圖像質(zhì)量良好；若為60dB，則圖像質(zhì)量?jì)?yōu)良，不出現噪聲，信噪比越大說(shuō)明對噪聲的控制越好。這個(gè)參數關(guān)系的圖像中噪點(diǎn)的數量，信噪比越高，給人感覺(jué)畫(huà)面越干凈，夜視的畫(huà)面中點(diǎn)狀的噪點(diǎn)就越少。
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